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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen einer
optischen Faser, insbesondere ein Verfahren, das es gestattet, durch das
Trennen eine abgeschrägte Endfläche der optischen Faser zu erhalten.
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Um die Reflexion an einer Verbindungsstelle von optischen Fasern zu
vermindern, verwendet man optische Fasern, bei denen die Endfläche der Faser
abgeschrägt, d.h., nicht zur Achse der Faser senkrecht ist.
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In der Praxis ist es insbesondere bei Verwendung von
Hochleistungs-DFB-Lasern (diffused feedback) wichtig, die Reflexion des übermittelten Signals an
der Endfläche einer optischen Faser zu minimieren.
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Man kennt verschiedene Verfahren zur Herstellung einer abgeschrägten
Fläche am Ende einer optischen Faser.
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Ein erstes Verfahren besteht darin, die Faser durch Klebung in einem Halter
zu fixieren und dann zu polieren; dieses Verfahren wird vor allem angewandt,
wenn das Ende der Faser in einer Stützhülse montiert ist.
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Ein zweites, wirtschaftlicheres Verfahren gestattet, eine schräge Fläche
direkt durch Brechen oder Durchtrennen der optischen Faser zu erhalten. Bei
diesem Verfahren übt man auf einen Abschnitt der Faser, der in
beabstandeten Haltern gehalten ist, einen Zug und eine Torsion aus, und man stellt mit
Hilfe eines Werkzeugs wie etwa einer Klinge eine Bruchauslösestelle an
einem Punkt des Abschnitts her, derart, daß der Ort der Bruchstelle präzise
bestimmt wird (siehe zum Beispiel EP-A-0 442 202).
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Während sich dieses letztere Verfahren bei einer einzigen Faser einfach
genug durchführen läßt, ist es hingegen sehr schwierig, wenn nicht unmöglich,
dieses Verfahren bei einem Flachkabel zu verwenden, das mehrere
nebeneinanderliegende Fasern auiweist, weil individuell auf jede Faser des Kabels an
ihrem Ende eine Torsion ausgeübt werden muß.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zum Trennen einer
optischen Faser zu schaffen, das einfach und wirtschaftlich ist und es
gestattet,
eine schräge Endfläche zu erhalten, d.h., eine Fläche, die einen von
verschiedenen Winkel mit der zur Achse der Faser senkrechten Ebene bildet,
und deren Form außerdem dazu geeignet ist, die Reflexion des übermittelten
Signals zu vermindern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß ein Abschnitt der
optischen Faser zwischen zwei beabstandeten Haltern gehalten wird, einer der
Halter in bezug auf den anderen bewegt wird und eine Trennung der Faser in
einer Trennzone bewirkt wird, die durch eine mit Hilfe eines Werkzeugs wie
etwa einer Klinge hergestellte Bruchauslösestelle bestimmt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Faser in den Haltern eingeschlossen hält, ohne
auf sie eine Spannung, insbesondere Zug- oder Torsionsspannung auszuüben,
und daß man einen ersten Halter einzig in einer Translation längs einer zur
Achse der Faser senkrechten Achse bewegt und dabei den zweiten Halter
festhält und daß man die Bruchauslösestelle vor, während oder nach dem
Bewegen des beweglichen Halters herstellt.
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Bevorzugt haben die beiden Halter einen Abstand, der zwischen dem 10- und
20-fachen des Durchmessers der Faser, vorzugsweise das 14-fache dieses
Durchmessers beträgt, wobei der Abstand zwischen den Haltern während der
gesamten Phase der Bewegung des beweglichen Halters konstant gehalten
wird.
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Der Einschluß der Faser in den Haltern wird so ausgeführt, daß die Faser
einfach gerade zwischen den Haltern gehalten wird, ohne daß Spannungen
erzeugt werden.
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Die Bewegung des beweglichen Halters erfolgt vorteilhafterweise auf einer
Länge, die zwischen dem 0,7- und 2-fachen des Faserdurchmessers,
vorzugsweise das Einfache des Faserdurchmessers beträgt.
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Diese Bewegung übt auf die Faser eine Biegespannung, eine Zugspannung und
eine Scherspannung aus.
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Ein bemerkenswerter Vorteil des erfindungsgemaßen Verfahrens besteht in
der Form dieser Spannungen auf irgendeinem Querschnitt der Faser
zwischen den beiden Haltern.
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Einerseits variiert die gemäß der Erfindung erhaltene Scherspannung
parabelförmig längs der Verschiebungsachse des beweglichen Halters, und sie
erreicht ihr Maximum im zu dieser Achse senkrechten Durchmesser der Faser.
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Andererseits ist die Resultierende der Zug- und Biegespannung parallel zu
der durch die Achse der Faser und die Verschiebungsachse des beweglichen
Trägers aufgespannten Ebene, und sie ist zu der Seite dieser Verschiebung
geneigt.
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Folglich wirken auf irgendeinen Querschnitt der optischen Faser zwischen
den beiden Haltern Spannungen, die geeignet sind, einen schrägen Bruch zu
erzeugen. Außerdem ist aufgrund der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens der Bruchwinkel, d.h., der Winkel zwischen der Normalen zur
Bruchfläche der Faser und der Achse der Faser in der Mitte dieser
Bruchfläche maximal, in der Nähe der Achse der Faser.
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Weiterhin variert die Biegespannung, die an den Einspannstellen in die
Halter maximal ist und in der Mitte zwischen den Haltern 0 ist, längs der Faser,
wodurch insbesondere die Orientierung der resultierenden Spannung in der
Mitte der Faser modifiziert wird.
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Es genügt somit, die Position der Bruchzone zwischen den beiden Haltern zu
bestimmen, um den Bruchwinkel der Faser festzulegen.
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung erzeugt man an der Faser
eine die Bruchzone bestimmende Bruchauslösestelle, bevor der bewegliche
Halter verschoben wird. Dieses Verfahren ist vorteilhaft, wenn eine sehr
große Präzision bei der Bestimmung der Position der Bruchstelle gefordert ist.
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In einer zweiten Ausführungsform verschiebt man zunächst den beweglichen
Halter, bewegt dann das Werkzeug, bis es mit der Faser in Kontakt kommt,
um die Bruchauslösestelle zu bilden und den Bruch zu erzeugen.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform verwendet man ein feststehendes
Werkzeug, und man verschiebt den beweglichen Halter, um die Faser mit
dem Werkzeug in Berührung zu bringen und die den Bruch hervorrufende
Bruchauslösestelle zu bilden.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nunmehr nicht
beschränkende Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen beschrieben, in denen
zeigen:
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- Fig. 1a-1c schematische Schnittdarstellungen der Stufen einer ersten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
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- Fig. 2a-2c schematische Schnittdarstellungen der Stufen einer zweiten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrens;
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- Fig. 3a und 3b schematische Schnittdarstellungen der Stufen einer
dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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- Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Verbindungszone von optischen
Fasern, zur Illustration des Reflexionsverlusts eines übermittelten Signals;
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- Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines abgeschrägten Endes einer optischen
Faser, das durch Spaltung nach dem Stand der Technik erhalten wurde;
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- Fig. 6 eine schematische Darstellung der Scherspannungsverteilung auf
einem Querschnitt der Faser bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
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- Fig. 7 eine graphische Darstellung der Amplitude der Spannung nach
Figur 6;
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- Fig. 8 eine schematische Ansicht der Verteilung der Resultierenden der
Zug- und Biegespannungen auf einem Querschnitt der Faser bei der
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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- Fig. 9 eine Schnittdarstellung eines abgeschrägten Endes einer optischen
Faser, das durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten wurde;
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- Fig. 10 eine Schnittdarstellung einer Trennvorrichtung, die die
gleichzeitige Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an mehreren
optischen Fasern gestattet, und
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- Fig. 11 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach Figur 10.
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Aus Gründen der Deutlichkeit sind die Zeichnungen nicht maßstäblich.
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Bei den drei gezeigten Ausführungsformen ist mit 1 ein fester Halter, mit 2
ein beweglicher Halter, mit 3 eine Klinge, etwa ein Diamant, und mit 4 eine
optische Faser bezeichnet.
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Die Figuren 1a, 2a und 3a zeigen die zwischen den beiden Haltern 1 und 2
eingespannte Faser, wobei die Klinge 3 oberhalb der Faser 4 angeordnet ist.
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Die Halter 1 und 2 sind bei dieser Anordnung um eine Länge L = 1,43 mm
voneinander beabstandet, und die Klinge 3 befindet sich in einem Abstand 1 =
0,64 mm von dem Halter 1.
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In Figur 1b ist die Klinge 3 durch Verschiebung nach unten, wie durch den
Pfeil F1 verdeutlicht, mit der Faser 4 in Berührung gebracht worden, um an
der Faser 4 die Bruchauslösestelle in einem genauen Abstand 1 zu dem festen
Halter 1 zu bilden.
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In Figur 1c ist der bewegliche Halter 2 um eine Strecke Δy nach unten
verschoben worden, wie durch den Pfeil F2 angegeben wird. Der Halter 1 wird
unbeweglich gehalten, und der die beiden Befestigungshalter trennende
Abstand L bleibt konstant. Die Figur 1c zeigt die Faser 4 unmittelbar vor dem
Bruch.
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Bei der in Figuren 2a bis 2c gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird
der bewegliche Halter 2 zunächst um eine Strecke Δy in Richtung des Pfeils
F3 verschoben. Der die beiden Befestigungshalter trennende Abstand L bleibt
konstant.
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Die Klinge 3 wird nach unten bewegt, bis sie mit der Faser 4 in Berührung
kommt, wie durch den Pfeil F4 symbolisiert wird, um die Bruchauslösestelle
an der Faser zu bilden und den Bruch der Faser zu bewirken. Die Figur 2c
zeigt die Faser 4 unmittelbar vor dem Bruch.
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In der Ausführungsform nach Figuren 3a und 3b wird die Klinge 3
unbeweglich in einem Abstand h zu der Faser gehalten, während der bewegliche
Halter 2 in Richtung des Pfeils F5 verschoben wird. Wenn der bewegliche Halter
2 die Entfernung Δy zurückgelegt hat, werden in der Faser 4 nicht nur die
Spannungen erzeugt, sondern sie wird auch mit der Klinge 3 in Berührung
gebracht. Dieses Inberührungbringen der Faser mit der Klinge ruft die
Bruchauslösestelle und den Bruch der Faser hervor. Figur 3b zeigt die Faser 4
unmittelbar vor dem Bruch.
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Beispielsweise liegt bei einer optischen Faser mit einem Durchmesser der
optischen Ummantelung von 125 µm, bei der Verschiebung Δy von 0,116
mm und den vorgenannten Werten von 1 und L der Bruchwinkel α&sub1; (in Figur
9 gezeigt), der in der Mitte der Fläche der Faser zwischen der Normalen zu
dieser Fläche und der Achse der Faser erhalten wird, in der Nähe von 12º.
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Die Streuung der Werte des Winkels α, die bei mehreren Brüchen nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden, ist gering, was zeigt, daß
man dank der Erfindung Endflächen optischer Fasern mit einer
wohlbestimmten Neigung erhalten kann, was die Herstellung von Verbindungen mit
guter Qualität zwischen optischen Fasern mit abgeschrägten Endflächen
gestattet.
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Figur 4 zeigt schematisch eine Verbindung optischer Fasern, durch die ein
Signal S läuft. Man erkennt in dieser Figur, daß das Signal S teilweise an
einer Endfläche reflektiert wird und ein Reflexionssignal R ergibt.
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Da der Kern der Faser der hauptsächliche Leiter für das optische Signal ist,
ist es besonders wichtig, daß der zentrale Bereich der Endfläche der Faser
ausreichend abgeschrägt ist.
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Figur 5 zeigt einen Schnitt durch ein abgeschrägtes Ende einer optischen
Faser, das durch Spaltung nach dem Stand der Technik erhalten wurde.
Insbesondere erkennt man, daß der Winkel θ&sub1; in der Mitte der Fläche der Faser
zwischen der Normalen zu dieser Fläche und der Achse der Faser kleiner ist
als der Gesamt-Neigungswinkel θ&sub2; der Fläche der Faser.
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In Figur 6 erkennt man die Verteilung der Scherspannung, durch senkrechte
Pfeile symbolisiert, auf einem beliebigen Querschnitt der Faser gemäß der
Erfindung. In dieser Figur bezeichnet Y die Verschiebungsachse des
beweglichen Halters und Z die zu Y senkrechte Median-Achse der Faser.
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In Figur 7 ist der Verlauf τ der Amplitude der Spannung nach Figur 6
dargestellt, woran man erkennt, daß diese Spannung parabelförmig längs der
Achse Y variiert, mit einem Maximum auf der Achse Z.
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Figur 8 zeigt die Verteilung der Resultierenden der Zug- und
Biegespannungen auf dem Querschnitt der zu durchtrennenden Faser, die gemäß der
Erfindung behandelt ist. Dort erkennt man die Verschiebungsachse Y des
beweglichen Trägers und die Achse X der Faser, wobei die genannte
Resultierende
in der die Achsen X und Y enthaltenden Ebene liegt und zur Seite
dieser Verschiebung geneigt ist. Es ist diese resultierende Spannung, die den
schrägen Bruch erzeugt, dank der Erfindung mit einem maximalen
Bruchwinkel in dem Bereich, der sich in der Nähe der Achse der Faser befindet.
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In Figur 9 erkennt man diesen Winkel α&sub1; zwischen der Normalen in der
Mitte der Fläche der Faser und der Achse derselben, und man stellt fest, daß
dies etwa der maximale Neigungswinkel der Endfläche der Faser auf ihrem
gesamten Querschnitt ist, wobei dieser Winkel α&sub1; im Gegensatz zu dem in
Figur 5 illustrierten Stand der Technik größer ist als der
Gesamt-Neigungswinkel α&sub2; der Fläche der Faser.
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Das erfindungsgemäße Trennverfahren kann auf einfache Weise zum
gleichzeitigen Brechen mehrerer paralleler optischer Fasern angewandt werden,
die sehr dicht beieinander in einem einzigen Flachkabel liegen.
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Eine zu diesem Zweck geeignete Vorrichtung ist in Figuren 10 und 11
illustriert.
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In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 6 eine der vier Fasern, die in
den Haltern 1 und 2 eingespannt sind, die jeweils durch einen mit Nuten mit
beispielsweise dreieckigem Querschnitt versehenen Block 5 und einen Block
5' mit einer beispielsweise geraden Fläche gebildet werden, und 7
bezeichnet eine einzige Klinge, die vor, während oder nach der Verschiebung des
beweglichen Halters, wie zuvor beschrieben, gleichzeitig die Auslösestelle an
den vier Fasern bildet.