DE69202159T2

DE69202159T2 - Endbearbeitungsverfahren für mit Linsen versehene Glasfasern.

Info

Publication number: DE69202159T2
Application number: DE69202159T
Authority: DE
Inventors: Mark Bernard Cholewa; Lee Howard Fisher; Lawrence Arnold Greenberg
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1992-01-22
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2012-01-23
Also published as: JPH04318503A; JP2792780B2; EP0497489A1; US5100507A; DE69202159D1; EP0497489B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Lichtleitfaser.
Bei den meisten Anwendungen im Bereich der optischen Kommunikationstechnik ist es erforderlich, eine Lichtleitfaser bezüglich einer Sende- oder Empfangseinrichtung auszurichten und in ihrer Stellung zu fixieren. Lichtleitfasern werden üblicherweise so verarbeitet, daß sie eine äußere Metallbeschichtung umfassen, die mit einer festen Bezugsebene verlötet werden kann und so das Ausrichten des Kabels ermöglicht. Die metallische Beschichtung ermöglicht zudem eine hermetische Abdichtung der Lichtleitfaser gegenüber dem Gehäuse einer optischen Vorrichtung.
Um die Kopplung zwischen einer optischen Vorrichtung und einer Lichtleitfaser zu verbessern, kann man eine Linse in den optischen Weg zwischen der Vorrichtung und der Lichtleitfaser einführen. Die Linse kann entweder aus einem einzelnen Teil bestehen, das sowohl bezüglich der Vorrichtung als auch bezüglich der Lichtleitfaser ausgerichtet werden muß, oder aber aus eine Einrichtung, die unmittelbar auf der Endfläche der Lichtleitfaser angebracht wird. Bei der Verwendung von Lichtleitfasern, die mit einer metallischen Beschichtung versehen sind, können bei der zuletzt genannten Anordnung Probleme auftreten, da die Genauigkeit oder Integrität der Befestigung durch das Metall beeinträchtigt wird. In dem amerikanischen Patent 4,622,055, das am 11. November 1986 für K. Mathyssek et al. ausgegeben wurde, wird ein Verfahren zum Entfernen einer metallischen Beschichtung von dem Endteil einer Lichtleitfaser offenbart, so daß auf die Endfläche der freiliegenden Glasfaser mittels Epoxydharz eine Linse aufgeklebt werden kann. Die Glasfaser wird hierbei insbesondere durch einen Lichtbogen oder durch eine Flamme geführt, wobei sie so stark erweicht wird, daß sich das Glas einschnürt und von der Metallbeschichtung ablöst. Die Glasfaser wird nun gezogen und so gespalten, daß sich eine von der Metallbeschichtung freie Endfläche bildet. Auf der gespaltenen Endfläche kann nun eine Linse angebracht werden. Bei der Steuerung dieses Anbringens der Linse an dem Faserende können jedoch Probleme auftreten, die zu einem erhöhten Zeitaufwand und zu höheren Kosten bei der Bildung solch einer mit einer Linse versehenen Glasfaser führt.
Außer diesem Anbringen einer Linse auf der Endfläche einer Glasfaser gibt es auch verschiedene chemische Naßätzverfahren zur Bildung einer integralen Linse unmittelbar auf der Faserendfläche. Durch Steuerung der verschiedenen Ätzparameter kann beispielsweise der Fasermantel so entfernt werden, daß der Kernbereich freiliegt. Es gibt auch andere Ätzverfahren, mit denen in bezug auf den zentralen Kernbereich vorzugsweise der Mantel weggeätzt werden kann. Sowohl beim Verjüngen einer mit einer Linse versehenen Faser als auch beim Aufbringen einer Metallbeschichtung auf solch eine Faser mit einer integralen Linse treten jedoch Probleme auf, da diese Verfahren die Eigenschaften solch einer integralen Linse beeinflussen.
Der Stand der Technik weist daher nach wie vor noch einen Bedarf an einem Endbearbeitungsverfahren für Lichtleitfasern auf, durch das die Eigenschaften einer auf der Endfläche einer Lichtleitfaser gebildeten integralen Linse nicht verändert werden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Der sich aus dem Stand der Technik ergebende Bedarf wird durch die vorliegende Erfindung erfüllt, die sich auf ein Endbearbeitungsverfahren für Lichtleitfasern und insbesondere auf ein Verjüngungs- und Metallisierungsverfahren bezieht, das für Lichtleitfasern mit einer mit einer Linse versehenen Endfläche geeignet ist.
Ein beispielhaftes, erfindungsgemäßes Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:
1.) Ätzen einer gestrippten Lichtleitfaser zur Bildung eines sich verjüngenden Übergangsbereichs und eines verdünnten Endbereichs;
2.) Metallisieren der sich verjüngenden Faser;
3.) Umgeben der Metallisierung mit einer Schutzschicht;
4.) Spalten der Faser im Übergangsbereich;
5.> Bilden einer Linse auf der freiliegenden Faserendfläche; und
6.) Entfernen der Schutzschicht.
Bei einigen Anwendungen ist der Metallisierungsschritt nicht erforderlich. Der Verjüngungsschritt und das Aufbringen der Schutzschicht werden dazu verwendet, daß bei der nachfolgenden Ausbildung der Linse der gewünschte äußere Durchmesser der Faserendfläche erhalten bleibt. Bei anderen Anwendungen können die Schritte 2 und 3 kombiniert werden und Schritt 6 kann weggelassen werden, wenn eine relativ dicke Metallisierungsschicht sowohl als äußere Metallschicht als auch als Schutzschicht verwendet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, zeigen:
Fig. 1-8 die Reihenfolge verschiedener erfindungsgemäßer Schritte bei der Bildung einer fertigen Lichtleitfaser mit einer integralen Linse.

Ausführliche Beschreibung

Fig. 1 zeigt den Endbereich einer Lichtleitfaser 10, deren äußere Schicht 12 (eine herkömmliche Polymerbeschichtung) unter Verwendung eines bei der Bearbeitung von Lichtleitfasern wohlbekannten, geeigneten Abstreifverfahrens entfernt wurde. Nach dem Abstreifen der Schicht 12 wird die Faser 10, wie in Fig. 2 dargestellt ist, so geätzt, daß ein Übergangsbereich 14 und ein verdünnter Endbereich 16 entsteht. Zur Bildung der in Fig. 2 dargestellten Struktur kann beispielsweise Fluorwasserstoffsäure (Flußsäure) verwendet werden.
Für Anwendungen, für die eine Metallbeschichtung erforderlich ist (um beispielsweise die Faser an einer Ausrichtungseinrichtung anzubringen), wird nun, wie in Fig. 3 dargestellt ist, auf der Außenfläche 11 der Faser 10 eine Metallbeschichtung 18 ausgebildet. Bei einer besonderen Ausführungsform kann die Metallbeschichtung 18 eine dreischichtige Struktur aus Titan, Platin und Gold umfassen, bei der die Schichten nacheinander auf die Oberfläche 11 der Faser 10 aufgesputtered werden. Mternativ hierzu kann die Beschichtung 18 auch dadurch gebildet werden, daß die Faseroberfläche mit Metallen, wie z.B. Nickel oder Gold, elektroplattiert wird. Es kann auch eine Kombination aus abgeschiedenem und plattiertem Nickel gefolgt von einer Schicht aus plattiertem Gold verwendet werden. Es sei bemerkt, daß das erfindungsgemäße Verfahren weder durch die zur Bildung der Metallbeschichtung verwendeten Materialien noch durch das zur Beschichtung der Faser verwendete Verfahren beschränkt ist.
Um die Metallbeschichtung 18 für die nachfolgenden Verfahrensschritte zu schützen, wird, wie in Fig. 4 dargestellt ist, vorzugsweise auf nahezu der gesamten Deckschicht 18 eine Schutzschicht 20 abgeschieden. Die Schutzschicht 20 kann ein Resist oder einen Schutzlack oder ein anderes geeignetes Material umfassen, das unempfindlich ist gegenüber den Säuren oder den anderen Materialien, die bei den nachfolgenden Ätzschritten (d.h. bei der Bildung der Linse) verwendet werden. Die beschichtete Faser wird nun im Übergangsbereich 14, in dem verdünnten Bereich 16 oder aber, wie durch die gestrichelte Linie A-A in Fig. 4 angedeutet ist, zwischen diesen Bereichen gespalten.
Wie oben bereits erwähnt wurde, gibt es Anwendungsbereiche, bei denen eine Metallbeschichtung nicht erforderlich ist. In solch einem Fall wird die Schutzschicht 20, wie in Fig. 5 dargestellt ist, unmittelbar auf der Oberfläche 11 der Faser gebildet. Wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Faser in Fig. 5 entlang der gestrichelten Linie in dem Übergangsbereich 14, in dem verdünnten Endbereich 16 oder zwischen diesen Bereichen gespalten. Die Schutzschicht 20 bewirkt, daß sich beim Bilden der Linse der Durchmesser d der Faser 10 nicht verändert. Die mit einer Linse versehene Faser kann nun in herkömmliche faseroptische Steckverbinder eingeführt werden, die für eine Faser mit dem vorbestimmten Durchmesser d ausgelegt sind. Alternativ hierzu kann es auch Anwendungsbereiche geben, bei denen die Kombination aus der Metallschicht 18 und der bevorzugten Schutzschicht 20 durch eine relativ dicke Metallschicht 180 ersetzt wird. Eine beispielhafte Faser dieser Art ist in Fig. 6 dargestellt. Wie durch die gestrichelte Linie B angedeutet wird, kann hierbei der äußere Teil der Metallschicht 180 während des nachfolgenden Bildens der Linse geätzt werden. Der am Ende des Ätzprozesses verbleibende, darunterliegende Teil reicht jedoch noch aus, um die Faser an einer Ausrichtungseinrichtung anzubringen.
Nach dem Spalten der Faser 10 kann auf der freiliegenden Endfläche 22 der Faser 10, wie in Fig. 7 dargestellt ist (die eine vergrößert dargestellte Ansicht des Endteils der Faser 10 zeigt), eine Linse gebildet werden. Bei einem beispielhaften differentiellen Linsenbildungsverfahren ist es erforderlich, daß die Endfläche 22 einer Kombination aus einer Ätzflüssigkeit (z.B. Fluorwasserstoffsäure oder einer gepufferten Oxidätzflüssigkeit) und einem Behandlungsmittel (z.B. Essigsäure oder Zitronensäure) ausgesetzt wird. Hierbei wird in bezug auf den Kernbereich vorzugsweise das Material des Fasermantels weggeätzt und über den Kernbereich eine integrale Linse in Form eines Kegelstumpfes oder in einer ähnlichen Form gebildet. Dieses besondere differentielle Linsenbildungsverfahren wird ausführlich in der gleichzeitig anhängigen amerikanischen Anmeldung Nr. 486,630, die am 28. Februar 1990 eingereicht und auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde, offenbart. Wie in Fig. 7 dargestellt ist, führt der Linsenbildungsprozeß dazu, daß auf der Endfläche 22 der Faser 10 eine Linse 24 gebildet wird. Es sei bemerkt, daß es noch verschiedene andere chemische Ätzverfahren gibt, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bildung einer Linse verwendet werden können. Bei dem Ätzverfahren kann die Faser entlang ihres Umfanges 10 unterätzt werden, so daß, wie in Fig. 7 dargestellt ist, Randbereiche 26 gebildet werden.
Am Ende der Linsenbildung kann eine (eventuell vorhandene) Schutzschicht 20 entfernt werden, wobei das Standardverfahren für das Entfernen des Resists oder Schutzlackes oder eines ähnlichen Stoffes verwendet werden. Der freie Teil der Metallbeschichtung 18, der über die freiliegende Endfläche der Faser 10 (d.h. über die Randbereiche 26 und die Linse 24) hinausragt, kann unter Verwendung eines herkömmlichen Ultraschallreinigungsverfahrens entfernt werden. Die entstehende metallisierte und mit einer Linse versehene Faser ist in Fig. 8 dargestellt. Wie zu sehen ist, führt das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung einer Faser mit einer Metallisierung 18, die sich relativ nahe bei der Linse 24 befindet. Der Teil 18' der Beschichtung 18 in der Nähe des Faserendes kann daher an einer (nicht dargestellten) Ausrichtungseinrichtung angelötet werden, so daß jegliche spätere Bewegung der Faser relativ zu einer (nicht dargestellten) ausgerichteten, optischen Vorrichtung begrenzt wird. Wie oben bereits erwähnt wurde, kann ein bestimmtes Linsenbildungsverfahren zur Bildung unterätzter Bereiche 26 führen, so daß ein Endteil der Faser 10 nicht metallisiert wird. Der sich verjüngende Übergangsbereich 14 umfaßt jedoch die Metallschicht 18, die sich relativ nahe bei der Linse befindet, so daß die Faser in der Nähe bei ihrer Endfläche befestigt werden kann.

Claims

1. Verfahren des Bearbeitens einer optischen Faser umfassend die nachfolgenden Schritte:

Strippen eines Endteils der optischen Faser, Ätzen des gestrippten optischen Faserendteils, um wenigstens einen sich verjüngenden Übergangsabschnitt (14) auszubilden,

Ausbilden einer Schutzbeschichtung (20) über dem geätzten Faserendteil,

Spalten des geschützten Faserendteils innerhalb oder in dem Bereich des Übergangsbereichs, um so eine Faserendfläche (22) freizulegen, und

Ätzen des gespaltenen Faserendteils, um so eine integrale Linse (24) an der freigelegten Faserendfläche auszubilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der optische Faserendteil geätzt wird, um den sich verjüngenden Bereich (14) und einen verdünnten Endbereich (16) auszubilden, und bei dem das Spalten in dem sich verjüngenden Bereich oder zwischen dem verjüngten und dem Endbereich stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Schutzbeschichtung eine Metallschicht (180) umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem durch den zweitgenannten Ätzschritt freigelegtes, freies Metall wahlweise durch Ultraschallreinigen entfernt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem die Metallisierung an der Faser durch Sputterabscheidung oder galvanische Beschichtung oder durch chemische Gasphasenabscheidung, gefolgt durch galvanische Beschichtung, ausgebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei welchem die Metallisierung verschiedene Schichten von Titan, Platin und/oder Gold oder separate Schichten von Nickel und Gold umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei welchem die Metallisierung verschiedene Schichten von abgeschiedenem Nickel, plattiertem Nickel und plattiertem Gold umfaßt oder die Metallisierung Gold umfaßt.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem der erstgenannte Ätzschritt ein Flußsäureätzbad verwendet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem beim zweitgenannten Ätzschritt der Faserendabschnitt einer Kombination eines Ätzmittels und eines behandelnden Agens so ausgesetzt wird, daß eine integrale Linse ausgebildet wird.