DE3837953A1 - Spleissgeraet fuer glasfasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spleißgerät für Glasfasern der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Ausführung und ein Verfahren zur Herstellung solcher Spleiße, die insbesondere für Systeme der optischen Nachrichten-Übermittlungstechnik benötigt werden.

Ein Spleißgerät für Glasfasern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist beispielsweise aus der DE-OS 35 38 563 bekannt. Bei dem Gerät wird von einer Längsseite Licht in die Glasfasern eingekoppelt und die Faserkerne an einer anderen Längsseite mittels optischer Einrichtungen sichtbar gemacht oder in anderer geeigneter Weise detektiert. Die beiden zu verbindenden Faserenden können dann entweder unter dem Mikroskop durch eine 2D-Sichtkontrolle manuell oder mittels optoelektrisch gesteuerter Stellantriebe automatisch justiert werden. Das mit diesem Spleißgerät mögliche Sichtbarmachen der Faserkerne ist jedoch nicht bei allen Fasertypen gleichermaßen anwendbar. Insbesondere liefert es keine quantitativen Angaben über das tatsächlich über die justierten Faserenden transmittierte Licht.

Ferner ist es bekannt, vor dem Spleißen eine Lichtdurchgangskontrolle durch Messung des über die Faserenden transmittierten Lichtes vorzunehmen. Dies geschieht in der Weise, daß in ein freies Faserende Licht eingekoppelt und das über die Faserenden transmittierte Licht am anderen freien Ende detektiert wird. Derartige Spleißvorrichtungen finden für Laborzwecke oder bei der Glasfaserherstellung Verwendung. Sie eignen sich jedoch nicht zur Anwendung im Feld, da die rückwärtigen Enden der Glasfaserleitungen in der Regel nicht zugänglich sind.

Alle im Handel befindlichen Geräte sind in der Herstellung relativ teuer und im allgemeinen als Standgeräte ausgeführt, die Kleinkofferformat haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Spleißgerät gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 den Anwendungsbereich dahingehend zu vergrößeren, daß damit alle üblichen Fasertypen auch im Feldeinsatz, wie z.B. einem Kabelschacht, auf optimalen Lichtdurchgang justiert und anschließend gespleißt werden können und ein Verfahren zur Herstellung solcher Spleiße anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen konstruktiven Merkmale und die im Patentanspruch 5 angegebenen Verfahrensmerkmale gelöst. Weitere Lösungen der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe sind in den Ansprüchen 6 und 7 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die angegebenen Lösungen haben den Vorzug, daß die Faserüberstände, die bei der Herstellung von glatten Faserstirnflächen ohnehin anfallen, als Referenz für die Lage der zu justierenden Faserkerne genutzt und diese Lage numerisch exakt bestimmt werden kann und zwar unabhängig von der Schwankungsbreite der Querschnittsgeometrie der Glasfasern. Weitere Vorteile sind in der Beschreibung genannt.

Die Erfindung wird anhand von in Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen wie folgt näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1a-1d zwei Faserhalteplatten eines Spleißgerätes mit in Führungen eingelegten Glasfasern und einem während der Vorbereitung eines Faserspleißes gebildeten optischen Kontrollkanal, in der Draufsicht;

Fig. 2a-2d das Ausführungsbeispiel von zwei den Fig. 1a bis 1d ähnelnden Faserhalteplatten, bei denen während der Vorbereitung eines Faserspleißes zwei optische Kontrollkanäle gebildet werden, in der Draufsicht.

In den Fig. 1a bis 1d sind zwei Faserhalteplatten 1, 2 eines Spleißgerätes für Glasfasern 3, 4 dargestellt, das unter anderem mit einem Ritzwerkzeug 5 mehreren Stellantrieben zum Justieren der Faserenden in den drei Koordinatenrichtungen (nicht dargestellt) und einer Schweißvorrichtung 6 zum Spleißen der Faserenden versehen ist. Die allgemein als Glasfasern bezeichneten optischen Fasern können sowohl Einmoden- als auch Mehrmodenfasern sein.

Jede Faserhalteplatte 1, 2 weist eine Führung 7, 8 auf, in deren Verlängerung die jeweils gegenüberstehende Faserhalteplatte eine sich fortsetzende Führung 7′, 8′ hat. Auf diese Weise werden zwei parallele Faserführungen gebildet, in die nebeneinander zwei sich mit den Faserenden überlappende Glasfasern 3, 4 einlegbar sind. Die Faserhalteplatten 1, 2 werden vorzugsweise aus Siliziumsubstrat hergestellt und jeweils auf einer mechanisch stabilen Platte aus anderem Werkstoff befestigt. Siliziumsubstrat bietet den Vorteil, daß die Führungen durch Herausätzen V-förmiger Nuten mit sehr genauen Abmessungen und in präzisen Abständen hergestellt werden können. Über eine in der Mitte zwischen den Führungen 7, 7′, 8, 8′ liegende zentrale Längsachse 9 ist eine der beiden Faserhalteplatten exakt um 180° oder beide Faserhalteplatten 1, 2 in entgegengesetzten Richtungen jeweils um 90° drehbar und zwar in der Weise, daß die zu spleißenden Glasfasern 3, 4 und die abtrennbaren Faserüberstände 3′, 4′ jeweils miteinander fluchten. Von den die einander überlappenden Faserenden aufnehmenden Führungen 7′, 8′ endet eine vor einer Lichtquelle 10, wie z.B. einem Laser oder einer Licht emittierenden Diode und die andere vor einem großflächigen Lichtdetektor 11.

Fig. 1a zeigt die Ausgangsstellung der Faserhalteplatten 1, 2 des Spleißgerätes. In dieser Stellung werden die abgemantelten Glasfasern 3, 4 so in die parallel nebeneinander und symmetrisch zur Längsachse 9 liegenden Führungen 7, 7′, 8, 8′ eingelegt, daß eine unmittelbar vor der Lichtquelle 10 und die andere unmittelbar vor dem Lichtdetektor 11 endet. Nun werden die Glasfasern 3, 4 in allen Führungen jeder Faserhalteplatte 1, 2 möglichst torsionsfrei fixiert, mittels des Ritzwerkzeuges 5 geritzt und anschließend durch Ziehen an einer Faserhalteplatte getrennt (Fig. 1b). Danach werden die Enden der Glasfasern 3, 4 und die davon abgetrennten Faserüberstände 3′, 4′ durch Drehen wenigstens einer Faserhalteplatte um die Längsachse 9 fluchtend aufeinander ausgerichtet, so daß die Faserüberstände 3′, 4′ nach dem Anschalten von Lichtquelle 10 und Lichtdetektor 11 einen lichtführenden und einen lichtempfangenden optischen Kontrollkanal bilden. Das an einem Ende des Kontrollkanales eingekoppelte Licht wird dabei am anderen Ende detektiert und zur Steuerung der Stellantriebe für die Feinjustierung auf maximalen Lichtdurchgang verwendet. Da der Kontrollkanal (Faserüberstände 3′, 4′) fest mit dem Faserkanal (Glasfasern 3, 4) korreliert ist, werden hierbei gleichzeitig auch die Faserkerne der Glasfasern 3, 4 unter voller Berücksichtigung der Kernelliptizitäten präzise aufeinander justiert. Der zum Justieren erforderliche Verschiebealgorithmus ist hier sehr einfach, da er keine Speicherfähigkeit erfordert. Nach beendeter Justage werden die Enden der Glasfasern 3, 4 mittels der Schweißvorrichtung in einem elektrischen Lichtbogen gespleißt und der Spleiß nach dem Lösen der Faserfixierungen aus den Faserhalteplatten 1, 2 entnommen. Die Faserüberstände 3′, 4′ werden ebenfalls aus den Führungen 7′, 8′ entfernt, da bei der Vorbereitung einer weiteren Spleißverbindung wieder passende Faserüberstände anfallen.

In den Fig. 2a bis 2d sind zwei identisch ausgebildete Faserhalteplatten 12 dargestellt, die um 180° gedreht sind und sich asymmetrisch gegenüberstehen. Jede hat eine in Längsrichtung durchgehende Führung 13 für die Aufnahme der zu spleißenden Glasfasern 14, 15. Diese Führung 13 ist exakt in der Mitte zwischen zwei weiteren Führungen 16, 17 angeordnet, von denen eine vor einer Lichtquelle 18 und die andere vor einem großflächigen Lichtdetektor 19 endet.

Zweckmäßigerweise bestehen die Faserhalteplatten 12 wieder aus Siliziumsubstrat mit nutenförmigen Führungen und den gleichen optoelektrischen Bauelementen wie bei den Faserhalteplatten der zuvor beschriebenen Spleißgeräte-Ausführung. Davon jedoch abweichend ist beispielsweise in der mit der Lichtquelle 18 abschließenden Führung 16 ein der Führungslänge entsprechendes, vorzugsweise aus einer Monomodefaser bestehendes Glasfaserstück 20 dauerhaft befestigt.

Zur Vorbereitung einer Spleißverbindung werden die Glasfasern 14, 15 in bekannter Weise zunächst abgemantelt und so in die Führungen 13, 16, 17 eingelegt, daß die dabei einander überlappenden Faserenden jeweils mit einem Lichtdetektor 19 abschließen. In dieser Ausgangsstellung sind die Faserhalteplatten 12 um einen Führungsabstand gegeneinander parallel verschoben (Fig. 2a). In dieser Lage werden die Glasfasern 14, 15 in den Führungen 13, 16, 17 fixiert, anschließend mit dem Ritzwerkzeug 5 angeritzt und wieder durch Ziehen an wenigsten einer Faserhalteplatte 12 getrennt (Fig. 2b). Danach werden die Faserhalteplatten 12 um einen Führungsabstand so gegeneinander parallel verschoben, daß die Faserenden der Glasfasern 14, 15 fluchten und gleichzeitig die beiden davon abgetrennten Faserüberstände 14′, 15′ jeweils auf das mit der Lichtquelle 18 abschließende Glasfaserstück 20 ausgerichtet sind. Auf diese Weise werden zwei optische Kontrollkanäle gebildet, in die jetzt Licht eingekoppelt wird (Fig. 2c). Nun wird mittels eines vorhandene Stellantriebe steuernden Mikroprozessors nacheinander die transmittierte Lichtleistung in den beiden Kontrollkanälen maximiert und hierbei die reale Position der Faserkerne bezüglich der Faserführungen ermittelt. Da sich in beiden Kontrollkanälen abgeschnittene Endstücke (Faserüberstände 14′, 15′) der Glasfasern 14, 15 befinden, welche identische azimutale Orientierung und Kernelliptizitäten wie die zu spleißenden Faserenden aufweisen, werden durch Messungen über die Kontrollkanäle gleichzeitig die Positionen der Kerne beider Faserenden (Glasfasern 14, 15) festgelegt. Die vom Mikroprozessor nach einem geeigneten Verschiebealgorithmus errechneten Steuersignale liefern hierbei den Stellantrieben des Spleißgerätes die Positionsabweichungen der Faserkerne von einer durch die Faserführungen vorgegebenen Sollposition und gestatten somit als letzten Justierschritt, die Faserkerne der Glasfasern 14, 15 exakt fluchtend auszurichten und die Faserenden optimal positioniert zu spleißen (Fig. 2d).

Die beschriebenen Spleißverfahren können mit kompakten und kostengünstig herstellbaren Spleißgeräten durchgeführt werden. Die Faserhalteplatten 1, 2, 12 benötigen nur kleine Abmessungen und die für die Faserausrichtung und -justierung erforderlichen Lichtquellen 18, wie z.B. LED, Laserdioden und die Lichtdetektoren 19, wie z.B. PIN-Dioden, können mit ihrer elektrischen Stromversorgung in die Faserhalteplatten integriert werden. Für die vor dem Spleißen erfolgende Feinjustierung der Glasfasern 3, 4, 14, 15 lassen sich handelsübliche und damit kostengünstige x-y-z Tracking Verfahren oder z.B. CD-Laser Pickup-Vorrichtungen einsetzen, deren Mikroprozessorsteuerung kompakt in den Träger der Faserhalteplatten 12 integrierbar ist. Je nach Ausführung des Spleißgerätes können zum Justieren der Glasfasern 3, 4, 14, 15 für die Bewegungen der Faserhalteplatten auch andere handelsübliche Stellantriebe, wie z. B. Piezo-Elemente, "Inchworm"-Systeme oder Schrittmotor-Verschiebungen eingesetzt werden.

Das Spleißgerät ist unabhängig davon, welche Ausführungsform von Faserhalteplatten 1, 2, 12 verwendet wird wahlweise als Standgerät oder aufgrund der kompakten Bauweise als Handspleißgerät mit externer Stromversorgung ausgebildet. Das Handspleißgerät kann in Kabelschächten und auch an anderen Stellen mit relativ unzugänglich verlegten Glasfaserkabeln eingesetzt und ohne Umstände an die zu verspleißenden Faserenden herangeführt werden. Dies ist besonders wirtschaftlich, wenn die Enden vieladriger Glasfaserkabel miteinander verbunden werden müssen. Mittels einer hermetisch dichten Abdeckung ist der Spleißvorgang auch unter Atmosphären-Abschluß vornehmbar, das ein Spleißen in explosionsgefährdeter oder staubiger Umgebung gestattet.

Claims (7)

1. Spleißgerät für optische Glasfasern mit einem Ritzwerkzeug, einer Schweißvorrichtung sowie einer Lichtquelle, einem Lichtdetektor und zwei Faserhalteplatten, die je zwei in parallelem Abstand angeordnete Führungen zum Einlegen von zwei einander überlappenden Faserenden und wenigstens einen Niederhalter zum Fixieren der Glasfaser aufweisen und von denen wenigstens eine Faserhalteplatte in Längsrichtung der Glasfasern und wenigstens eine Faserhalteplatte so bewegbar ist, daß die von den einander überlappenden Faserüberständen abgetrennten Glasfasern axial aufeinander ausrichtbar und mittels optoelektrisch gesteuerter Stellantriebe feinjustierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) am Ende der den Faserüberstand (3′) aufnehmenden Führung (7′) der einen Faserhalteplatte (2) und der Lichtdetektor (11) am Ende der entsprechenden Führung (8′) der anderen Faserhalteplatte (1) angeordnet ist und daß wenigstens eine der beiden Faserhalteplatten (1, 2) so um eine Längsachse (9) drehbar ist, daß die zu spleißenden Glasfasern (3, 4) und die abgetrennten Faserüberstände (3′, 4′) jeweils miteinander fluchten, und die Faserüberstände (3′, 4′) und in fester Korrelation dazu die Enden der Glasfasern (3, 4) mittels der Stellantriebe auf maximalen Lichtdurchgang feinjustierbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Faserhalteplatten (1, 2) um 180° um die Längsachse (9) drehbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Faserhalteplatten (1, 2) in entgegengesetzten Richtungen jeweils um 90° um die Längsachse drehbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserhalteplatten (1, 2) aus Siliziumsubstrat bestehen und die Führungen (7, 7′, 8, 8′) V-förmig herausgeätzte Nuten sind.

5. Verfahren zum Spleißen von optischen Glasfasern, die mit einander überlappenden Enden in parallel angeordnete Führungen von zwei Faserhalteplatten eingelegt und darin fixiert werden, daß die Glasfasern im Bereich der einander überlappenden Enden angeritzt und durch axiales Ziehen an wenigstens einer Faserhalteplatte an den geritzten Stellen von den Faserüberständen abgetrennt werden, daß die Faserhalteplatten manuell und/oder automatisch soweit gegeneinander bewegt werden, bis die Glasfasern fluchten, daß danach mittels Lichtmessung und Steuerung von Stellantrieben eine Feinjustierung der Faserenden vorgenommen, anschließend gespleißt und der Spleiß nach dem Lösen der Faserfixierungen aus den Faserhalteplatten entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die fluchtende Ausrichtung der Glasfasern (3, 4) und zugleich eine Ausrichtung der abgetrennten Faserüberstände (3′, 4′) durch Drehen wenigstens einer Faserhalteplatte (2) um eine Längsachse (9) vorgenommen wird, wobei die Faserüberstände (3′, 4′) einen optischen Kontrollkanal bilden, in den an einem Ende Licht eingekoppelt und am anderen Ende das transmittierte Licht in einem Lichtempfänger (11) detektiert und zur Steuerung der Stellantriebe für die Feinjustierung auf maximalen Lichtdurchgang genutzt wird, wobei zugleich die in fester Korrelation zum Kontrollkanal befindlichen Glasfasern (3, 4) mitjustiert werden.

6. Spleißgerät für optische Glasfasern mit einem Ritzwerkzeug, einer Schweißvorrichtung sowie einer Lichtquelle, einem Lichtdetektor und zwei Faserhalteplatten, die je zwei in parallelem Abstand angeordnete Führungen zum Einlegen von zwei einander überlappenden Faserenden und wenigstens einen Niederhalter zum Fixieren der Glasfaser aufweisen und von denen wenigstens eine Faserhalteplatte in Längsrichtung der Glasfasern und wenigstens eine Faserhalteplatte so bewegbar ist, daß die von den einander überlappenden Faserüberständen abgetrennten Glasfasern axial aufeinander ausrichtbar und mittels optoelektrisch gesteuerter Stellantriebe feinjustierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede einen Faserüberstand (14′, 15′) aufnehmende Führung (17) der Faserhalteplatten (12) am Ende mit einem Lichtdetektor (19) abgeschlossen ist, und daß jede Faserhalteplatte (12) auf der Längsseite der zu spleißenden Glasfaser (14, 15), die der mit Lichtdetektor (19) abschließenden Führung (17) gegenüber liegt eine weitere Führung (16) angeordnet ist, die ein mit einer Lichtquelle (18) abschließendes Glasfaserstück (20) enthält und die denselben Abstand zur mittleren Führung (13) hat, wie die mit dem Lichtdetektor (19) abschließende Führung (1).

7. Verfahren zum Spleißen von optischen Glasfasern, die mit einander überlappenden Enden in parallel angeordnete Führungen von zwei Faserhalteplatten eingelegt und darin fixiert werden, daß die Glasfasern im Bereich der einander überlappenden Enden angeritzt und durch axiales Ziehen an wenigstens einer Faserhalteplatte an den geritzten Stellen von den Faserüberständen abgetrennt werden, daß die Faserhalteplatten manuell und/oder automatisch soweit gegeneinander bewegt werden, bis die Glasfasern fluchten, daß danach mittels Lichtmessung und Steuerung von Stellantrieben eine Feinjustierung der Faserenden vorgenommen, anschließend gespleißt und der Spleiß nach dem Lösen der Faserfixierungen aus den Faserhalteplatten entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Faserhalteplatten (12) nach dem Abtrennen der fixierten Glasfasern (14, 15) um den Abstand einer Führung so seitlich versetzt wird, daß die Faserüberstände (14′, 15′) und die Faserstücke (20) zwei optische Kontrollkanäle bilden, in die jeweils an einem Ende Licht eingekoppelt und am anderen Ende das transmittierte Licht in einem Lichtempfänger (19) detektiert und zur Steuerung der Stellantriebe für die Feinjustierung auf maximalen Lichtdurchgang genutzt wird, wobei zugleich die in fester Korrelation zum Kontrollkanal befindlichen Glasfasern (14, 15) mitjustiert werden.