DE3880582T2

DE3880582T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines zylindrisch endenden,optischen faserkonus mit erweitertem strahl.

Info

Publication number: DE3880582T2
Application number: DE8888307300T
Authority: DE
Inventors: Herman Melvin Presby
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1987-08-13
Filing date: 1988-08-08
Publication date: 1993-08-12
Anticipated expiration: 2008-08-09
Also published as: DE3880582D1; EP0303424A3; CA1319258C; US4820321A; EP0303424A2; JPS6469533A; EP0303424B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung optischer Faserkonusse und im einzelnen einen optischen Faserkonus mit einer Erweiterungsoptik, die einen langen Abschnitt einer optischen Standardfaser mit gleichförmigem Durchmesser aufweist, der sich allmählich über einen konischen Abschnitt in einen zylindrischen Abstand größerer Abmessungen erweitert.

Erläuterung des Standes der Technik

Die optische Fasertechnologie ist eine sich schnell entwickelnde und reifende Technologie. Forschungen auf dem Gebiet der optischen Fasertechnologie haben zur Bereitstellung optischer Fasern hoher Qualität mit verbesserten Übertragungseigenschaften geführt. Dies wiederum hat die Verwendung optischer Fasern in Sprach- und Datenübertragungsanlagen fortlaufend erweitert und die Zahl der kommerziellen Anwendungen von Faseroptiken erhöht. Gegenwärtig wird die optische Fasertechnologie in örtlichen Netzwerken, terrestrischen Anlagen großer Entfernung und Unterwasseranlagen noch weit größerer Entfernungen verwendet. Mit zunehmender Erweiterung der mit solchen Übertragunsanlagen bedienten Bereiche nimmt die Zahl der Faserverbindungen ebenfalls zu, so daß sich ein Bedarf nach verbesserten Faserverbindern und -kopplern mit kleiner Dämpfung und minimaler Verzerrung ergibt.
Gegenwärtig gibt es zwei Kategorien von Verbindungen zwischen Fasern: spleiß- und demontierbare Faserverbinder. Das Spleißen von Fasern beinhaltet die Herstellung einer permanenten Verbindung zwischen zwei individuellen optischen Fasern unter Verwendung von Schmelz- oder mechanischen Verfahren. Demontierbare Faserverbinder ermöglichen die Verbindung und Trennung von zwei individuellen optischen Fasern mit einer reproduzierbaren, genauen Faserausrichtung. Zu den gegenwärtig verwendeten Arten von demontierbaren Faserverbindern gehören Muffenverbinder, bikonische Verbinder, keramische Kapillarverbinder, doppelt exzentrische Verbinder und Verbinder mit erweitertem Strahl.
Ein Verbinder mit erweitertem Strahl sammelt optisch den Lichtstrahl auf der Ausgangsseite eines Verbinderpaares und refokussiert dann den Strahl in die Empfangsfaser. Optische Einrichtungen mit erweitertem Strahl sind außerdem auch zur Ankopplung von Fasern an Lichtquellen und -detektoren verwendet worden. Verbindungen und Koppler unter Verwendung von optischen Einrichtungen mit erweitertem Strahl machen im Vergleich zu anderen Verfahren die Erreichung der seitlichen und axialen Ausrichtung wesentlich weniger kritisch, und der erhöhte Strahldurchmesser verringert den Einfluß von Staub und Schmutz an der Verbindungsstelle. Versuche zur Verwirklichung von Verbindern und Kopplern mit erweitertem Strahl haben die Erzeugung sphärischer Mikrolinsen, Glasperlenlinsen und von Konussen am Ende einer Faser beinhaltet. Optische Fasern mit einem sich konisch erweiternden Strahlaufbau ermöglichen zusätzlich zur Verbesserung der axialen und seitlichen Ausrichtung auch eine Winkelausrichtung, die weniger kritisch als bei der von Linsenkonstruktionen ist.
Verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung optischer Faserbauteile sind im Stand der Technik beschrieben. In der US-Patentschrift 4 565 558, ausgegeben an Keil et al. am 21. Januar 1986, und in der US-Patentschrift 4 589 897, ausgegeben an Mathyssek et al. am 20. Mai 1986, (ähnlich US-Patentschrift 4 565 558) ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Einschnürungen oder konischen Enden mit Linsen in optischen Fasern beschrieben. Die Vorrichtung umfaßt eine erste und eine zweite Halteeinrichtung mit Teilen in Längsausrichtung zum Halten entgegengesetzter Enden einer optischen Faser. Eine Heizeinrichtung zur gleichmäßigen Erhitzung eines Umfangs an einem vorbestimmten mittleren Punkt der Faser auf eine Temperatur oberhalb einer vorbestimmten Temperatur sowie eine einzelne Bewegungseinrichtung sind vorgesehen, um die erste Halteeinrichtung entlang ihrer Ausrichtungsachse mit einer vorbestimmten, gleichmäßigen Rate zu bewegen und die Faser gleichmäßig in Längsrichtung zu ziehen, wenn die vorbestimmte Temperatur erreicht ist.
Ein praktischer und neuartiger Konus für eine optische Faser mit erweitertem Strahl ist in Fig. 1(c) in einem Aufsatz von N. Amitay et al. "Optical Fiber Tapers - a Novel Approach to Self-Aligned Beam Expansion and Single-Mode Hardware", J. Lightwave Technol., Band LT-5, Nr. 1, Januar 1987, Seiten 70- 76, gezeigt. Der dargestellte Konus besitzt einen Aufbau mit einem Faserstück und einem konischen Abschnitt, gefolgt von einem zylindrischen Abschnitt mit vergrößerten Abmessungen, so daß beispielsweise dann, wenn ein Paar dieser Konusse zur Verbindung von zwei Fasern zusammengebracht wird, keine Modenumwandlung oder dadurch erfolgende Kopplung stattfindet und die Einflüsse einer seitlichen oder axialen Fehlsausrichtung minimiert sind.
Nach dem Stand der Technik verbleibt demgemäß die Aufgabe, ein genaues, wirksames, reproduzierbares und billiges Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung des optischen Faserkonus mit erweitertem Strahl anzugeben, der in Fig. 1(c) des Aufsatzes von N. Amitay et al. gezeigt ist.
Mit der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6 bereitgestellt.

Kurze Erläuterung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine perspektische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung (10) zur Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung;
Fig. 2 zeigt einen optischen Faserkonus mit erweitertem Strahl einschließlich einem sich graduell erweiternden, zylindrischen Ende, hergestellt nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt einen optischen Vorformstab mit verringertem Durchmesser einschließlich einem Kern und einer den Kern umgebenden Hülle;
Fig. 4 zeigt ein fertiges Werkstück, hergestellt unter Verwendung der Vorrichtung 10 in Fig. 1 mit einem Paar von zylindrisch endenden optischen Faserkonussen mit erweitertem Strahl gemäß Fig. 2, die durch eine Länge einer optischen Faser mit Standarddurchmesser verbunden sind;
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung 10 in Fig. 1 nach Aufheizen und Ziehen des Vorformstabes, aber vor Entfernen des fertigen Werkstücks;
Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung für den Radius, abhängig von der Länge eines Ausführungsbeispiels für einen optischen Faserkonus mit erweitertem Strahl gemäß Fig. 2 vom Endabschnitt der optischen Monomode- Standardfaser bis zum zylindrischen Endabschnitt.

Ins einzelne gehende Beschreibung

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 10 zur Herstellung eines zylindrisch endenden optischen Faserkonus 35 mit erweitertem Strahl nach Fig. 2 und entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 10 in Fig. 1 enthält eine erste und eine zweite Halteeinrichtung 11, 12, die drehbar auf einem ersten bzw. einem zweiten beweglichen Schlitten 13, 14 angeordnet sind und ein erstes bzw. ein zweites, gegenüberliegendes Ende eines optischen Vorformstabes 15 mit verringertem Durchmesser halten, aus dem der zylindrisch endende optische Faserkonus 35 mit erweitertem Strahl hergestellt wird. Der fertige Faserkonus 35 in Fig. 2 weist einen zylindrischen Endabschnitt 36 auf, dessen Durchmesser dem Durchmesser des ursprünglichen optischen Vorformstabes 15 mit verringertem Durchmesser entspricht, ferner einen Endabschnitt 38 einer optischen Faser mit Standarddurchmesser, der für ein Spleißen mit einer optischen Faser ähnlicher Abmessungen geeignet ist, und einen sich konisch verjüngenden Abschnitt 37, der den zylindrischen Endabschnitt 36 und den Endabschnitt 38 der optischen Faser verbindet und eine Modenumwandlung eines durchlaufenden Lichtwellensignals vermeidet. Entsprechend der Darstellung in Fig. 3 weist der optische Vorformstab 15 mit verringertem Durchmesser einen Kern 41, umgeben von einer Mantelschicht 42 mit einem ersten bzw. zweiten einheitlichen Brechungsindex auf. Der optische Vorformstab 15 mit verringertem Durchmesser besitzt einen Außendurchmesser gleich dem gewünschten Durchmesser des zylindrischen Endabschnittes 36 des zylindrisch endenden optischen Faserkonus 35 mit erweitertem Strahl gemäß Fig. 2, wobei dieser gewünschte Durchmesser größer ist als der Durchmesser einer optischen Standardfaser, beispielsweise 150 um, für eine Monomodefaser, aber kleiner als der Durchmesser eines optischen Standard- Vorformstabes, beispielsweise 2,5 cm. Der optische Vorformstab 15 mit verringertem Durchmesser läßt sich mit Hilfe jedes geeigneten Verfahrens gewinnen, beispielsweise durch Verringern des Durchmessers eines optischen Vorformstabes mit Standarddurchmesser unter Verwendung eines Standard-Ziehturms.
Fig. 1 zeigt jede Halteeinrichtung 11, 12 als Spannfutter ähnlich denen, die üblicherweise in einem Bohrer oder einer Drehbank zum Halten eines Werkzeugs oder Werkstücks verwendet werden. Die erste und zweite Halteeinrichtung 11, 12 sind mit einer Einrichtung gekoppelt, die den optischen Vorformstab mit verringertem Durchmesser selektiv mit einheitlicher Rate drehen kann und sicherstellt, daß keine Torsion auf den optischen Vorformstab 15 mit verringertem Durchmesser bei dessen Drehung ausgeübt wird. Beispielsweise enthält gemäß Fig. 1 die dargestellte Einrichtung zum Drehen des Vorformstabes 15 getrennte Synchronmotoren 16 und 17, die mit den Halteeinrichtungen 11 bzw. 12 gekoppelt sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Synchronmotoren 16 und 17 nur zur Erläuterung und nicht zur Einschränkung dargestellt sind und daß jede geeignete Einrichtung zum synchronen Drehen der ersten und zweiten Halteeinrichtung 11, 12 verwendet werden kann, beispielsweise ein einzelner Motor, der direkt mit beiden Halteeinrichtungen 11, 12 gekoppelt ist.
Ein erster beweglicher Schlitten 13 steht in Verbindung mit einem Antrieb auf einem ersten Rahmen 18 zur selektiven Bewegung des ersten Schlittens 13 über die Länge des ersten Rahmens 18 parallel zur Längsachse des optischen Vorformstabes 15 mit verringertem Durchmesser, und zwar mit einer ersten vorbestimmten, gleichmäßigen Rate. Im einzelnen zeigt Fig. 1, daß der erste Schlitten 13 eine Platte 19 mit einer T-förmigen Erweiterung 20 besitzt, die in einer entsprechend geformten Nut 21 über die Länge des ersten Rahmens 18 gleitet, um den ersten Schlitten 13 bei seiner Bewegung entlang des ersten Rahmens 18 zu führen. Der erste Rahmen 18 ist so angeordnet, daß er eine Bewegung des ersten Schlittens 13 bei dessen Führung durch die T-förmige Erweiterung 20 und die Nut 21 parallel zur Längsachse des optischen Vorformstabes 15 mit verringertem Durchmesser ermöglicht. Der Antrieb des ersten Rahmens 18 ist in Form eines Motors 22 gezeigt, der eine Gewindestange 23 dreht, die mit einer Gewindehülse (nicht gezeigt) in der T-förmigen Erweiterung 20 der Führungsanordnung für den ersten Schlitten 13 kämmt, um den ersten Schlitten 13 mit der ersten vorbestimmten einheitlichen Rate entlang dem ersten Rahmen 18 in einer ersten oder zweiten, entgegengesetzten Richtung, abhängig von der Drehrichtung des Motors 22 und der Gewindestange 23, zu bewegen. Eine selektiv betätigte Kupplung 24 koppelt den Motor 22 mit der Gewindestange 23 und stellt eine Einrichtung dar, die sicherstellt, daß ein gleichmäßiges Drehmoment an die Gewindestange 23 angelegt bzw. abgeschaltet wird.
Ein zweiter Schlitten 14 steht ebenfalls mit einem Antrieb auf einem zweiten Rahmen 26 in Verbindung, um den zweiten Schlitten 14 über die Länge des Seitenrahmens 26 parallel zur Längsachse des optischen Vorformstabes 15 mit verringertem Durchmesser selektiv mit einer zweiten vorbestimmten, gleichmäßigen Rate zu bewegen. Eine Führungsanordnung 27 für den zweiten Schlitten 14 enthält eine T-förmige Erweiterung (nicht gezeigt) und eine entsprechende Nut 25 ähnlich der T-förmigen Erweiterung 20 und der Nut 21 für den ersten Schlitten 13, die den zweiten Schlitten 14 entlang dem zweiten Rahmen 26 führen. Der zweite Rahmen 26 ist so angeordnet, daß er eine Bewegung des zweiten Schlittens 14 parallel zur Längsachse des optischen Vorformstabes 15 mit verringertem Durchmesser ermöglicht. Der Antrieb des zweiten Rahmens 26 ist als Motor 28 dargestellt, der eine Gewindestange 29 dreht, die mit einer Gewindehülse (nicht gezeigt) in der T- förmigen Erweiterung (nicht gezeigt) der Führungsanordnung 27 des zweiten Schlittens 14 kämmt, um den zweiten Schlitten 14 mit der zweiten vorbestimmten, gleichmäßigen Rate entlang des zweiten Rahmens 26 in einer ersten oder einer entgegengesetzten zweiten Richtung, abhängig von der Drehrichtung des Motors 28 und der Gewindestange 29, zu bewegen. Es sei darauf hingewiesen, daß sowohl die Antriebe als auch die Einrichtungen zur Führung der Schlitten 13 und 14 auf dem ersten bzw. zweiten Rahmen 18 und 26 jede geeignete Anordnung zur Bereitstellung der beschriebenen Funktionen umfassen kann.
Eine Wärmequelle 31, die in Fig. 1 als Beispiel in Form einer Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme dargestellt ist, wird durch eine Stütze 32 in der Nähe und gerichtet auf einen vorbestimmten Teil 33 an einem mittleren Punkt des optischen Vorformstabes mit verringertem Durchmesser gehalten, aus dem die zylindrisch endenden, optischen Faserkonusse 35 mit erweitertem Strahl hergestellt werden sollen. Zur gleichzeitigen Herstellung von zwei optischen Faserkonussen 35 aus jedem optischen Vorformstab 15 mit verringertem Durchmesser soll die Wärmequelle 31 eine gleichmäßige Hitze um einen Umfang des vorbestimmten Teils 33 des optischen Vorformstabes 15 liefern. Man beachte, daß eine Flamme aus einem Wasserstoff- Sauerstoff-Brenner den Umfang eines stationären optischen Vorformstabes 15 mit verringertem Durchmesser nicht einheitlich erhitzt. Ein Verfahren zur einheitlichen Erhitzung des optischen Vorformstabes 15 mit verringertem Durchmesser mittels der als Beispiel gezeigten Wasserstoff-Sauerstoff-Heizquelle 31 besteht darin, den optischen Vorformstab 15 mit verringertem Durchmesser in einem Abschirmrohr 34 in der Halteeinrichtung 12 zu befestigen und dann sowohl den Vorformstab 15 als auch das Abschirmrohr 34 unter Verwendung der Synchronmotoren 16 und 17 zu drehen. Das Abschirmrohr 34 ist zweckmäßig aus einem Material hergestellt, beispielsweise Quarz oder einer Keramik, das sowohl eine induktive Erwärmung des optischen Vorformstabes 15 mit verringertem Durchmesser ermöglicht, als auch eine Einrichtung zum Schutz des Vorformstabes 15 gegen Verbrennen durch die direkte Hitze der Wasserstoff-Sauerstoff-Wärmequelle 31.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Verwendung einer Wasserstoff-Sauerstoff-Flammem als Wärmequelle 31 nur zur Erläuterung und nicht zur Einschränkung dient und daß jede geeignete andere Wärmequelle, beispielsweise ein CO&sub2;-Laser oder ein elektrischer Ofen, statt dessen benutzt werden können. Bei Verwendung eines CO&sub2;-Lasers als Wärmequelle 31 wird der optische Vorformstab 15 mit verringertem Durchmesser zur Erzielung einer gleichmäßigen Erwärmung gedreht, das Abschirmrohr 34 ist jedoch nicht erforderlich, da keine Gefahr durch Verbrennen des optischen Vorformstabes 15 besteht. Wenn ein elektrischer Ofen als Wärmequelle 31 benutzt wird, ist weder das Abschirmrohr 34 noch ein Drehen des optischen Vorformstabes 15 erforderlich, da der elektrische Ofen eine gleichmäßige Erwärmung ermöglicht. Ein Temperaturfühler 30, beispielsweise ein optisches Pyrometer, wird auf den vorbestimmten Teil 33 des optischen Vorformstabes 15 gerichtet, um festzustellen, wann der vorbestimmte Teil 33 eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat, und damit die Einleitung der unten beschriebenen Operation der Vorrichtung 10 und die Herstellung eines Paares von zylindrisch endenden optischen Faserkonussen 35 mit erweitertem Strahl zu erzeugen.
Im Betrieb werden die sich gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden eines Vorformstabes 15 mit verringertem Durchmesser in der ersten und zweiten Halteeinrichtung 11 bzw. 12 innerhalb eines Abschirmrohres 34 befestigt. Bei abgeschalteter Wärmequelle 31 werden die Schlitten 13 und 14 entlang der Rahmen 18 und 26 unter Verwendung der Motoren 22 bzw. 28 bewegt, um den optischen Vorformstab 15 an eine vorbestimmte Position zu bringen, so daß bei Einschaltung der Wärmequelle 31 ein vorbestimmter Teil 33 an einem mittleren Punkt des optischen Vorformstabes 15 durch die Wärmequelle 31 erhitzt wird. Der Motor 28 auf dem zweiten Rahmen 26 ist abgeschaltet und der Motor 22 auf dem ersten Rahmen eingeschaltet, während die Kupplung 24 ausgeschaltet bleibt, um den Motor 22 von der Gewindestange 23 abzukuppeln.
Dann werden die Synchronmotoren 16 und 17 eingeschaltet, um sowohl den optischen Vorformstab 15 mit verringertem Durchmesser als auch das Abschirmrohr 34 zu drehen. Danach wird die Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme, die die Wärmequelle 31 bildet, gezündet, um die gleichmäßige Erhitzung eines Umfangs des vorbestimmten Teils 33 des optischen Vorformstabes 15 einzuleiten. Wenn der Temperaturfühler 30 feststellt, daß eine vorbestimmte Temperatur des vorbestimmten Teils 33 des optischen Vorformstabes 15 erreicht ist, so wird die Kupplung 24 auf dem ersten Rahmen 18 eingeschaltet, um den Motor 22 mit der Gewindestange 23 zu koppeln, so daß der Motor 22 die Gewindestange 23 gleichmäßig in einer Richtung dreht, derart, daß der erste Schlitten 13 sich entlang dem ersten Rahmen 18 weg vom zweiten Schlitten 14 mit der ersten vorbestimmten, gleichmäßigen Rate bewegt. Dies führt dazu, daß der vorbestimmte Teil 33 sich entlang der Längsachse des optischen Vorformstabes 15 verlängert, um die Erzeugung eines Paares von zylindrisch endenden, optischen Faserkonussen 35 mit erweitertem Strahl entsprechend der Erfindung zu beginnen.
Wenn der erste Schlitten 13 seine gleichmäßige Bewegung weg vom zweiten Schlitten 14 fortsetzt, wird ein Punkt erreicht, an dem der gewünschte Durchmesser einer optischen Standardfaser erreicht ist und das fortgesetzte Ziehen eines solchen optischen Faserdurchmessers zu einer vorbestimmten Länge eines zylindrischen Zentralabschnitts 51 einer optischen Faser mit Standarddurchmesser entsprechend der Darstellung in Fig. 4 zwischen den beiden sich verjüngenden Abschnitten 37 eines Paares von zylindrisch endenden, optischen Faserkonussen 35 erwünscht ist. Zur Bereitstellung von weiterem Material aus dem optischen Vorformstab mit verringertem Durchmesser zur Erhitzung und zum Ziehen dieser vorbestimmten Länge einer optischen Faser mit Standarddurchmesser für den zylindrischen Zentralabschnitt 51 wird der Motor 28 eingeschaltet, um die Gewindestange 29 gleichmäßig in einer Richtung zu drehen, derart, daß der zweite Schlitten 40 sich entlang des zweiten Rahmens 26 in Richtung des ersten Schlittens 13 mit der zweiten vorbestimmten, gleichmäßigen Rate bewegt. Die Bewegung des zweiten Schlittens 14 in Richtung auf den ersten Schlitten 13 bewirkt, daß der Abschnitt des optischen Vorformstabes 15, der durch die Wärmequelle 31 gleichmäßig erhitzt ist, sich langsam von dem vorbestimmten Teil 33 in Richtung auf den zweiten Schlitten 14 bewegt. Der Ziehprozeß läuft weiter, bis ein fertiges Werkstück 50 gemäß Fig. 4 hergestellt ist, das ein Paar sich gegenüberliegender, zylindrisch endender, optischer Faserkonusse 35 mit erweitertem Strahl umfaßt, die durch eine vorbestimmte Länge eines zylindrischen Zentralabschnitts 51 einer optischen Faser mit Standarddurchmesser verbunden sind. Wenn die vorbestimmte Länge des zylindrischen Zentralabschnitts 51 der optischen Faser mit Standarddurchmesser erreicht ist, so wird die Wärmequelle 31 ausgeschaltet und die Kupplung 24 sowie die Motoren 16, 17, 27 und 28 abgeschaltet.
Fig. 5 zeigt die Vorrichtung nach Beendigung des Ziehprozesses, bevor das fertige Werkstück 50 aus den beiden Halteeinrichtungen 11 und 12 herausgenommen wird. Das fertige Werkstück 50 wird nahe der Mitte des zylindrischen Zentralabschnittes 51 der optischen Faser mit Standarddurchmesser getrennt, um ein Paar zylindrisch endender optischer Faserkonusse 35 mit erweitertem Strahl gemäß Fig. 2 zu erzeugen, die je einen zylindrischen Endabschnitt 36 mit einem Durchmesser entsprechend dem Durchmesser des ursprünglichen optischen Vorformstabes 15 und einem Endabschnitt 38 einer optischen Faser mit Standarddurchmesser aufweisen, der zum Spleißen mit einer optischen Faser ähnlicher Abmessungen geeignet ist, sowie einen sich verjüngenden Abschnitt 37 besitzen, der den zylindrischen Endabschnitt 36 und den Endabschnitt 38 so verbindet, daß eine durchlaufende Mode oder durchlaufende Moden aufrecht erhalten bleiben. Beispielsweise umfaßt ein Endabschnitt 30 einer optischen Faser, der zum Spleißen mit einer optischen Monomodefaser geeignet ist,
(1) einen Kern mit einem Durchmesser von beispielsweise etwa 5 bis 10 um,
(2) einen den Kern umgebenden Mantel mit einem Außendurchmesser von beispielsweise 120 bis 125 um und
(3) eine Länge von beispielsweise etwa 27,94 bis 33 cm (11 bis 13 Zoll). Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung, die die Querschnittsform eines beispielhaften, zylindrisch endenden, optischen Faserkonus 35 in Längsrichtung zeigt, der unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens und der Vorrichtung 10 hergestellt worden ist. Die graphische Darstellung setzt den Radius zur Länge eines zylindrisch endenden, optischen Faserkonus 35 zur Länge in Beziehung, und zwar vom Endabschnitt 38 der optischen Monomode-Standardfaser zum zylindrischen Endabschnitt 36. Wenn beispielsweise zwei zylindrisch endende, optische Faserkonusse 35 mit einem Paar von optischen Monomodefasern verspleißt werden, um als lösbare Verbindung zwischen den optischen Monomodefasern benutzt zu werden, so können die freiliegenden, zylindrischen Endabschnitte 36 unter Verwendung geeigneter Faserverbinder aneinandergesetzt und ausgerichtet werden. Wegen des vergrößerten Kerndurchmessers in den erweiterten zylindrischen Endabschnitten 36 besitzt der sich ergebende Monomode-Verbinder hohe Toleranz gegen eine Fehlausrichtung, und die Konusausbildung vermeidet außerdem eine Modenumwandlung.
Bei der obigen Erläuterung ist zu berücksichtigen, daß das beschriebene Ausführungsbeispiel und das Verfahren lediglich als Beispiel für eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrisch endenden, optischen Faserkonus 35 mit erweitertem Strahl dient. Andere geeignete Variationen und Abänderungen können für das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung 10 in Fig. 1 oder bei den Abmessungen in Fig. 6 getroffen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise besteht eine Alternative zur Bewegung der Schlitten 13 und 14 für die Positionierung der Wärmequelle 31 an einen vorbestimmten Teil 33 des optischen Vorformstabes 15 mit verringertem Durchmesser in der Bereitstellung einer Einrichtung zur Bewegung der Stütze 32, um die Wärmequelle 31 über die Länge des optischen Vorformstabes 15 zu bewegen. Außerdem kann das oben beschriebene Verfahren für den Betrieb der Vorrichtung 10 so abgeändert werden, daß es als Alternative zur Aktivierung der Wärmequelle 31 vor der Betätigung der Kupplung 24 zuerst die Kupplung 24 betätigt, um einen gleichmäßigen Zug auf den optischen Vorformstab 15 auszuüben und dann die Wärmequelle 31 zu aktivieren, um die Erzeugung des Paares von zylindrisch endenden optischen Faserkonussen 35 mit erweitertem Strahl zu beginnen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung optischer Faserkonusse (37) mit erweitertem Strahl, deren Aufbau umfaßt:

(1) zylindrische Endabschnitte (36), deren Durchmesser gleich einem optischen Vorformstab mit verringertem Durchmesser ist, wobei der optische Vorformstab mit verringertem Durchmesser einen Außendurchmesser besitzt, der größer als der Außendurchmesser einer optischen Standardfaser, aber kleiner als der Außendurchmesser eines optische Standardvorformtabes ist,

(2) einen zylindrischen Zentralabschnitt (51) vorbestimmt Länge mit einem Durchmesser, der kleiner ist als der der zylindrischen Endabschnitte und dem einer optischen Faser mit Standarddurchmesser entspricht, und

(3) getrennte Konusse (37), die jeden zylindrischen Endabschnitt mit dem zylindrischen Zentralabschnitt verbinden, wobei jeder Konus eine Ausbildung besitzt, die eine Modenumwandlung eines durchlaufenden Lichtwellensignals verhindert, mit dem Verfahrensschritten:

(a) Halten entgegengesetzter Enden des optischen Verformstabes (15) mit verringertem Durchmesser, wobei der Vorformstab einen Kern mit vorbestimmten einheitlichem Durchmesser und einen den Kern umgebenden Mantel aufweist,

(b) gleichmäßiges Erhitzen (31) eines vorbestimmten Umfangsteil (33) an einem mittleren Punkt des optischen Vorformstabes auf eine vorbestimmte Temperatur,

(c) gleichmäßiges Ziehen des Vorformstabes in Längsrichtung mit einer ersten vorbestimmten, einheitlichen Rate, wenn die vorbestimmte Temperatur an dem mittleren Punkt erreicht ist, um eine in Längsrichtung verlaufende Verlängerung zu bilden, die die konischen Abschnitte enthält, welche an einem Punkt mit verringertem Durchmesser relativ zu dem des Stabes verbunden sind, und

(d) nach Erreichen der in Längsrichtung verlaufenden Verlängerung im Schritt (c) wird der vorbestimmte Abschnitt erhitzt, und die Konusse werden in Richtung zueinander mit einer zweiten vorbestimmten, gleichmäßigen Rate bewegt, und zwar gleichzeitig mit dem gleichmäßigen Ziehen des optischen Vorformstabes mit verringertem Durchmesser im Schritt (c), um Material von dem Vorformstab mit verringertem Durchmesser zur Bildung des zylindrischen Zentralabschnitts vorbestimmter Länge des sich ergebenden Äufbaus bereitzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (b) ausgeführt durch

(b1) Voreinbringen des optischen Verformstabes mit verringertem Durchmesser in ein Schutzrohr (34), um den Vorformstab beim Erhitzen gegen Verbrennen zu schützen,

(b2) gleichmäßiges Erhitzen des Vorformstabes mit einer Flamme und

(b3) gleichzeitig mit dem Schritt (b2) gleichmäßiges Rotieren (mittels 16, 17) des optischen Vorformstabes und des Schutzrohres, wobei keine Torsion auf den optischen Vorformstabe einwirkt, um ein gleichmäßiges Erhitzen über den Umfang des vorbestimmten Teils am mittleren Punkt des optischen Vorformstabes zu erreichen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (b) ausgeführt wird durch

(b1)' gleichmäßiges Erhitzen des optischen Vorformstabes mit einem CO&sub2;-Laser und

(b2)' gleichzeitig mit dem Schritt (b1)' gleichmäßiges Rotieren des optischen Vorformstabes ohne Einwirken einer Torsion an den Vorformstab, um ein gleichmäßiges Erhitzen über den Umfang des vorbestimmten Teils am mittleren Punkt des optischen Vorformstabes zu erreichen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (b) durch gleichmäßiges Erhitzen des optischen Vorformstabes mit einem elektrischen Ofen ausgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 mit dem weiteren Schritt:

(e) Auftrennen des sich ergebenden Aufbaus am zylindrischen Zentralabschnitt zur Bildung von zwei getrennten optischen Faserkonussen mit erweitertem Strahl.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für die Herstellung von optischen Konussen mit erweitertem Strahl, deren Aufbau umfaßt:

1) zylindrische Endabschnitte (36), deren Durchmesser gleich einem optischen Vorformstab mit verringertem Durchmesser ist, wobei der optische Vorformstab mit verringertem Durchmesser einen Außendurchmesser besitzt, der größer als der Außendurchmesser einer optischen Standardfaser, aber kleiner als der Außendurchmesser eines optischen Standardvorformstabes ist,

(2) einen zylindrischen Zentralabschnitt (51) vorbestimmter Länge mit einem Durchmesser, der kleiner ist als der der zylindrischen Endabschnitte und dem einer optischen Faser mit Standarddurchmesser entspricht, und

< (3) getrennte Konusse (37), die jeden zylindrischen Endabschnitt mit dem zylindrischen Zentralabschnitt verbinden, wobei jeder Konus eine Ausbildung besitzt, die eine Modenumwandlung eines durchlaufenden Lichtwellensignals verhindert, wobei die Vorrichtung umfaßt:

erste und zweite Halteeinrichtungen (11, 12), deren Längsachse je mit der Längsachse der jeweils anderen Halteeinrichtung ausgerichtet ist, um entgegengesetzte Enden des optischen Vorformstabes (15) zu halten, eine Heizeinrichtung (31) zur gleichmäßigen Erhitzung des Umfangs des optischen Vorformstabes an einem vorbestimmten mittleren Punkt oberhalb einer vorbestimmten Temperatur, eine erste Bewegungseinrichtung (13) zur Bewegung der ersten Halteeininrichtung entlang ihrer Längsachse mit einer ersten vorbestimmten, einheitlichen Rate, um den optischen Vorformstab, der durch die erste und die zweite Halteeinriehtung gehalten wird, gleichmäßig in Längsrichtung zu ziehen, wenn die vorbestimmte Temperatur erreicht ist, und

eine zweite Bewegungseinrichtung (14) zum Bewegen der zweiten Halteeinrichtung (12) und der Heizeinrichtung relativ zueinander in einer Richtung entlang der Längsachse der zweiten Halteeinrichtung mit einer zweiten, vorbestimmten, einheitlichen Rate, und zwar gleichzeitig mit der Bewegung der ersten Bewegungseinrichtung, wenn die Verlängerung in Längsrichtung aufgetreten ist, um Material vom optischen Vorformstab bereitzustellen, das die Länge des zylindrischen Zentralabschnitts des sich ergebenden Aufbaus auf eine zweite, größere, vorbestimmte Länge erstreckt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6 mit ferner einer Einrichtung (32) zur Positionierung und Ausrichtung der Heizeinrichtung an den vorbestimmten Teil des optischen Vorformstabes mit verringertem Durchmesser und einer Einrichtung (30) zum Abfühlen der Temperatur am vorbestimmten Teil des optischen Vorformstabes, um das Erreichen der vorbestimmten Temperatur festzustellen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Heizeinrichtung aufweist:

ein Gerät (31) zur Erzeugung einer Flamme,

eine Einrichtung (34) zum Schutz des optischen Vorformstabes gegen Verbrennen durch die Flamme und Einrichtung (16, 17) zum gleichmäßigen Rotieren des optischen Vorformstabes ohne Ausüben einer Torsion auf den Vorformstab, um eine gleichmäßige Erhitzung über den Umfang des vorbestimmten Teils des optischen Vorformstabes an dem mittleren Punkt zu erreichen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Heizeinrichtung umfaßt:

einen CO&sub2;-Laser zum Erhitzen des vorbestimmten Teils des optischen Vorformstabes und

eine Einrichtung (16, 17) zum gleichmäßigen Rotieren des optischen Vorformstabes ohne Ausüben einer Torsion auf den Vorformstab, um eine gleichmäßige Erhitzung über den Umfang des vorbestimmten Teils des optischen Vorformstabes an dem mittleren Punkt zu erreichen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Heizeinrichtung einen elektrischen Öfen umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die erste Bewegungseinrichtung umfaßt:

einen Rahmen (18),

einen Schlitten (130, der die erste Halteeinrichtung umfaßt, und

eine Antriebseinrichtung (22, 24), die den Schlitten entlang dem Rahmen mit der ersten, vorbestimmten, einheitlichen Rate parallel zu einer Längsachse des optischen Vorformstabes weg von der zweiten Halteeinrichtung bewegt, um den optischen Vorformstab mittels der ersten Halteeinrichtung zu ziehen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die zweite Bewegungseinrichtung umfaßt:

einen Rahmen (26),

einen Schlitten (14), der die zweite Halteeinrichtung umfaßt, und

eine Antriebseinrichtung (28) zur Bewegung des Schlittens entlang dem Rahmen mit der zweiten, vorbestimmten, einheitlichen Rate parallel zu einer Längsachse des optischen Vorformstabes in Richtung auf die erste Halteeinrichtung, um zusätzliches Material des optischen Vorformstabes von einem Bereich des Stabes nahe dem vorbestimmten Teil des Stabes in Richtung vom Ende des durch die zweite Halteeinrichtung gehaltenen Stabes zur Heizeinrichtung bereitzustellen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halteeinrichtung umfaßt:

einen Rahmen (26), einen Schlitten (14), der die zweite Halteeinrichtung umfaßt, und