DE3724914A1 - Verfahren zum verbinden von optischen fasern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei aus Glas bestehenden optischen Fasern, mit welchem die Fasern an den zu verbindenden Stellen zur gegenseitigen Berührung gebracht und durch Wärmezufuhr miteinander verschmolzen werden und bei welchem die Übertragungseigenschaften der Fasern bzw. der Verbindungsstelle während des Verbindungsvorgangs überwacht werden.

Lichtwellenleiter - im folgenden kurz "LWL" genannt - werden beispielsweise zur Übertragung von Signalen im fernmeldetechnischen Bereich eingesetzt. Über LWL können optische Signale dämpfungs- und reflexionsarm übertragen werden, und zwar ohne Verstärker über relativ lange Strecken. Der Verbindungs- und Abzweigtechnik kommt daher eine große Bedeutung zu. An Verbindungs- und Abzweigstellen sollen nach Möglichkeit keine so großen Verluste erzeugt werden, daß die Vorteile der verlustarmen Übertragung über den LWL wieder aufgehoben werden. Dieses Problem gilt für alle bekannten LWL.

Abzweigstellen im Verlauf von LWL werden beispielsweise in optischen Daten- oder Signalverteilungsnetzen benötigt, wenn optische Signale nicht nur in der Hauptrichtung, sondern über abzweigende LWL auch in Nebenrichtungen übertragen werden sollen. Dabei ist es unerheblich, ob ein solches Netz in Sternform oder in Ringform aufgebaut ist. Die Güte des ganzen Netzes hängt wesentlich davon ab, daß neben einer einwandfreien Verbindungs- und Anschlußtechnik auch sichergestellt ist, daß an den Abzweigstellen keine zu großen Verluste auftreten.

Die Abzweigstellen von LWL werden auch als "Koppler" bezeichnet. Für den Aufbau solcher Koppler ist eine Reihe von Konstruktionen bekannt, wie sie in der Übersicht von W. Meyer "Verzweigungseinrichtungen in mehrwelligen optischen Datennetzen" (Mikrowellen-Magazin 1978, Heft 2, Seiten 153 bis 157) zusammengestellt sind. Von besonderem Interesse sind wegen ihrer leichten Herstellbarkeit sogenannte Taper-Koppler, bei denen der Durchmesser einer als LWL verwendeten Glasfaser im Koppelbereich verjüngt wird. Nach einem Vorschlag von B. S. Kawasaki und K. O. Hill "Low-loss access coupler for multimode fiber distribution networks" (Applied Optics, Vol. 16 (1977), Seite 1794 f) werden für besonders leicht herstellbare Koppler dieser Art beispielsweise zwei Fasern übereinandergelegt, im Kreuzungsbereich bis zur Erweichung unter Zug erhitzt, so daß sich die Faserdurchmesser im Kreuzungsbereich verjüngen, und dabei miteinander verschmolzen. Ein ähnliches Verfahren geht aus der DE-OS 29 37 580 hervor, mit welchem ein Koppler zwischen einer Gradientenfaser und einer Kern-Mantel- Faser hergestellt wird.

Zur Erhitzung der Fasern werden bei den bisher bekannten Verfahren Flammen verwendet, die sich relativ einfach einstellen lassen, so daß die aufgebrachte Schmelzenergie in weiten Bereichen geregelt werden kann. Es ist dabei aber nicht zu vermeiden, daß sich Wasser und Wasserstoff aus der Flamme und aus der die Flamme umgebenden Luft in das Glas einlagern und zu Störungen in den Verbindungsstellen führen. Die Verbindungsstellen werden dadurch spröde, so daß sie leicht brechen. Es kann außerdem eine zusätzliche Dämpfung durch eingelagerte OH- Ionen auftreten. Das gilt sowohl für die stirnseitige Verbindung von zwei Fasern als auch für Koppler sowie Multiplexer und Demultiplexer, die prinzipiell genau so wie Koppler entsprechend obigen Ausführung hergestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem mindestens zwei aus Glas bestehende optische Fasern auf einfache Weise so miteinander verbunden werden können, daß Feuchtigkeit und Wasserstoff nicht in die Verbindungsstelle eindringen können.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• - daß als Wärmequelle ein zwischen zwei Elektroden gezündeter Lichtbogen verwendet wird,
• - daß die Verbindung in einem von Feuchtigkeit und Wasserstoff befreiten Raum hergestellt wird und
• - daß der Druck des den Lichtbogen und die zu verbindenden Fasern umgebenden gasförmigen Mediums geregelt wird.

Die Energieabgabe des Lichtbogens wird neben der Elektrodenform, dem Elektrodenabstand, dem elektrischen Strom, der Umgebungstemperatur und der chemischen Zusammensetzung des ihn umgebenden gasförmigen Mediums, wesentlich durch den Druck dieses Mediums bestimmt. Durch Variation des Druckes läßt sich also die Schmelzenergie des Lichtbogens in weiten Bereichen, ähnlich wie bei einer Flamme, einstellen. Bei richtiger Wahl des den Lichtbogen umgebenden gasförmigen Mediums kann sichergestellt werden, daß Feuchtigkeit und Wasserstoff nicht in die Verbindungsstelle eingelagert werden. Das gasförmige Medium kann dafür beispielsweise getrocknet werden und es ist auch möglich, den Raum, in dem die Verbindung durchgeführt wird, beispielsweise mit einem Edelgas zu füllen oder zu evakuieren. In der so hergestellten Verbindungsstelle behalten die Fasern also ihre Eigenschaften mit relativ guter Biegbarkeit bei. Es wird insbesondere eine Versprödung der Verbindungsstelle ausgeschlossen, so daß die Bruchgefahr in derselben stark vermindert ist. Eine Erhöhung der Dämpfung durch eingelagerte OH-Ionen kann außerdem nicht eintreten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 2 einen mit dem Verfahren hergestellten Koppler in prinzipieller Darstellung.

In Fig. 1 ist schematisch ein Gehäuse 1 dargestellt, das hermetisch dicht verschlossen werden kann. In dem Gehäuse 1 befinden sich zwei Klemmeinrichtungen 2 und 3, von denen mindestens eine in Richtung der Doppelpfeile 4 und 5 verstellbar ist. In die Klemmeinrichtungen 2 und 3 können Fasern aus Glas eingespannt werden, die im Bereich zwischen den beiden Klemmeinrichtungen 2 und 3 miteinander verbunden werden sollen. Dabei kann eine stirnseitige Verbindungsstelle hergestellt werden. In bevorzugter Ausführungsform werden mit der Vorrichtung aber Koppler und Multiplexer hergestellt.

Im Bereich zwischen den beiden Klemmvorrichtungen 2 und 3 sind Elektroden 6 und 7 angeordnet, zwischen denen mittels einer Spannungsquelle 8 ein Lichtbogen gezündet werden kann. In den Hohlraum des Gehäuses 1 kann aus einem Behälter 9 unter Zwischenschaltung eines Ventils 10 ein Gas eingebracht werden, das vorher getrocknet wurde und daher frei von Feuchtigkeit und Wasserstoff ist. Der Druck des Gases innerhalb des Gehäuses 1 kann geregelt und beispielsweise mittels eines Meßgeräts 11 gemessen werden.

Zur Herstellung einer Verbindungsstelle zwischen zwei oder mehr Fasern 12 und 13 aus Glas werden die zu verbindenden Fasern 12 und 13 in den Klemmeinrichtungen 2 und 3 festgelegt. Danach wird der schematisch angedeutete Lichtbogen 14 gezündet, so daß die Fasern 12 und 13 im Bereich des Lichtbogens 14 erwärmt werden und miteinander verschmelzen. Zur Herstellung eines Kopplers (Fig. 2) oder Multiplexers mit definierten Übertragungseigenschaften, werden während der Erhitzung der Fasern 12 und 13 die Klemmeinrichtungen 2 und 3 auseinandergefahren (mindestens eine wird dabei bewegt), so daß die Fasern 12 und 13 im erwärmten Bereich gereckt werden. Um dabei sicherzustellen, daß die gewünschten Übertragungseigenschaften in der Verbindungsstelle vorliegen, wird dieselbe während der Herstellung in Verbindung mittels eines Meßgeräts 15 kontrolliert.

Der Raum innerhalb des Gehäuses 1 kann für die Erzeugung einer trockenen Umgebung für den Lichtbogen 14 auch evakuiert werden. Das dann im Gehäuse 1 verbleibende gasförmige Medium ist ebenfalls frei von Feuchtigkeit und Wasserstoff. Die zur einwandfreien Herstellung einer Verbindungsstelle erforderliche Beeinflussung des Lichtbogens 14 wird vor Arbeitsbeginn durch die Form der Elektroden 6 und 7, durch deren Abstand von einander, durch Art und Höhe der angelegten Spannung und durch die Umgebungstemperatur festgelegt. Von wesentlicher Bedeutung ist für die Energie des Lichtbogens 14 aber auch der Druck des gasförmigen Mediums der, wie bereits weiter oben erwähnt, eingestellt werden kann. Das gilt sowohl für den Fall, daß aus einem Behälter 9 ein getrocknetes Gas eingefüllt wird als auch für den Fall, daß das Gehäuse 1 evakuiert wird. Mit dem geschilderten Verfahren können zwei Fasern stirnseitig miteinander verbunden werden. Vorzugsweise werden jedoch Koppler oder Multiplexer bzw. Demultiplexer mit mindestens zwei Fasern 12 und 13 hergestellt.

Der in Fig. 2 dargestellte Koppler besteht aus zwei Fasern 12 und 13, die in dem mit A bezeichneten Bereich miteinander verbunden sind. Sie werden dazu nach Einspannung in den Klemmeinrichtungen 2 und 3 durch Erwärmung miteinander verbunden und anschließend durch das Auseinanderfahren der Klemmeinrichtungen 2 und 3 im Bereich A im Durchmesser verringert. Ein in Richtung des Pfeiles 16 ankommendes Lichtsignal wird in dem Koppler teilweise in Richtung des Pfeiles 17 und teilweise in Richtung des Pfeiles 18 weitergeleitet.

Durch den Koppler wird eine Teilung der Leistung des in Richtung des Pfeiles 16 verlaufenden optischen Signals vorgenommen. Die Leistungsaufteilung kann während der Herstellung des Kopplers mittels des Meßgeräts 15 eingestellt werden. Es ist dann möglich, jeweils die gleiche Leistung aber auch unterschiedliche Leistung in Richtung der Pfeile 17 und 18 laufen zu lassen. Maßgeblich dafür sind Geometrie und Länge der Koppelzone (Bereich A) sowie der Grad der Verjüngung der Fasern 12 und 13.

Ein aus den Fasern 12 und 13 bestehender Multiplexer kann grundsätzlich den gleichen Aufbau wie der Koppler nach Fig. 2 haben. Im Multiplexer erfolgt die Leistungsaufteilung wellenlängenabhängig. Wenn beispielsweise in die Faser 12 Licht der Wellenlänge 1300 mm und in die Faser 13 Licht der Wellenlänge 1550 mm eingekoppelt wird, dann wird nach der Koppelzone der überwiegende Teil der Lichtenergie beider Wellenlängen beispielsweise in Richtung des Pfeiles 17 geführt. In Richtung des Pfeiles 18 läuft ein nicht zu vermeidender Rest. Es kann aber auch jedes andere wellenlängenabhängige Koppelverhältnis eingestellt werden. Die Geometrie der Koppelzone wird bei der Herstellung der Verbindung so vorgegeben, daß beispielsweise in der Faser 12 eine andere Frequenz als in der Faser 13 geführt werden kann. Das gleiche gilt dann, wenn es sich bei dem hergestellten Gebilde um einen Demultiplexer handelt, der beispielsweise zwei gleichzeitig geführte Wellenlängen auf zwei Fasern auftrennt.

In einer Verbindungsstelle werden vorzugsweise zwei Fasern 12 und 13 miteinander verbunden. Es ist jedoch genauso gut möglich, mehr als zwei Fasern miteinander zu verbinden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei aus Glas bestehenden optischen Fasern, mit welchem die Fasern an den zu verbindenden Stellen zur gegenseitigen Berührung gebracht und durch Wärmezufuhr miteinander verschmolzen werden und bei welchem die Übertragungseigenschaften der Fasern bzw. der Verbindungsstelle während des Verbindungsvorgangs überwacht werden, dadurch gekennzeichnet,

• - daß als Wärmequelle ein zwischen zwei Elektroden (6, 7) gezündeter Lichtbogen (14) verwendet wird,
• - daß die Verbindung in einem von Feuchtigkeit und Wasserstoff befreiten Raum hergestellt wird und
• - daß der Druck des den Lichtbogen (14) und die zu verbindenden Fasern (12, 13) umgebenden gasförmigen Mediums geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum, in dem die Verbindung hergestellt wird, mit einem Gas gefüllt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum, in dem die Verbindung hergestellt wird, evakuiert wird.

4. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum stirnseitigen Verbinden von zwei Fasern.

5. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von Kopplern.

6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von Multiplexern bzw. Demultiplexern.