DE3733138A1 - 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 zur Herstellung einer Verbindungsstelle auf einer vorgegebenen Länge nebeneinander liegend zur gegenseitigen Berührung gebracht, durch Zufuhr von Wärme aus einer Wärmequelle miteinander verschmolzen und gleichzeitig durch axiale Zugbelastung in ihren radialen Abmessungen verkleinert werden und bei welchem die Übertragungseigenschaften der Fasern bzw. der Verbindungsstelle während des Verbindungsvorgangs überwacht werden.

Optische Fasern oder auch 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.

Abzweigstellen im Verlauf von LWL werden beispielsweise in optischen Daten- oder Signalverteilungsnetzen benötigt, wenn optisch 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 Abschlußtechnik auch sichergestellt ist, daß an den Abzweigstellen keine zu großen Verluste auftreten.

Abzweig- oder Verbindungsstellen von optischen Fasern werden beispielsweise zur Herstellung von Kopplern, Multiplexern und Demultiplexern benötigt. Durch einen Koppler wird beispielsweise ein Teilung der Leistung von über eine Faser geführtem Licht vorgenommen. Die Leistungsaufteilung kann während der Herstellung des Kopplers beispielsweise mittels eines an die Fasern angeschlossenen Meßgeräts eingestellt bzw. überwacht werden. Es ist dann möglich, jeweils die gleiche Leistung aber auch unterschiedliche Leistung über abzweigende Fasern laufen zu lassen. Ein beispielsweise aus zwei Fasern bestehender Multiplexer kann grundsätzlich den gleichen Aufbau wie ein Koppler haben. Im Multiplexer erfolgt die Leistungsaufteilung wellenlängenabhängig. Die Geometrie der Koppelzone kann bei der Herstellung der Verbindung so vorgegeben werden, daß beispielsweise in der einen Faser eine andere Frequenz als in der zweiten Faser 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 aufteilt. Der Einfachheit halber wird im folgenden, stellvertretend für alle anderen Möglichkeiten, das Wort "Koppler" verwendet.

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 von als LWL verwendeten Glasfasern im Koppelbereich verjüngt wird. Nach einem Vorschlag von B. S. Kawasaki und K. O. Hill in "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-PS 29 37 580 hervor, mit welchem ein Koppler zwischen einer Gradientenfaser und einer Kern-Mantel- Faser hergestellt wird. Bei allen bekannten Verfahren werden die zu verbindenden Fasern in einem nur ungenau definierten Bereich zusammengebracht und die Koppler werden mit relativ großem Aufwand mit genügender Güte und ausreichend niedrigen Dämpfungswerten hergestellt. Da für die Verbindungsstellen der Fasern in den Kopplern keine definierten Angaben vorliegen, arbeiten die bekannten Verfahren nicht reproduzierbar. Sie sind für eine Massenfertigung also kaum geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch dessen Einsatz es auf einfache Weise möglich ist, Koppler zwischen mindestens zwei aus Glas bestehenden Fasern in reproduzierbarer, für eine Massenherstellung geeigneter Technik herzustellen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß von der Verbindungsstelle ausgehendes Licht, das durch Glühen der erwärmten Fasern bedingt ist, an mindestens einer Faser an einem außerhalb der Verbindungsstelle liegenden Ort mittels eines optischen Detektors gemessen und zur Einstellung der Temperatur der Wärmequelle verwendet wird.

Die Temperatur, mit der die Fasern in der Verbindungsstelle verschmolzen werden, muß bei gleichartigen Fasern zur Herstellung von Kopplern Verbindungsstellen mit gleichen Eigenschaften in engen Grenzen konstant gehalten werden. Mit dem vorliegenden Verfahren ist eine einfache Möglichkeit zur Einstellung bzw. Regelung der Temperatur gegeben, ohne daß die Temperatur direkt gemessen werden muß. Es wird dabei der Effekt ausgenutzt, daß die in den schmelzflüssigen Zustand überführten Fasern zu Glühen beginnen, wobei die Intensität des dabei ausgesandten Lichts ein Maß für die Temperatur der Fasern in der Schmelzzone ist. Wenn an Hand eine Prototyps für einen Koppler einmal eine Eichkurve zwischen gemessener Intensität und absoluter Temperatur erstellt wurde, können danach in reproduzierbarer Weise Koppler mit aus Glas bestehenden Fasern hergestellt werden, die alle gleichbleibende Eigenschaften haben. Die Messung der Intensität des von der Verbindungsstelle ausgehenden Lichts kann insbesondere einfach über eine der Fasern erfolgen. Zweckmäßig wird für den Anschluß eines optischen Detektors eine der Fasern verwendet, deren Ende im fertigen Bauteil für die eigentliche Signalübertragung nicht benötigt wird.

Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen als Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen aus zwei Fasern bestehenden Koppler,

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

In der folgenden Beschreibung wird weiter das Wort "Koppler" - stellvertretend für alle anderen Möglichkeiten, wie Multiplexer oder Demultiplexer, - verwendet.

Der in Fig. 1 dargestellte Koppler K besteht aus zwei Fasern 1 und 2, die in dem mit A bezeichneten Bereich miteinander verschmolzen sind. Die Fasern 1 und 2 sind im Bereich A verjüngt, so daß ihre Kerne einander angenähert sind. Der Koppler K hat vorzugsweise drei Ein- bzw. Ausgänge (Ports), so daß beispielsweise in Richtung des Pfeiles 3 eingespeistes Licht in Richtung der Pfeile 4 und 5 aus zwei unterschiedlichen Ausgängen des Kopplers K austritt. Das Ende 6 der Faser 2 wird dabei nicht benötigt. Die Aufteilung des Lichts im Bereich A ist so gewählt, daß aus dem Ende 6 kein wesentlicher Anteil austreten kann.

Zur Herstellung des Kopplers K nach Fig. 1 werden die beiden Fasern 1 und 2 parallel zueinander verlaufend aneinander gelegt. Durch Wärmezufuhr, beispielsweise mit einer offenen Flamme oder mit einem Lichtbogen, werden sie miteinander verschmolzen. Gleichzeitig wird an den Enden der Fasern 1 und 2 mit definierter Kraft gezogen, so daß ihre radialen Abmessungen im geschmolzenen Bereich, d. h. also im Bereich A, verringert werden. Bei dem Verbindungsvorgang werden die Übertragungseigenschaften der Fasern 1 und 2 bzw. des Kopplers K gemessen und der Prozeß wird abgebrochen, wenn die gewünschten Eigenschaften erreicht sind. Dazu werden definierte Zugkräfte und eine bestimmte Temperatur der Wärmequelle erforderlich.

Die Einhaltung und Reproduzierbarkeit der Zugkräfte sind kein Problem. Die Einstellung der Temperatur der Wärmequelle zur Herstellung reproduzierbarer Koppler K wird wie folgt vorgenommen:

In Fig. 2 ist ebenfalls ein aus zwei Fasern 1 und 2 bestehender Koppler K schematisch angedeutet. Er wird grundsätzlich so hergestellt, wie im Vorangehenden beschrieben. Die beiden Fasern 1 und 2 sind entlang einer Mantellinie einander angenähert und mit ihren Enden in Ziehvorrichtungen 7 und 8 eingespannt. In dem Bereich A liegen die beiden Fasern 1 und 2 aneinander. Sie werden in diesem Bereich mittels einer Wärmequelle 9 so weit erwärmt daß sie schmelzflüssig werden. Gleichzeitig werden die beiden Ziehvorrichtungen 7 und 8 mit definierter Kraft auseinandergefahren, so daß die beiden Fasern 1 und 2 im Bereich A nicht nur miteinander verschmelzen, sondern gleichzeitig auch ihre radialen Abmessungen verringern.

Zur Überwachung der Übertragungseigenschaften der Fasern 1 und 2 bzw. des Kopplers K kann aus einem Sender 10 Licht beispielsweise in die Faser 1 eingespeist und in den Empfängern 11 und 12 empfangen werden, die auf der anderen Seite an die Faser 1 bzw. 2 angeschlossen sind. Die Intensität bzw. Leistung des in den Empfängern 11 und 12 ankommenden Lichts ist vorgegeben. Sobald die vorgegebenen Werte erreicht sind, wird der Prozeß zur Herstellung des Kopplers K abgebrochen.

An das freie Ende 6 der Faser 2 ist ein optischer Detektor 13 angeschlossen, welcher unter Zwischenschaltung geeigneter Filter nur das Licht empfängt, das vom Koppler K infolge des Glühens der Fasern 1 und 2 ausgeht. Die Intensität dieses Lichts ist abhängig von der Temperatur der Wärmequelle 9 bzw. von der am Koppler K herrschenden Temperatur. Sie ist dieser Temperatur proportional. Mit der Ausgangsgröße des Detektors 13, beispielsweise einem Photostrom, kann daher nach entsprechender Eichung die Temperatur der Wärmequelle 9 ohne direkte Temperaturmessung sehr genau eingestellt werden.

Die Ausgangsgröße des Detektors 13 kann über einen Regelkreis auch zur automatischen Regelung der Temperatur der Wärmequelle 9 verwendet werden. Das kann in bevorzugter Ausführungsform über einen Regler 14 vorgenommen werden, dem nach Erstellung einer Eichkurve ein Sollwert für die zu regelnde Temperatur aufgegeben ist. Vom Detektor 13 wird dem Regler 14 der jeweilige Istwert der Temperatur zugeführt, so daß die Temperatur der Wärmequelle 9 ständig im Ausgleichssinne geregelt wird.

Claims (2)

1. Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei aus Glas bestehenden optischen Fasern, mit welchem die Fasern zur Herstellung einer Verbindungsstelle auf einer vorgegebenen Länge nebeneinander liegend zur gegenseitigen Berührung gebracht, durch Zufuhr von Wärme aus einer Wärmequelle miteinander verschmolzen und gleichzeitig durch axiale Zugbelastung in ihren radialen Abmessungen verkleinert werden und bei welchem die Übertragungseigenschaften der Fasern bzw. der Verbindungsstelle während des Verbindungsvorgangs überwacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß von der Verbindungsstelle ausgehendes Licht, das durch Glühen der erwärmten Fasern (1, 2) bedingt ist, an mindestens einer Faser an einem außerhalb der Verbindungsstelle liegenden Ort mittels eines optischen Detektors (13) gemessen und zur Einstellung der Temperatur der Wärmequelle (9) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Detektor (13) ein die Temperatur der Wärmequelle (9) auf einen vorgegebenen Sollwert regelnder Regler (14) zugeordnet wird, dem als Istwert die der Temperatur der Verbindungsstelle proportionale Ausgangsgröße des Detekors (13) aufgegeben wird.