DE69220799T2

DE69220799T2 - Verpackung und verpacken von faseroptischen bauteilen

Info

Publication number: DE69220799T2
Application number: DE69220799T
Authority: DE
Inventors: Robert Brunswick; Martin Elias; Scott Rashleigh
Original assignee: AOFR Pty Ltd
Current assignee: AOFR Pty Ltd
Priority date: 1991-08-16
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2012-08-14
Also published as: DE69220799D1; WO1993004389A1; EP0598800A1; AU2432592A; AU650365B2; EP0598800A4; EP0598800B1; JPH07501407A; US5602952A; USRE37692E1; CA2115545C; CA2115545A1; ATE155251T1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft das Verpacken faseroptischer Komponenten. Die Erfindung wird hier unter spezieller Bezugnahme auf das Verpacken optischer Faserkoppler beschrieben, jedoch ist es leicht erkennbar, dass die Prinzipien der Erfindung leicht auf das Verpacken jeder beliebigen faseroptischen Komponente anwendbar sind.

Hintergrundbildende Technik

Optische Faserkoppler werden derzeit in einer Verpackung geliefert, die so konzipiert ist, dass sie die Komponente sowohl physisch schützt als auch das Eindringen von Feuchtigkeit und anderer Verunreinigungen in die Komponente verhindert. Bei einer bekannten Anordnung ist der Koppler in einem zylindrischen Innengehäuse angeordnet, das aus zwei Quarz- Halbröhren besteht, die auf enge Dimensionstoleranzen bearbeitet sind. Diese Halbröhren werden zusammengeführt und durch einen Kleber aneinander befestigt. Die sich ergebende Kapsel enthält jeweilige Kleberablagerungen, die dazu dienen, die optische Faserkomponente an der Innenfläche der Kapsel zu verankern und die Enden abzudichten, durch die sich die Fasern erstrecken. Zusätzlicher Kleber kann auf die Enden der Kapsel aufgetragen werden, um die Fasern über einen großen Temperaturbereich zu stabilisieren. Die Kapsel wird innerhalb eines Außengehäuses aus rostfreiem Strahl angeordnet, das seinerseits mit einer Elastomerverbindung gefüllt wird. Das Außengehäuse aus rostfreiem Stahl ist vorhanden, um der optischen Komponentenanordnung zusätzliche Festigkeit und Schutz zu verleihen. Optische Faserkoppler müssen Lebensdauern bis zu 40 Jahren aufweisen und ausgedehnten Umweltschwankungen standhalten. Obwohl die Quarzkapsel mit Kleber abgedichtet ist, hat es sich durch umfangreiche, simulierte Umwelttests ergeben, dass diese Kleber nicht konsequent über lange Zeitperioden für Feuchtigkeit undurchlässig sind. Es wurden Testproben gefunden, bei denen Feuchtigkeit in die Kapsel eingedrungen war und das Funktionsvermögen des Kopplers beeinträchtigt hatte.
Wegen einer Nichtübereinstiinmung der thermischen Expansionskoeffizienten der meisten Metalle und Quarz ist es nicht möglich, eine hermetische Glas-Metall-Abdichtung zum Metallaußengehäuse zu schaffen.

Offenbarung der Erfindung

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum Verpacken optischer Faserkomponenten zu schaffen, die für verbesserte Abdichtung gegen das Eindringen von Feuchtigkeit gegenüber derzeit bekannten Anordnungen sorgt, die jedoch die Herstellkosten nicht unannehmbar erhöht.
Gemäß einer Erscheinungsform schafft die Erfindung eine faseroptische Komponentenbauemheit mit:
- einer oder mehreren faseroptischen Komponenten;
- einem die Komponente(n) tragenden Innengehäuse, wobei sich ein oder mehrere zu der Komponente(n) gehörende optische Fasern aus dem Gehäuse erstrecken; und
- einer Umhüllung für das Innengehäuse, die
i) eine Schicht, die im wesentlichen für Feuchtigkeit einschließlich Wasserdampf undurchlässig ist und das Innengehäuse einschließt, wobei die Schicht eine Lage aus im wesentlichen feuchtigkeitsundurchlässigem flexiblem Material, das um das Gehäuse gewickelt ist, enthält; und
ii) ein feuchtigkeitsundurchlässiges abdichtendes Klebemittel, das zum Zusammenhalten der Lage aus flexiblem Material dient und wenigstens die Regionen an den Lagerrändern an den axialen Enden der Umwicklung und die Region, in der sich die longitudinalen Ränder überlappen, ausfüllt, aufweist.
Die Erfindung schafft ferner gemäß einer anderen Erscheinungsform, ein Verfahren zum Verpacken einer faseroptischen Komponente mit den folgenden Verfahrensschritten:
- Abstützen der Komponente in einem Innengehäuse, wobei sich eine oder mehrere zu der Komponente gehörende optische Fasern aus dem Gehäuse erstrecken; und
- Einschließen des Gehäuses in eine Umhüllung, die
- eine Schicht, die im wesentlicjhen für Feuchtigkeit einschließlich Wasserdampf undurchlässig ist und eine Lage aus im wesentlichen feuchtigkeitsundurchlässigem flexiblem Material, das um das Gehäuse gewickelt ist, enthält; und
- ein im wesentlichen feuchtigkeitsundurchlässiges abdichtendes Klebemittel, das zum Zusammenhalten der Lage aus flexiblem Material dient und wenigstens die Bereiche an den Lagerrändern an den axialen Enden der Umwicklung und die Region, in der sich die longitudinalen Ränder überlappen, ausfüllt, aufweist.
Die Lage ist vorzugsweise eine Metallfolie aus irgendeinem geeigneten nachgiebigen Metall, z. B. Zinn, Nickel, Gold, Aluminium, Monel oder aus einer geeigneten Legierung. Die Folie hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,01 bis 50 µm. Die Folie ist vorzugsweise so um das Innengehäuse gewickelt, dass sie in Längsrichtung des Gehäuses überlappt
Bei einem praxisgerechten Ausführungsbeispiel kann das Innengehäuse von im wesentlichen Rohrform sein, z. B. eine Kapsel, die aus zwei Halbröhren aus Quarz oder einem anderen geeigneten Material gebildet ist.
Das Klebemittel ist vorzugsweise vorhanden, um das Gehäuse und die optischen Fasern als Bauemheit zusammenzuhalten. Wenn das Innengehäuse eine Röhre ist, enthält dieses Klebemittel vorzugsweise Kleberabscheidungen zum Abdichten der Enden der Röhre.
Das Bauteil kann weiterhin ein Außengehäuse, z. B. ein rohrförmiges Gehäuse, aus einem Material wie rostfreiem Stahl, aufweisen, das so gewählt ist, dass es für körperlichen Schutz des Bauteils sorgt. Die Bauemheit aus dem Innengehäuse und der umgebenden, für Feuchtigkeit undurchlässigen Schicht kann in einer geeigneten Füllung wie einem Silikonelastomer im Gehäuse gehalten werden.
Das abdichtende Klebemittel ist vorzugsweise eine Epoxidverbindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun, nur beispielhaft, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer faseroptischen Bauemheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine sehr schematische Wiedergabe einer Anordnung, durch die die Bauemheit gemäß Fig. 1 gemäß der Erfindung ausgebildet werden kann.

Beispielhafte Ausführungsformen

Die veranschaulichte faseroptische Komponentenbauemheit 10 enthält die Komponente 11 selbst, ein Innengehäuse 12 zum Halten der Komponente, mit einer langgestreckten, rohrförmigen Kapsel aus Quarz, einer im wesentlichen feuchtigkeitsundurchlässigen Schicht 13 mit einer Metallfolien-Umwicklung 14, die eine Lage aus flexiblem Material um das Gehäuse 12 bildet, und mit einem Außengehäuse 16. Die Komponente 11 kann ein optischer Koppler mit einer geschmolzenen Faser mit doppelkonischer Verjüngung sein, und jeweilige Paare optischer Fasern 18a, 19a sowie 18b, 19b erstrecken sich dann ausgehend von den Enden der Bauemheit 10.
Das Innengehäuse oder die Kapsel 12 besteht aus zwei Halbröhren 12a, 12b aus Quarzglas, die an ihre Längskanten stumpf zusammengesetzt und entlang dieser Kanten verklebt sind, um eine rohrförmige Umhüllung 17 für den Koppler zu bilden. Die Quarzhalbröhre 12b ist geringfügig länger als die Halbröhre 12a, und jeweilige Ablagerungen eines Klebers 20 an den Enden der Halbröhre 12b positionieren die Fasern 18, 19, und damit den Koppler 11, zentrisch in der Kapsel. Die Kleberabscheidungen 20 dichten auch die Enden der Kapsel ab und sorgen für zusätzliche Haftung zwischen den zwei Hälften. Die Kapsel 12 wird typischerweise in einem abschließenden Schritt auf der Koppler-Herstellmaschine erzeugt: die zwei Halbröhren werden, mit Kleber entlang ihren Kanten, um einen neuen Koppler herum zusammengebracht, und die Kleberabscheidungen 20 werden aufgetragen, während die Fasern 18, 19 unter Zug durch einstellbare Klemmvorrichtungen positioniert werden. Der Kleber ausgehärter, bevor der Koppler für weitere Verarbeitung entnommen wird.
Die Folienumwicklung 14 ist im wesentlichen feuchtigkeitsundurchlassig, und sie hat typischerweise eine Dicke von ungefähr 10 bis 30 µm, z. B. 25 µm, vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 50 µm. Die Folie kann aus jedem geeignet nachgiebigen Metall, z. B. Zinn, Nickel, Gold, Aluminium, Monel oder einer geeigneten Legierung bestehen. Die Folie bei 15 in Umfangsrichtung (Fig. 2). Der Überlappungsabschnitt ist durch ein geeignetes Dichtungsmittel wie Epoxid abgedichtet, das auch dazu dienen kann, die Folie an das Innengehäuse 12 zu kleben. Dem Eindringen von Feuchtigkeit an den Enden der rohrförmigen Umwicklung, wie durch eine Kante 25 gebildet, wird durch das Anbringen abdichtenden Epoxids im Bereich 26 entgegengewirkt. Die Epoxidverbindung stellt vorzugsweise eine Verbindung zur Folie 14, zum Gehäuse 12 und zu den Kleberabscheidungen 20 her.
Die Baueinheit 10 wird durch eine Füllung 28 aus einem Silikonelastomer mit niedriger Scherfestigkeit innerhalb einer Hülse 16 gemäß bekannter Vorgehensweise sowie durch geeignete Endkappen 20, die öffnungen 32 für die Fasern bilden, fertiggestellt.
Es ist zu beachten, dass das für die Folie 14 ausgewählte Metall keine galvanische Wirkung zum Material der Hülse 16 haben sollte, da dann Wasser, über lange Zeitspannen hinweg, in die Hülse eindringen könnte. Die Hülse 16 kann aus rostfreiem Stahl oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Wenn die Hülse 16 aus rostfreiem Stahl besteht, ist Zinn ein geeignetes Material für die Folie 14.
Die Art, auf die die Innenkapsel 12 hergestellt wird, wurde bereits beschrieben. Gemäß einem Verfahren zum Fertigstellen der veranschaulichten Bauemheit kann die Kapsel 12 von der Koppler-Herstellmaschine wegtransportiert werden und zunächst entlang ihrer zylindrischen Außenflächen mit der ausgewählten Epoxidverbindung bestrichen werden. Gemäß dem Diagramm von Fig. 3 kann dann die bestrichene Kapsel in eine Folie 14' eingelegt werden, die mit einer Falte in einen U- Querschnitt eines Grabens 42 eines Umwicklungs-Formwerkzeugs 40 eingeführt wurde, wobei eine Seite der Folie etwas höher als die andere hochsteht. Zwei sich bewegende keile (nicht dargestellt) legen dann zunächst die kurze Seite und dann die lange Seite der Folie auf die bestrichene Kapsel um, um die Umwicklung 14 fertigzustellen. Überschüssige Epoxidverbindung wird beim Fertigstellung der Umwicklung in den Überlappungsbereich gedrückt. Überschüssige Epoxidverbindung wird auch von den Enden der Umwicklung während dieser zweistufigen Bewegung durch Herunterdrücken der Enden 34 der Umwicklung aus diesen Enden herausgedrückt, wodurch Entfüllungen 26 gebildet und beibehalten werden. Alternativ können die Endfüllungen 26 dadurch geschaffen werden, dass zusätzliche Epoxidverbindung auf jedes Ende der Umwicklung entweder vor oder nach dem Fertigstellen des Umlegens aufgetragen wird.
Bei einer alternativen Anordnung kann die ausgewählte Epoxidverbindung vor dem Umwickeln auf die Innenfläche der Folie aufgetragen werden.
Die bevorzugte Anordnung ist die, dass mindestens ein Teil des dichtenden Klebers durch die Folie aufgewickelt wird und dass der abdichtende Kleber dazu dient, die Folie 14 festzukleben, und er eine Sperre gegen das Eindringen von Feuchtigkeit in die faseroptische Komponente 11 bildet. Die Epoxidverbindung füllt mindestens diejenigen Bereiche an den Kanten der Folie, z. B. an den jeweiligen axialen Enden der Umwicklung und im Bereich 15 (Fig. 2), wo die Längsenden überlappen. Vorzugsweise füllt die Epoxidverbindung im wesentlichen das umschlossene Volumen zwischen der Folienumwicklung und dem Gehäuse 12 aus, d.h., sie bildet eine dünne Schicht zwischen der Folienumwicklung und dem Gehäuse 12.
Bei Fertistellung der Umwicklung wird die Bauemheit dem Formwerkzeug entnommen und in einem Ofen angeordnet, um die Epoxidverbindung thermisch zu härten.
Nach dem Härten wird die umwickelte Kapsel in der Hülse 16 aus rostfreiem Stahl angeordnet, die dann auf bekannte Weise mit einem Silikonelastomer gefüllt wird und mit Endkappen 30 versehen wird.
Es wird davon ausgegangen, dass die veranschaulichte Anordnung einer Bauemheit eine deutliche Verbesserung hinsichtlich der Abdichtung der inneren Quarzkapsel 12 schafft, ohne dass in nicht hinnehmbarer Weise die Herstellkosten der Baueinheit erhöht sind, und ohne dass ihr Gewicht wesentlich erhöht ist. Dies wird erreicht, ohne dass Problem mit Nichtübereinstimmungen von Wärmekoeffizienten riskiert werden: die Wärmeexpansion ist kein Problem, da die Metallfolie eine sehr dünne Metallschicht ist und sie durch die viel größere Masse der Quarzkapsel eingeschlossen wird. Die Anordnung schafft vollständigen Epoxid/Metall-Schutz um die abgedichtete Kapsel herum, und sie ermöglicht es, dass die Metallfohe bei einem Umwicklungsvorgang zur Quarzkapsel hinzuzufügen, der das Zurückhalten von Luftblasen vermeidet, was andernfalls nicht der Fall wäre, wenn eine Metallröhre um die Kapsel herum angeordnet würde. Ferner muss Wasserdampf, im Gebauch des Kopplers, beachtliche Längen an Epoxidmaterial 26 durchdringen, bevor er nur das innerste Gehäuse 12 erreicht, das selbst abgedichtet ist. Die Metallfolienumwicklung 14 und die Art ihrer Anbringung ist dergestalt, dass jegliche kleine Löcher im Kleber an den stumpfen Längsverbindungen zwischen den Halbröhren 12a, 12b durch die Folie und durch die hinzugefügte Epoxidverbindung abgedichtet werden. Die Anmelderin hat herausgefunden, dass derartige kleine Löcher über lange Zeit die Quelle von Feuchtigkeitseinbrüchen sein können.
Es ist zu beachten, dass das Innengehäuse 12 bei alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung die faseroptische Komponente(n) nicht ganz umschließen muss. Zum Beispiel ist es bekannt, ein Innengehäuse zum Halten der Komponente in Form einer Halbröhre zu schaffen.

Claims

1. Faseroptische Baueinheit (10) mit

einem oder mehreren faseroptischen Komponenten (11);

einem die Komponente(n) tragenden Innengehäuse (12), wobei sich ein oder mehrere zu der Komponente(n) gehörende optische Fasern (18, 19) aus dem Gehäuse erstrecken; und

einer Umhüllung für das Innengehäuse, die

i) eine Schicht (13), die im wesentlichen für Feuchtigkeit einschließlich Wasserdampf undurchlässig ist und das Innengehäuse einschließt, wobei die Schicht eine Lage (14) aus im wesentlichen feuchtigkeitsundurchlässigem flexiblem Material, das um das Gehäuse gewickelt ist, enthält; und

ii) ein feuchtigkeitsundurchlässiges abdichtendes Klebemittel, das zum Zusammenhalten der Lage aus flexiblem Material dient und wenigstens die Regionen an den Lagenrändern an den axialen Enden der Umwicklung und die Region (15), in der sich die longitudinalen Ränder überlappen, ausfüllt, aufweist.

2. Faseroptisches Bauteil gemäß Anspruch 1, wobei die Lage aus flexiblem Material eine Metallfolie (14) aus irgendeinem geeigneten, nachgiebigen Material ist.

3. Faseroptisches Bauteil gemäß Anspruch 2, wobei die Folie eine Dicke von 0,01 bis 50 µm aufweist.

4. Faseroptisches Bauteil, wobei das Innengehäuse (14) im wesentlichen längsgestreckt ist und die Lage um das Innengehäuse so gewickelt ist, daß sie sich längs des Gehäuses überlappt.

5. Faseroptisches Bauteil gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lage (14) aus flexiblem Material ein Volumen um das Innengehäuse herum einschließt und das abdichtende Klebemittel im wesentlichen dieses eingeschlossene Volumen ausfüllt.

6. Faseroptisches Bauteil gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das abdichtende Klebemittel (20) eine Epoxyverbindung ist.

7. Faseroptisches Bauteil gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Innengehäuse (12) im wesentlichen röhrenförmig ist.

8. Faseroptisches Bauteil gemäß Anspruch 7, wobei das Innengehäuse (20) eine aus zwei Halbröhren geformte Kapsel aufweist.

9. Faseroptisches Bauteil gemäß einen der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend klebende Mittel (20), die das Gehäuse und die optischen Fasern als Einheit zusammenhalten, wobei die Schicht sich gleichfalls um ein solches klebendes Mittel streckt.

10. Faseroptisches Bauteil gemäß Anspruch 9, wobei das klebende Mittel klebende Ablagerungen, die die Enden der Röhren abdichten, aufweist.

11. Faseroptisches Bauteil gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend ein Außengehäuse, um für einen physischen Schutz des Bauteils zu sorgen.

12. Faseroptisches Bauteil gemäß Anspruch 9, wobei die Einheit aus Innengehäuse und Umhüllung in dem Gehäuse in einer geeigneten Füllung gehalten wird.

13. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils für eine faseroptische Komponente (11) mit den Verfahrensschritten:

Abstützen der Komponente in einem Innengehäuse (12), wobei sich ein oder mehrere zu der Komponente gehörende optische Fasern (18, 19) aus dem Gehäuse erstrecken; und

Einschließen des Gehäuses in eine Umhüllung, die

eine Schicht (13), die im wesentlichen für Feuchtigkeit einschließlich Wasserdampf undurchlässig ist und eine Lage (14) aus im wesentlichen feuchtigkeitsundurchlässigem flexiblem Material, das um das Gehäuse gewickelt ist, enthält; und

ein im wesentlichen feuchtigkeitsundurchlässiges abdichtendes Klebemittel, das zum Zusammenhalten der Lage aus flexiblem Material dient und wenigstens die Bereiche (26) an den Lagerrändern an den axialen Enden der Umwicklung und die Region (15), in der sich die longitudinalen Ränder überlappen, ausfüllt, aufweist.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Anwendeschritt (1) enthält: Anwenden des abdichtenden Klebemittels auf das Äußere des Innengehäuses (12) oder auf die Lage (14) aus im wesentlichen feuchtigkeitsundurchlässigem flexiblem Material und Umwickeln des Innengehäuses, das wenigstens einen Abschnitt des angewandten abdichtenden Klebemitteis in der Lage aus flexiblem Materials aufweist.

15. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei die Lage (14) aus flexiblem Material eine Metallfolie aus irgendeinen geeigneten nachgiebigen Metall ist.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die Folie eine Dicke von 0,01 bis 50 µm aufweist.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Lage aus flexiblem Material so um das Innengehäuse gewickelt ist, daß sie sich längs des Gehäuses überlappt.

18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das Klebemittel zum Zusammenhalten des Gehäuses und der optischen Fasern als eine Einheit eingesetzt wird.

19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, weiter aufweisend den Verfährensschritt Umhüllen des umwickelten Innengehäuses mit einem Außengehäuse, um für einen physischen Schutz des Bauteils zu sorgen.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, weiter aufweisend den Verfahrensschritt Halten der Einheit aus Innengehäuse und Umhüllung in dem Gehäuse in einer geeigneten Füllung.