DE3875378T2

DE3875378T2 - Spleissen von optischen fasern.

Info

Publication number: DE3875378T2
Application number: DE8888304020T
Authority: DE
Inventors: Christopher A Schantz
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 1987-05-04
Filing date: 1988-05-04
Publication date: 1993-03-18
Anticipated expiration: 2008-05-05
Also published as: EP0292146B1; EP0292146A1; US4727237A; DE3875378D1; JPS63282707A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Spleißen, insbesondere für optische Fasern bzw. Lichtleitfasern.
Lichtleitfasern werden in vielen Bereichen verstärkt eingesetzt. Zu den wichtigsten gehört die Kommunikations-Technik, bei der Lichtleitfasern die elektronischen Kabel als ausgewählte Informationsträger ersetzen. Bei einigen Anwendungen, wie Bohrlochmessungen für Ölquellen, werden extrem lange, hochfeste, feuchtigkeitsbeständige Lichtleitfaserkabel benötigt.
Lichtleitfasern werden normalerweise aus einer Stange gezogen. Mit diesem Zieh-Verfahren können sehr lange Fasern gebildet werden, es ist jedoch nicht zweckmäßig, einzelne Fasern zu formen, die für viele verschiedene Bohrlochmessungs-Aufgaben lang genug sind. Bei solchen Anwendungen stellt die Spleißtechnologie ein kritisches Element dar. Dies kommt zu der Bedeutung von Spleißverfahren beim Reparieren von beschädigten Kabeln und Wiederherstellen bereits installierter Kabelnetzwerke hinzu.
Wenn ein Kabel repariert wird, wird ein beschädigter Abschnitt entfernt, die äußeren Schichten werden zurückgezogen und die verbleibenden Enden werden zum Bilden einer Spleißstelle gespalten und verschmolzen. Diese Spleißstelle ist im allgemeinen schwächer als die ursprüngliche Faser, so daß zusätzlich zu Zwischen-Pufferschichten und anderen für die Kabelanforderungen kennzeichnenden Schichten Zugentlastungen eingesetzt werden. Diese Zugentlastungen und andere nachträgliche Abdeckungen tendieren dazu, gegenüber der auf beiden Seiten der Spleißstelle verbleibenden Originalummantelung auszubauchen. Für einige Anwendungen ist dies nicht weiter störend, kann jedoch da, wo Platzanforderungen vorrangig sind, zu einem Problem werden.
Bei sehr langen Kabeln, die ursprünglich aus einzelnen Segmenten gebildet wurden und auf einer Spule ausgeliefert werden, sollten solche ausbauchenden Spleißstellen jedoch vermieden werden, insbesondere bei bezüglich des Durchmessers kritischen Anwendungen, wie Bohrlochmessungen. Es ist wesentlich schwieriger, eine Spule mit einem Faserkabel mit erheblichen Ausbuchtungen längs seiner Länge auf- und abzuwickeln. Ferner wird ein neues Kabel, trotz der Zugentlastung, während der Installation erheblich gebogen und belastet, so daß relativ schwache Spleißstellen eine Ursache für Unzuverlässigkeit sein können.
Die Spleißstellen sind nicht nur die Ursache für eine geringe mechanische Festigkeit. An diesen Stellen treten auch Obertragungsverluste aufgrund eines Kernversatzes und von Stirnflächenreflektionen auf. Wenn also die Ausrichtung während des Spleißens fehlerhaft ist, kann ein aus mehreren Segmenten bestehendes Kabel einen nicht annehmbaren Lichtverlust haben. Selbst wenn das Kabel direkt nach dem Spleißen ausreichend gut ausgerichtet ist, können kleinere physische Schäden an Spleißstellen bewirken, daß die optische Leistungsfähigkeit unter eine zufriedenstellende Schwelle fällt.
Die Schwierigkeiten aufgrund von Spleißstellen sind bei hermetisch abgedichteten Fasern und anderen Fasern mit Spezialbeschichtungen besonders kompliziert. In die meisten Fasermäntel und Puffer-Werkstoffe kann Feuchtigkeit leicht eindringen und die Faser selbst angreifen und schwächen. Ober eine längere Zeitspanne kann eine solche Schwächung schwerwiegende Folgen haben. Um derartige Angriffe zu vermeiden, kann die Faser mit einer hermetischen Versiegelung überzogen werden, so daß keine die äußeren Schichten des Faserkabels durchdringende Feuchtigkeit die Faser selbst erreichen kann.
Im US-Patent 4,512,629 von Hansen et al. ist ein Verfahren zum Herstellen eines Faserkabels angegeben, bei dem ein hermetischer Überzug auf die Faser aufgebracht wird, wenn sie aus einem Ziehturm geformt wird. Bevor die gezogene Faser abkühlen kann, wird sie Methylacetylen oder einem anderen kohlenstoffhaltigen Gas ausgesetzt. Die Pyrolyse des Methylacetylens in einer nicht oxidierenden Umgebung ergibt einen Kohlenstoffilm auf der Faser. Dieser glasartige Film dient als eine wirksame hermetische Versiegelung.
Wenn jedoch herkömmliche Spleißverfahren eingesetzt werden, wird diese Versiegelung an den Spleißstellen notwendigerweise unterbrochen. Wenn die Spleißstellen Wassermolekülen ausgesetzt werden, werden die Spleißstellen zu schwachen Gliedern in der Faser-Licht-Kette, die den Wert der unversehrten hermetischen Dichtung stark vermindern. Die Schwierigkeit liegt darin, daß bei einem Kabel mit einer hermetisch versiegelten Faser die Spleißstelle sowohl von Anfang an die physisch schwächste Stelle darstellt als auch am anfälligsten gegenüber eindringender Feuchtigkeit ist.
In der FR-A-2 510 270 ist ein Verfahren zum Schweifen von zwei optischen Fasern im Stoß angegeben, von denen jede einen verstärkenden Überzug (a) und eine äußere Schutzhülle (b) hat. Beide Schichten werden lokal zum Bilden bloßliegender Faserenden entfernt. Die beiden Stirnenden der Fasern werden dann zum Bilden einer Verbindung geschmolzen. Ein Harz (c) wird dann um diese Verbindung gegossen, um eine Verstärkungsschicht mit demselben Durchmesser wie dem der Schicht (a) zu bilden.
Als weitere Lösung wurde erwogen, eine gespleißte Faser in eine erwärmte, Methylacetylen enthaltende Kammer einzubringen, um unmittelbar nach dem Spleißen einen amorphen Kohlenstoff-Überzug über der freigelegten Faser auszubilden. Auf diese Weise beschichtete Spleißstellen weisen jedoch keine ausreichende Festigkeit auf und sind im Vergleich zu den spleißfreien Abschnitten des Kabels nicht ausreichend wasserabweisend. Die derart aufgebrachten Überzüge beinhalten kleine Klumpen, die relativ anfällig für Beschädigungen aufgrund von Zug und Biegung des Kabels sind und bei denen relativ leicht Feuchtigkeit in die Faser eindringen kann.
Bei den bekannten Spleißverfahren gibt es also verschiedenartige Schwierigkeiten. Dazu gehören das Ausbeulen von Spleißstellen, Spleiß-Schwachstellen, eine mangelhafte optische Leistungsfähigkeit an den Spleißstellen und das Brechen einer hermetischen Abdichtung an der Spleißstelle. Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, ein Spleißverfahren zum Bilden von Spleißstellen zu schaffen, die bezüglich des Durchmessers, der mechanischen Leistungsfähigkeit, der optischen Leistungsfähigkeit und der Widerstandsfähigkeit gegenüber eindringender Feuchtigkeit so wenig wie möglich vom Rest des Kabels abweichen. Insbesondere werden Lichtleitfaser benötigt, die für Bohrlochmessungen bei Ölbohrungen geeignet sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, bei dem das Spleißen in einem räumlichen Bereich durchgeführt wird, der mit einem Reaktand-Gas gefüllt werden kann, so daß die gespleißte Faser erwärmt und dann durch Pyrolyse des Reaktand-Gases auf der Faseroberfläche beschichtet werden kann. Dieser Bereich kann durch eine Kammer begrenzt sein. Die Faser kann mittels eines Lasers oder einer anderen Vorrichtung, welche die Fasern im Verhältnis zum umgebenden Gases stärker aufheizen, erwärmt werden, um eine heterogene Kernbildung zu fördern. Diese Anordnung ermöglicht das Durchführen einer Reihe von Wärme einsetzenden Schritten mit minimaler Störung der zu spleißenden Enden und der sich ergebenden gespleißten Faser. Dies ergibt einen ähnlichen Überzug wie den beim Einleiten der Pyrolyse am Ziehturm erhaltenen Überzug, ohne die Partikel, die offenbar entstehen, wenn eine homogene Kernbildung in dem von der Faser entfernten Gasablagerungen verursacht, welche die Faseroberfläche verunreinigen.
Die Kammer weist vorzugsweise mehrere Öffnungen zum Einführen und relativen Positionieren der Faser-Adern, Einlassen von Laserstrahlung und Sichten der Ausrichtung der Faser- Adern auf. Ein Faserhalter kann das Anbringen der Adern außerhalb der Kammer, Einführen der angebrachten Adern in die Kammer und relatives Positionieren der Adern ermöglichen. Ein System zum Handhaben von Gas ist zum Steuern des Gasstromes und der Gasmischung in der Kammer vorgesehen.
Abhängig von der Art der eingesetzten Fasern und Überzüge kann das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte umfassen: Vorbereiten der zu spleißenden Faser-Adern, Befestigen der Faser-Adern, Einführen der Faser-Adern in die Reaktionskammer, Entfernen von altem Überzugs-Werkstoff von jedem Faser-Adernende, Formen und Reinigen der zu spleißenden Enden, Spleißen, Einschmelzen von partikelförmigen Faserwerkstoff in die Faseroberfläche, Einführen eines Reaktand-Gases in die Kammer, Erwärmen der Faser zum Induzieren von Pyrolyse auf der Faseroberfläche, so daß sich der gewünschte Überzug bildet, Auslassen des Reaktand-Gases, Entfernen der beschichteten Faser aus der Kammer und Bilden einer Schutz-Pufferschicht über dem gespleißten Bereich.
Dieses Verfahren kann für verschiedene Fasern und Überzüge angepaßt werden. Wenn es eingesetzt wird, um einen hermetischen Überzug über eine Spleißstelle zwischen zwei hermetisch abgedichteten Fasern auszubilden, ist die resultierende Spleißstelle optisch, mechanisch und körperlich vergleichbar mit den spleißstellfreien Abschnitten der Faser.
Vorzugsweise kann während des Spleißverfahrens zum Minimieren des Lichtverlusts an der Spleißstelle eine optische Totzeit-Reflektions(OTDR)-Vorrichtung eingesetzt werden.
Ein Vorteil der Erfindung ist, daß die hermetisch verschlossene Spleißstelle nicht bedeutend schwächer als die spleißstellenfreien Abschnitte der Faser ist und daß sie nach dem Aufbringen der Schutz-Pufferschicht nicht ausladender ist als die ursprünglichen Faserkabel. Dieses Spleißverfahren kann also zum Herstellen sehr langer Kabel eingesetzt werden, die die allein durch Ziehen von Fasern aus Vorformen praktisch erreichbaren Längen weit übertreffen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß die hermetische Abdichtung mit der ursprünglichen hermetischen Abdichtung integral oder einstückig ausgebildet ist, so daß ein Qualitätsverlust aufgrund von Feuchtigkeit vernachlässigbar ist. Bei einer Vorführung der Leistungsfähigkeit einer nach der Erfindung hergestellten Spleißstelle, extreme Umgebungsbedingungen auszuhalten, hielt eine solche Spleißstelle in einem Säurebad, das eine herkömmlich gebildete Spleißstelle innerhalb von fünf Minuten zerstört, sechs Monate lang. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im folgenden durch die Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Draufsicht auf ein Spleißgerät für Lichtleitfaserkabel,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Spleißgeräts von Fig. 1 in Beziehung zu einem Gas-Fördersystem,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Faserhalters im Teilschnitt in Beziehung zu einer Kammer, wobei beide Bestandteile des Spleißgeräts von Fig. 1 sind,
Fig. 4A-D Schnittdarstellungen einer Lichtleitfaser zur Erläuterung der Folge von Verfahrensschritten hach der Erfindung, die vor dem Einführen der Adern in eine Reaktionskammer durchgeführt werden,
Fig. 5A-D Schnittdarstellungen einer Lichtleitfaser zur Erläuterung der Folge von Verfahrensschritten nach der Erfindung, die nach dem Einbringen der Faser-Adern in eine Reaktionskammer durchgeführt werden,
Fig. 6 eine weitere perspektivische Ansicht des Spleißgeräts von Fig. 1,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung einer Kammer des Spleißgeräts von Fig. 1 mit einem schwenkbaren Spiegel,
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung von Teilen des Faserhalters von Fig. 5 und
Fig. 9 eine teilweise geschnittene und teilweise schematische Ansicht des Spleißgeräts Fig. 1.
Ein Spleißgerät 11 zum Vorsehen von hermetisch verschlossenen Spleißstellen für Lichtleitfaser weist eine Kammer 13, einen Faserhalter 15 und eine Laseranordnung 17 auf, wie in Fig. 1 gezeigt. Wie in Fig. 2 angegeben, steuert ein Gas- Fördersystem 20 den Gasinhalt und -strom in die Kammer 13. Nun wieder mit Bezug auf Fig. 1, ist eine "feste" Kabelader 21 so angebracht, daß ihre Position gegenüber der Kammer 13 feststehend ist. Eine "bewegliche" Kabelader 23 ist so angebracht, daß ihre Position durch die Einstellung eines xyz-Translationstisch 25 bestimmt wird, der relativ zur Kammer 13 bewegbar angeordnet ist. Die Kammer 13 und der Translationstisch 25 sind starr an einer motorgetriebenen Plattform 27 angebracht, wie in Fig. 3 gezeigt, so daß ein Faserabschnitt über seine Länge durch eine Relativbewegung zu einem von einem Wärme- oder Thermolaser 19 der Laseranordnung 17 erzeugten Strahl gleichmäßig erwärmt werden kann, wie in Fig. 1 gezeigt.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "Ader" und "Faser" synonym eingesetzt.
Während das Spleißgerät 11 für viele Kabel- und Faserarten einsetzbar ist, ist das erfindungsgemäße Verfahren im folgenden in bezug auf hermetisch abgedichtete Kabel mit einem Aufbau wie dem der in Fig. 4A gezeigten festen Kabelader 21 erläutert. Die gezeigte Ader 21 weist eine Mehrfachmodus- Lichtleitfaser oder optische Faser 29 mit einem Durchmesser von 125 um und einem Kern von 100 um, einen amorphen, hermetischen Kohlenstoff-Überzug 31, eine Silikon-Pufferschicht 33 und einen Teflon-Außenmantel 35 auf.
Die Vorbereitung zum Spleißen kann die folgenden Schritte umfassen, die für jede Kabelader ausgeführt werden. 1) Jede Ader wird durch den Faserhalter 15 positioniert, siehe Fig. 1 und 2, um Arbeitsschritte zur Nachbehandlung zu minimieren. 2) Der Mantel 35 wird zurückgestreift, um die in Fig. 4B gezeigte Anordnung zu erreichen; die Ader 21 wird dann durch die Silikon-Pufferschicht 33 hindurch durchtrennt, um die in Fig. 4C gezeigte Struktur zu erhalten; die Pufferschicht 33 wird chemisch geschrumpft, um die in Fig. 4D gezeigte Struktur zu erhalten, und die so vorbereiteten Kabeladern 21 und 23 werden im Halter 15 befestigt. 3) Jede vorbereitete Ader wird in entsprechenden Abschnitten dem Faserhalters 15 festgeklemmt. 4) Der Faserhalter 15 wird in Richtung auf die Kammer 13 verschoben, so daß die Faseradern 21 und 23 darin zu liegen kommen, und daraufhin wird die Kammer 13 dicht verschlossen. 5) Die Adern werden, wie in Fig. 5A gezeigt, zueinander ausgerichtet. 6) Die Laseranordnung 17 wird zum Entfernen des alten hermetischen Überzugs 31 von jedem Faserende über etwa den doppelten Faserdurchmesser eingesetzt.
Die Adern 21 und 23 sind mit einer festen Klemme 37 und einer beweglichen Klemme 39 an dem Halter 15 befestigt, wie in Fig. 3 gezeigt. Da die Klemmen 37 und 39 die Kabelmäntel 35 greifen, muß bei der Faserausrichtung ein möglicher Mangel der Konzentrizität des Kabelmantels 35 und der Kabel- Pufferschicht 33 zur Faser kompensiert werden. Das Spleißgerät 11 ist zusätzlich so aufgebaut, daß nur etwa 5 mm des Kabels nicht von den Klemmen 37 bzw. 39 gehalten werden. Der Schutzmantel 35 wird über im wesentlichen die gesamten 5 mm der nicht unterstützten oder gehaltenen Kabelabschnitte 21 und 23 abgestreift, und nur 2 bis 3 mm der nicht unterstützten Kabelabschnitte ist nicht von der Pufferschicht 33 bedeckt. Die Enden der Lichtleitfasern 29 werden also gut gehalten, so daß durch Oberflächenspannung bedingte, selbst ausrichtende Kräfte während des Schmelz-Spleißverfahrens nicht besonders-erheblich sind. Dadurch können nicht in der Mitte liegende Kerne hoch genau ausgerichtet werden, um die optische Leistungsfähigkeit an der Spleißstelle zu optimieren.
Der tatsächliche Spleißvorgang umfaßt die folgenden Schritte. 7) in einem "Vorschmelz"-Schritt wird der Wärmelaser 19 zum Formen und Reinigen der Faserstirnflächen 41 eingesetzt. 8) Die Faserstirnflächen 41 werden unter Einsatz des Wärmelasers 19 im Stoß aneinandergefügt und gespleißt, so eine gespleißte Faser 43 mit einer Spleißstelle 45 entsteht, wie die in Fig. 5B gezeigte. 9) In einem "Nachschmelz"- Schritt wird die gespleißte Faser 43 längs eines kurzen Längsstückes um die Spleißstelle 45 herum wieder erwärmt, um irgendwelche Feststoff-Partikel, die während des Schmelzschrittes aus der Spleißstelle 45 ausgetreten sind, wieder in die gespleißte Faser 43 einzuschmelzen.
Der gewünschte hermetische Überzug wird wie folgt aufgebracht. 10) Das Reaktand-Gas wird in die Kammer 13 eingelassen. 11) Die gespleißte Faser 43 wird erwärmt, so daß sich ein hermetischer Überzug 47 über der freiliegenden Faser 43 bildet, wie in Fig. 5C gezeigt. 12) Das Reaktand-Gas wird wieder ausgelassen.
Dieser Vorgang kann wie folgt abgeschlossen werden. 13) Die Kammer 13 wird geöffnet, und der Faserhalter 15 wird von der: Kammer 13 getrennt, so daß eine Schutz-Pufferschicht 49 über der Spleißstelle 45 aufgebracht werden kann, wie in Fig. 5D gezeigt. Zusätzlich kann das fertiggestellte Kabel 51 mechanisch und optisch getestet und gekennzeichnet werden.
Im einzelnen betrachtet ist die Kammer 13 des gezeigten Spleißgerätes 11 im wesentlichen kubisch, wobei eine Unterseite 53 ihrer sechs leiten so angeordnet ist, daß sie über eine Säule 55 an der motorgetriebenen Plattform 27 befestigbar ist, wie in Fig. 3 gezeigt. Die anderen fünf Seiten des Kubus sind als Vakuum-Öffnungen nutzbar. Eine "Positionier"- Öffnung 57 wird zum Einführen der Adern 21 und 23 und deren zugehörige Befestigungs-Hardware in die Kammer 13 genutzt.
Wie am besten aus Fig. 1 hervorgeht, dient eine Sicht-Öffnung 59 für Sicht- und Ausrichtvorgänge, während eine "Laser"-Öffnung 61 zum Einlassen eines Laserstrahls in die Kammer 13 vorgesehen ist. Eine "Spiegel-Steuer"-Öffnung 63, Fig. 6, trägt einen herunterklappbaren Spiegel 65, Fig. 7, der bei der vertikalen Ausrichtung der Faseradern 21 und 23 eingesetzt wird. Eine "Laser-Ausricht"-Öffnung 67 schafft einen weiteren Zugang zum Inneren der Kammer 13, um die Ausrichtung der Laseranordnung 17 zu kalibrieren, wie weiter unten beschrieben ist. Die gezeigte Gaskammer 13 ist ein Würfel aus rostfreiem Stahl mit einer Kantenlänge von 2,75 Zoll.
Der Faserhalter 15 ist so aufgebaut, daß er beide Faseradern 21 und 23 hält und eine relative Bewegung zwischen deren beiden gehaltenen Enden zuläßt. Der Faserhalter 15 weist die feststehende oder feste Klemme 37 und die bewegbare Klemme 39 zum Halten der Faseradern 21 bzw. 23 in ihren Positionen auf. Jede Klemme umfaßt ein Basisteil 69, ein Deckteil 71 und eine Klammer 37 zum Zusammenhalten jeweils eines Deckteils 71 und eines Basisteils 69, wenn die Faser- Adern 21 bzw. 23 in ihren Positionen sind, wie in Fig. 8 gezeigt.
Das Basisteil 69 der festen Klemme 37 ist an einem Ausleger 75 mit bogenförmigem Querschnitt befestigt, wie in Fig. 8 gezeigt. Dieser Ausleger 75 ist an einem Konsolen-Flansch 77 einer Konsole 79 angebracht. Nachdem die feste Ader 21 an der festen Klemme 37 angebracht ist, wird der Konsolen- Flansch 77 mit Muttern (nicht gezeigt) an Bolzen 31 befestigt, Fig. 3, die von der Kammer 13 durch Löcher 83 in dem Konsolen-Flansch 77 hindurchragen. Die Lichtleitfaser 29 der festen Ader, die in der festen Klemme 37 befestigt ist, ist also bezüglich der Kammer 13 starr angeordnet. Beide Adern 21 und 23 erstrecken sich durch die Positionier- Öffnung 57 und die feste Ader 21 ist innerhalb der Kammer 13 geschleift, so daß die gespleißte Faser 43 nach dem Spleißen leicht aus der Kammer 13 entfernt werden kann.
Die bewegbare Klemme 39 ist auf einer halbzylindrischen Stange 85 angebracht, die sich an den bogenförmigen Ausleger 75 angepaßt, auf welchem die feste Klemme 37 angebracht ist. Die halbzylindrische Stange 85 ist mit einer unteren halbkreisförmigen Stirnplatte 87, Fig. 3, verbunden, die an einer Translationstisch-Auflage 89 des Translationstisches 25 angeschraubt ist. Die Position der bewegbaren Ader 23 relativ zur feststehenden Ader 21 wird von x-, y- und z- Mikrometer-Stellvorrichtungen 91 des Translationstisches 25 gesteuert. Die axiale Trennung der Adern 21 und 23 wird beispielsweise von der x-Stellvorrichtung gesteuert, die die bewegbare Ader in Längsrichtung relativ zur feststehenden Ader 21 bewegt. Die y- und z-Stellvorrichtungen werden zum Ausrichten der Adern zueinander in horizontaler bzw. vertikaler Richtung eingesetzt.
Die Konsole 79 bildet mit dem Translationstisch-Sockel 93 eine Einheit. Wenn die Konsole 79 nicht an der Kammer 13 befestigt ist, kann sie in Längsrichtung relativ zur motorbetriebenen Plattform 27 und zur Kammer 13 bewegt werden. Diese Bewegung ist in der x-Richtung durch zwei Stifte (nicht gezeigt) beschränkt, die von dem Translationstisch- Sockel 93 abstehen und in sich längs in der Plattform 27 erstreckende Schlitze 95 eingreifen, wie in Fig. 3 gezeigt. Dadurch können die Adern 21 und 23 außerhalb der Kammer 13 leicht montiert werden.
Die montierten Adern 21 und 23 können dann durch Verschieben der Konsole 79 und des Translationstisches 25 längs der länglichen Schlitze 95 in Richtung zur Kammer 13 positioniert werden. Diese Anordnung ermöglicht auch, die gespleißte Faser 43 aus der Kammer 13 zu entfernen, ohne die Spleißstelle 45 zu kontaktieren, bevor vor dem Entfernen der gespleißten Faser 43 aus den Klemmen 37 und 39 eine Schutz- Pufferschicht 49 ausgebildet wird.
Eine obere halbkreisförmige Stirnplatte 97, Fig. 3, oder ein "Halbmond-Verschluß", wird mit Flügelschrauben 99 zur leichteren Entfernung während des Einführens der Adern und Entfernen der gespleißten Faser angebracht. An den Stirnplatten 87 bzw. 97 angebrachten Neopren-Gummieinsätze 101 wirken zusammen und liefern einen verschließbaren Einlaß für die sich durch diese erstreckenden Adern 21 und 23.
Der Druck der Neopren-Gummieinsätze 101 aufeinander wird mittels einer Schelle 103 eingestellt, die durch Drehen eines T-förmigen Einstellwerkzeuges 105 festgezogen werden kann. Jeder Neopren-Einsatz 101 weist zwei halbkreisförmige Schlitze 107 zum Aufnehmen der beiden Adern 21 und 23 auf. Zum Verbessern der Dichtung an den Schlitzen 107 kann ein Silikon-Schmiermittel aufgebracht werden.
Ein Balg 109 aus rostfreiem Stahl erstreckt sich zwischen einem Translationstisch-Flansch 111 an der Translationstisch-Auflage 89 und dem Konsolen-Flansch 77. Der Balg 109 ergänzt den Verschluß an der Positionier-Öffnung 57 und lädt gleichzeitig eine Bewegung des Translationstisches 25 relativ zur Kammer 13 in drei Achsen zu.
Die Laseranordnung 17 weist einen Wärmelaser 19, einen Markier-Laser 113 und eine Unteranordnung 115 zum Abgeben eines Lichtstrahles auf, wie in Fig. 9 gezeigt. Der Wärmelaser 19 erzeugt einen Wärmestrahl 117, der von einem Wärmestrahl-Spiegel 119 in Richtung zur Kammer 13 reflektiert wird, wie in Fig. 9 gezeigt. Die Strahlabgabe-Unteranordnung 115 weist ein fokussierendes System mit einer feststehenden Linse 121 und einer fokussierenden Linse 123 auf, wobei die letztere durch Drehen einer Trommel 125 bewegbar ist. Der Markier-Laser 113 erzeugt einen sichtbaren Markierstrahl 127, der von einem Markierstrahl-Spiegel 129 reflektiert wird und durch ein Loch in dem Wärmestrahl-Spiegel 119 hindurch längs einer Bahn verläuft, die koaxial zur Bahn des Wärmestrahls 117 ist.
Die Laser-Öffnung 61 dient zum Einlassen der Laserstrahlen 117 und 127 in die Kammer 13, Fig. 9. Da das Ende der Strahlabgabe-Unteranordnung 115 mit der fokussierenden Linse 123 dicht abschließt, ist kein zusätzliches Infrarot-Fenster notwendig, weil ja die Strahlabgabe-Anordnung die Laser- Öffnung 61 unmittelbar verschließt. Dies wird durch einen dünnen Gummischlauch 131 erreicht, der zwischen der Laser- Öffnung 61 und der Linsen-Walze 125 gestreckt ist. Dieser Schlauch 131 läßt eine Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und der die zu spleißenden Fasern enthaltenden Kammer zu.
Am Ausgang des Abgabesystems ist eine Linse vorgesehen, die bei diesem Beispiel eine Brennweite von 2,5 Inch hat. Die Strahlabgabe-Unteranordnung 115 ist so eingestellt, daß der Fokus des Wärmelasers 19 hinter den Achsen der Adern liegt und bei den Adern einen Strahldurchmesser von etwa 0,7 bis 0,8 mm hat. Der Grund für die Positionierung der Adern 21 und 23 zwischen der fokussierenden Linse 123 und dem Brennpunkt 133 des Wärmelasers 117 ist, sicherzustellen, daß der Faser-Werkstoff den Wärmestrahl 117 vor dem Brennpunkt 133 auffängt bzw. unterbricht. Der Laser könnte sonst eine homogene Reaktion des Gases aufgrund der sehr hohen Intensität am Brennpunkt auslösen.
Der Wärmelaser 19 ist ein Kohlenstoffdioxid(CO&sub2;)-Laser, der Infrarotlicht sendet, das zum Erwärmen der geschmolzenen Silika-Lichtleitfaser und anderer Werkstoffe des Lichtleitfaserkabels eingesetzt werden kann. Der Wärmelaser weist ein Wärme-Reduziermodul 135 auf, um die ganz erhebliche, während der Lasertätigkeit erzeugte Wärme abzuführen.
Die Laseranordnung 17 ist mit dem Fachmann bekannten Mitteln in drei Richtungen (Dimensionen) einstellbar, so daß der Brennpunkt der Laserstrahlen 117 und 127 bezüglich der Adern 21 und 23 exakt positioniert werden kann, wie in Fig. 9 gezeigt. Die Linsen-Walze 125 ist mit der Kammer 13 über den flexiblen Schlauch 131 verbunden, so daß die Strahlabgabe-Unteranordnung 115 relativ zu den Adern ausgerichtet werden kann. Der gewünschte Brennpunkt wird bei gleichzeitiger Beobachtung des Markierstrahl-Punktes relativ zu den Adern 21 und 23 durch ein Quarzfenster 137 über die Sichtöffnung 59 erhalten.
Die y-Achsen-Einstellung, in der Richtung des Wärmestrahls 117, wird zum Einstellen des Brennpunktes des Wärmestrahls 117 und damit der Punktgröße an den Adern 21 und 23 eingesetzt und wird nach dem Bestimmen aller Prozeßparameter nicht mehr bewegt. Die vertikale z-Achsen-Einstellung wird so festgelegt, daß die Anschlüsse 21 und 23 in der Laserstrahl-Bahn liegen. Die x-Achsen-Einstellung wird zum Verschieben der Faser eingesetzt, so daß der Laser auf einen beliebigen Punkt längs der Adern 21 und 23 oder der gespleißten Faser 43 gerichtet werden kann.
Der Strahl des Wärmelasers 19 hat einen Durchmesser von 1,7 mm und eine Nennleistung von 5 Watt. Die Größe der Laserleistung wird empirisch bestimmt, weil die Leistung verschiedener Wärmelaser unterschiedlich sein kann und sich mit der Zeit verändert.
Das Ausgangssignal des Wärmelasers kann auf bis zu 10 kHz moduliert werden. Die mittlere Leistung des Wärmelasers 19 kann durch Variieren der Arbeitszyklen eines Rechteckwellen- Signals mit fester Frequenz gesteuert werden. Die Leistung eines 400 Hz-Signals kann beispielsweise durch ein Einstellen des Arbeitszyklus bzw. der Einschaltdauer zwischen 8% und 89% variiert werden. Bei der gezeigten Ausführung wurde eine Frequenz von 400 Hz gewählt, weil dies eine geeignete Frequenz ist, die erheblich schneller als die thermische Zeltkonstante der Faser ist.
Das Ausgangssignal kann durch einen Fußschalter (Gatemodus) oder durch Spezifizieren einer Anzahl von Impulsen (Burstmodus) gesteuert werden. Bei Burstmodus wird die Dauer der Laserimpulsfolge gewöhnlich im Bereich von einer halben Sekunde bis zu eineinhalb Sekunden festgesetzt.
Der Wärmelaser 117 und der Markier-Laser 127 sind so zueinander ausgerichtet, daß sie einen gemeinsamen Brennpunkt 133 haben. Diese Ausrichtung kann überprüft werden, indem die Abdeckung 139, Fig. 7, der Laserausricht-Öffnung 67 abgenommen wird und der Markierstrahl 127, Fig. 9, an einem Zielpunkt ausgerichtet wird und dann mit dem Wärmestrahl 117 ein Loch in den ausgerichteten Zielpunkt gebrannt wird und die Positionen des Loches und des Punktes, bei dem der Markier-Laser 127 fokussiert war, verglichen werden. Eine nicht gezeigte Steuereinrichtung ist zum relativen Ausrichten des Markierstrahles 127 und des Wärmestrahles 117 vorgesehen.
Beim Wiederaufbringen des hermetischen Überzugs muß sich die Kammer 13 längs der in Fig. 3 gezeigten x-Achse einige Millimeter vor- und zurückbewegen. Diese wird durch ein automatisches Schritt-Mikrometer 141 erreicht, das die Plattform 27, auf der die Kammer 13 und der Translationstisch 25 angebracht sind, bewegt, während der Wärmelaser 19 in Betrieb ist. Dadurch wird es möglich, daß die gespleißte Faser 43 quer zum Wärmestrahl 117 mit einer festen Geschwindigkeit überstrichen wird.
Die Sichtöffnung 59 wird zum Ausrichten des Lasers mittels des Markier-Strahls 127 und zum relativen Positionieren Adern 21 und 23 genutzt. Sie wird von einem Quarzfenster verschlossen, das dick genug ist, um Laser-Wärmestrahlung zu absorbiere?n. Das Ausrichten der Adern ist kritisch, weil die Faserkerne exakt ausgerichtet sein müssen, um den Lichtverlust an der Spleißstelle zu minimieren. Eine Querausrichtung kann ausgeführt werden, während die Adern 21 und 23 von oben durch ein Mikroskop beobachtet werden. Vorzugsweise wird ein 10X-70X Stereo-Zoom-Mikroskop eingesetzt.
Die von der z-Steuerung des Translationstisches 25 gesteuerte vertikale Ausrichtung wird durchgeführt, während die Spiegelung der beiden Adern in dem 45º-Klappspiegel 65 von Fig. 7, der in Position hinuntergeschwenkt ist, beobachtet wird. In seiner Betriebsstellung wirkt der Klappspiegel 65 als ein "Anschlag" für die Laserstrahlen und ermöglicht eine exakte vertikale Ausrichtung basierend auf der optischen Rückmeldung durch die Sichtöffnung 59. Der Klappspiegel 65 ist starr mit einem an der Spiegelsteuer-Öffnung 63 angebrachten Spiegel-Steuerhebel 143 verbunden, Fig. 9.
Um einen hermetischen oder einen anderen Überzug auf einer neu gespleißten Faser zu bilden, muß der Gasinhalt der Kammer 13 gesteuert werden. Das in Fig. 2 gezeigte Gas- Förder- oder Handhabesystem 20 weist Quellen für das benötigte Gas auf. Bei der vorliegenden Vorrichtung werden Stickstoff- und Luftquellen von zugänglichen Hähnen bereitgestellt. Das zum Ablagern einer hermetischen Kohlenstoff- Abdichtung über der gespleißten Faser 43 verwendete Gas kommt von einem unter Druck stehenden Tank 145. Der Strom von diesem Tank 145 wird durch eine Stelleinrichtung 147 begrenzt.
Steuerventile 149 und diesen zugeordnete Rotameter 151 sind für die exakte Steuerung jeweils der Durchflußraten der verfügbaren Gase eingesetzt. Zwei Rückschlagventile 153 verhindern den Rückstrom und die Verunreinigung längs des Weges vom Tank 145. In einer gemeinsamen Leitung ist ein Filter 155 zufit Entfernen von Feststoff-Verunreinigungen vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführung hat der Filter 155 beispielsweise eine Porengröße von 0,01 um.
Der Einlaß zur Kammer 13 weist ein kurzes Metallrohr 157 auf, das sich durch das Ende der Linsentrommel 125 erstreckt, wie in Fig. 6 gezeigt. Die Kammergase werden bei der fokussierenden Linse 123 eingeführt, so daß Verunreinigungen von ihr ständig abgeblasen werden. Zwischen dem Filter 155 und dem Einlaßrohr 157 besteht über einen herkömmlichen Gasschlauch 159 eine Verbindung.
Das Gas verläßt die Kammer 13 über ein Auslaßrohr 161 durch die obere Halbkreis-Platte 97 an der Translationstisch- Konsole 89, wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist. Von dort werden die Gase zum Haus-Abzug abgelassen. Ein Druckmeßgerät 163, Fig. 2, dient zum Überwachen von Gaslecken von der Kammer 13 vor dem Beginn des Spleißvorgangs. Dies wird erreicht, indem die Kammer 13 leicht unter Druck ge-setzt wird, alle Ventile geschlossen werden und beobachtet wird, ob der Druck in der Kammer stabil bleibt, wie durch das Meßgerät 163 angedeutet.
Ein Rückschlagventil 165 mit zurückgeschobener Feder 13 am Auslaß der Kammer 13 ist in vertikaler Stellung gehalten. Das sich resultierende Gewicht einer Kugel 167 im Auslaß- Rückschlagventil 165 hält den Druck in der Kammer 13 bei etwa 1,3 Atmosphären. Dieser leichte Überdruck stellt sicher, daß, wenn ein Leck auftritt, Reaktand-Gase nach außen lecken und keine Luft in die Kammer 13 hineingelangt. Die Abgase von der Kammer 13 werden durch ein Auslaß-Steuerventil 169 gesteuert.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann wie folgt durchgeführt werden. Zuerst werden, mit Bezug auf Fig. 3, die obere Halbkreis-Stirnplatte 97 entfernt und einige Fuß beider zu spleißender Adern 21 und 23 durch den Balg 109 eingeführt. Dies wird vor dem Vorbereiten der Adernenden getan, um die Möglichkeit des Verkratzens der Adernenden nach dem Vorbereiten zu minimieren.
Zweitens werden die Kabeladern präpariert. Die gezeigten Kabel haben eine Silikon-Pufferschicht 33 und einen Teflon- Mantel 35, wie in Fig. 4A gezeigt. Der Teflon-Mantel wird mit einem Mikrostrip-Werkzeug entfernt, ohne das Silikon zu beschädigen, wodurch der Aufbau von Fig. 4B erhalten wird. Die Ader 21 wird dann durch die Pufferschicht 33 hindurch durchtrennt und der Aufbau von Fig. 4C erhalten. Die Pufferschicht wird dann um 1,5 bis 2 mm vom Fasernenden zurückgeschrumpft, indem sie in ein Ultraschallbad aus Trichlorethan (TCA) eingetaucht wird, wodurch der Aufbau von Fig. 4D erzielt wird. Das Ergebnis ist eine sehr saubere, freigelegte Faser ohne Schneidemarken, wie sie für eine hochfeste Spleißstelle mit geringen Verlusten notwendig ist.
Im dritten Schritt wenden die vorbereiteten Enden in den Klemmen 37 und 39 befestigt. Ein Durchhängen der Adern wird vermieden, indem sie durch den Balg 109 zurückgezogen werden. Dann wird die obere Halbkreis-Stirnplatte angebracht und mit den Flügelschrauben 99 und der Schelle 103 verschlossen.
Im vierten Schritt wird der Faserhalter 15 in die Kammer 13 geschoben, die dann verschlossen wird. Der Vorgang des Versiegelns der Adern 21 und 23 innerhalb der Kammer 13 fügt der zum Herstellen einer herkömmlichen Spleißstelle benötigten Zeit lediglich wenige Minuten hinzu. Beim vorliegenden Spleißgerät 11 treten die Adern von einer Seite in die kubische Kammer 13 ein. Die feste Ader 21 muß also innerhalb der Kammer 13 geschleift sein, wie in Fig. 8 gezeigt. Nachdem die Kammer 13 verschlossen ist, werden gröbere Leckstellen überprüft, indem ein Druck von 1,3 Atmosphären erzeugt wird und mit dem Druckmeßgerät 163, Fig. 2, bestimmt wird, ob dieser leichte Überdruck aufrechterhalten bleibt.
Im fünften Schritt werden die Adern 21 und 23 ausgerichtet. Mit Hilfe des 10X-70X-Stereo-Zoom-Mikroskops und des Klapp- Spiegels 65 können die Adern 21 und 23 optisch von zwei zueinander senkrechten Achsen aus ausgerichtet werden. Die Adern sind vorzugsweise etwa einen Faserdurchmesser voneinander entfernt. Eine mit dem freien Ende einer der Adern verbundene, optische Online-Zeitverzögerungs-Reflektionsvorrichtung kann zum Feinabstimmen der Ausrichtung zum Minimieren der optischen Verluste oder Licht-Verluste eingesetzt werden.
Im sechsten Schritt werden etwa 250 um des bestehenden, hermetischen Überzugs 31 von jedem Faser-Stirnende 41 entfernt. Mit dem Wärmelaser 19 werden die Adern in einer Luft- und Stickstoffgemisch auf mehrere Hundert Grad Celsius erhitzt, so daß der Kohlenstoff oxidiert und in der Nähe der Adernenden entfernt wird. Während anderer Verfahrensschritte werden die Fasern heißer, und der Überzug wird weiter entfernt. Durch Entfernen eines Teils des Überzugs zu diesem Zeitpunkt wird die Auswahl der Leistungseinstellung für den nächsten Vorschmelz-Schritt nicht durch die Temperaturänderung der Faserenden kompliziert, während der hermetische Überzug aufgrund unterschiedlicher Absorption der Laserenergie von beschichteter und nicht beschichteter Faser weggebrannt wird.
Die Leistungseinstellung wird so gewählt, daß gerade genug Leistung vorhanden ist, daß das Entfernen des Überzugs in 5 bis 15 Sekunden beginnt und in 15 bis 30 Sekunden beendet ist. Diese niedrige Einstellung wird bevorzugt, um die Gesamtzeitspanne zu minimieren, während derer die Adern aufs eine Temperatur erhitzt sind, die hoch genug ist, um sie zu erweichen und unter ihrem eigenen Gewicht durchhängen zu lassen. Für diesen Schritt wurde ein geeigneter Stickstoff- Luft-Strom gewählt, wobei der Stickstoffstrom 220 cm³/min und der Luftstrom 200 cm³/min beträgt. Die Mischung und der Strom werden während der nächsten drei Schritte auf rechterhalten.
Im siebten Schritt werden die Adernenden in einen Vorschmelz-Schritt zum Spleißen geformt. Dabei wird sichergestellt, daß die Stirnenden 41 leicht gerundet werden, so daß während des Schmelzens keine Luft eingeschlossen werden kann. Für den Leistungspegel des Laserstrahls oder Laserburst können 70% der Leistung gewählt werden, bei der eine deutliche Rundung der Faserkanten auftritt. Der Wärmelaser 19 kann beispielsweise im Burst-Modus über 0,5 Sekunden bei 60% Leistung betrieben werden, wobei er bei 400 Hz 200 Bursts oder Impulse erzeugt.
Im achten Schritt werden die Adern 21 und 23 gespleißt. Beim herkömmlichen Lichtbogen-Schmelzspleißen werden die Faserenden in Kontakt gebracht, über 1,5 Sekunden erhitzt und dann zusammengedrückt. Wegen der präzisen Leistungssteuerung des Wärmelasers 19 wird das Schmelzspleißen in zwei Unterschritten durchgeführt. Zunächst wird der Wärmelaser 19 auf eine Leistung, z. B. 47%, eingestellt, die Glas gerade weichmacht. Mit einem Fußpedal wird der Wärmelaser angeschaltet, und die Adern 21 und 23 werden zusammengeführt. Dieser Schritt kann 5 bis 10 Sekunden dauern. Während der Laser eingeschaltet ist, kann die Faserausrichtung mit Hilfe des OTDR feinjustiert werden. Im zweiten Unterschritt wird ein 1,5 Sekunden dauernder Hochleistungs-, z. B. 75%, Burstmodus eingesetzt, um ausreichendes Schmelzen und Druck-Ausglühen der Verbindung zu gewährleisten. Das Ergebnis ist eine gespleißte Faser 43 mit einer Spleißstelle 45, wie in Fig. 5B gezeigt.
In einem neunten Nachschmelz-Schritt wird Faser-"Staub" in die Oberfläche der gespleißten Faser 43 eingeschmolzen. Dieser Nachschmelz-Schritt ist erforderlich, um hochfeste (> 250 kpsi) Spleißstellen mit einer angemessenen Ausbeute zu erzielen. Der Theorie zufolge wird während des Schmelzvorgangs SiO&sub2; von der Oberfläche der gespleißten Faser 43 verdampft und auf dieser kondensiert. Die kondensierten, um drei bis fünf Faserdruchmesser von der Schmelz-Spleißstelle entfernten Partikel erzeugen Belastungen, die die Spleißverbindung schwächen. Die Leistung, z. B. 60%, wird so gewählt, daß ein stumpfes weißes Glühen der heilen Faser erreicht wird. Während die gespleißte Faser 43 mit einer Geschwindigkeit von 1,0 mm/s den Wärmestrahl zunächst in eine Richtung und dann in die entgegengesetzte Richtung durchfährt, ist der Wärmelaser 19 eingeschaltet.
Im zehnten Schritt wird das Reaktand-Gas in die Reaktionskammer 13 eingeführt. Die kohlenstoffbildende Reaktion ist die Pyrolyse von Methylacetylen in einer nicht oxidierenden Umgebung. Um einen gleichmäßigen Überzug auf der Faser zu gewährleisten, muß die Wachstumsrate des Überzugs 47 gesteuert werden. Da der Wärmestrahl 117 nur auf eine Seite der gespleißten Faser 43 auftrifft, entsteht eine leicht asymmetrische Temperaturverteilung. Bei einer alternativen Ausgestaltung wird der Laserstrahl geteilt, und es werden die sich ergebenden Komponenten so reflektiert, daß die Faser gleichmäßiger erwärmt wird.
Eine Art, die Reaktionsgeschwindigkeit zu begrenzen und einen Überzug gleichmäßig aufzubringen, ist es, die Reaktion diffusionsbegrenzt durchzuführen (im Gegensatz zu thermisch begrenzt). Dies kann durch Vermindern der Methylacetylen- Konzentration in der Kammer mit einem Trägergas, wie Stickstoff, erreicht werden. Der Gasstrom kann bei 77 cm³/min Methylacetylen und 220 cm³/min Stickstoff liegen.
Im elften Schritt werden der neue hermetische Überzug 47 über den Spleißbereich aufgebracht und der Aufbau von Fig. 5C erzielt. Durch ausreichendes Erwärmen der gespleißten Faser 43 beginnt die Reduktion von Methylacetylen auf der Oberfläche der Faser. Durch die während der Schritte vier bis sieben eingesetzte Wärme kann die ursprünglichen Kohlenstoff-Überzüge über ein bis zwei Millimeter Länge der Ader entfernt sein. Da die Breite des Wärmestrahls zu schmal ist, um ein so großes Stück der Faser gleichmäßig zu erwärmen, wird die gespleißte Faser 43 während des Wiederbeschichtungs-Vorgangs mit 0,7 mm/s am Wärmestrahl 117 vorbeigeführt. Günstigerweise absorbiert der Kohlenstoff-Überzug die Laserstrahlung weniger leicht als das SiO&sub2;, so daß die gespleißte Faser 43 bei einer gegebenen Laserleistung kälter wird, während der Kohlenstoff-Überzug 47 wächst. D. h., der Wiederbeschichtungsvorgang ist auf gewisse Weise selbstbegrenzend.
Beim Wiederbeschichten der gespleißten Faser 43 verschwindet die Schnittstelle zwischen den ursprünglichen und den neuen Überzügen, wenn der neue Kohlenstoff-Überzug 47 so dick wie die ursprünglichen Überzüge 31 wird und diese vollständig überdeckt. Dieser Zustand wird mit einem Durchlauf des Wärmestrahls 117 erreicht. Für ein gutes Ergebnis werden insgesamt bevorzugt drei solche Durchläufe durchgeführt. Da der Vorgang selbstbegrenzend ist, vermindert sich die Ablagerungsrate beim zweiten und dritten Durchlauf erheblich.
Im zwölften Schritt wird das Reaktand-Gas aus der Kammer 13 abgezogen. Das zum Schmelzschritt eingesetzte Stickstoff- Luft-Gemisch und der -Strom können zum Abführen des Reaktand-Gases eingesetzt werden. Die Kammer 13 wird vorzugsweise etwa vier Minuten entleert oder ausgeblasen bevor sie geöffnet wird.
Im dreizehnten Schritt wird die Kammer 13 geöffnet und ein Schutz-Puffer 49 auf den Spleißbereich aufgebracht, wodurch der Aufbau von Fig. 5D erzielt wird. Nach dem Öffnen der Kammer 13 wird der Faserhalter 15 weggezogen und das Unterteil einer herkömmlichen Greifer-Silikon-"Pufferüberzug"- Form (nicht gezeigt) wird vorsichtig unter der Spleißstelle 45 positioniert.
Um das Plazieren der Form um die beschichtete Faser 43 zu erleichtern, ist die Form auf einem xyz-Translationstisch (nicht gezeigt) angebracht. Beim Formen ist der Faserhalter 15 längs seines Spur-Schlitzes 95 von der Kammer 13 zurückgezogen. Eine Form wird thermisch isoliert von dem Translationstisch 25 des Faserhalters und der Kammer 13 gehalten. Die Halterung der Form hat eine thermostatisch gesteuerte Heizvorrichtung. Der Thermostat besteht aus einem normalerweise geschlossenen Schalter, der öffnet, wenn seine Temperatur etwa 102ºC erreicht.
Ein Tropfen vorgemischtes RTV-Silikon (General Electric GE670) wird nahe bei der gespleißten und beschichteten Faser 43 auf die Form aufgebracht. Nachdem das Silikon unter die Faser 43 geflossen ist, wird die Oberseite der Form geschlossen. Die Form hat ein Loch mit derselben Größe wie der Teflon-Mantel 35 der Faser, in diesem Fall 670 um. Nach einem fünfminütigen Heizzyklus wird die Form geöffnet und das gespleißte und beschichtete Kabel entfernt.
Der neue Puffer 49 hat vorzugsweise einen höheren Modul als die ursprünglichen Pufferschichten 33, um an der Spleißstelle eine Festigkeit zu erzielen, die der Festigkeit des ursprünglichen weichen Silikon-Puffers in Verbindung mit dem Teflon-Außenmantel entspricht. Diese zusätzliche Festigkeit schützt die Spleißstelle 45 vor zu starkem Verbiegen, ohne daß ein Teflon-Außenmantel geformt werden mühte. Das als Werkstoff für den neuen Puffer 49 gewählte GE670-Silikon, ein vorgemischtes RTV-Silikon, hat einen höheren Modul als das GE615-Silikon der ursprünglichen Pufferschichten 33.
Es wurden Vergleiche zwischen einer Spleißstelle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und einer herkömmlichen Spleißstelle bei derselben Kabelart, d. h. mit denselben Fasern, Puffern und Mänteln, durchgeführt. Mit einem Dorntestverfahren wurden herkömmlich und erfindungsgemäß gebildete Spleißstellen einer Belastung von 1,3% ausgesetzt und in ein Bad mit konzentrierter (49%) Fluorwasserstoffsäure getaucht. Unter diesen Bedingungen sind herkömmliche Spleißstellen innerhalb von fünf Minuten gebrochen. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildeten Spleißstellen hielten dagegen sechs Monate, dann wurden die Tests abgebrochen. Dieser Test zeigt die ganz erhebliche Verbesserung der Spleißtechnologie durch die Erfindung.
Daraus ergibt sich, daß die Erfindung ein Verfahren zum hermetischen Spleißen schafft. Die Spleißvorrichtung ist so angeordnet, daß die Adern und gespleißten Fasern eine minimale Störung erfahren und Verunreinigungen während des Spleißens in nur sehr geringem Male ausgesetzt sind. Die fertige Spleißstelle ist den ursprünglichen Kabeln optisch, mechanisch und körperlich vergleichbar. Die Erfindung schafft also ein ökonomisches Herstellungsverfahren für sehr lange, hermetisch verschlossene optische Kabel, die beispielsweise für Übersee-Übertragungen geeignet sind.
Zusätzlich zu den beschriebenen und vorgeschlagenen Ausgestaltungen schafft die Erfindung ein weites Feld alternativer Ausgestaltungen. Die zu spleißenden Kabel oder Fasern können bezüglich vieler Aspekte von den gezeigten Kabeln abweichen. Die Fasern können verschiedene Dimensionen und optische Querschnitte haben. Die Originalfasern können verschiedene ursprüngliche hermetischen Überzüge oder gar keinen Überzug haben. Die Außenschichten des Kabels können sich auf verschiedene Weise voneinander unterscheiden.
Der beschriebene, hermetische Überzug ist ein amorpher Kohlenstoff (Aktivkohle). Zum Erzielen eines hermetisch abgedichteten optischen Kabels können andere Beschichtungs- Werkstoffe eingesetzt sein. Die Erfindung sieht auch andere Überzüge zum Erzielen anderer Eigenschaften vor. Der Überzug kann beispielsweise zum Ausschließen von Außenlicht von der Faser dienen. Auch könnte ein leitender Überzug aufgebracht werden, um einen neben dem optischen oder Lichtpfad der Faser bestehenden elektrischen Pfad zu schaffen; diese Anordnung könnte dazu dienen, mit dem Überzug Leistung zu übertragen und die Faser als Detektor einzusetzen. In diesem Fall würde ein anderes Reaktand-Gas gewählt werden. Die Erfindung ist auch geeignet, um aufeinanderfolgende Überzüge über der Spleißstelle aufzubringen.
Ferner sind viele andere Vorspleiß-Schrittfolgen vorgesehen. Offensichtlich können dann, wenn die Ausgangsadern ungeschützte Fasern sind, die Vorbereitungsschritte entfallen oder modifiziert werden. Unterschiedliche äußere Strukturen werden auf geeignete verschiedene Weisen gehandhabt.
Auch alternative Spleißvorrichtungen sind vorgesehen. Die Kammer kann mit nur einer Öffnung oder mit mehr als fünf Öffnungen ausgelegt sein. Die verschiedenen Schritte, die Wärme benötigen, müssen nicht alle von derselben Wärmequelle Gebrauch machen. Die Wärmequelle muß kein Laser sein. Eine alternative Vörrichtung zum lokalen Erwärmen des gewünschten Stückes der Faser kann eingesetzt werden. Die Fasern müssen sich nicht durch dieselbe Öffnung erstrecken. Beispielsweise kann die Kammer auseinandergenommen werden, um die gespleißte Faser von der Kammer zu trennen.
Die mechanische Anordnung des Faserhalters kann auf verschiedene Weise geändert werden. Beide Klemmen können relativ zur Kammer bewegbar sein. Die relative Bewegung zwischen den Fasern und der Wärmequelle kann auch durch Bewegen der Kammer, oder der Laserquelle, oder eines Faserhalters relativ zur Kammer erreicht werden. Um ein Stück der Faser zu erwärmen, kann der Laserstrahl nach und nach umgeleitet werden, anstatt daß er stationär gehalten wird, während die Faser mit einem Schritt-Mikrometer bewegt wird.
Die Erfindung, für die Schutz begehrt wird, wird durch die Ansprüche bestimmt. Anderweitige Hinweise dienen zur Erläuterung der Erfindung und als Hintergrund, um das Verständnis des Erfindungsgegenstandes zu fördern.

Claims

1. Verfahren zum Zusammenspleißen zweier Endabschnitte von Lichtleitfasern (21, 23) und Wiederaufbringen eines hermetischen Überzugs auf diese Endabschnitte, wobei jede Faser einen die Umfangsfläche der Fasern (21, 23) bedeckenden, glasartigen, hermetischen Originalüberzug aufweist, bei dem - die Endabschnitte jeweils durch Entfernen des hermetischen Originalüberzugs (31) freigelegt werden, - diese freigelegten Endabschnitte (21, 23) zueinander ausgerichtet und Stirn an Stirn verschmolzen werden, wobei ein Spleißabschnitt (45) ohne Überzug gebildet wird, - der Spleißabschnitt (45) von einem Reaktand-Gas umgeben wird, das eine erwärmte Lichtleitfaser hermetisch umhüllen kann, und - bei dem mindestens der Spleißabschnitt (45) erwärmt wird, um durch Pyrolyse des Reaktand-Gases einen hermetischen, glasartigen Überzug (31) auf der Faseroberfläche zu bilden, der mit dem verbleibenden hermetischen Originalüberzug einstückig ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausrichten der Endabschnitte der zu spleißenden Lichtleitfasern (21, 23) die beiden Lichtleitfasern (21, 23) jeweils in Haltern (37, 39) befestigt werden und mindestens einer der Halter (39) relativ zum anderen Halter (37) bewegt wird, um die Enden der beiden Fasern (21, 23) auszurichten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktand-Gas mit einem Nicht-Reaktand-Gas gemischt wird, so daß die Überzugsbildung diffusionsbegrenzt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Spleißabschnitt (45) der gespleißten Fasern erwärmt wird, indem die gespleißten Fasern parallel zu ihrer Längserstreckung durch einen im wesentlichen quer gerichteten Laserstrahl geführt werden, der aus einem Infrarot- Licht sendenden Laser stammt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ausrichten und vor dem Verschmelzen die beiden Endabschnitte der Lichtleitfasern (21, 23) erwärmt werden, so daß sie eine leicht konvexe Form annehmen.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschmelzen von den freiliegenden Abschnitten der Lichtleitfasern (21, 23) gelöste Partikel, die sich auf der freiliegenden Oberfläche der Lichtleitfaser im unbedeckten Spleißabschnitt (45) abgelagert haben, nach dem Verschmelzen der beiden Endabschnitte und vor dem Umgeben des Faserspleißabschnittes (45) mit dem Reaktand-Gas in die Lichtleitfaser eingeschmolzen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel eingeschmolzen werden, indem die gespleißte Faser parallel zu ihrer Längserstreckung durch einen im wesentlichen quer gerichteten Laserstrahl geführt werden, der einem Infrarot-Licht sendenden Laser entstammt.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Verschmelzens der beiden Endabschnitte (21, 23) der Lichtleitfaser die Faser ununterbrochen überwacht wird und daß die Ausrichtung der Faser nach Maßgabe dieser Überwachung weiter justiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug entfernt wird, indem die Lichtleitfaser parallel zu ihrer Längserstreckung durch einen im wesentlichen quer gerichteten Laserstrahl bewegt wird, der einem Infrarot-Licht sendenden Laser entstammt, um den hermetischen Überzug von den Endabschnitten der Fasern zu verdampfen.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutz-Pufferschicht (49) über dem hermetischen Überzug (31) gebildet wird, der über dem unbeschichteten Faserspleißabschnitt gebildet ist, wobei diese Schutz-Pufferschicht im wesentlichen dieselben äußeren Abmessungen aufweist wie eine Augen-Schutzschicht über dem Rest der Lichtleitfaser.