DE3786217T2

DE3786217T2 - Verbinder für optische Fasern.

Info

Publication number: DE3786217T2
Application number: DE87308513T
Authority: DE
Inventors: Jeofry Stuart Courtney-Pratt; James Royce Mceowen
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1986-10-03
Filing date: 1987-09-25
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2007-09-26
Also published as: EP0262878A3; EP0262878A2; EP0262878B1; KR910001502B1; DE3786217D1; CA1302757C; KR880005471A; JP2679787B2; US4763978A; JPS63118704A

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Faserverbinder. Bekannte optische Faserverbinder enthalten typischerweise eine Vielzahl individueller Teile, von denen wenigstens zwei mit sehr engen Toleranzen herzustellen sind. Diese Anordnungen sind deshalb relativ kostenintensiv herzustellen. Darüber hinaus steigt die Komplexität und die Kosten derartiger Verbinder wesentlich an, wenn sie mehr als zwei optische Fasern miteinander verbinden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verbinder wie in Anspruch 1 definiert zur Verfügung gestellt.
Es wurde ein optischer Faserverbinder erdacht, der einfach und kostengünstig herzustellen ist. Darüber hinaus steigen Kosten und Komplexität, anders als bei bekannten optischen Faserverbindern, nicht wesentlich an, wenn dieser zum Verbinden von mehr als zwei Fasern miteinander geeignet ist. Speziell wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein sphärischer Spiegel an einem Ende eines Körpers aus transparentem Material ausgebildet. In dem Körper aus dem Material ausgebildete Öffnungen nehmen optische Fasern derart auf, daß ein optisches, von einer Faser in einer der Öffnungen ausgesendetes Signal auf den sphärischen Spiegel auftritt, wo er zu einer in die andere Öffnung eingefügten Faser reflektiert wird, wobei eine Verbindung zwischen den Fasern errichtet wird.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind N Segmente jeweiliger sphärischer Spiegel an einem Ende des Verbinders ausgebildet, die es gestatten, wenigstens N+1 Fasern miteinander zu verbinden, wobei die N+1 Fasern in jeweilige in dem Verbinder ausgebildete Öffnungen eingefügt sind. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Segmente von nicht gleicher Größe sein, wobei ein Weg zur Verteilung verschiedener Beträge des Lichtes zu verschiedenen empfangenden Fasern zur Verfügung gestellt wird.
In den Figuren zeigen
Fig. 1 einen die Erfindung verkörpernden optischen Faserverbinder,
Fig. 2 eine Querschnittansicht des Verbinders aus Fig. 1,
Fig. 3 eine Querschnittansicht eines zweiten, zum Verbinden von drei optischen Fasern miteinander geeigneten Ausführungsbeispiels,
Fig. 4 ein drittes zum Verbinden von fünf optischen Fasern miteinander geeignetes Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 5, 6 und 7 zeigen Ansichten des jeweils in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellten Verbinders.
Nachstehend wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher ein erläuterndes Ausführungsbeispiel eines die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpernden Verbinders dargestellt ist. Im speziellen ist der Verbinder 10 aus einem Körper aus transparentem Material, z. B. Polymethylmethacrylat gebildet, so daß eine sphärische Oberfläche 12 auf einer Seite 16 des Verbinders 10 gebildet ist. Das Innere der sphärischen Oberfläche 12 dient als Spiegel mit einem Krümmungsradius von beispielsweise 5 mm. Das Äußere der sphärischen Oberfläche 12 ist mit einem reflektierenden Material 13, z. B. Aluminium, Silber oder Gold beschichtet, um darauf einfallende optische Signale zu reflektieren, wobei die optischen Signale jeweils von optischen Fasern (nicht dargestellt) ausgesendet werden, die in Öffnungen 14 und 15 eingefügt sind. (Die sphärische Oberfläche 12 und das reflektierende Material 13 werden nachstehend gemeinsam als sphärischer Spiegel 12 bezeichnet.)
Zylindrisch geformte optische Fasern aufnehmende Öffnungen 14 und 15 sind in dem Körper 11 des Verbinders 10 derart ausgebildet, daß die Böden der Öffnungen zu dem Mittelpunkt der Krümmung C des sphärischen Spiegels 12 fluchten. Die Mitten der Öffnungen 14 und 15 sind von der Hauptachse in des sphärischen Spiegels 12 gleich beabstandet angeordnet und sind auf gegenüberliegenden Seiten der Achse angeordnet. Die Öffnungen 14 und 15 sind beispielsweise beide 1 cm tief und die Mitten von diesen sind 250 um von der Achse m beabstandet. Die Tiefe der Öffnungen 14 und 15 und somit die Länge des Verbinders 10 von C zur Seite 16 beeinflußt, solange die Böden der Öffnungen zum Mittelpunkt der Krümmung C des sphärischen Spiegels 12 ausgerichtet sind, die Eigenschaften des Verbinders 10 nicht.
Es ist auf diesem Fachgebiet zu erkennen, daß die Abmessungen der Öffnungen 14 und 15 zum Aufnehmen eines bestimmten optischen Fasermaßes ausgebildet sein können. Dementsprechend ist in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Bereitstellung einer Vielzahl von Verbindern 10 jeder geeignet, ein bestimmtes optisches Fasermaß aufzunehmen. Es ist ebenfalls in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, einen Verbinder 10 zur Aufnahme zweier verschiedener optischer Fasermaße auszubilden, z. B. einen Verbinder, in dem der Durchmesser der Öffnung 14 zur Aufnahme eines bestimmten optischen Fasermaßes ausgebildet ist und in dem der Durchmesser der Öffnung 15 zur Aufnahme eines anderen optischen Fasermaßes ausgebildet ist.
Um die optischen Fasern sobald sie in die Öffnungen 14 und 15 eingeführt sind an ihrem Platz zu halten, ist die Seite 16 des Verbinders 10 erfindungsgemäß entlang ihrer Mitte einen Spalt 9 ausbildend geteilt. Ein oberer Abschnitt 19 des Körpers 11 des Verbinders 10 ist ebenfalls, wie dargestellt, konisch und mit Gewinde versehen. Wenn die Gewindemutter 18 mit dem konischen Gewinde im Eingriff steht, schließt sich der Spalt 9, wodurch der Verbinder 10 veranlaßt wird, die Fasern zu ergreifen und diese sicher am Platz hält. Es auf diesem Fachgebiet zu erkennen, daß optische Fasern z. B. an ihrem Ort festgeklebt werden könnten, sobald sie in die Öffnungen 14 und 15 eingefügt sind. Nachstehend wird auf Fig. 2 Bezug genommen, in welcher ein Querschnitt des Verbinders 10 mit jeweils in die Öffnungen 14 und 15 eingefügten optischen Fasern 19 und 20 dargestellt ist. Die Seiten der optischen Fasern 19 und 20 sind in konventioneller Weise jeweils vor ihrem Einfügen in die Öffnungen 14 und 15 präpariert, d. h. das Ende der Schutzisolierung 21 und 22 ist von den Fasern entfernt und die Fasern sind auf die Länge (Tiefe) der Öffnungen 14 und 15 unter Verwendung der bekannten Ritz- und Brechtechnik geschnitten. (Es ist festzuhalten, daß falls es erwünscht ist, die Schutzisolierung an ihrem Platz belassen werden kann, vorausgesetzt, daß die Durchmesser der Öffnungen in dem Verbinder geeignet groß sind, um die Fasern und ihre Schutzisolierung aufzunehmen). Die Endflächen der Fasern können, falls erwünscht, poliert sein.
(Es ist festzuhalten, daß die optische Grenzfläche zwischen den Fasern 19 und 20 und den Böden der Öffnungen 14 und 15 jeweils z. B. durch Polieren der Böden der Öffnungen 14 und 15 oder durch Hinzufügen einer Indexanpassungsflüssigkeit, z. B. einem Silikongel, in die Öffnungen 14 und 15 jeweils verbessert werden kann).
Der Verbinder 10 errichtet gemäß der Erfindung eine optische Verbindung zwischen den Fasern 19 und 20, sobald die Fasern 19 und 20 jeweils in die Öffnungen 14 und 15 eingefügt sind. Speziell ein, von einer kleinen Quelle ausgesendetes optisches Signal, wie z. B. von einer Faser 20, breitet sich in der Form eines konischen Strahlenbündels aus. Ein solcher Strahl p des Strahlenbündels ist in Fig. 2 dargestellt. Wie gezeigt trifft der Strahl p auf den Spiegel 12 unter einem bestimmten Einfallswinkel auf und wird bei einem bestimmten Reflexionswinkel reflektiert, wobei der reflektierte Strahl mit q bezeichnet ist. Der Einfallswinkel kann durch Verlängern einer Linie r von dem Mittelpunkt der Krümmung C des Spiegels 12 zu dem Punkt n, an dem der Strahl p den Spiegel 12 trifft, bestimmt werden, wobei die Länge der Linie r der Radius der Krümmung des Spiegels 12 ist und senkrecht zum Spiegel 12 am Punkt n ist. Der Einfallswinkel ist dann der Winkel 9 zwischen dem Weg des Strahl p und dem Radius der Kurve r. Da gemäß dem Snell'schen Gesetz der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel ist, wird der Strahl q mit einem Winkel 9 reflektiert. Es ist bekannt, daß da der Reflexionswinkel des Strahl q dem Einfallswinkel des Strahls p gleicht, der Strahl q in der gleichen Richtung aber gegenüberliegend zu der Richtung des Strahl p reflektiert wird. In entsprechender Weise trifft der Strahl q auf die Faser 19, wobei erfindungsgemäß eine optische Verbindung zwischen den Fasern 19 und 20 aufgebaut wird.
Die vorstehende Beschreibung ist ebenfalls auf die verbleibenden Lichtstrahlen des von der Faser 20 ausgesendeten Lichtkonus anwendbar, um zu zeigen, daß der Spiegel 12 im wesentlichen alle Lichtstrahlen in die Faser 19 reflektiert. Darüber hinaus kann die gleiche Begründung auf den umgekehrten Fall angewendet werden, um zu zeigen, daß der Spiegel 12 im wesentlichen alle aus der Faser 19 ausgesendeten Lichtstrahlen in die Faser 20 reflektiert. Nachstehend wird auf Fig. 3 Bezug genommen, in der ein Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das zum Verbinden von drei optischen Fasern 46, 47 und 48 miteinander geeignet ist, dargestellt ist. Wie vorstehend erläutert, können die optischen Fasern am Platz eingeklebt sein, sobald sie in jeweilige Öffnungen 43 bis 45 eingefügt sind, was der Fall bei Fig. 3 und der folgenden, nachstehend diskutierten Fig. 4 ist. Im speziellen ist der Verbinder 40 beispielsweise aus einem transparenten Material, z. B. dem vorstehend erwähnten Polymethylmethacrylat, geformt, so daß zwei sphärische Segmente 41 und 42 an einem Ende des Verbinders 40 wie dargestellt ausgebildet sind. Der Mittelpunkt der Krümmung des sphärischen Segments 41 und der Mittelpunkt der Krümmung des sphärischen Segments 42 sind jeweils durch Punkte x und y dargestellt. Das Äußere der sphärischen Segmente 41 und 42 ist mit dem vorstehend erwähnten reflektierenden Material (mit 50 in Fig. 3 bezeichnet) beschichtet, so daß diese als sphärische Spiegel arbeiten können. Die Öffnungen 43, 44 und 45 sind in dem Körper 49 des Verbinders 40 zu einer Tiefe ausgebildet, die zu den Punkten x und y fluchtet. Die Mitte der Öffnung 44 ist in dem Mittelpunkt zwischen Punkten x und y angeordnet und die Öffnung 43 (45) hat den gleichen Abstand vom Punkt x (y) wie die Öffnung 44. Somit treffen, basierend auf vorstehendem, optische Signale, wie z. B. Lichtstrahlen, die von der Faser 47 aus der Öffnung 44 ausgesendet werden auf beide Segmente 41 und 42 auf, wie es jeweils durch Strahlen s und t dargestellt ist. Die jeweils auf Segmente 41 und 42 auftreffenden Lichtstrahlen s und t werden durch das reflektierende Material 50 (die reflektierten Lichtstrahlen sind jeweils mit u und v bezeichnet) in der Richtung der Öffnungen 43 und 45 reflektiert, in welchen die Strahlen u und v jeweils durch die Fasern 46 und 48 empfangen werden.
Optische, von der Faser 46 (48) aus der Öffnung 43 (45) ausgesendete Signale treffen andererseits auf das sphärische Segment 41 (42) und werden deshalb in der Richtung der in die Öffnung 44 eingefügten Faser 47 reflektiert. Somit sind in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Fasern 46 und 48 im wesentlichen voneinander entkoppelt. Es ist festzuhalten, daß eines der Segmente, z. B. das Segment 41 kleiner sein könnte als das andere Segment. In diesem Fall ist der Pegel oder die Stärke des durch die Faser 46 von der Faser 47 empfangenen optischen Signals geringer als die Stärke des von der Faser 48 empfangenen Signals. Tatsächlich kann die Erfindung gemäß Fig. 3 derart ausgestaltet werden, daß nur ein kleiner Teil des optischen Signals zur Faser 46 gerichtet wird, wobei das Signal dann verwendet werden kann, um die Stärke des von der Faser 47 ausgesendeten Signals zu überwachen.
Nachstehend wird auf Fig. 4 Bezug genommen, in der ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel zur beispielhaften Verbindung von fünf optischen Fasern miteinander dargestellt ist. Im speziellen sind vier sphärische Segmente 51 bis 54 an einer Seite des Verbinders 50 ausgebildet und die äußeren Oberflächen von diesen sind mit dem vorstehend erwähnten reflektierenden Material (in Fig. 5 mit 60 bezeichnet) beschichtet. (Die unterbrochenen Linien 61 und 62, die bei einer tatsächlichen Ausführungsform des Verbinders 50 nicht sichtbar wären, betonen die Tatsache, daß der Verbinder 50 vier Segmente enthält.) Fünf Öffnungen 55 bis 59 sind in dem Körper des Verbinders 50 zum Aufnehmen jeweiliger optischer Fasern (nicht dargestellt) ausgebildet. Die Öffnung 55 ist im Zentrum des Verbinders angeordnet und der Mittelpunkt der Krümmung jedes der Segmente 51 bis 54 ist von dem Mittelpunkt der Öffnung 55 und dem Mittelpunkt einer jeweiligen Öffnung 56 bis 59 gleich beabstandet.
Der Verbinder 50 arbeitet in ähnlicher Weise, wie es der Verbinder 40 aus Fig. 3 tut. Im speziellen treffen optische, von einer in die mittige Öffnung 55 eingefügten Faser ausgesendeten Signale auf Segmente 51 bis 54 auf. Die reflektierende Beschichtung 60 der äußeren Oberflächen der Segmente reflektieren die darauf auftreffenden Signale jeweils in der Richtung der Öffnungen 56 bis 59. Die von einer in eine der Öffnungen 56 bis 59 eingefügten Faser ausgesendeten Signale treffen ebenfalls auf ihre jeweiligen sphärischen Segmente 51 bis 54 auf, wo die reflektierende Beschichtung 60 die Signale in der Richtung der mittigen Öffnung 55 reflektiert.
Fig. 5, 6 und 7 erläutern jeweils Ansichten der Verbinder 10, 40 und 50 von oben. Es ist festzuhalten, daß die oberen Abschnitte der Verbinder 40 und 50 gemäß der vorliegenden Erfindung (obwohl in den Fig. nicht dargestellt) kreisförmig und bis zu einer vorbestimmten Tiefe geschlitzt sind und konische Gewinde zum Aufnehmen einer Gewindemutter oder einer Einfassung haben, wie es für die Verbinder 10 in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Vorstehendes ist lediglich beispielhaft für die Prinzipien der Erfindung. Z.B. kann die in Fig. 4 dargestellte Anordnung einfach zum Verbinden von mehr als fünf Fasern miteinander angepaßt werden.

Claims

1. Optischer Verbinder (10) zum Koppeln eines optischen Signalleiters mit wenigstens einem anderen optischen Signalleiter, wobei der Verbinder aus einem Festkörper aus einem transparenten Material (11) mit einer ersten (16) und einer zweiten (13) sich gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist, wobei der Körper enthält eine Vielzahl von Öffnungen (14, 15) mit jeweiligen vorbestimmten Tiefen, die in der ersten Seite (16) ausgebildet sind und

wenigstens eine sphärische Oberfläche 13, die mit einem reflektierenden Material (12) beschichtet auf der zweiten Seite (13) ausgebildet ist, wobei die Form von wenigstens einer sphärischen Oberfläche (13) und die vorbestimmten Tiefen der inneren Seiten der Öffnungen (14, 15) sowie ihre Abstände von der Hauptachse (m) der sphärischen Oberfläche (13) so ist, daß von einem optischen in eine der Öffnungen (z. B. 15) eingefügten Signalleiter (z. B. 22) ausgesendete Lichtsignale (p) auf die sphärische Oberfläche (13) auftreffen und durch die reflektierende Oberfläche (12) zu wenigstens einem anderen optischen, in eine der anderen Öffnungen (z. B. 14) eingefügten Signalleiter reflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Seite (16) durch die Öffnungen (14, 15) zu einer vorbestimmten Tiefe geschlitzt ist, um einen Spalt (q) zu bilden und das Äußere des Körpers aus dem Material (11) an der ersten Seite (16) derart konisch und mit Gewinde (17) versehen ist, daß wenn eine Mutter (18) mit Innengewinde auf das konische Gewinde (17) des Körpers im Gewindeeingriff gebracht ist, sich der Spalt (q) schließt, wobei das geschlitzte Ende veranlaßt wird, die in jeweilige Öffnungen (14, 15) aus der Vielzahl von Öffnungen eingefügten Signalleiter (21, 22) zu ergreifen.

2. Optischer Verbinder nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine mit dem reflektierenden Material beschichtete sphärische Oberfläche (13) wenigstens einen sphärischen Spiegel (12, 13) auf der zweiten Seite des Körpers aus dem Material (11) bildet.

3. Optischer Verbinder nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Enden der Öffnungen (14, 15) eine Linie treffen, die durch den Mittelpunkt der Krümmung (c) von wenigstens einer sphärischen Oberfläche (13) verläuft.

4. Optischer Verbinder nach Anspruch 1 zum Koppeln eines optischen Signalleiters mit einer Vielzahl von anderen optischen Signalleitern, ferner dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Segmenten aus jeweiligen gekrümmten Oberflächen (z. B. 41, 42 oder 51, 52, 53, 54) in der zweiten Seite (13) ausgebildet sind, wobei das Äußere jedes Segments mit einem reflektierenden Material (z. B. 50 oder 60) beschichtet ist, um jeweilige Segmente aus sphärischen Spiegeln auszubilden.

5. Optischer Verbinder nach Anspruch 4, ferner dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines aus der Vielzahl von Segmenten aus gekrümmten Oberflächen (z. B. 52) kleiner als wenigstens eine anderes (z. B. 53) aus der Vielzahl der Segmente aus gekrümmten Oberflächen ist.

6. Optischer Verbinder nach Anspruch 4, ferner dadurch gekennzeichnet, daß jede Öffnung (z. B. 55, 56, 57, 58, 59) ein inneres Ende hat, das mit dem gleichen Abstand von der Hauptachse seines jeweiligen Segments aus der Vielzahl von Segmenten aus gekrümmten Oberflächen (z. B. 51, 52, 53, 54) angeordnet ist.

7. Optischer Verbinder nach Anspruch 4, ferner dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines aus der Vielzahl von Öffnungen (z. B. 44) mit gleichem Abstand von der Hauptachse (z. B. x, y) jedes aus der Vielzahl von Segmenten aus gekrümmten Oberflächen (z. B. 41, 42) angeordnet ist.