DE4223176A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von optischen Sternkopplern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von optischen Sternkopplern. Die Vorrichtung und das Herstellungsverfahren kommen insbesondere bei der Fertigung von Komponenten für Systeme der optischen Nachrichtentechnik zum Einsatz.

Verschmelzkoppler mit einer Aufteilung von 1 auf N Fasern und von N auf N Fasern sind bereits bis N = 32 realisiert worden. Ab N < 3 wird das Hantieren und Ausrichten der Fasern vor dem Verschmelzen zum Koppler schwierig, so daß besondere Hilfsmittel zur Stützung der Fasern im Koppelbereich erforderlich sind, um zu erreichen, daß alle Fasern geordnet liegen und miteinander verschmolzen werden.

Aus Electronics Letters 27 (1991), S. 737-738 und S. 2252-2253 ist beispielsweise bekannt, die Fasern vor dem Verschmelzen durch ein Röhrchen zu fädeln, dessen Innendurchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser des Bündels der abgemantelten, zu verschmelzenden Fasern. Das Röhrchen wird auf die Fasern geschrumpft und mit diesen zum Koppler ausgezogen. Das Röhrchen ist damit Bestandteil des Kopplers. Nach diesem Verfahren sind Koppler mit einer Aufteilung von 1 auf 4, 1 auf 7, 1 auf 19 Fasern hergestellt worden.

Der Brechungsindex des Röhrchens muß kleiner sein als der der zu verschmelzenden Fasern, um zu verhindern, daß das Licht im Röhrchen verlorengeht. Das Einfädeln der Fasern ist jedoch umständlich, weil die Fasern beim Hantieren leicht verschmutzen. Außerdem ist das Reinigen der in das Röhrchen eingefädelten Fasern schwierig.

Weiterhin ist eine Lösung bekannt, bei der die zu verschmelzenden Fasern achsparallel um einen Stab herum angeordnet werden (Proc. 17th ECOC 1991, Paper TuPS 1-12, S. 321-324). Dieser mit den Fasern dünn ausgezogene Stab, der ebenfalls Bestandteil des Kopplers ist, muß wie das zuvor erwähnte Röhrchen einen Brechungsindex haben, der kleiner ist als der der Kopplerfasern. Nach diesem Verfahren wurden 32·32-Sternkoppler hergestellt. Nachteilig sind die relativ hohen Verluste, die auf den im Vergleich zu den Quarzglasfasern zu hohen Brechungsindex des Glasstabes zurückgeführt werden und die ungleiche Verteilung des Lichtes auf die Fasern.

Nach einer anderen Veröffentlichung (Proc. 17th ECOC 1991, Paper TuPS 1-5, S. 293-296) werden die in koaxialer Anordnung dicht gepackten, getaperten Fasern nur schwach miteinander verschmolzen. Das getaperte Faserbündel wird in einen Si-Träger eingebettet, danach auseinandergesägt, die Stirnseiten anschließend geläppt und dann poliert. Als Gegenstück dient eine ebenfalls eingebettete einzelne Faser (1 auf N-Stern) oder ein gleiches getapertes Faserbündel (N auf N-Stern). Beide Teile werden in Nuten eines weiteren Si-Trägers eingesetzt und in geringem Abstand voneinander fixiert. Die Aufteilung des Lichtes erfolgt durch Teilung der Wellenfront und nicht, wie bei den Verschmelzkopplern, durch Auskopplung über die Oberfläche der Fasern. Um die Verluste klein zu halten, sind für diesen Koppler Spezialfasern erforderlich. Die Herstellung des zusammengesetzten Kopplers aus zwei getaperten Faserbündeln ist aber sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Sternkopplern anzugeben, die in den Ausgangszweigen eine möglichst gleichmäßige Lichtverteilung aufweisen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den Ansprüchen 1 und 6 angegebenen Merkmalen gelöst. Die Vorrichtung läßt sich in vorteilhafter Weise kostengünstig aus einfachen Einzelteilen anfertigen. Als Kapillarröhrchen können beispielsweise handelsübliche Kanülen aus Edelstahl verwendet werden. Außerdem gestattet die Vorrichtung eine einfache sowie schonende Handhabung der Fasern und die Durchführung eines wirtschaftlichen Verfahrens zur Herstellung von optischen Verschmelz-Sternkopplern kurzer Bauform. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Herstellung von Sternkopplern schematisch und in perspektivischer Ansicht dargestellt ist, wie folgt näher beschrieben.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Koppler-Ziehvorrichtung mit zwei Montageplatten 1, 2, auf denen an den vorderen, zueinander gerichteten Plattenenden 3, 4 je eine Faserführungseinrichtung, im folgenden kurz Faserführung 5, 6 genannt, angeordnet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht diese jeweils aus einer ersten vorderen Lochplatte 7 und einer mit Abstand zu dieser rückwärtig angeordneten zweiten Lochplatte 8 und sieben, in den Lochplatten gehaltenen Kapillaren 9. Natürlich können die Lochplatten 7, 8 in Abhängigkeit von der gewünschten Anzahl Ein- und Ausgangszweige des herzustellenden Sternkopplers auch zur Halterung einer kleineren oder weitaus größeren Anzahl Kapillaren 9 ausgebildet sein. Letztere sind vorzugsweise Edelstahlröhrchen, die einen etwas größeren Innendurchmesser haben als die ummantelten Fasern 10, die hindurchgefädelt werden.

Das eine symmetrische Anordnung aufweisende Lochbild zur Halterung der Kapillaren 9 ist in den einzelnen Lochplatten 7, 8 verschieden groß, wodurch sie, mit Ausnahme der auch möglichen zentrischen Anordnung beispielsweise einer Kapillare, eine Neigung zur Längsachse der Faserführung 5, 6 aufweisen. Um eine dichte Packung der Kapillaren 9 zu erhalten, ist das kleine Lochbild in der vorderen Lochplatte 7 als Rosette 11 ausgebildet. In der rückwärtigen Lochplatte 8 durchsetzen die hinteren Enden 12 der Kapillaren 9 weiter voneinander entfernt liegende Einzelbohrungen 8′ mit etwas Spielraum. Die vordere Lochplatte 7 ist fest mit der Montageplatte 1, 2 verbunden, die aus der Rosette 11 etwas hervorstehenden Kapillaren 9 sind jedoch im Bereich der Rosette elastisch an der Lochplatte 7 fixiert, beispielsweise mit einem kautschukartigen Kleber. Da die jeweils rückwärtige Lochplatte auf der Montageplatte 1, 2 axialverschieblich gelagert ist, kann durch Verschieben der Lochplatte 8 der Neigungswinkel der Kapillaren 9 zur Längsachse der Ziehvorrichtung kontinuierlich verstellt werden. Damit sich eingefädelte Fasern 10 im Verschmelzbereich 13 dicht aneinanderlegen können, ist eine Faserführung 5 oder 6 auf der Nontageplatte 2 um bis zu 360° um ihre Längsachse drehbar gelagert.

Bei abgewandelten Faserführungs-Einrichtungen können feine, kegelförmig auf die Achse der Ziehvorrichtung ausgerichtete Bohrungen in ein Werkstück eingebracht sein oder auch ein als Kegelstumpf ausgebildeter Körper vorgesehen werden, bei dem V-Nuten als Führungen dienen, in denen die Fasern durch Vakuumansaugnng oder mittels magnetischer Gummikissen gehalten werden. Natürlich können anstelle der relativ schwierig herzustellenden V-Nuten auch Kapillarröhrchen in symmetrischer Anordnung auf der Mantelfläche des kegelstumpfförmigen Körpers befestigt sein.

Zur Herstellung eines Sternkopplers aus Einmoden- oder Mehrmodenfasern werden zunächst die Nontageplatten 1, 2 zusammengeschoben und die jeweils rückwärtige Lochplatte 8 der beiden Faserführungen 5, 6 durch Verschieben in eine rückwärtige Endlage gebracht, wodurch die Kapillaren 9 einen flachen Neigungswinkel zur Achse der Ziehvorrichtung erhalten. Danach werden von einer Vorratsrolle passend abgelängte Fasern 10 von hinten einzeln in je eine Kapillare 9 eingefädelt. Um dies zu erleichtern, haben die dem Einfädeln dienenden Kapillaren 9 am Ende 12 zweckmäßigerweise eine trichterförmige Aufweitung. Einmal eingefädelt können die Fasern 10 in die unmittelbar gegenüberliegenden Kapillaren 9 der anderen Faserführung 6 durchgeschoben werden.

Es wurde festgestellt, daß die sich gegenüberstehenden Öffnungen der Kapillaren 9 bei flachem Neigungswinkel einen Abstand von einem Zentimeter oder mehr haben können, ohne das selbsttätige Hindurchfädeln der Fasern 10 zu beeinträchtigen. Daher läßt sich das Hindurchfädeln beobachten, während im anderen Fall die Stirnseiten von Kapillaren 9 mit steil angestelltem Neigungswinkel sich zum ungehinderten Hindurchfädeln der Fasern möglichst berühren sollen. Als zweckmäßig hat sich herausgestellt, die Fasern 10 in Kapillaren 9 mit flachem Neigungswinkel einzufädeln, die Montageplatten 1, 2 mit den Faserführungen 5, 6 anschließend um einige Zentimeter auseinander zu schieben und die Fasern 10 hinter den rückwärtigen Enden 12 der Kapillaren 9 zu fixieren. Danach werden die Fasermäntel im vorgesehenen Verschmelzbereich 13 der Fasern 10 abgeätzt. Nun wird der Neigungswinkel der Kapillaren 9 durch Verschieben der rückwärtigen Lochplatten 8 in Richtung auf die vorderen Lochplatten 7 vergrößert. Dadurch legen sich die abgemantelten Fasern 10 eng aneinander an.

Nach dem Abmanteln der Fasern 10 wird die beweglich gelagerte Faserführung 6 gedreht, wobei jede einzelne Faser 10 sich an mehrere andere Fasern 10 anlegt. Nun werden die Fasern 10 im abgemantelten Bereich in bekannter Weise miteinander verschmolzen und zu einem Sternkoppler ausgezogen. Nach beendetem Ziehvorgang werden die Kopplerenden mit Kleber in eine Schale eingebettet und der Verschmelzbereich 13 auf diese Weise versiegelt. Anschließend werden die rückwärtigen Fixierungen der Fasern 10 gelöst, die beiden Faserführungen 5, 6 weiter auseinanderbewegt und der fertige Sternkoppler der Vorrichtung zwischen den Faserführungen entnommen. Danach werden die rückwärtigen Lochplatten 8 in ihre Ausgangslage zurückbewegt, in der die Kapillaren 9 einen flachen Neigungswinkel zur Ziehachse haben und schließlich die Montageplatten 1, 2 mit den Faserführungen 5, 6 für die erneute Herstellung eines Sternkopplers wieder zusammengeschoben oder so weit angenähert, daß sie nur einen kurzen Abstand zueinander aufweisen.

Um bei Sternkopplern mit einer großen Anzahl Ein- und Ausgangszweigen sicherzustellen, daß in jeder Faser 10 gleichviel Licht vorhanden ist, kann es zweckmäßig sein, einzelne Fasern oder Teile des Faserbündels vor dem Verschmelzen in einer Zusatzvorrichtung zu verjüngen (tapern).

Bei der Herstellung des Sternkopplers ist auch eine alternative Verfahrensweise möglich. Danach werden die durch die Kapillaren 9 gefädelten Fasern 10 hinter den Enden 12 der Kapillaren 9 einer Faserführung 5 oder 6 einzeln abgemantelt, anschließend die Faserführungen 5, 6 auseinanderbewegt und die Fasern 10 danach so weit verschoben, bis die abgemantelten Faserbereiche in der Mitte zwischen den beiden sich gegenüberstehenden Lochplatten 7 zu liegen kommen. Danach wird der flache Neigungswinkel der Kapillaren 9 wieder vergrößert, die Fasern 10 wie bereits erwähnt, hinter den Enden 12 der Kapillaren 9 fixiert, der abgemantelte Faserbereich erforderlichenfalls nochmal gereinigt und dann, wie zuvor beschrieben, weiterbehandelt.

Das Fixieren der Fasern 10 geschieht beispielsweise mit Hilfe von zwei sechskantigen Ringen, die hinter den rückwärtigen Lochplatten 8 so zwischen die Enden 12 der Kapillaren 9 eingesetzt werden, daß die daraus hervorstehenden Fasern 10 in je eine der in die Sechskantflächen des Ringes eingearbeiteten Nuten eingelegt und mittels magnetischer Kissen festgeklemmt werden können. Das Fixieren der Fasern 10 kann jedoch auch durch Vakuumansaugung erfolgen oder dadurch, daß ein vor dem Einfädeln der Fasern 10 in die Kapillaren 9 auf deren Enden 12 gespannter Gummiring zum Fixieren der Fasern 10 auf den Sechskantring abgewälzt wird und letzteren unter Einschluß der Fasern umspannt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Sternkopplern auf einer Ziehvorrichtung mit zwei axial verschiebbaren Montageplatten, gekennzeichnet durch eine auf jeder Montageplatte (1, 2) am vorderen Plattenende (3, 4) angeordnete Faserführungseinrichtung (5, 6), die wenigstens aus mehreren, symmetrisch auf die Ziehachse schräg ausgerichteten Kapillaren (9) besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserführungseinrichtung (5, 6) aus einer ersten, am vorderen Plattenende (3, 4) befestigten Lochplatte (7) mit kleinem Lochbild und einer mit Abstand dahinter angeordneten, zweiten Lochplatte (8) mit größerem Lochbild besteht, zwischen denen die Kapillaren (9) gehaltert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kleine Lochbild der vorderen Lochplatte (7) als Rosette (11) ausgebildet ist und daß das größere Lochbild der rückwärtigen Lochplatte (8) aus Einzelbohrungen (8′) besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserführungseinrichtung (5, 6) aus einem kegelstumpfförmigen Körper mit auf der Mantelfläche symmetrisch angeordneten Kapillaren (9) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Faserführungseinrichtung (6) auf der Montageplatte (2) um ihre Längsachse drehbar gelagert ist.

6. Verfahren zur Herstellung von Sternkopplern mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Anwendung folgender Verfahrensschritte:

• a) Einfädeln und Durchschieben von abgelängten Fasern (10) durch die Kapillaren (9) der beiden zusammengeschobenen Faserführungen (5, 6);
• b) Auseinanderfahren der Faserführungen (5, 6) und Fixieren der Fasern (10) hinter den Enden (12) der Kapillaren (9);
• c) Abmanteln der Fasern (10) im Verschmelzbereich (13) zwischen den Faserführungen (5, 6) und Drehen einer Faserführung (6) um die Längsachse;
• d) Verschmelzen der Fasern (10) im abgemantelten Bereich und Ausziehen zu einem Sternkoppler;
• e) Versiegeln des Verschmelzbereiches (13) durch Einbetten der Enden des Sternkopplers mit Kleber in eine Schale;
• f) Lösen der Faserfixierungen, Auseinanderschieben der Faserführungen (5, 6) und Entnehmen des Sternkopplers aus der Vorrichtung.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abmanteln der Fasern (10) nach dem Durchschieben durch die Kapillaren (9) hinter deren Enden (12) vorgenommen wird und daß danach die Faserführungen (5, 6) auseinanderbewegt und die Fasern (10) in der Vorrichtung so weit verschoben werden, bis der jeweils abgemantelte Faserbereich zwischen den Faserführungen (5, 6) zu liegen kommt.