DE69029454T2

DE69029454T2 - Verfahren zum Aufweiten von Bohrungsendbereichen von Kapillarröhrchen

Info

Publication number: DE69029454T2
Application number: DE69029454T
Authority: DE
Inventors: George Edward Berkey
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1990-10-08
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: ES2094748T3; DE69029454D1; JP3292882B2; KR910007816A; US5152816A; KR0162091B1; CA2006345C; EP0423999A1; AU6388790A; CA2006345A1; JPH03146445A; EP0423999B1; AU629698B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von trichterförmigen, sich im Querschnitt verändernden Öffnungen an den Enden des Durchlasses eines Kapillarröhrchens, wobei z.B. solche sich im Querschnitt verändernden Öffnungen insbesondere zur Erleichterung des Einsetzens von optischen Fasern bei der Herstellung von Kapillarröhrchen- bzw. Kapillaren- Verbindungsstellen oder Kopplern für optische Fasern geeignet sind.
Optische Fasern (Lichtwellenleiter) weisen einen Kern auf, der von einer Hülle umgeben ist, die eine Brechzahl hat, die niedriger ist als die des Kerns. Faseroptische Systeme setzen unterschiedliche Arten von optischen Energieübertragungs- Einrichtungen ein, welche solche Fasern miteinander verbinden oder zwischen solchen Fasern die Energie übertragen bzw. koppeln. Der hier benutzte Ausdruck "optische Energieübertragungs- Einrichtung" bezieht sich auf Einrichtungen zum Übertragen von Energie zwischen den Fasern, die z.B. Ende-an-Ende, Seite-an- Seite oder ähnlich orientiert angeordnet sind.
Die Ende-an-Ende-Verbindung zweier optischer Fasern erfordert die präzise axiale Ausrichtung der Fasern, um den Einkopplungsverlust zu minimieren. Infolge des relativ großen Kerndurchmessers von Multimoden-Fasern konnte die axiale Ausrichtung solcher Fasern ohne große Schwierigkeiten ausgeführt werden. Es ist jedoch sehr schwierig die Kerne von Einmoden-Fasern axial auszurichten, deren Kerndurchmesser typischerweise zwischen 7 und 12 µm liegt.
Die für gewöhnlich eingesetzte Technik zur Verbindung zweier Fasern in einer axialen Ende-an-Ende-Ausrichtung erfordert eine Präzisions-Zentriereinrichtung, wie etwa eine Verbindungsklemme oder eine Durchführungsklemme zum Ausrichten der aneinander liegenden Endflächen der beiden Fasern. Solche Zentriereinrichtungen können aus Kapillaren bzw. Kapillarröhrchen bestehen, die aus Glas, Keramik, Edelstein, Metall, Kunststoff oder ähnlichem hergestellt sind. Damit die Kapillare zum Ausrichten der Einmoden-Fasern geeignet ist, muß sie eine Präzisionsöffnung aufweisen, deren Durchmesser nicht mehr als ein paar Mikrometer größer ist als der Durchmesser der Fasern, die auszurichten sind. Bei einer Art von Zentriereinrichtung erstreckt sich jede Faser durch die Öffnung einer Klemmeinrichtung, so daß die Endfläche der Faser mit der Endfläche der Klemmeinrichtung ausgerichtet ist; die Ausrichtung der beiden Klemmeinrichtungen bewirkt die axiale Ausrichtung der Fasern. Eine andere Art von Zentriereinrichtung erfordert das teilweise Einsetzen einer Faser in die Öffnung einer Klemmeinrichtung, wo sie gegen die Faser in Anlage kommt, mit der sie verbunden werden soll. Da die Öffnungen der Klemmeinrichtung nur geringfügig größer im Durchmesser sind als eine optische Faser, wurden sie mit sich im Querschnitt vergräßernden Öffnungen versehen, um das Einsetzen der Fasern zu erleichtern.
Koppler von der Art, wie sie in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0302745 offenbart ist, die am 8. Februar 1989 veröffentlicht wurde, arbeiten mit der Durchgangs-Kopplung der optischen Energie zwischen den Fasern. Ein vorbereitender Schritt bei der Herstellung eines Kopplers dieser Art erfordert, daß zwei oder mehr optische Fasern in ein Koppler-Röhrchen eingesetzt werden, welches eine Öffnung aufweist, die vorzugsweise gerade groß genug ist, um die Fasern in einer Anordnung Seite- an-Seite aufzunehmen. Das Röhrchen wird im Durchmesser auf die Fasern verengt und der mittlere Bereich des Röhrchens wird gestreckt, um die Durchmesser der Faserkerne zu verringern und um den Abstand zwischen den Kernen zu verringern. Eine enge Anlage zwischen den Fasern und dem Röhrchen während des vorbereitenden Montage-Schrittes hält die Fasern in genauer Ausrichtung während der folgenden Verarbeitungs-Schritte. Eine sich im Querschnitt verändernde Öffnung am Ende der Öffnung des Röhrchens erleichtert ebenfalls die Herstellung dieser Art von Einrichtung.
Unterschiedliche Techniken wurden eingesetzt, um die sich im Querschnitt verändernden Öffnungen herzustellen, in Abhängigkeit von dem benutzten Material. Glas, welches ein besonders geeignetes Material für eine Klemmeinrichtung ist, ist nicht einfach zu verformen oder zu bearbeiten, um Durchläße auszubilden, die sich im Querschnitt verändernde Endbereiche aufweisen. Passende, sich im Querschnitt verändernde Öffnungen können mittels einer Partikel-Beschuß-Technik erhalten werden, wozu jedoch eine relativ teure Ausrüstung erforderlich ist, um dieses Verfahren durchzuführen.
Öffnungen mit passend ausgeformten vergrößerten Endbereichen können durch Ausrichtung einer Flamme im Abstand auf ein Glas- Kapillarröhrchen erhalten werden, während der Durchlaß unter Druck gesetzt ist, sowie durch Trennung des Röhrchens in der Mitte jedes Bläschens. Dieses Verfahren kann die Vergrößerung des Außendurchmessers des Röhrchens nach sich ziehen, was für bestimmte Verwendungen nachteilig ist.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer sich im Querschnitt vergrößernden Öffnung im Endbereich eines Kapillarröhrchens zu schaffen. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zu schaffen, welches die oben erwähnten Nachteile der Verfahren nach dem Stand der Technik vermeidet. Eine andere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines vergrößerten gleichmäßigen trichterförmigen Endes eines Durchlasses eines Kapillarröhrchens zu schaffen, wobei zwischen dem Durchlaß und dem vergrößerten Endbereich ein gleichmäßiger Übergang vorliegt.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren gelöst, wie es im Patentanspruch 1 angeführt ist.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Ausbildung einer sich im Querschnitt vergrößernden Öffnung am Ende des Durchlasses einer Kapillare, die eine erste Endfläche, einen Mittenbereich und einen Endbereich zwischen der ersten Endfläche und dem Mittenbereich aufweist, wobei die Kapillare aus Silika hergestellt ist und Fluor, B&sub2;O&sub3; oder eine Kombination davon enthält, wobei die sich im Querschnitt vergrößernde Öffnung vorgesehen ist, um das Einsetzen von optischen Fasern bei der Herstellung von Kapillaren-Verbindungsstellen oder Kopplern für optische Fasern zu ermöglichen, und wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
Durchleitung des gasförmigen Ätzmittels NF&sub2; durch den Durchlaß im Mittenbereich und durch den Durchlaß in der Endfläche der Kapillare, wobei sich die Reaktivität des Ätzmittels mit ansteigender Temperatur erhöht, und
Erwärmung des Endbereichs mit einer Heizeinrichtung, deren Lage mit bezug zu der Längsachse der Kapillare unverändert bleibt, um in der Längsrichtung einen Temperaturgradienten an der Kapillare auszubilden, wobei die maximale Temperatur, die an der Kapillare auftritt, entweder an der ersten Endfläche oder in einer Ebene vorliegt, die in der Nähe der ersten Endfläche angeordnet ist, wobei die Schritte der Durchleitung und der Erwärmung für eine ausreichende Zeitdauer durchgeführt werden, um es dem gasförmigen Ätzmittel zu ermöglichen, zumindest einen solchen Teil der Oberfläche des Durchlasses zu ätzen und zu vergrößern, der sich durch den Endbereich erstreckt, wodurch eine sich im Querschnitt verändernde Öffnung in dem Endbereich ausgebildet wird, und wobei ein allmählicher Übergang zwischen dem vergrößerten und dem nicht vergrößerten Teil des Durchlasses entsteht, wobei die Temperatur, auf die der Endbereich erwärmt wird, ausreichend hoch ist, so daß das gasförmige Ätzmittel fraktioniert, wenn es hindurch strömt, und wobei die Temperatur des Mittenbereichs unterhalb der Fraktioniertemperatur des gasförmigen Ätzmittels liegt.
Der Schritt der Erwärmung umfaßt bevorzugt die gleichmäßige Beheizung des Röhrchens rund um seine Längsachse. Dies kann durch die folgenden Techniken erreicht werden: Rotation des Röhrchens um seine Längsrichtung und Ausrichten der Wärme in axialer Richtung auf das erste Ende des Röhrchens, unter Einsatz eines Ringbrenners oder ähnlichem.
Die Glätte der Oberfläche, deren Form sowie der Übergang zum Rest des Durchlasses des Röhrchens erleichtern das Einsetzen der optischen Fasern während der Herstellung der optischen Energieübertragungseinrichtungen sehr stark. Im allgemeinen kann ein Röhrchen, welches nach dem oben beschriebenen Verfahren behandelt wurde, eingesetzt werden, um eine optische Energieübertragungseinrichtung auszubilden, indem in die sich im Querschnitt verändernde Öffnung zumindest eine optische Faser eingesetzt wird und indem ein Verbindungs-Material auf die optische Faser und die sich im Querschnitt verändernde Öffnung aufgebracht wird, um die Faser an dem Röhrchen zu befestigen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur Ausbildung einer sich im Querschnitt vergrößernden Öffnung eines Kapillarröhrchens.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Kapillarröhrchens, wobei die Ebene der Fraktioniertemperatur des Ätzmittels dargestellt ist.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils eines Kapillarröhrchens, in der eine sich im Querschnitt verändernde Oberfläche dargestellt ist, die mit dem Verfahren nach der Erfindung erhalten werden kann.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils eines Kapillarröhrchens, in der eine modifizierte, sich im Querschnitt verändernde Oberfläche dargestellt ist.
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils einer Vorrichtung zur gleichzeitigen Ausformung von sich im Querschnitt verändernden Öffnungen bei einer Mehrzahl von Kapillarröhrchen.
Fig. 6 zeigt eine Teil-Querschnittsansicht, in der der Betrieb der Vorrichtung nach der Figur 5 dargestellt ist.
Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht eines modifizierten Kapillarröhrchens, welches bei dem vorliegenden Verfahren benutzt werden kann.
Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Paares von Fasern, die mittels eines Verbindungsröhrchens miteinander verbunden sind, welches in Übereinstimmung mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
Die Zeichnungen sollen weder maßstäblich sein noch die relativen Abmessungen der darin dargestellten Bauelemente wiedergeben.
Das Röhrchen 10 in der Figur 1 weist in der Längsrichtung einen Durchlaß bzw. eine Bohrung 12 auf, der bzw. die sich zwischen den Enden 13 und 14 erstreckt. Aus Gründen einer einfacheren Beschreibung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung wird das Röhrchen 10 in drei axiale Bereiche aufgeteilt, nämlich in zwei Endbereiche 15 und einen mittleren Bereich 23 (siehe Figur 2). Bei einer Anwendung des Röhrchens 10 zur Verbindung und Kopplung von optischen Fasern wird vorzugsweise eine Präzisions-Kapillare (Kapillarrchrchen) eingesetzt, d.h., daß der Durchmesser des Durchlasses innerhalb enger Toleranzen liegt. Bei bestimmten Anwendungen ist der Querschnitt des Durchlasses kreisförmig; bei anderen Anwendungen kann der Querschnitt wie ein regelmäßiges Vieleck, wie eine Raute oder ähnliches ausgebildet sein. Entlang des Durchlasses kann sich in der Längsrichtung ein Schlitz erstrecken, um einen Verdichtungseffekt zu verhindern. Das vorliegende Verfahren kann eingesetzt werden, und zwar sogar wenn die Öffnung der Kapillare nicht in der Längsachse des Röhrchens angeordnet ist.
Das Röhrchen kann aus jedem Material hergestellt werden, solange dieses mittels selektivem Gasphasen-Ätzen geeignet bearbeitet werden kann. Die Zusammensetzung des Röhrchens 10 hängt ebenso von den Besonderheiten der sich ergebenden Einrichtung ab, die hergestellt werden soll. Obwohl für eine Ende-an-Ende- Ausrichtung von optischen Fasern Glas bevorzugt wird, können jedoch auch andere Materialien wie etwa bestimmte Keramiken und Glas-Keramiken sowie Metalle eingesetzt werden. Falls z.B. das Röhrchen aus Glas hergestellt ist, so kann es ein relativ hartes Glas sein, wie etwa reines Silika oder ein weicheres Glas wie etwa SiO&sub2; welches mit Bleioxid, Boroxid oder ähnlichem angereichert ist. Die Brechzahl des Kapillarröhrchens ist für diese Art von Verbinder nicht wichtig. Falls das Röhrchen zur Herstellung eines Seite-an-Seite-Verbinders eingesetzt wird, bei dem zwei oder mehr optische Fasern in den Durchlaß eingesetzt sind und das Röhrchen anschließend verengt und gestreckt wird, so sollte die Erweichungs-Temperatur des Röhrchens 10 niedriger sein als die der Fasern, die darin eingesetzt werden sollen. Geeignete Zusammensetzungen für das Röhrchen, welches für den zuletzt genannten Gebrauch eingesetzt wird, sind SiO&sub2;, das mit B&sub2;O&sub3;, Fluor und einer Kombination davon angereichert ist. Zusätzlich zur Herabsetzung der Erweichungspunkt-Temperatur verringern SiO&sub2;&sub1; B&sub2;O&sub3; und Fluor vorteilhafterweise ebenfalls die Brechzahl.
Das Röhrchen 10 wird in einer geeigneten Vorrichtung, wie etwa einer Klemmeinrichtung 16 montiert, wodurch das Ende 14 in der Nähe einer Wärmequelle positioniert wird, wobei die Wärmequelle z.B. durch Brenner 17 und 19 dargestellt ist, deren Flammen 18 und 20 in Richtung des Röhrchens ausgerichtet sind. Wenn die Wärme auf die Seite des Röhrchens 10 gerichtet ist, so sollte sie gleichförmig rund um das Röhrchen eingesetzt werden, um das Ätzen von nur einer Seite des Durchlasses des Röhrchens zu verhindern. Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Vielzahl von Brennern oder ein Ringbrenner eingesetzt wird, oder indem das Röhrchen um die Längsachse gedreht wird (siehe Pfeil 11), oder indem die Flamme um das Röhrchen herum bewegt wird. Falls die Wärme axial direkt auf das Ende des Röhrchens gerichtet wird, so kann auch ein einzelner Brenner eingesetzt werden, so daß keine Einrichtung zur Erzeugung der relativen Bewegung zwischen dem Brenner und dem Röhrchen erforderlich ist.
Eine Einrichtung, wie etwa eine Zufuhrleitung 21 ist mit dem Ende 13 verbunden, zur Einleitung eines Ätzmittels in den Durchlaß 12. Die Leitung 21 kann aus einem elastischen Kunststoff-Material, wie etwa Silikon hergestellt sein. Das einzusetzende spezifische Ätzmittel hängt von dem Material ab, aus dem das Röhrchen 10 hergestellt ist. Gasphasen-Ätzmittel, die Fluor enthalten, sind besonders geeignet zum Ätzen von Glas mit einem hohen Gehalt an Silika, welches ein bevorzugtes Material zur Herstellung von Röhrchen ist, die bei Verbindern und Kopplern für optische Fasern eingesetzt werden. Die Verbindungen SF&sub6;&sub1; NF&sub3; und C&sub2;F&sub6; sind Beispiele für Gasphasen-Ätzmittel, die Fluor enthalten, die bei Raumtemperatur im wesentlichen inert sind. Diese Gase fraktionieren und erzeugen radikales Fluor in dem Abschnitt des Röhrchens, in dem die Temperatur durch die Wärmequelle um einen ausreichenden Betrag erhöht worden ist.
Diese Fluorradikale sind zum Ätzen von Glas auf Silika-Basis sehr gut wirksam, bei Temperaturen über 500 ºC. Die Temperatur des Röhrchens sollte nicht soweit erhöht werden, daß das Röhrchen anfängt sich zu verformen. Das Gas SF&sub6; erfordert Temperaturen von über 1200 ºC, um eine ausreichende Fraktionierung zu erhalten. Dieses Gas kann zum Ätzen von vergrößerten Öffnungen in Röhrchen aus reinem Silika eingesetzt werden, aber die für dieses Gas erforderliche hohe Temperatur kann weicheres Glas, welches z.B. B&sub2;O&sub3; enthält, verformen. Um ein solches weiches Glas zu bearbeiten, wird bevorzugt ein Gas wie etwa NF&sub3; eingesetzt, da dieses bereits bei 500 ºC fraktioniert.
Die Anordnung und die Temperatur der Wärmequelle wird so gewählt, daß der Endbereich des Röhrchens 10, auf den die Wärme aufgebracht wird, einem vorbestimmten Temperaturgradienten ausgesetzt ist. Ein Abschnitt des Röhrchens, der durch die Ebene 24 (siehe Figur 2) festgelegt ist, wird auf eine Temperatur Tf erwärmt, nämlich auf die Fraktioniertemperatur, bei der das Gas anfängt Fluorradikale freizusetzen. Die Temperatur Tf hängt von dem jeweiligen Gas ab. Die Temperatur des Röhrchens steigt hinter der Ebene 24 in Richtung des Endes 14 an. Die Temperatur des Gases, welches durch den Durchlaß 12 strömt, wird nicht auf Tf erhöht bis das Gas die Ebene 24 erreicht. In der Ebene 24 wird durch das gasförmige Ätzmittel nur geringfügig geätzt, da nur ein kleiner Prozentsatz der Fluorradikale daraus freigesetzt wurde. Wie es in der Figur 3 gezeigt ist, erhöht sich die Menge des Ätzmittels mit zunehmendem Abstand von der Ebene 24, da ein größerer Prozentsatz der Fluorradikale aus dem gasförmigen Ätzmittel freigesetzt wird und da diese Radikale, die freigesetzt wurden bei der erhöhten Temperatur des Gases zwischen der Ebene 24 und dem Ende 14 erhöht reaktiv sind.
Das Ätzen wird fortgesetzt, bis die Vergrößerung des Endbereiches des Durchlasses 12 die erwünschte maximale radiale Abmessung erreicht hat. Falls die höchste Temperatur des Röhrchens am Ende 14 auftritt, so kann eine gleichmäßige konische Vergrößerung 25 ausgebildet werden. Wie es in der Figur 3 dargestellt ist, kann ein allmählicher Übergangsbereich 26 zwischen dem Durchlaß 12 und dem konischen Bereich 25 erhalten werden.
Zahlreiche Parameter des Verfahrens können verändert werden, um die Zeitdauer zu ändern, die erforderlich ist, um eine vorbestimmte Tiefe zu erreichen und um die Form der sich im Querschnitt verändernden Öffnung zu ändern. Solche Parameter sind (a) der Winkel des Brenners und der Flamme bezüglich der Achse des Röhrchens, (b) der Abstand zwischen der Wärmequelle und dem Röhrchen, (c) die Temperatur der Wärmequelle, (d) das benutzte Ätzmittel (die Konzentration und die Fraktioniertemperatur desselben), und (e) die Durchflußmenge des Ätzmittels.
Das Auftreten eines Temperaturmaximums in einer Ebene 28, die von dem Ende 14 entfernt liegt (siehe Figur 4), kann die Ausbildung einer flaschenhalsförmigen Vergrößerung 27 erreichen, deren Durchmesser in der Ebene 28 größer ist als am Ende 14. Ein Vorteil dieser Form ist es, daß das Zurückhalten von Klebstoff unterstützt wird; diese Form ist deshalb zur Befestigung der optischen Fasern an dem Röhrchen 10 besonders geeignet.
Durch die Ausbildung einer sich im Querschnitt verändernden Öffnung mittels dss Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung wird ein schnelles, preiswertes Verfahren erreicht, welches für eine Massenproduktion einfach automatisiert werden kann. Dieses Verfahren verformt den Außendurchmesser des Röhrchens nicht. Dieses Verfahren ermöglicht es ebenso, daß die radiale Weite w (siehe Figur 3) des verbleibenden ringförmigen Abschnittes 14' der Endfläche des Röhrchens auf ein Ausmaß kontrolliert wird, welches ausreichend ist, daß sichergestellt wird, daß das sich ergebende Röhrchen eine ausreichende Festigkeit aufweist. Es ist offensichtlich, daß das sich ergebende Röhrchen geschwächt wäre, wenn die Weite w so gering wäre, daß die konische Öffnung in einer Spitze enden würde.
Die in den Figuren 5 und 6 gezeigte Vorrichtung kann zur gleichzeitigen Aufweitung der Öffnungen bzw. Durchlässe in einer Mehrzahl von Kapillarröhrchen aus Glas eingesetzt werden. Der Verteiler 30 ist mit einem Durchlaß 31 für die Zufuhr von Gas sowie einer Mehrzahl von Durchlässen 32 zur Verteilung versehen. Jeder Durchlaß 32 weist einen vergrößerten Endbereich auf, in dem ein Metallröhrchen 33 angeordnet ist, welches über die Oberfläche des Verteilers vorsteht. Über jedes Röhrchen 33 ist ein Kunststoff-Röhrchen 34 gesetzt, auf welches eine Manschette 35 aufgebracht ist, die wiederum einen O-Ring 36 festhält. Die Kombination der Bauteile 33 bis 36 bildet die Trageinrichtung 37 für die Kapillarröhrchen.
Eine Kapillare 38 aus Glas wird durch jede Manschette 35 hindurch in das jeweilige Röhrchen 34 eingesetzt, bis es auf dem Röhrchen 33 aufsitzt. Die obere Endfläche 39 jedes Röhrchens 38 wird somit in einer vorbestimmten Entfernung von einem bewegbaren Bandbrenner 41 angeordnet. Die 0-Ringe dichten die Kapillaren 38 zu den Röhrchen 34 hin ab, so daß das gasförmige Ätzmittel nicht nach außerhalb der Röhrchen 38 entweichen kann.
Die Verarbeitung kann automatisiert werden, d.h. es wird die Strömung des gasförmigen Ätzmittels zu dem Durchlaß 31 sowie die Strömung von Gas und Sauerstoff zu dem Brenner 41 mittels elektrisch kontrollierter Ventile geregelt. Die Bewegung des Brenners 41 zwischen seiner Position oberhalb der Röhrchen 38 und einer zurückgezogenen Position, entfernt von den Röhrchen 38, kann ebenfalls mittels elektrischer Einrichtungen kontrolliert werden. Der Betriebsablauf ist wie folgend. Der Brenner 41 wird gezündet. Das gasförmige Ätzmittel strömt ein und der Brenner 41 wird in der Richtung des Pfeils 43 in der Figur 6 zu einer Position bewegt, die direkt oberhalb der Röhrchen 38 liegt. Der Endbereich des Röhrchens 38 wird einem Temperaturgradienten ausgesetzt, dessen maximale Temperatur am Ende 39 auftritt, da die Flammen 42 axial auf dieses Ende gerichtet sind. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne wird der Brenner 41 zurückgezogen, wodurch das Ätzen endet. Die vorbestimmte Zeitspanne wird so ausgewählt, daß die Temperatur und die Art und die Menge des gasförmigen Ätzmittels die Ausbildung der erwünschten, sich im Querschnitt verändernden Öffnung ergeben.
Wie es in der Figur 7 gezeigt ist, kann ein Verbindungsröhrchen 44 mit einem radialen Durchlaß 46 versehen sein, aus dem überschüssiger Klebstoff heraus fließen kann, wenn die Fasern in die Enden des Durchlasses 45 in Längsrichtung eingesetzt werden. Die sich im Querschnitt verändernden Öffnungen können an beiden Enden des Durchlasses 45 gleichzeitig ausgeformt werden, indem das gasförmige Ätzmittel (Pfeil 22) durch den Durchlaß 45 strömt und indem gleichzeitig beide Enden des Röhrchens 44 beheizt werden, wenn das Ätzmittel hindurch strömt.
Die Vorrichtung nach der Figur 5 wurde eingesetzt, um die Öffnungs-Endbereiche von zwölf Kapillarröhrchen gleichzeitig zu vergrößern. Jedes der Röhrchen war vorgesehen, um in einer Seite-an-Seite-Anordnung zwei optische Fasern mit einem Außendurchmesser von 125 µm aufzunehmen sowie es aufgeschmolzen und gestreckt wurde. Die Vorrichtung bestand aus einem Verteiler 30, an dem zwölf Trageinrichtungen 37 für die Röhrchen angebracht waren. Jede Röhrchen-Trageinrichtung 37 bestand aus einem Röhrchen 33 aus rostfreiem Stahl, einem Röhrchen 34 aus Polyethylen, einer Manschette 35 aus Polyethylen sowie einem O- Ring 36. Sauerstoff und CH&sub4; wurden dem Bandbrenner 41 mit jeweils einer Zuflußmenge von 2,07 und 0,56 slpm (Standard-Liter pro Minute) zugeführt. Die vollständige Zuflußmenge bzw. Zuflußrate an NF&sub3; zu dem Verteiler-Durchlaß 31 für die zwölf Röhrchen betrug 0,03 slpm.
Die Röhrchen 38 hatten die folgenden Abmessungen: 2,8 mm Außendurchmesser; 275 µm Durchmesser des kreisförmigen axialen Durchlasses; sowie 3,8 mm Länge. Das Röhrchen bestand aus Silika, welches mit 6 Gew.-% B&sub2;O&sub3; und zwischen 1 und 2 Gew.-% Fluor angereichert war. In jede der zwölf Trageinrichtungen 37 für die Röhrchen wurde eines dieser Röhrchen eingesetzt. Wenn sich das Kapillarröhrchen mit dem Ende des Röhrchens 33 in Kontakt befand, so war das Ende 39 jedes Röhrchens 38 0,75 cm von dem Brenner 41 entfernt. Während das NF&sub3; durch die Kapillarröhrchen 38 strömte, wurde der Brenner 41 in die Position direkt oberhalb der Achse des Röhrchens 38 bewegt. Nach einer Minute wurde der Brenner 41 zurückgezogen.
Nach der Abkühlung der Röhrchen wurden diese in Längsrichtung gesehen umgedreht und der oben beschriebene Prozeß wiederholt. Dieses Verfahren formte an jedem Ende der zwölf Röhrchen eine sich im Querschnitt vergrößernde Öffnung aus, wie z.B. in der Figur 3 gezeigt. Die Tiefe jeder sich im Querschnitt verändernden Öffnung betrug etwa 1,5 bis 2 mm. Der Durchmesser jeder sich im Querschnitt verändernden Öffnung am Ende des Röhrchens betrug etwa 1,5 mm.
Die mittels des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung ausgeformten Röhrchen können wie folgt eingesetzt werden, um zwei herkömmliche Einmoden-Lichtwellenleiter 54 und 56 mit einem Außendurchmesser von 125 µm (siehe Figur 8) in einer Ende-an- Ende-Anordnung zu verbinden. Ein Röhrchen aus Silika wird auf ein zylindrisches Element aus Karbon aufgeschrumpft, welches einen Vorsprung in Längsrichtung aufweist, wie es in dem US- Patent Nr. 4,750,926 offenbart ist. Das Karbon-Element wird dann aus dem Silika-Röhrchen heraus gebrannt, welches anschließend gestreckt wird, um dessen Durchmesser zu verringern. Das sich ergebende Röhrchen weist deshalb einen Schlitz in Längsrichtung auf, der sich entlang des Durchlasses erstreckt. Falls es erforderlich ist, wird der Außendurchmesser des Röhrchens vergrößert, indem Glas-Partikel auf die Außenfläche des Röhrchens aufgebracht werden und dann das Röhrchen mit den Partikeln erwärmt wird, um die Partikel zu sintern oder zu befestigen. Das sich ergebende Röhrchen hat einen Außendurchmesser von 2,5 mm und einen Durchmesser des axialen Durchlasses von 127 µm. Das Rhrchen wird in Abständen von 2,54 cm markiert und dann an jeder Markierung getrennt, um einzelne Röhrchen 72 zu erzeugen. Das Röhrchen wird an den Enden mit sich im Querschnitt verändernden Öffnungen 68 und 70 versehen, und zwar mittels des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.
Die Fasern 54 und 56 werden jeweils, wie herkömmlich bekannt mit einer Schutzschicht 58 und 60 ummantelt. Mittels eines Abisolier-Werkzeugs werden etwa 38 mm der Schutzschicht von den Enden der Fasern entfernt und jedes verbleibende Beschichtungs- Material wird von den Fasern entfernt. Die freiliegenden Enden der Fasern werden rechtwinklig auf eine Länge von etwa 12 mm abgeschnitten. Ein Tupfer Klebstoff wird auf ein Ende des Verbindungsröhrchens aufgebracht; die kapillare Wirkung bewirkt, daß der Klebstoff durch das ganze Röhrchen fließt. Das freihegende Ende der Faser 54 wird in die sich im Querschnitt verändernde Öffnung 68 und dann in den Durchlaß des Verbindungsröhrchens 72 eingesetzt, so daß das Ende der Faser in der Mitte zwischen den Endflächen 74 und 76 liegt. Die glatte Oberfläche der konischen Öffnung erleichtert das Einsetzen der Faser. Das freiliegende Ende der Faser 56 wird in die konische Öffnung 70 und in den Durchlaß in Längsrichtung eingesetzt, so daß sie mit dem Ende benachbart dem Ende der Faser 54 angeordnet ist, wie es durch das Bezugszeichen 62 dargestellt ist. Mit den so angeordneten Fasern erstrecken sich die Beschichtungen in die konischen Öffnungen hinein. Eine Menge an Klebstoff 64 und 66, die jeweils in die Öffnungen 68 und 70 eingebracht wird, fixieren die beschichteten Fasern an dem Verbindungsröhrchen 72 und halten die Endflächen der Fasern nahe beieinander.

Claims

1. Verfahren zur Ausbildung einer sich im Querschnitt vergrößernden Öffnung (25, 27) am Ende des Durchlasses (12, 45) einer Kapillare (10, 38, 44), die eine erste Endfläche (14, 14', 39), einen Mittenbereich (23) und einen Endbereich (15) zwischen der ersten Endfläche und dem Mittenbereich aufweist, wobei die Kapillare aus Silika hergestellt ist und Fluor, B&sub2;O&sub3; oder eine Kombination davon enthält, wobei die sich im Querschnitt vergrößernde Öffnung vorgesehen ist, um das Einsetzen von optischen Fasern bei der Herstellung von Kapillaren-Verbindungsstellen oder Kopplern für optische Fasern zu ermöglichen, und wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekezmzeichnet ist:

Durchleitung des gasförmigen Ätzmittels NF&sub2; durch den Durchlaß (12, 45) im Mittenbereich (23) und durch den Durchlaß in der Endfläche (14, 14', 39) der Kapillare (10, 38, 44), wobei sich die Reaktivität des Ätzmittels mit ansteigender Temperatur erhöht, und

Erwärmung des Endbereichs (15) mit einer Heizeinrichtung (17, 19; 41), deren Lage mit bezug zu der Längsachse der Kapillare unverändert bleibt, um in der Längsrichtung einen Temperaturgradienten an der Kapillare auszubilden, wobei die maximale Temperatur, die an der Kapillare auftritt, entweder an der ersten Endfläche (14, 14', 39) oder in einer Ebene (28) vorliegt, die in der Nähe der ersten Endfläche (14, 14', 39) angeordnet ist,

wobei die Schritte der Durchleitung und der Erwärmung für eine ausreichende Zeitdauer durchgeführt werden, um es dem gasförmigen Ätzmittel zu ermöglichen, zumindest einen solchen Teil der Oberfläche des Durchlasses zu ätzen und zu vergrößern, der sich durch den Endbereich (15) erstreckt, wodurch eine sich im Querschnitt verändernde Öffnung in dem Endbereich ausgebildet wird, und

wobei ein allmählicher Übergang zwischen dem vergrößerten und dem nicht vergrößerten Teil des Durchlasses entsteht, wobei die Temperatur, auf die der Endbereich (15) erwärmt wird, ausreichend hoch ist, so daß das gasförmige Ätzmittel fraktioniert, wenn es hindurch strömt, und wobei die Temperatur des Mittenbereichs (23) unterhalb der Fraktioniertemperatur des gasförmigen Ätzmittels liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Erwärmung die Abstrahlung der Wärme in axialer Richtung auf die erste Endfläche (14, 14', 39) der Kapillare (10, 38, 44) umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobeidie maximale Temperatur an der ersten Endfläche (14, 14', 39) der Kapillare (10, 38, 44) auftritt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die maximale Temperatur innerhalb des Endbereichs an einer axialen Position auftritt, die entfernt von der ersten Endfläche (14, 14', 39) der Kapillare (10, 38, 44) liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die maximale Temperatur so vorliegt, daß die maximale Vergrößerung der sich im Querschnitt vergrößernden Öffnung an der ersten Endfläche (14, 14', 39) der Kapillare (10, 38, 44) auftritt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die maximale Temperatur so vorliegt, daß die maximale Vergrößerung der sich im Querschnitt vergrößernden Öffnung innerhalb des ersten Endbereichs (15) an einer Position auftritt, die entfernt von der ersten Endfläche (14, 14', 39) der Kapillare (10, 38, 44) liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Erwärmung die gleichförmige Beheizung der Kapillare (10, 38, 44) über deren Längsachse umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt der Erwärmung die Drehung der Kapillare (10, 38, 44) um ihre Längsachse umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt der Erwärmung die Abstrahlung der Wärme in axialer Richtung auf die erste Endfläche (14, 14', 39) der Kapillare (10, 38, 44) umfaßt.