DE4036628A1 - Verfahren zur herstellung optischer koppler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optischer Koppler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Optische Koppler werden durch direktes Verschmelzen von Licht­ wellenleiterfasern miteinander oder von Lichtwellenleiterfasern mit Glasmassen hergestellt. Das Verschmelzen wird häufig mit Ausziehvorgängen kombiniert, da zwangsläufig unterhalb einer vorgegebenen Querschnittsfläche ein Übertritt der Lichtwellen von einer Lichtwellenleiterfaser auf die übrigen Lichtwellen­ leiterfasern erfolgt.

In der europäischen Patentanmeldung 01 74 014 A2 ist ein Kopp­ ler und seine Herstellung beschrieben. In einem Glasröhrchen werden miteinander verdrehte Lichtwellenleiterfasern (Kern und Mantel) durch einen Brenner indirekt erwärmt und gezogen. An­ schließend werden die Öffnungen des Glasröhrchens zum Schutz des eigentlichen Kopplerelements mit Klebstoff verschlossen. Das Glasröhrchen dient somit nicht nur als Schutz gegen Verun­ reinigungen während der Herstellung, sondern auch weiterhin als Schutzhülle für den gefertigten Koppler. Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität kann das Glasröhrchen darüber hinaus mit Flüssigkeiten wie Silikon, Harz oder verschiedenen Plastik­ materialien gefüllt werden.

Dieses Herstellungsverfahren eignet sich nur für einfache Kopp­ ler, da durch die einseitige Beheizung des Glasröhrchens kein homogenes Wärmefeld erzeugt werden kann. Außerdem ist eine wei­ tere Verbesserung der mechanischen Festigkeit dieser Koppler wünschenswert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur einfachen Her­ stellung optischer Koppler mit großer mechanischer Festigkeit anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Vorteilhaft ist die Verwendung von elektrischen Heizelementen, die ringförmig um die Kopplerkomponenten, dies sind die Licht­ wellenleiter und gegebenenfalls eine Glaskapillare, angeordnet werden. Hierdurch ist die Erzeugung eines praktisch homogenen Wärmefeldes möglich, dessen Intensität exakt gesteuert oder ge­ regelt werden kann.

Vorteilhaft ist ein Verkleben des Heizelements mit dem Koppler, da sich hierdurch eine hohe mechanische Festigkeit ergibt. Das Verfahren eignet sich besonders für Koppler, die eine Glashülse aufweisen. Hierdurch erhält das Koppelelement bereits eine hohe mechanische Festigkeit und Spannungen durch den aushärtenden Klebstoff wirken nicht direkt auf die Lichtwellenleiterfasern ein.

Die elektrische Heizung bewirkt eine gleichmäßige Erwärmung, die weder durch Turbulenzen eines Gasbrenners gestört wird noch reaktive Gase entstehen läßt.

Als Heizelemente können Röhrchen, Halbröhrchen, Stäbe usw. ver­ wendet werden. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung von Heizröhrchen, die auch eine tonnenförmige oder leicht kegelför­ mige Ausbildung aufweisen können. Diese Heizröhrchen können leicht mit einer elastischen oder harten, unelastischen Verguß­ masse oder mit Klebstoff gefüllt werden.

Die Aushärtung der Vergußmasse wird durch die elektrische Er­ wärmung des Heizelements beschleunigt.

Besonders kostengünstig ist die Verwendung von mehreren ring­ förmig um das Kopplerelement angeordneten Heizstäben. Zur Auf­ füllung mit Klebstoff müssen diese jedoch mit einer einfachen Schutzhülle umgeben werden.

Als besonders günstig hat sich die Verwendung von Graphit als Heizelement herausgestellt. Es können hier sowohl durch einen Sinterprozeß verfestigte Heizröhrchen verwendet werden als auch Heizröhrchen aus weichem Graphit. Die letzteren können durch den schrumpfenden Klebstoff zerstört werden, wodurch sich je­ doch die Spannungen wesentlich verringern.

Das Einfügen der Koppler in ein Außengehäuse dient dem mechani­ schen Schutz.

Ein nach dem vorstehenden Verfahren gefertigter optischer Kopp­ ler weist eine sehr gute mechanische Festigkeit auf.

Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kopplers,

Fig. 2 einen fertigen Koppler,

Fig. 3 eine Variante des Kopplers und

Fig. 4 den in ein Außengehäuse eingesetzten Koppler.

In der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist eine Glaskapil­ lare 1 durch eine obere Kapillarhalterung 7 und eine untere Ka­ pillarhalterung 8 in einem Heizröhrchen 4 fixiert. Die untere Kapillarhalterung 8 ist über ein Gleitlager 9 an einer Ziehvor­ richtung 10 befestigt, während die obere Kapillarhalterung 7 mit dieser fest verbunden ist. Über klammerartige Kontaktie­ rungen 5 sind das obere und das untere Ende des Heizröhrchens 4 mit einer Spannungsquelle 19, beispielsweise einem Stelltrans­ formator, verbunden. In die Glaskapillare sind hier eine Ein­ gangs-Lichtwellenleiterfaser 2 (Kern und Mantel, wobei der Man­ tel gegebenenfalls teilweise oder ganz entfernt ist) eingeführt und mehrere Ausgangs-Lichtwellenleiterfasern 3. Selbstverständ­ lich können auch mehrere Eingangs-Lichtwellenleiterfasern vor­ gesehen sein oder nur jeweils eine Eingangs-Lichtwellenleiterfa­ ser mit einer Ausgangs-Lichtwellenleiterfaser verbunden werden. Die Verwendung der Glaskapillare ist nur für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Kopplers erforderlich, bei dem sie als Schutz gegen Verunreinigungen dient und mit den Lichtwellen­ leiterfasern weitgehend verschmolzen wird. Die Beschichtung der Lichtwellenleiterfasern muß dabei nur innerhalb des eigentli­ chen Kopplerelements (Tapers) 12 (Fig. 2) entfernt werden. In der Nähe der Öffnungen der Glaskapillare kann die Beschichtung wegen der größeren mechanischen Stabilität erhalten bleiben. Die Vorrichtung kann auch zum Verschmelzen einzelner Lichtwel­ lenleiter verwendet werden und um Einrichtungen zum Halten oder zum Verdrillen von Lichtwellenleiterfasern ergänzt werden. Die Ausgangsteile, im allgemeinen Lichtwellenleiterfasern und die sie umgebenden Glaskomponenten, zur Herstellung eines Koppler­ elements werden hier allgemein als Kopplerkomponenten bezeich­ net.

Das Heizröhrchen kann auch geteilt ausgeführt sein, um die Hand­ habung zu erleichtern. Beide Heizröhrchenhälften werden dann mit ihren Kontaktierungen zusammengefügt.

Die Herstellung von Kopplern erfolgt durch Verschmelzen der Kopplerkomponenten miteinander. Es können zwei oder mehr Licht­ wellenleiterfasern miteinander verschmolzen werden. Hierbei kann auch die Glaskapillare, wie im Ausführungsbeispiel, mit den Lichtwellenleiterfasern verschmolzen werden. Auch können - bei entferntem Mantel (Cladding) - nur die Kerne der Licht­ wellenleiter miteinander und mit einer sie umgebenden Glasmasse verschmolzen werden. Ebenso können auch andere Kopplervarianten hergestellt werden. Die Verschmelzung kann auch mit einem Zieh­ vorgang (Tapern) kombiniert sein, was auch im hier beschriebe­ nen Ausführungsbeispiel angenommen wird. Der Herstellungsvor­ gang eines Kopplers nach Fig. 2 beginnt mit der Erwärmung der Glaskapillare 1 und der darin eingeführten Lichtwellenleiter­ fasern 2 und 3. Durch die elektrische Beheizung ergibt sich innerhalb einer Heizzone 11 eine homogene Erwärmung, die über die Spannungsquelle 19 genau gesteuert werden kann. Sobald die Glaskapillare ausreichend erwärmt ist und plastisch wird, be­ ginnt der Ziehvorgang. Die Glaskapillare kollabiert, umschließt die Lichtwellenleiterfasern 3 und wird einschließlich der in ihr enthaltenen Lichtwellenleiterfasern 2 und 3 durch den Ziehvorgang in ihrem Querschnitt verringert. Bei einer ausrei­ chend kleinen Querschnittsfläche ergibt sich bei einer Mono­ mode-Faser automatisch ein Kopplereffekt. Schmelztemperatur und Brechung der Glaskapillare und der Lichtwellenleiterfaser sind natürlich aufeinander abgestimmt. An der Glaskapillare soll eine Totalreflexion auftreten.

In Fig. 2 ist der fertige Koppler dargestellt. Durch den Zieh­ vorgang ist ein Koppelelement 12 mit sehr geringem Querschnitt im Ziehbereich und entsprechend geringer mechanischer Stabili­ tät entstanden. Nach dem Ziehen wird das fertige Koppelelement 12 mit dem Heizröhrchen mechanisch verbunden. Hierzu können die untere und die obere Kapillaröffnung verklebt oder auch durch elastische Verschlußteile aus Gummi oder Kunststoff verschlos­ sen werden. Hierdurch ergibt sich ein Koppler, der bereits durch das Heizröhrchen eine große Stabilität gegen mechanische Belastungen von außen erhält. In diesem Ausführungsbeispiel wird nur die untere Kapillaröffnung mit einem Klebstoff 13 ver­ schlossen, durch den auch das eigentliche Koppelelement 12 im Heizröhrchen 4 fixiert wird. Die Stabilität wird noch verbes­ sert werden, indem der Freiraum 6 (Fig. 1) zwischen dem Kopp­ lerelelement und dem Heizröhrchen mit einer Vergußmasse 14, dies kann ein aushärtender Klebstoff sein, gefüllt wird. Diese Füllung kann durch eine Öffnung ca. in der Mitte des Heizröhr­ chens erfolgen. Das Aushärten der Vergußmasse kann durch eine leichte Beheizung beschleunigt werden.

Als Material für das Heizröhrchen eignet sich besonders Gra­ phit. Ein geringer Abbrand bei der Erwärmung ist ohne Bedeu­ tung, da das Heizröhrchen nur einmal verwendet wird und als Schutzhülse des Kopplers dient. Auch andere Materialien, wie Keramik-Metall-Verbindungen oder nicht rostender Edelstahl können zur Herstellung der Heizelemente verwendet werden.

In Fig. 3 ist ein Koppler dargestellt, bei dem als Heizelement Heizstäbe 23 verwendet worden sind. Eine Hülse 20 ermöglicht hier ein Vergießen der Heizstäbe mit dem Koppelelement 12.

In Fig. 4 ist ein Koppler dargestellt, der in ein Außengehäu­ se zum Schutz gegen mechanische Beanspruchung eingefügt ist. Innerhalb des Außengehäuses können sich auch eine oder mehrere Spleißstellen 22 befinden. Der Zwischenraum zwischen Koppler und der Wand des Außengehäuses kann wiederum durch eine Ver­ gußmasse 14 aufgefüllt werden.

Das beschriebene Verfahren zur Herstellung von Kopplern kann bei den unterschiedlichsten Arten angewendet werden. Wichtig ist der Verbleib des Heizungsröhrchens als mechanischer Schutz für das eigentliche Koppelelement, das besonders bei einem durch einen Ziehvorgang hergestellten Kopplerelement die me­ chanische Festigkeit gewährleistet. Durch das Außengehäuse wird der Koppler gegen stärkere Beanspruchung geschützt.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung von optischen Kopplern, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein elektrisches Heizelement (4, 23) um die zur Herstellung eines Kopplerelements (12) dienenden Kopplerkompo­ nenten (1, 2, 3) angeordnet wird,
daß die Kopplerkomponenten (1, 2, 3) zu einem Kopplerelement (12) verschmolzen werden und
daß das Heizelement (4) bzw. die Heizelemente (23) und das Kopplerelement (12) miteinander mechanisch verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplerelement (12) und das Heizelement (4) bzw. die Heizelemente (23) miteinander verklebt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizelement ein Heizröhrchen (4) oder ein geteiltes Heizröhrchen verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizelement um das Kopplerelement (12) angeordnete mehrere Heizstäbe (23) verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (6) zwischen dem Kopplerelement (12) und dem mindestens einen Heizelement (4, 23) mit einer Vergußmasse (14) oder aushärtendem Klebstoff (13) gefüllt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Heizelemente (4, 23) aus Graphit verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kopplerkomponenten eine Glaskapillare (1) und in diese eingeführte Lichtwellenleiterfaser (2, 3) verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzte Glaskapillare (1) mit den eingeführten Licht­ wellenleiterfasern (2, 3) ausgezogen wird, wobei nur die Glas­ kapillare (1) an mindestens einer Kapillarhalterung (7, 8) befestigt wird.

9. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens ein elektrisches Heizelement (4, 23) auf­ weist, das mit einem Kopplerelement (12) verbunden ist und es schützend umgibt.

10. Koppler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizelement ein Heizröhrchen (4) oder mehrere Heizstäbe (23) vorgesehen sind.

11. Koppler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem Kopplerelement (12) und dem Heizelement (4, 23) mit einer Vergußmasse (14) oder aushär­ tendem Klebstoff (13) gefüllt ist.

12. Koppler nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizelement aus Graphit bestehende Heizröhrchen (4) oder Heizstäbe (23) vorgesehen sind.

13. Koppler nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplerelement (12) eine Glaskapillare (1) aufweist, die mit den eingeführten Lichtwellenleiterfasern (2, 3) ver­ schmolzen ist.