DE4319784C2

DE4319784C2 - Polieren von Lichtwellenleitern

Info

Publication number: DE4319784C2
Application number: DE4319784A
Authority: DE
Inventors: Otto I Szentesi; Thomas J Mcmahon
Original assignee: Siecor Corp
Current assignee: CCS Holdings Inc
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2013-06-16
Also published as: DE4319784A1; GB2267974A; GB2267974B; JPH06190705A; US5226101A; GB9312099D0

Description

Lichtwellenleiter-Kommunikationskabel werden immer mehr in modernen Netzwerken verwendet. In der praktischen Netzwerkplanung muss berücksichtigt werden, dass eine Nachricht über eine Anzahl von verschiedenen verbundenen Kabeln zwischen dem Sender und dem Empfänger einer Nachricht wandern muss. Kabel- oder Lichtwellenleiter-Faserverbindungsstellen sind oft unter Verwendung von wiederzusammenfügbaren Verbindern hergestellt anstelle von permanenten Verbindungsstellen, um die benötigte Flexibilität zu gewährleisten. Daher hängt die effiziente Übertragung von optischer Energie schließlich davon ab, dass die Verbindungsstellen einen minimalen optischen Verlust aufweisen. Genauigkeit ist sehr wichtig, und Toleranzen werden oft in Mikrometern gemessen.

Reflexionen von Verbindern können die Übertrager- oder Empfängerleistungsfähigkeit bei Hochgeschwindigkeits- und Vielkanalanalogsystemen verschlechtern. Um einen übermäßigen Verbindungsleistungsnachteil zu vermeiden, wird das Reflexionsvermögen einzelner Verbinder manchmal spezifiziert.

Verschiedene Schleif- und Poliermaschinen sind vorgeschlagen worden, um Verbinder vorzubereiten, die eine gewünschte Endflächenoberfläche aufweisen. Beispiele umfassen Saito et al, US-Patent 5,007,209; Moulin, US-Patent 4,905,415; Clark, US-Patent 4,492,060; und Tamulevich, US-Patent 4,272,926.

Eine separate und viel ältere Tradition, Glasoberflächen zu glätten ist Flammenpolieren. Flammenpolieren von Glaswaren im chemischen Labor ist ziemlich alt und wohlbekannt. Während es für gewöhnliches Polieren befriedigend ist, glaubt man, dass die typische Bunsenbrennerflamme nicht ausreichend ist, um die präzisen Toleranzen zu erzeugen, die bei der praktischen Herstellung von optischen Verbindern benötigt werden.

Bei noch einer anderen Entwicklung sind Laser verwendet worden, um Linsenformen auf optischen Faserenden durch präzises Einstellen der fokussierenden Linsen zu bilden, die zwischen dem Laser und der optischen Faser angeordnet waren.

In der US 4 380 365 ist ein Verfahren beschrieben, welches auf die Bilddung einer Linse an einem Ende einer optischen Faser gerichtet ist. Dabei wird zur Vorbereitung eine von ihrer Umhüllung befreite Glasfaser zuerst erhitzt, um sie brüchig zu machen, und dann wird sie einer Zugspannung und Biegung ausgesetzt, um einen Bruch zu erzeugen, der eine ungefähr ebene Endfläche produziert. Dieses abgebrochene Ende wird dann mechanisch poliert und anschließend in Schwefelsäure eingetaucht. Nachdem dieser Vorbereitungsprozess abgeschlossen ist, wird die Glasfaser in einen Träger zur Weiterbearbeitung montiert.

Aus der US 4 135 781 ist weiterhin ein Verfahren zur Bildung eines Faserabschlusses bekannt. Hier wird ein konischer Teil mittels eines massiven Aufschmelzens des Faserendes bis zur Tropfenbildung ohne vorheriges mechanisches Schleifen oder Polieren hergestellt.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum präzisen Polieren des durch eine Zwinge abgeschlossenen Endes eines Glaswellenlichtleiters zu schaffen, um die Rückflussdämpfung durch den Wellenleiter beim Verbinden mit einem anderen Wellenleiter zu reduzieren. Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Polieren eines entfernten Endes eines Glaslichtwellenleiters in einem optischen Faserverbinder ein leichtes Schmelzen der Oberfläche des entfernten Endes auf, um die Rückflussdämpfung des Verbinders zu reduzieren.

Bei der vorliegenden Erfindung wird das entfernte Ende mechanisch poliert oder geschliffen, um danach die Oberfläche des entfernten Endes zu schmelzen.

Das Schmelzen kann durch einen Laserstrahl durchgeführt werden, der eine Wellenlänge hat, die von dem Lichtwellenleiter absorbiert wird, oder eine Mikrofackel, oder einen elektrischen Bogen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Seitenaufriss von konventionellem abreibendem Schleifen oder Polieren;

Fig. 2 eine schematische Darstellung von Polieren unter Verwendung eines Lasers;

Fig. 3 einen Seitenaufriss vom Polieren unter Verwendung einer Mikrofackel; und

Fig. 4 einen Seitenaufriss, der ein Polieren unter Verwendung eines elektrischen Bogens darstellt.

Mit Bezug auf Fig. 1 hält die Zwinge 5, die gewöhnlich aus Keramik oder einer Metalllegierung hergestellt ist, ein entferntes Ende 6 eines Lichtwellenleiters. Die Zwinge 5 und das entfernte Ende 6 sollen durch ein Material 8 geschliffen oder poliert werden, das über einem Polierrad 9 gehalten wird. Ein wässriger Brei 7 kann optional in Verbindung mit dem Schleifen oder Polieren verwendet werden.

In Fig. 1 kann mechanisches Schleifen oder Polieren durch die Verwendung von geeigneten Schleif- oder Poliermaschinen ausgeführt werden, die von Seikoh Geiken oder anderen erhältlich sind, oder ein Handpolieren kann verwendet werden.

Eine zum Schleifen geeignete Materialoberfläche 8 würde ein Schleifpolster sein, das feine Diamant- oder Aluminiumpartikel verwendet.

Wenn Polieren bevorzugt ist, kann die Oberfläche 8 ein gewebter glatter Nylonstoff sein, der eine Vierschaftsatinwebart aufweist, 70 Denier, 9 × 120 Garnnummern. Ein geeigneter wässriger Brei 7 würde ein Brei aus Siliziumdioxid-Partikeln sein, die so fein wie möglich sind, vorzugsweise 0,14 ìm im Durchmesser nicht überschreitend. Ein abwärtsgerichteter Druck von 207 bis 414 KPa kann angewandt werden.

Nachdem das Schleifen oder Polieren durch mechanische Einrichtungen vervollständigt ist, wird das entfernte Ende 6 eines Lichtwellenleiters leicht geschmolzen, um bessere Rückflussdämpfung zu erreichen. In Fig. 3 wird eine Mikrofackel 20 verwendet, und in Fig. 4 wird ein elektrischer Bogen 23 verwendet. In jedem Falle kann ein Keramikschild 21 oder 22 notwendig sein, um unangemessenen Schaden an der keramischen Zwinge 5 zu verhindern. Die Mikrofackel 20 kann eine Radio Shack, Archer Gas Brazing-Fackel, Katalog Nr. 64- 2165 sein. Der elektrische Bogen in Fig. 4 kann wie in einem gewöhnlichen Bogenfusionsspleißer erzeugt werden.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel besteht darin, einen Laser, wie in Fig. 2 gezeigt, zu verwenden. Das Licht, das von dem Laser ausgestrahlt wird, hat eine Wellenlänge, die von dem Lichtwellenlängenleiter eher absorbiert wird als dass sie längs seiner Länge reflektiert wird. Eine Ausrichtung der Faser mit einem CO₂-Laserstrahl wird mit Hilfe eines Betrachters und eines Faseroptikverbinderhalters, der an X-, Y-, Z- Mikropositioniern angebracht ist, ausgeführt. Ein Strahlaufspalter und ein Detektor werden verwendet, um den Leistungspegel zu überwachen. Ein Verschluss wird verwendet, um die Belichtungszeit zu steuern. Dämpfer werden verwendet, um die Leistungspegel auszuwählen. Zwei Linsen werden verwendet, um die Strahlgröße zu verbreitern, um die Lichtpunktgröße zu reduzieren. Ein Spiegel wird verwendet, um den Strahl nach unten zu reflektieren, und eine Linse wird verwendet, um den Strahl auf die Faserendfläche zu fokussieren. Eine positive Meniskuslinse wird verwendet, da ihre Hauptabberation sphärisch ist, wodurch eine kleinere Lichtpunktgröße erreicht werden kann.

Das Verfahren besteht im Auffinden der Position des Brennpunktes durch Betrachten von der beim Erhitzen emittierten Fluoreszenz. Die Positionen der Fluoreszenz der Minima der Intensitäten können durch langsames Bewegen der Faser auf jeder Seite des Brennpunktes gefunden werden. Danach wird die Position des Brennpunktes als eine Referenz zum Einstellen der Tiefe des Fokus benutzt. Der Betrachter wird dann auf die Faserendfläche fokussiert, die in der gewünschten Tiefe des Fokus ist. Unter Ausnutzung des Winkels zwischen der Faser und dem Betrachter wird ein Fadenkreuz verwendet zur Positionierung der Faserendflächen immer an der gleichen Tiefe des Fokus.

Bei dem Aufbau, der in Fig. 2 im Detail gezeigt ist, hat der CO₂-Laser 10 eine Leistungsausgabe, die einstellbar im 0,1 Watt bis 10 Watt Bereich bei 9,3 µm ist, wobei 2 Watt bevorzugt sind. Der Strahlaufspalter 11 ist 3 mm dick, aus ZnSe, äußerer Durchmesser = 25 mm, R = 25% bei 45°. Detektor 12 ist ein Scientech- Leistungsmesser Modell 365. Der Verschluss 13 ist ein elektronischer Uniblitz- Verschluss und ein Antriebssteuergerät. Der Dämpfer 14 ist ein 5 × 5 dB, Lasnix- Dämpfermodell 102. Die Linsen 15, 18 sind zwei Meniskuslinsen aus ZnSe, äußerer Durchmesser = 25 mm und eine Brennweite von 63,5 mm. Die Linse 16 ist eine Planokonvex Linse aus ZnSe, äußerer Durchmesser = 50 mm, und einer Brennweite von 150 mm. Der Spiegel 17 wird verwendet, um den Strahl nach unten zu reflektieren. Der Laserstrahl wird zu einer Lichtpunktgröße von 30 µm auf das Ende 6 des Lichtwellenleiters fokussiert. Das Mikroskop 19, das benutzt werden kann, hat ein 6,3X-Objektiv und ein 20X-Okkular.

Mehrere Parameter wurden ausprobiert und optimiert. Die Laserleistung reichte von 0,5 bis 4,4 Watt, mit einem optimierten Wert von 1,5 Watt. Die Belichtungszeit reichte von 0,5 bis 30 Sekunden, mit einem optimierten Wert von 1,2 Sekunden. Die Tiefe des Fokus reichte von 0 bis 1,5 mm, mit einem optimierten Wert von 0,7 mm.

Das Laserausgangsmodul kann um Stäbe gebaut sein, um die notwendige Steifheit und Stabilität gegen thermischen Zug sowohl für die Laserspiegel als auch für die strahlformenden Optiken und die fokussierende Linse bereitzustellen. Der Laserresonator selbst arbeitet im Impulsmodus mit einer niedrigen Durchschnittsleistung. Dies bedeutet, dass kein Kühlen erforderlich ist und Instabilitäten aufgrund thermischer Fluktuationen bei einem Minimum gehalten werden. Für anfängliche Spitzenwertbildung des Lasers wird eine Wiederholungsrate bis zu 1 Hz möglich sein.
Impulslänge: 0,1 bis 1 Sekunde
Wiederholungsrate: 1 Hz zum Einstellen, ≦ 1 Hz beim Verarbeiten (hängt ab von der Impulslänge)
Überwachen: Impulsenergie bei digitalem Auslesen
Steuerungen: Über entferntes Steuerungsmodul

Verschiedene Kombinationen von Wellenlängen, Spitzenleistung, Impulsdauer, Wiederholungsrate, Lichtpunktgröße usw. können in verschiedenen optimalen Werten resultieren.

Übermäßige Laserleistung oder Belichtungszeit kann darin resultieren, dass der Laser ein Loch in die Kante des entfernten Endes des Lichtwellenleiters brennt, was in Unterschneiden und einem übermäßigen Verlustwert resultieren kann.

Claims

1. Verfahren zum Polieren eines Faserendes (6) eines Glaslichtwellenleiters, der in einem optischen Faserverbinder verwendet wird, wobei

a) das Faserende (6) in einer Zwinge (5) gehalten wird,
b) anschließend das Faserende (6) und die Zwinge (5) mechanisch poliert oder geschliffen werden, und
c) danach das Faserende (6) leicht geschmolzen wird, um die Rück flussdämpfung des Faserverbinders zu reduzieren.

2. Verfahren gemäß dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein La serstrahl (10), der eine Wellenlänge hat, die durch den Lichtwellenleiter absorbiert wird, das Schmelzen ausführt.

3. Verfahren gemäß dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mikrofackel (20) das Schmelzen ausführt.

4. Verfahren gemäß dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Bogen (23) das Schmelzen ausführt.