DE69116098T2 - Endstück für optische Faser - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft einen Anschluß für eine optische Faser und ein Verfahren zum Anbringen einer optischen Faser an einem Anschluß.
• Optische Fasern, die zur Datenübertragung verwendet werden, werden meistens in Kabelform geliefert, in welcher das Kabel einen Faserkern aus Glas- oder Kunststoffmaterial, eine dünne Hülle und einen schützenden Mantel umfaßt, welcher Verstärkungsglieder einschließen kann. Die Verbindung des Faseroptikkabels an einer anderen Vorrichtung, wie einer elektrooptischen Vorrichtung oder einem anderen Kabel, wird allgemein durch ein oder zwei Verfahren bewerkstelligt.
• In einem Verfahren werden blanke Faserenden gegen die Vorrichtung ohne irgendeinen hinzugefügten Anschluß angeordnet. Dies führt zu einer sehr schwachen Verbindung und ist Gegenstand einer Beschädigung der Verbindung mit nachfolgender Signalverschlechterung über der Schnittstelle.
• Ein anderes Verfahren verwendet einen Anschluß auf dem Faserende. Diese Anordnung kann sehr dauerhaft sein und eine verläßlichere Verbindung in Systemen liefern, die ein schnelles Verbinden an und Trennen von Vorrichtungen oder anderen Kabeln erfordern. Die Befestigung eines Anschlusses an dem Kabel wird oft als Außenarbeit ausgeführt, wie wenn Datenübertragungssysteme, wie Computer LANs (Local Area Networks oder lokale Netzwerke) installiert werden.
• Um eine optisch leistungsfähige Schnittstelle zwischen einer optischen Faser und einer anderen Vorrichtung durch dieses zweite Verfahren vorzusehen, ist es notwendig, das Faserende in einem geeigneten Anschlußpaßstück auf eine Weise zu befestigen, die eine gute Signalübertragüng über die Schnittstelle schafft. Dies erfordert, daß das Anschlußpaßstück die Faser zu dem Anschluß der anderen Vorrichtung richtig ausrichtet. Eine solche Ausrichtung wird durch passende Oberflächen vorgesehen, die auf den Anschlußpaßstücken der Faser und der Vorrichtung vorgesehen sind.
• Eine optisch leistungsfähige Schnittstelle erfordert auch, daß die Faser eine ebene und glatte Endoberfläche aufweist. Zwei Verfahren zur Formung dieser Endoberflächen auf optischen Fasern aus Kunststoff während ihrer Anbringung an einem Anschluß sind im allgemeinen Gebrauch. In beiden Verfahren ist das Faserende freiliegend und ein Anschluß wird auf den Kabelmantel gequetscht oder geklemmt, oder die blanke Faser wird an den Anschluß durch irgendein geeignetes Epoxyharz oder Zement angehaftet. Der Anschluß kann eine Klemme oder ein Vielfachfaserverbinder oder ein kombinierter Faser- und elektrischer Verbinder sein.
• In einem Verfahren wird das Faserende abgeschnitten, um eine im allgemeinen ebene Oberfläche nahe der Endfläche des Anschlußpaßstücks zu formen. Diese Oberfläche wird dann bis zu einem vorbestimmten Glattheitsgrad poliert, um Vertiefungen zu eliminieren, welche die Lichttransmission nachteilig beeinflussen. Dieses Polierverfahren ist ein mühseliger, anspruchsvoller und somit teurer Vorgang, der ein wiederholtes, visuelles Überprüfen erfordert, um zu bestimmen, wann der vorbestimmte Glattheitsgrad erreicht ist.
• Ein anderes Verfahren bezieht das Abstreifen des Kabelmantels und das Einsetzen der Faser in das Anschlußpaßstück mit ein, so daß es über eine Ausgangsöffnung der Endfläche des Paßstücks hinaus vorsteht. Das Faserende wird dann in einem vorbestimmten Abstand von der Anschlußendfläche abgeschnitten und eine glatte, heiße Platte wird in Berührung mit dem Faserende gebracht. Wärme wird auf die Platte aufgebracht, um die Faser zu schmelzen, der Platte wird dann ermöglicht abzukühlen, wobei sie sich noch in Berührung mit der Faser befindet, so daß die Faser sich abkühlt und verfestigt, und dann wird die Platte entfernt. Dieses "Heißplatten"-Verfahren läßt das Faserende mit derselben glatten, ebenen Oberfläche wie die Platte zurück.
• Ein Problem des Heißplatten-Verfahrens ist die Beseitigung des überschüssigen, zurückgeflossenen Fasermaterials, welches nach dem Schmelzen zurückbleibt, auf eine Weise, die die Lichttransmission durch den Anschluß nicht nachteilig beeinflußt. Verschiedene Verfahren sind im gegenwärtigen Gebrauch. In einem wird das überschüssige, zurückgeflossene Material, das vom Schmelzen herrührt, in eine flache Scheibe mit einer glatten Oberfläche geformt, die auf der Endfläche des Paßstücks liegt. Während dies die erforderliche glatte, ebene Oberfläche liefert, springt diese Scheibe von der Bndfläche vor und ist unbegrenzt, was eine Lichtleckage erlaubt und die Lichttransmission auf einen unannehmbaren Grad verschlechtert.
• Ein anderes Problem wird durch die Dicke dieser Scheibe verursacht. Weil die Dicke nicht gesteuert ist, verhindert sie ein genaues Passen des Anschlusses zu einer anderen Vorrichtung. Dies beeinflußt die Ausrichtung der Faser zu der anderen Vorrichtung und die Lichttransmission über die Schnittstelle.
• Ein weiteres Problem ist die Verunreinigung des Fasermaterials durch das Hüllenmaterial, das durch ihr Beimischen während des Schmelzens verursacht wird. Dies verschlechtert die Lichttransmission weiter.
• Zwei Konstruktionsmodifikationen des Anschlußpaßstücks werden in einer Anstrengung ausgeführt, um die Probleme zu überwinden, die durch die vorspringende, unbegrenzte Scheibe hervorgerufen werden. In einer wird die Dicke der Scheibe durch konisches Erweitern der Ausgangsöffnung verringert, so daß sie eine Kegelstumpfform aufweist. Wenn das überschüssige, zurückgeflossene Material die Kapazität dieser geringfügigen Vergrößerung überschreitet, wird eine vorspringende Scheibe gebildet, mit den gleichen gerade beschriebenen Problemen.
• Andererseits wird, wenn das Schmelzen kein hinreichendes überschüssiges, zurückgeflossenes Material erzeugt, um die konisch erweiterte Vergrößerung vollständig zu füllen, die heiße Platte eine unvollständige Berührung erzeugen und eine Vertiefungen aufweisende Faserendoberfläche formen, was zu einer ernsthaft verschlechterten Lichttransmission führt. Auf jeden Fall wird das Hüllenmaterial wieder das Kemmaterial während des Schmelzens verunreinigen, mit den resultierenden, nachteiligen, oben erwähnten Konsequenzen.
• In einer anderen Modifizierung wird die vorspringende Scheibe eliminiert, indem sichergestellt wird, daß sie unter der Oberfläche der Endfläche des Anschlusses sitzt. Die Ausgangsöffnung ist eingelassen, um eine vergrößerte zylindrische Ausnehmung in der Endfläche zu bilden. Beim Schmelzen wird die Scheibe vollständig innerhalb der Ausnehmung gebildet. Eine glatte Oberfläche kann durch die heiße Platte, ungeachtet der Menge des überschüssigen, zurückgeflossenen Materials gebildet werden. Die Paß- und Ausrichtungsprobleme, die durch eine vorspringende Scheibe, die über der Endfläche des Paßstücks liegt, hervorgerufen werden, sind eliminiert.
• Jedoch wird eine Materialknappheit (d.h. nicht hinreichend, um die Ausnehmung zu füllen) zu einer unregelmäßigen Begrenzung führen, was zu einer Signalverschlechterung führt. Obwohl die vergrößerte Ausnehmung die Ausbildung eines Vorsprunges verhindert, kann sie noch eine Lichtleckage infolge des Mangels einer definierten Begrenzung hervorrufen, wenn das zurückgeflossene Kunststoffmaterial die Ausnehmungswände nicht erreicht.
• Das Heißplattenschmelzen führt zu einem Spalt zwischen der geschmolzenen Faserendoberfläche (Oberseite der Scheibe) und dem Punkt des Fasereingangs in die Ausnehmung, wenn die Ausnehmung nicht genau gefüllt ist, was in der Praxis niemals der Fall ist. Um zu garantieren, daß die Scheibe nicht über die Endfläche vorspringt, muß die Ausnehmung hinreichend voluminös sein, um die größte Menge überschüssigen zurückgeflossenen Materials, die auftreten könnte, unterzubringen. Somit ist der Spalt unvermeidbar. Auf jeden Fall werden die idealen Lichtleitungseigenschaften der Faser am Eingang in die Ausnehmung verloren, wo die unregelmäßige Scheibe geschmolzenen Materials beginnt.
• Wenn das Paßstück mit einer anderen Vorrichtung verbunden wird, führt der Spalt eine neue Quelle einer Lichtleckage und einer Signalverschlechterung ein. Auch besteht das Problem der Verunreinigung durch das beigemischte Hüllenmaterial weiter.
• Die EP-A-0 152 225 offenbart einen Anschluß für eine optische Faser, in welchem ein Körper des Anschlusses eine sich hindurch erstreckende Bohrung zur Aufnahme einer optischen Faser aufweist, wobei die Bohrung eine Ausgangsöffnung umfaßt, die in einer Endfläche des Körpers ausgebildet ist. Der Endbereich der Bohrung, der zur Ausgangsöffnung führt, kann konisch nach außen erweitert sein, um einen vergrößerten Mund vorzusehen, oder der Endbereich der Bohrung, der zur Ausgangsöffnung führt, kann an seiner inneren Peripherie mit einer halbkreisförmigen Ausnehmung ausgebildet sein. In dem Vorgang der Endbereichsformung der optischen Faser, welche innerhalb der Bohrung positioniert ist, veranlaßt das heiße Schmelzen des Faserendbereichs, Fasermaterial zu fließen, um die Form des konisch erweiterten, vergrößerten Mundes oder der halbkreisförmigen Ausnehmung anzunehmen und somit die Faser relativ zum Anschluß abzudichten.
• Alle gegenwärtig verwendeten Verfahren und Vorrichtungen zum Anschließen einer optischen Faser haben eigene physikalische Probleme, die extrem enge Verarbeitungstoleranzen erfordern, um die Verschlechterung der Lichttransmission über die Anschlußschnittstelle in einer Verbindung zu minimieren. Eine geringfügige Abweichung des überschüssigen, geschmolzenen Fasermaterials wird eine Lichtleckage hervorrufen, die zu einer Signalverschlechterung und folgender mangelhafter Lichttransmission an der Anschlußschnittstelle führt.
• Die vorliegende Erfindung strebt danach, einen verbesserten Anschluß für eine optische Faser und ein Verfahren zum Anbringen einer optischen Faser an einem Anschluß zu schaffen.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Anschluß für eine optische Faser vorgesehen, wie in Anspruch 1 spezifiziert.
• Ein derartiger Anschluß kann die Ursachen von Lichtleckage eliminieren, die charakteristisch für gegenwärtig verwendeten Anschlüsse sind, und kann das Heißplattenschmelzen befähigen, eine Faserendoberfläche zu liefern, die im wesentlichen koplanar zur Paßstückendfläche liegt. Ein derartiger Anschluß kann auch eine Lockerung der Verarbeitungstoleranzen erlauben, während er eine optimale Lichtkopplungs- und Transmissionseigenschaften liefert.
• Ein derartiger Anschluß kann auch Lichtverlust infolge unbegrenzter Vorsprünge, die sich über die Anschlußendfläche erstrecken, durch Spalten unter der Oberfläche, durch Fehlausrichtung und durch Verunreinigung des Faserkernmaterials durch Hüllenmaterial eliminieren.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Faseroptikverbinder vorgesehen, wie in Anspruch 8 definiert.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Anbringen einer optischen Faser an einem Anschluß vorgesehen, wie in Anspruch 9 definiert.
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten, lediglich beispielhaft, mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben, in welcher:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Anschlußpaßstücks einer Ausführungsform eines Faseroptikanschlusses ist,
• Fig. 2 eine teilweise Schnittansicht, genommen nach Linie 2-2 der Fig. 1, ist und eine Faser darstellt, die durch das Paßstück der Fig. 1 eingesetzt ist,
• Fig. 3 eine Ansicht ähnlich der Fig. 2 ist, die das Schmelzen des Faserendes während der Ausbildung des Faseroptikanschlusses darstellt,
• Fig. 4 eine Ansicht ähnlich der Fig. 3 ist, die den Anschluß nach der Ausbildung darstellt,
• Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht der optischen Faser nach der Ausbildung des Anschlusses ist, und
• Fig. 6 eine longitudinale Schnittansicht zweier Faseroptikanschlüsse ist, die miteinander verbunden sind.
• Nach Fig. 5 der Zeichnung umfaßt eine optische Faser 10 einen Kern 12 aus Kunststoffmaterial, wie Polymethylmethacrylat und eine Hülle 14 aus geeignetem Material, wie einem Fluoropolymer. Der Faserkern 12 kann irgendeinen geeigneten Durchmesser aufweisen. Beispielsweise kann der Faserkern 12 einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 mm aufweisen, während die Hüllendicke in der Größenordnung von 20 Mikrons liegen kann.
• Sowohl der Kern als auch die Hülle sind herkömmlich ein Teil eines Faseroptikkabels (nicht gezeigt), welches eine oder mehrere Fasern umfaßt, die in einem schützenden Mantel (nicht gezeigt) eingeschlossen sind, welcher herkömmlich zur Verbindung des Kabels 10 an einem anderen Kabel oder einer anderen Vorrichtung abgestreift ist. Faseroptikkabel dieses Typs sind zur Datenübertragung nützlich und müssen zur Verbindung mit anderen Kabeln oder mit elektro-optischen Vorrichtungen vorbereitet sein.
• Fig. 1 zeigt ein verlängertes Paßstück oder eine Klemme 16 mit einem Basisflansch 18 und einer longitudinalen Bohrung 20 zur Aufnahme einer Faser 10. Die Klemme 16 ist vorzugsweise aus Hytrel oder einem anderen Polyestercopolymer gefertigt. Die Bohrung 20 endet in einer Ausgangsöffnung 22, die in einer Endfläche 24 der Klemme 16 ausgebildet ist. Die Endfläche 24 ist durch eine periphere Abschrägung 26 begrenzt und umfaßt eine ringförmige Nut 28 zwischen der Ausgangsöffnung 22 und der Abschrägung 26.
• Wie in Fig. 2 dargestellt, liegen die axial äußersten Teile der Endfläche 24, welche die Ausgangsöffnung 22 von der Nut 28 und die Nut 28 von der Abschrägung 26 trennen, in einer Ebene, die als "P" bezeichnet ist. Auf diese Weise ist die Nut 28 von der Ausgangsöffnung 22 durch eine Fläche oder einen Ring 30 und von der Abschrägung 26 durch eine koplanare Fläche 32 isoliert.
• Die Formung des Anschlusses wird nun mit Bezug auf die Fig. 1, 2, 3 und 4 beschrieben. Wie in Fig. 2 gezeigt, steht die Faser 10 durch die Bohrung 20 und aus der Ausgangsöffnung 22 vor, wo sie in einem vorbestimmten Abstand über die Endfläche 24 hinaus abgeschnitten ist. Dieser Abstand sollte hinreichend sein, damit sichergestellt ist, daß sich ein vollständiger Querschnitt des Kernmaterials 12 über die Endfläche 24 hinaus erstreckt.
• Zusätzlich sollte dieser Abstand so sein, damit sichergestellt ist, daß das Volumen des Fasermaterials (einschließlich sowohl des Kerns als auch des Hüllenmaterials) geringer als das Volumen der Nut 28, die unter der Ebene "P" der Bndfläche 24 liegt (d.h. des Volumens der Nut 28 unter der Oberfläche) ist. In der Praxis wird der "vorbestimmte" Abstand in einem Bereich von Abständen abhängig von der Werkzeugbestückung oder -befestigung und von Toleranzen, die in einem besonderen Feldanschlußvorgang verwendet werden, und natürlich von der Größe der Nut 28 sein. Auf jeden Fall sollte das Nutvolumen unter der Oberfläche immer das vorstehende Faservolumen übersteigen.
• Wie in Fig. 3 dargestellt, wird eine heiße Platte 34 in Berührung mit dem Ende der Faser 10 gebracht, um die Faser 10 zum Schmelzen zu veranlassen. Die Platte 34 weist eine ebene, glatte Oberfläche 38 auf, und wird auf eine Temperatur erwärmt, die hoch genug ist, um die Faser 10 zu schmelzen, aber geringer als die Schmelztemperatur der Klemme 16 ist. Die heiße Platte 34 rückt vor, wenn das Faserende zu schmelzen beginnt.
• Dieser Vorgang fährt fort (tatsächlich in sehr kurzer Zeit), bis die heiße Platte 34 an die Endflächenringe 30 und 32 anstößt. An diesem Zeitpunkt wird die Platte 34 gekühlt, was es dem Ende der Faser 10 erlaubt, sich zu verfestigen. Dann wird die Platte 34 entfernt, wobei sie die Faser mit einer ebenen, glatten Oberfläche 40, die durch die Plattenoberfläche 38 gebildet wird, zurückläßt. Wie in Fig. 4 gezeigt, liegt die Faserendenoberfläche 40 in der Ebene "P", koplanar zu den Endflächenringen 30 und 32.
• Während dieses Vorgangs wird das überschüssige, zurückgeflossene Fasermaterial, mit 36 bezeichnet, radial nach außen und in Nut 28, wie gezeigt, gedrückt. Dies stellt sicher, daß das Hüllenmaterial 14 nicht die ebene, glatte Endoberfläche 40 des Faserkernmaterials verunreinigt, welche denselben Durchmesser wie die Faser 10 aufweist und koplanar zur Klemmenendfläche 22 liegt.
• Weil die Platte 34 mit beiden Ringen 30 und 32 in Eingriff steht und die Ringe koplanar sind, wird im wesentlichen das gesamte, überschüssige, zurückgeflossene Fasermaterial 36 gezwungen, in die Nut 28 unter der Oberfläche der Endflächenebene "P" zu fließen, wo es gefangen ist. Somit ist es wie oben erwähnt in dieser Ausführungsform kritisch, daß das Volumen der Nut 28 unter der Oberflächen das Volumen des überschüssigen, zurückgeflossenen Fasermaterials 36 übersteigt.
• Die Breite der Ringe 30 und 32 muß nur hinreichend sein, um eine Isolierung der Nut 28 von der Ausgangsöffnung 22 und der Abschrägung 26 sicherzustellen und die Nachbildung dieser Beziehung während der Massenherstellung der Klemmen zu ermöglichen. Idealerweise sollte der Ring 30 zwischen der Nut und der Ausgangsöffnung so eng wie möglich sein, um den Fluß des überschüssigen Fasermaterials in die Nut zu erleichtern. In der bevorzugten Ausführungsform können die Ringe 30 und 32 mit einer im wesentlichen schneidenartigen Form angenommen werden.
• Diese Beziehung stellt die Isolierung des Materials 36 von der Faserendoberfläche 40 sicher, wobei Vertiefungen, die Bildung einer flachen Scheibe am Faserende, oder eine Verunreinigung durch das Hüllenmaterial 14 verhindert werden. Auch wird durch Sammeln allen überschüssigen Materials 36 in der Nut 28 nichts von ihm aus der Abschrägung 26 auslaufen, um ihr Profil zu verändern.
• Fig. 6 stellt die Kopplung gleicher Anschluße 42, 42' dar, die auf die in den Fig. 2 bis 4 gezeigte Weise gebildet sind. Die Anschlüsse 42, 42' sind in gegenüberliegende Enden einer Aufnahme mit einer Bohrung 44 eingesetzt, so daß ihre Anschlußflächen 24, 24' miteinander in Berührung gelangen. Eine Ausrichtung der jeweiligen Fasern 10, 10' wird durch einen Anschlag der Anschlußabschrägungen 26, 26' an jeweiligen Oberflächen 46, 46', die innerhalb der Bohrung 44 ausgebildet sind, aufrechterhalten. Der bündige Eingriff und die axiale Ausrichtung ist infolge des Vorsehens der bündigen Faserenden 40 und der nichtverunreinigten Anschlußabschrägung 26 möglich.
• Durch Verwenden der Klemme 16, um einen Anschluß 42 durch den offenbarten Vorgang zu bilden, kann diese Ausführungsform einen billigen Faseroptikanschluß schaffen, der im wesentlichen frei von Verunreinigungs-, Lichtverlust- oder Fehlausrichtungsproblemen ist.

Claims (9)

1. Ein Anschluß für eine optische Faser mit einem Körper (16), einer Bohrung (20), die sich durch den Körper erstreckt und ausgelegt ist, um darin eine optische Faser aufzunehmen, wobei die Bohrung eine Ausgangsöffnung (22) umfaßt, die in einer Endfläche (24) des Körpers ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche mit einer Ausnehmung (28) ausgebildet ist, die die Ausgangsöffnung umgibt und von der Ausgangsöffnung durch einen Teil (30) der Endfläche des Körpers getrennt ist.

2. Ein Anschluß nach Anspruch 1, worin die Ausnehmung (28) eine ringförmige Nut ist, die im wesentlichen koaxial um die Ausgangsöffnung (22) herum angeordnet ist.

3. Ein Anschluß nach Anspruch 2, worin die Nut (28) einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt aufweist.

4. Ein Anschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Teil (30), der die Ausnehmung (28) von der Ausgangsöffnung (22) trennt, eine im wesentlichen schneidenartige Form aufweist.

5. Ein Anschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Endfläche (24) des Körpers (16) eine ringförmige Abschrägung (26) umfaßt, die um deren Peripherie herum gebildet und ausgelegt ist, um im Gebrauch die Ausrichtung einer darin eingepaßten Faser zu einer anderen Faser oder einer anderen Vorrichtung zu erleichtern.

6. Ein Anschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Ausnehmung (28) ausgelegt ist, um im wesentlichen alles überschüssige Fasermaterial, das während der Bearbeitung der Faserendoberfläche erzeugt wird, aufzunehmen.

7. Ein Anschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Endfläche (24) des Körpers (16) im wesentlichen planar ist.

8. Ein Faseroptikverbinder mit einer optischen Faser aus Kunststoff, die eine im wesentlichen planare Endfläche, die durch Heißplattenschmelzen gebildet ist, und einen Anschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

9. Ein Verfahren zum Anbringen einer optischen Faser aus Kunststoff an einem Anschluß, wobei der Anschluß einen Körper (16) mit einer Endfläche (24) und einer Bohrung (20) umfaßt, die sich durch den Körper (16) erstreckt und in einer Ausgangsöffnung (22) endet, die in der Endfläche ausgebildet ist; und das Verfahren die Schritte umfaßt, daß eine Kunststoffaser (10) durch die Bohrung eingesetzt wird, so daß ein Ende der Kunststoffaser sich über die Endfläche hinaus erstreckt, und daß das Kunststoffaserende so geschmolzen und geformt wird, daß die Oberfläche der bearbeiteten Kunststoffaser im wesentlichen koplanar zur Endfläche liegt; dadurch gekennzeichnet, daß das überschüssige Fasermaterial, das vom Schmelzen und Formen des Faserendes herrührt, in einer Ausnehmung (28) aufgenommen wird, die die Ausgangsöffnung umgibt und von der Ausgangsöffnung durch einen Teil (30) der Endfläche des Körpers getrennt ist.