DE69306699T2

DE69306699T2 - Faseroptischer Koppler und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69306699T2
Application number: DE69306699T
Authority: DE
Inventors: Christopher David Robson
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: SG47525A1; DE69306699D1; EP0586878A2; EP0586878A3; US5240489A; AU657433B2; HK56097A; EP0586878B1; JPH06214135A; CA2084098A1; AU4602993A; US5305404A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von übermantelten Faseroptokopplern, die einen geringen Überschußverlust (excess loss) aufweisen.
Faseroptokoppler, die als "verschmolzene Faserkoppler" bezeichnet werden, sind durch Positionieren einer Mehrzahl von Fasern in nebeneinanderliegender Beziehung entlang einer geeigneten Länge derselben und Verschmelzen der Mäntel miteinander gebildet worden, um die Fasern festzusetzen und die Abstände zwischen den Kernen zu reduzieren. Verschiedene Kopplereigenschaften können durch Verkapseln des Kopplungsbereichs der Faser in einem Matrixglas verbessert werden, um einen "Übermantelungskoppler" zu bilden. Zu verschmelzende Abschnitte der Fasern werden in ein Glasrohr eingeführt, das einen Brechungsindex aufweist, der niedriger ist als derjenige der Fasermäntel. Das Rohr hat eine Längsbohrung, von der jedes Ende bevorzugt mit einer jeweiligen Rohrendfläche durch einen Trichter verbunden ist, der das Einführen der Fasern erleichtert. Da optische Fasern eine Schutzbeschichtung aufweisen, muß von demjenigen Abschnitt der Fasern, der im Rohrmittenbereich angeordnet werden soll, die Beschichtung abgezogen werden. Nachdem die Beschichtung von den Fasern abgezogen ist und die unbeschichteten Abschnitte in der Rohrbohrung angeordnet sind, wird der Rohrmittenbereich auf die Fasern geschrumpft; der zentrale Abschnitt des Mittenbereichs wird daraufhin abwärts gezogen oder gestreckt, um die gewünschte Kopplung zu erzielen (siehe z.B. EP-h-4070).
In bestimmten Typen von Kopplern wird die Kopplung durch Verdrehen der Fasern entlang der verschmolzenen Länge der Fasern vergrößert (US-Patent 4 426 215). Das Verdrehen der Fasern ist jedoch für bestimmte Zwecke nachteilig. Tatsächlich können Mikrobiegungen in der Faser den Kopplerüberschußverlust erhöhen. Deshalb sind verschiedene Techniken entwickelt worden, um das Faserverdrehen oder -biegen in Übermantelungsfaseroptokopplern zu verhindern oder zu reduzieren.
Das US-Patent 4 931 076 lehrt, daß die Länge jeder Faser, von welcher die Beschichtung abgezogen wurde, kürzer sein sollte, als die Länge der Rohrbohrung, damit sich die Beschichtung in beide Enden der Bohrung hineinerstrecken kann, wodurch jede Faser innerhalb des Bohrungsquerschnitts angeordnet wird. Dieses Patent lehrt ferner, daß die Längen der unbeschichteten Abschnitte etwa gleich sein sollten, und daß diese unbeschichteten Abschnitte benachbart zueinander liegen sollten.
Das US-Patent 5 009 692 lehrt außerdem die Anordnung der Faserbeschichtungen in der Rohrbohrung und schlägt ferner vor, daß Löcher, die diamantenförmig oder dergleichen sind, die Drehung der Fasern während des Rohrschrumpfschritts verhindem. Dieses Patent führt ferner aus, daß ungeachtet der Geometrie der Bohrung es bevorzugt ist, daß die Bohrungsgröße nicht größer als die Größe ist, die ausreicht, die beschichteten Fasern aufzunehmen, ohne daß das Beschichtungsmaterial veranlaßt wird, auf der Wand der Bohrung zu schmieren, wobei eine übermäßige Bohrungsgröße einen Makrobiegeverlust und/oder ein Verdrehen der Fasern verursacht. Es wird bemerkt, daß dann, wenn die Beschichtungen beider Fasern eines 2x2-Kopplers in der Rohrbohrung angeordnet sind, der Bohrungsdurchmesser wenigstens doppelt so groß wie der Durchmesser der Faserbeschichtungen sein muß.
Koppler sind außerdem durch Abziehen der Beschichtung vom zentralen Abschnitt einer jeden der Fasern hergestellt worden, wobei sämtliche unbeschichteten Abschnitte länger als die Rohrbohrung sind. Wenn die unbeschichteten Abschnitte der Fasern in der Rohrbohrung zentriert werden, enden deshalb die beschichteten Abschnitte der Fasern in der Mitte des Trichters. Diese Technik kann einen kleineren Bohrungsdurchmesser verwenden als die Verfahren gemäß den vorstehend genannten US-Patenten 4 931 076 und 5 009 692; die Fasern werden jedoch während des Rohrschrumpfschritts fest bzw. straff in paralleler Ausrichtung gehalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zum Positionieren der Fasern in einem Übermantelungsrohr während der Herstellung von Übermantelungsfaseroptokopplern zu schaffen, um Koppler mit einem sehr geringen Überschußverlust zu erzeugen.
Kurz gesagt, betrifft die Erfindung einen Übermantelungsfaseroptokoppler und ein Verfahren zum Herstellen dieses Kopplers. Verwendet wird in dem Verfahren ein Glasrohr mit ersten und zweiten Endflächen, einem Mittenbereich sowie ersten und zweiten gegenüberliegenden Endbereichen, die sich von dem Mittenbereich zu den Endflächen erstrecken. Eine Längsbohrung erstreckt sich innerhalb des Rohrs. Die Schutzbeschichtung wird von zwei beschichteten optischen Fasern derart abgezogen, daß jede Faser aus einem unbeschichteten Abschnitt zusammengesetzt ist, der die ersten und zweiten beschichteten Abschnitte verbindet. Die Fasern werden in die Bohrung eingeschraubt, bis ihre unbeschichteten Abschnitte innerhalb der Bohrung angeordnet sind. Die Schutzbeschichtung von lediglich einer der Fasern erstreckt sich in das erste Ende der Bohrung hinein, und die Schutzbeschichtung von lediglich einer der Fasern erstreckt sich in das zweite Ende der Bohrung hinein. Das Rohr wird erhitzt, um seinen Mittenbereich auf die Fasern zu schrumpfen, und wenigstens ein Abschnitt des Mittenbereichs wird gezogen.
Das Glasrohr kann ferner erste und zweite Trichter umfassen, die sich von der Bohrung zu den ersten und zweiten Endflächen erstrecken. Der beschichtete Abschnitt von einer der Fasern wird innerhalb des ersten Trichters angeordnet, und der beschichtete Abschnitt von einer der Fasern wird innerhalb des zweiten Trichters angeordnet.
Der resultierende Faseroptokoppler enthält einen länglichen Körper aus Matrixglas mit einem Mittenbereich und ersten und zweiten Endflächen Erste und zweite optische Fasern erstrekken sich durch den Mittenbereich, wobei die Fasern miteinander und mit dem Mittenbereich verschmolzen sind. Der Durchmesser des zentralen Abschnitts des Mittenbereichs ist kleiner als die Durchmesser des Körpers an den Endflächen. Erste und zweite Längsbohrungsabschnitte erstrecken sich von dem Mittenbereich zu den ersten und zweiten Endflächen, wobei die Fasern sich durch die ersten und zweiten Bohrungsabschnitte erstrecken. Jede der Fasern hat eine Schutzbeschichtung mit Ausnahme eines unbeschichteten Abschnitts innerhalb eines Abschnitts des länglichen Körpers. Die Schutzbeschichtung von lediglich einer der Fasern erstreckt sich in die erste Bohrung hinein, und die Schutzbeschichtung von lediglich einer der Fasern erstreckt sich in den zweiten Bohrungsabschnitt hinein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Schrauben von Fasern in das Rohr.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Glaskapillarrohrs unter Darstellung der Lage der Faserbeschichtungen in der Bohrung.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kopplervorform, die mit der Vorrichtung zum Evakuieren des Rohrs verbunden ist.
Fig. 4 zeigt eine Endansicht der Vorform von Fig. 3.
Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht der Kopplerbildungsvorrichtung.
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht eines Glaskapillarrohrs unter Darstellung einer alternativen Stellung der Faserbeschichtungen in der Bohrung.
Fig. 7 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines gezogenen Kopplers, der an seinen Enden abgedichtet worden ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Zeichnungen sind nicht dazu bestimmt, den Maßstab oder relative Proportionen der darin gezeigten Elemente wiederzugeben.
Bei dem Vorgang zur Herstellung bestimmter Übermantelungsfaseroptokoppler wird ein Abschnitt des Schutzüberzugs jeder Faser zwischen den Faserenden entfernt, und die unbeschichteten Abschnitte der Fasern werden innerhalb der Bohrung eines Glasrohrs angeordnet. Der Mittenbereich der derart gebildeten Anordnung wird erwärmt und um die Fasern herum geschrumpft, wobei das Schrumpfen des Mittenbereichs durch Evakuieren der Rohrbohrung erleichtert wird. Der zentrale Abschnitt des Mittenbereichs wird daraufhin auf denjenigen Durchmesser und die Kopplungslänge gestreckt, die notwendig ist, um die erwünschte Kopplung zu erzielen.
Um die Streckstrecke sicherzustellen, kann an eine optische Eingangsfaser optische Leistung gekoppelt werden, und die Ausgangssignale können überwacht werden, um Prozeßschritte beim Kopplerherstellungsprozeß zu steuern. Siehe beispielsweise das US-Patent 5 011 251. In den nachfolgend erläuterten speziellen Beispielen wurde die Ausgangsleistung während des Streckens nicht überwacht. Bei vorausgehend gesammelter Erfahrung mit 2x2-Übermantelungsfaseroptokopplern ergab sich, daß die Gesamtstreckstrecke für beide Stufen bzw. Tische (siehe Fig. 5) üblicherweise etwa 11 mm betrug. Die in den Beispielen erläuterten Koppler wurden deshalb anfänglich mit einer bestimmten Strecke innerhalb dieses Bereichs gelängt. Die optischen Eigenschaften des resultierenden Elements wurden gemessen und die Streck- oder Längungsstrecke des nachfolgend hergestellten Kopplers wurde derart eingestellt, daß die gewünschten Eigenschaften besser erzielt wurden. Durch diesen Prozeß wurde eine optimale Streckstrecke erzielt. Daraufhin wurden sämtliche Koppler dieses Typs um die optimale Strecke gestreckt, um die gewünschten optischen Eigenschaften zu erzielen. Prozeßparameter, wie beispielsweise die Längungsstrecke, können als Ergebnis der optischen Charakterisierung der erzeugten Koppler fein abgestimmt werden.
Nachdem die Fasern durch die Rohrbohrung geschraubt sind, sowie vor dem Ziehen des Kopplers, können die Fasern vor dem Rohrschrumpfschritt dadurch geeignet positioniert werden, daß sie an ein erstes Ende des Rohrs geklebt werden, durch Ziehen der Faserabschnitte, die sich aus der Bohrung am zweiten Ende des Rohrs erstrecken, und durch Kleben der Fasern an das zweite Ende des Rohrs. Der Klebstoff kann auf weniger als den gesamten Umfangsbereich um die Faser aufgetragen werden, wodurch eine Öffnung zwischen der Bohrung und dem Klebstoff verbleibt, wobei zu der Bohrung zum Zwecke des Reinigens, der Vakuumanlegung und des endgültigen Klebens Zugang verbleibt. Weitere Techniken zum Kleben der Fasern an das Rohrende sind im US-Patent 4 931 076 gelehrt.
Der Fasereinschraubschritt kann entweder "off-line" (vor dem Anbringen des Rohrs in der Streckvorrichtung) oder "on-line" (nachdem das Rohr in der Streckvorrichtung angebracht ist) durchgeführt werden. In Übereinstimmung mit jeder Technik kann die Bedienperson die Position der unbeschichteten Fasern und der benachbarten Beschichtungen durch das Glasrohr beobachten, um die Fasern richtig zu positionieren. Das On-line- Einschrauben kann aufgrund der Anlage schwieriger sein, welche das Rohr umgibt, und dadurch die Sicht der Bedienperson auf das Rohr stört. Ein Mikroskop, das wahlweise verwendet wird, um das Rohr während des Schraubvorgangs zu beobachten, läßt sich benachbart zum Rohr im Off-line-Einschraubvorgang leichter positionieren.
Eine geeignete Fasereinführstation, die in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt eine ausgerichtete Anordnung von Klemmblöcken 27 und 43, Faserpositioniervorrichtungen 34 und 42 und Faserpositionierständern 36 und 39. Mit Gummioberflächen versehene Klemmen 30 und 31 sind in der Lage, optische Fasern gegen den Block 27 zu halten. Annliche Klemmen 44 und 45 sind jedem Block 43 zugeordnet. Die Positioniervorrichtung 34 enthält beabstandete Nuten 32 und 33, und die Vorrichtung 42 enthält Nuten 40 und 41.
Die Arbeitsweise der Fasereinführstation von Fig. 1 ist wie folgt, wobei auf das in den Fig. 2 bis 4 gezeigte Kapillarrohr 10 Bezug genommen wird. Das Rohr 10 ist bevorzugt aus Silika zusammengesetzt, das mit B&sub2;O&sub3; und wahlfrei mit Fluor dotiert ist. Trichter 14 und 15 verbinden eine Längsbohrung 11 mit Endflächen 12 bzw. 13. Während die Bohrung 11 in Kreisform gezeigt ist, kann sie nicht kreisförmig sein, wie im US-Patent 5 009 692 beschrieben. Das Rohr 10 wird zwischen zwei Krallen am Ende der Klemme 28 gedrückt, die durch einen Tragarm 29 derart im Reibungseingriff gehalten ist, das sie in der Richtung von Pfeilen A und B bewegt werden kann.
Beschichtete optische Fasern 16 und 17 sind ausreichend lang, damit eine Verbindung mit den Faser-"Anschlußenden" leicht hergestellt werden kann, die sich von dem Koppler erstrecken. Die beschichteten Fasern 16 und 17 sind aus den optischen Fasern 20 und 21 (von denen jede Kern- und Mantelbereiche aufweist) bzw. ihren Schutzbeschichtungen 18 und 19 zusammengesetzt. Ein Abschnitt der Beschichtung 18 ist geringfügig länger als die Bohrung 11 von der beschichteten Faser 16, die von der beschichteten Faser abgezogen ist. Ein erstes Ende der Faser 16 ist durch die Bohrung 11 geschraubt. Das erste Ende ist in einer Nut 32 angeordnet und durch eine Klemme 30 festgesetzt. Das zweite Ende der Faser 16 ist in einer Nut 40 angeordnet, wird geringfügig gezogen, und ist durch eine Klemme 44 festgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt erstreckt sich die Faser 16 direkt entlang strichlierter Linien 16' von dem Rohr 10 zu den Nuten 32 und 40. Ein kleines Gewicht 23 wird daraufhin an das Ende der Faser 16 geklemmt, das sich aus einer Riemenscheibe 24 erstreckt. Ein Abschnitt der Beschichtung 19, der geringfügig kürzer als die Bohrung 11 ist, wird von der beschichteten Faser 17 abgezogen. Ein erstes Ende der Faser 17 wird durch die Bohrung 11 geschraubt, bis ihr unbeschichteter Abschnitt im Rohr 10 zentriert ist. Das erste Ende der Faser 17 wird in der Nut 33 angeordnet und durch die Klemme 31 festgesetzt. Das zweite Ende der Faser 17, das in der Nut 41 angeordnet ist, wird geringfügig gezogen und ist durch die Klemme 45 festgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt erstreckt sich die Faser 17 direkt entlang den strichlierten Linien 17' vom Rohr 10 zu den Nuten 33 und 41. Ein kleines Gewicht 26 wird daraufhin an das Ende der Faser 17 geklemmt, das sich von der Riemenscheibe 25 erstreckt. Die Klemmen 44 und 45 werden freigegeben, wobei die Gewichte 23 und 26 Spannung bereitstellen, um die Fasern im Rohr 10 gerade zu halten, während die Fasern an die Trichter geklebt werden. Das Rohr 10 wird daraufhin von der Klemme 28 freigegeben, wodurch es durch die Fasern aufgehängt wird. Falls die Gewichte 23 und 26 die Fasern nicht spannend würden, würde das Gewicht des Rohrs 10 die Fasern dazu veranlassen, zwischen den Ständem 36 und 39 durchzuhängen, und die Fasern könnten sich innerhalb der Rohrbohrung 11 biegen. Nachdem es von der Klemme 28 freigekommen ist, sucht das Rohr 10 eine Position entlang den Pfeilen A und B, die im wesentlichen mittig zwischen der die Nuten 32 und 40 verbindenden Linie und der die Nuten 33 und 41 verbindenden Linie liegt. Ein Mikroskop kann auf diese Stelle fokussiert werden, um die Bedienperson in die Lage zu versetzen, die optischen Fasern 20 und 21 sowie die Beschichtungen 18 und 19 innerhalb des Rohrs 10 deutlich zu sehen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Bedienperson sicherstellen, daß die Fasern verdrehungsfrei sind, und daß der kurze abgezogene Abschnitt der Faser in der Bohrung zentriert ist. Die Bedienperson ergreift daraufhin die Fasern dort, wo sie sich zwischen der Vorrichtung 42 und dem Ständer 39 erstrecken und bringt die Fasern am Ständer 36 zusammen, wie durch durchgezogene Linien 16 und 17 gezeigt. Die Fasern sind in ähnlicher Weise zwischen der Vorrichtung 34 und dem Ständer 36 angeordnet.
Die Beschichtung 19 steht über die Böden (enge Enden) der Trichter 14 und 15 in die Bohrung 11, um eine ausreichende Strecke d vor, um die Position der beiden Fasern zu stabilisieren. Die Strecke d muß ausreichend kurz sein, damit die Beschichtungen während der Erhitzung des Rohrs für die Rohr- Schrumpf- und Streckschritte nicht verbrennen. Eine Länge d von wenigen Millimetern ist für ein 32 mm langes Rohr als ausreichend ermittelt worden. Wenn das Rohr 10 länger gemacht wird, kann auch die Strecke d länger gemacht werden.
Die Bohrung des Kapillarrohrs 10 ist bevorzugt gerade eben groß genug, um die Beschichtungen 19 der beschichteten Faser 17 entlang dem unbeschichteten Abschnitt der optischen Faser 20 aufzunehmen, ohne die Beschichtung dazu zu veranlassen, auf der Wand der Bohrung während des Einschraubschritts zu schmieren. Der resultierende enge bzw. feste Sitz der Fasern in dem Rohr fördert die Beibehaltung der Fasern in paralleler Ausrichtung während des darauffolgenden Rohrschrumpfschritts.
Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, wird auf eine Seite der Fasern 16 und 17 eine kleine Klebstoffmenge 47 aufgetragen, um sie an einer Seite des Trichters 15 unter Belassung einer Öffnung 48 zu befestigen, die einen Zugang zur Bohrung 11 zwischen dem Klebstoff 47 und dem Rest des Trichters 15 erlaubt. Ein Klebstofftropfen 49 wird in ähnlicher Weise zwischen den Fasern 16 und 17 und dem Trichter 14 unter Belassung einer Bohrungszugangsöffnung 50 zwischen dem Klebstoff 49 und dem Trichter 14 aufgetragen. Wenn der Klebstoff ein unter UV-Licht-aushärtbares Epoxidharz ist, kann UV-Licht auf den Tropfen 47 gerichtet werden, unmittelbar nachdem jeder Tropfen aufgetragen ist, oder der Klebstoff kann ausgehärtet werden, nachdem beide Tropfen 47 und 49 aufgetragen sind.
Die Kopplervorform 51 von Fig. 3 kann daraufhin in die Ziehvorrichtung von Fig. 5 eingeführt werden, wo der Rohrmittenbereich 22 auf die optischen Fasern 21 und 22 aufgeschrumpft und gestreckt bzw. gespannt ist, um den Kopplungsbereich zu bilden. Der offene Raum in jedem Trichter wird daraufhin mit Klebstoff gefüllt, um die Zugfestigkeit der Anschlußenden der optischen Faser zu erhöhen, die sich von den Enden des Kopplers erstrecken. Wenn das Rohr keine Trichter aufweisen würde, würde der Klebstofftropfen am Ende der Bohrung angeordnet werden.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 6 gezeigt, in welcher Elemente ähnlich zu denjenigen von Fig. 2 durch Bezugsziffern mit ' dargestellt sind. Die Abschnitte der Beschichtungen 18' und 19', die von den Fasern 16' bzw. 17' abgezogen sind, haben dieselbe Länge oder nahezu dieselbe Länge. Die Länge des unbeschichteten Abschnitts der ersten eingeführten Faser, beispielsweise der Faser 16', muß lang genug sein, damit sie sich durch die Bohrung 11' erstrecken kann, und damit die Faserbeschichtungen 18' zu einer Seite in den Trichter 14' und 15' bewegt werden können, damit eines der beschichteten Enden der beschichteten Faser 17' in die Bohrung 11' durch den verbleibenden Raum eingeführt werden kann. Die Faser 17' ist derart positioniert, daß sich die Beschichtung 19' um eine Strecke d über den Boden des Trichters 15' in die Bohrung 11' hineinerstreckt. Die Faser 16' wird daraufhin derart wieder positioniert, daß die Beschichtung 18' sich um eine Strecke d über den Boden des Trichters 14' hinaus in die Bohrung 11' hinein erstreckt. Die beschichteten Abschnitte der Fasern sind dadurch in der Bohrung 11' versetzt angeordnet, wie in Fig. 6 gezeigt.

Beispiel 1

Das folgende spezielle Beispiel betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optischen 2x2-3 dB-Faseroptokopplers. Ein Glaskapillarrohr 10 wurde durch einen Flammenhydrolyseprozeß in ähnlicher Weise gebildet, wie im US-Patent Nr. 4 165 223 und in der US-Patentanmeldung S.N. 07/809 697, eingereicht am 16. Dezember 1991, offenbart. Die Reaktionspartner SiCl&sub4; und BCl&sub3; wurden einem Flammenhydrolysebrenner zugeführt, der einen Strom aus B&sub2;O&sub3;-dotierten SiO&sub2;-Partikeln gegen einen Dorn richtete. Der innere Bereich wurde durch Verwenden eines ausreichenden Stroms von BCl&sub3; gebildet, während eine erste Beschichtung durch Hin- und Herbewegen des Brenners in Bezug auf den Dorn mit einer vorbestimmten Anzahl von Malen gebildet wurde. Bei weiterhin in Bezug auf den Dorn hin- und herbewegtem Brenner wurde die Strömungsrate von BCl&sub3; mit einer Rate erhöht, die ausreicht, um einen Übergangsbereich der gewünschten Breite zu erzeugen. Nach der Bildung des Übergangsbereichs strömte das BCl&sub3; mit einer Rate, die ausreicht, um den Außenbereich zu erzeugen, und der Brenner querte den Dorn eine ausreichende Anzahl von Malen, um die Außenbeschichtung zu bilden. Der Dorn wurde von der porösen Vorform entfernt, die daraufhin getrocknet und verfestigen gelassen wurde, um einen dichten Glasrohling zu bilden. Der Rohling wurde daraufhin gezogen, um ein längliches Rohr zu bilden, dessen Außendurchmesser 2,65 mm, und dessen Bohrungsdurchmeser 380 µm betrugen. Das längliche Rohr wurde in Kopplerrohre geschnitten, von denen jedes eine Länge von 3,2 cm hat.
Die Länge der Bohrung 11 betrug ungefähr 27 mm. Der Innenbereich des Rohrs 10 war aus SiO&sub2; zusammengesetzt, das mit etwa 3,0 Gew.-% B&sub2;O&sub3; dotiert war. Der Außenbereich war aus SiO&sub2; zusammengesetzt, das mit etwa 10 Gew.-% B&sub2;O&sub3; dotiert war. Der Übergangsbereich trat bei 35% des Abstands zwischen der Innenfläche des Rohrs und seiner Außenfläche auf. Die Breite des Übergangsbereichs betrug etwa 2,6% der Dicke des Rohrs. Jeder der Trichter 14 und 15 wurde in Übereinstimmung mit den Lehren der US-Patentanmeldung S.N. 07/422 236 gebildet, die hiermit zum Gegenstand dieser Anmeldung erklärt wird. Ein Ende des Rohrs 10 wurde erhitzt, während NF&sub3; in das andere Rohrende strömengelassen wurde; das Gas fraktionierte und ätzte das erhitzte Ende des Rohrs 10, wenn es austrat. Die Bohrung 11 wurde mit Ethylalkohol gespült; das Rohr 10 wurde daraufhin in die Klemme 28 gedrückt.
Zwei 3 m lange Teile 16 und 17 der beschichteten optischen Faser wurden von einem Faserwickel abgetrennt; sie umfaßten optische Einzelmodenfasern 20 und 21 mit einem Durchmesser von 125 µm und mit Urethanacrylatbeschichtungen 18 bzw. 19 mit einem Durchmesser von 250 µm. Jede dieser Fasern war eine dispersionsverschobene Faser des im US-Patent 4 715 679 gelehrten Typs. Ein 29 mm langer Abschnitt der Beschichtung 18 wurde von der beschichteten Faser 16 abgezogen, die daraufhin mit einem flusenfreien Tuch abgewischt wurde, das mit Ethylalkohol getränkt war, um loses Material zu entfernen, das durch den Beschichtungsabziehschritt erzeugt wurde. Ein erstes Ende der Faser 16 wurde durch die Bohrung 11 geschraubt, wobei die Bohrung, falls erforderlich, durch Spritzen von Ethylalkohol in sie hinein geschmiert wurde. Nachdem die Enden der Beschichtung 18 in den Trichtern 14 und 15 zentriert waren, wurde das erste Ende in der Nut 32 angeordnet und durch die Klemme 30 festgesetzt. Das zweite Ende der Faser 16 wurde in der Nut 40 angeordnet, geringfügig gezogen, durch die Klemme 44 festgesetzt und in der Riemenscheibe 24 angeordnet. Ein 7 g-Gewicht 23 wurde daraufhin am zweiten Ende der Faser 16 angeklemmt. Das Rohr 10 wurde in der Richtung des Pfeils A bewegt, um den unbeschichteten Abschnitt der Faser 16 zu einer Seite der Bohrung 11 zu bewegen.
Ein 23 mm langer Abschnitt der Beschichtung 19 wurde von der beschichteten Faser 17 abgezogen, und die Faser wurde mit dem Alkohol enthaltenden Tuch gereinigt. Ein erstes Ende der Faser 17 wurde durch das Rohr 10 geschraubt (Ethylalkohol wurde als Schmiermittel verwendet), bis die Enden der Beschichtung 19 in der Bohrung 11 zentriert waren. Das erste Ende der Faser 17 wurde daraufhin in der Nut 33 angeordnet und durch die Klemme 31 festgesetzt. Das zweite Ende der Faser 17 wurde in der Nut 41 festgesetzt, geringfügig gezogen und durch die Klemme 45 festgesetzt. Ein 7 g-Gewicht 26 wurde am zweiten Ende der Faser 17 angeklemmt, das sich von der Riemenscheibe 55 erstreckt. Überschüssiger Alkohol wurde aus der Rohrbohrung durch trockenen Stickstoff geblasen. Die Klemmen 44 und 45 wurden gelöst und die Gewichte 23 und 26 spannten die Fasern. Das Rohr 10 wurde daraufhin von der Klemme 28 freigegeben, die in der Richtung des Pfeils B vom Rohr 10 wegbewegt wurde. Eine Bedienperson beobachtete durch ein Mikroskop die Stellung des kurzen abgezogenen Abschnitts der Faser und bewegte das Rohr, falls erforderlich, zum Zentrum des kurzen abgezogenen Abschnitts der Faser in der Bohrung. Die Enden der Beschichtung 10 standen daraufhin etwa 2 mm über die Böden der Trichter in jedem Ende der Bohrung 11 hinaus. Die Fasern wurden zwischen der Vorrichtung 42 und dem Ständer 39 sowie zwischen der Vorrichtung 34 und dem Ständer ergriffen, um sie zusammenzubringen, wie durch durchgezogene Linien 16 und 17 gezeigt (Fig. 1).
Die Fasern wurden an den Trichtern, wie vorstehend erläutert, unter Verwendung eines UV-härtbaren Epoxidharzes, Kode Nr. 2728, angeklebt, der durch die Electrolite Corporation of Danbury, Connecticut, hergestellt wurde. Eine kleine Menge 47 des Klebstoffs wurde sorgfältig auf eine Seite des Rohrs aufgetragen, um die Fasern 16 und 17 am Trichter 15 zu befestigen, während das Vorhandensein der Öffnung 48 sichergestellt wurde. Der Klebstoff 47 wurde durch Bestrahlen mit UV-Licht gehärtet. Eine kleine Menge 49 des Klebstoffs wurde daraufhin sorgfältig auf die zweite Seite des Rohrs aufgetragen, um die Fasern 16 und 17 am Trichter 14 zu befestigen, während die Anwesenheit der Öffnung 50 sichergestellt wurde; er wurde gehärtet. Die Faseranschlußenden, die sich von der Kopplervorform erstrecken, wurden farbkodiert.
Die Vorform 51 wurde daraufhin durch den Ringbrenner 60 (Fig. 5) eingeführt und an Zugspannfutterteilen 61 und 62 angeklemmt, die an motorgesteuerten Tischen 63 und 64 angebracht waren. Die Fasern wurden durch die Vakuumanschlüsse 65 und 65' geschraubt, die daraufhin an den Enden der Vorform 51 dichtend angebracht wurden. Wie in Fig. 3 gezeigt, wurde der Vakuumanschluß 65 über das Ende des Rohrs 10 geschoben, und der Kragen 66 wurde verspannt, wodurch der O-Ring 67 gegen das Rohr 10 gedrückt wurde. Unterdruck wurde dem Rohr 69 über die Leitung 68 zugeführt. Ein Ende einer Länge eines dünnen Gummischlauchs 70 wurde an dieses Ende des Vakuumanschlusses gegenüber der Vorform 51 angebracht; das verbliebene Ende des Schlauchs erstreckt sich innerhalb der (nicht gezeigten) Rohrklemmeinrichtung. Dem oberen Vakuumanschluß 65' war in ähnlicher Weise eine Leitung 68', ein Schlauch 70' und eine Rohrklemmeinrichtung zugeordnet. Die beschichteten Abschnitte der Fasern erstreckten sich aus den Schläuchen 70 und 70'. Wenn Luftdruck gegen den Schlauch 70 und 70' gerichtet wurde, wie durch die Pfeile 71, 71' gezeigt, um den Schlauch gegen die sich durch ihn hindurch erstreckenden Fasern zu verklemmen, wurde die Bohrung 11 durch die Leitung 68 evakuiert.
Mit einem Vakuum von 50,8 cm Quecksilbersäule an die Rohrbohrung angeschlossen, wurde der Ringbrenner 60 gezündet. Flammen wurden durch Zuführen von Gas und Sauerstoff zu dem Brenner mit Raten von 0,33 slpm bzw. 0,67 slpm erzeugt. Die Flamme von dem Ringbrenner 60 erhitzte das Rohr 10 für etwa 25 Sekunden, und der Mittenbereich 22 schrumpfte auf die optischen Fasern 20 und 21 auf.
Nachdem das Rohr abgekühlt war, wurde der Brenner wieder gezündet, wobei die Strömungsraten des Gases und des Sauerstoffs auf 0,37 slpm bzw. 0,74 slpm erhöht wurden. Die Flammen erhitzten das Zentrum des geschrumpften Bereichs auf die Erweichungspunkttemperatur der Materialien davon. Nach etwa 12 Sekunden wurde die Zufuhr von Sauerstoff zum Brenner 60 abgeschaltet. Die Tische 63 und 64 wurden in entgegengesetzten Richtungen mit einer kombinierten Geschwindigkeit von 0,60 cm/s gezogen, um das Rohr 10 zu längen. Der Streckvorgang lenkte das Rohr 10 um etwa 11,0 mm, um einen Faseroptokoppler 80 mit einem eingeschnürten Bereich 81 zu bilden (Fig. 7). Nachdem der Koppler abgekühlt war, wurden die Vakuumleitungen entfernt. Der Koppler verblieb in den Spannfutterteilen während der Auftragung zusätzlichen Klebstoffs auf die Trichter 14 und 15 und die nicht geschrumpften Bohrungsabschnitte 11a und 11b. Dies kann in Übereinstimmung mit den Lehren der US-Patentanmeldung S.N. 07/913 622 (G.E. Berkey et al. 26-7), eingereicht am 16. Juli 1992, erfolgen.
Ein Ende eines hohlen Silika-Mikrorohrs mit 80 µm Außendurchmesser wurde an eine Vakuumquelle angeschlossen. Das verbliebene Ende wurde durch den Trichter 15 und die Öffnung 48 sowie in einen ersten nicht geschrumpften Bohrungsabschnitt 11a (Fig. 7) eingeführt, bis es den Boden davon erreichte. Ein Tropfen aus Electrolite-2500-Epoxidharz, hergestellt durch die Electrolite Corporation of Danbury, Connecticut, wurde im Trichter 15 angeordnet. Der Bohrungsabschnitt 11a wurde durch die das hohle Filament evakuiert, wodurch der Klebstoff veranlaßt wurde, in den Bohrungsabschnitt 11a zu fließen. Der Klebstoff floß daraufhin um eine sehr kurze Strecke in das Mikrorohr hinein, bis er einen Punkt erreichte, wo er das Vakuum blockierte und nicht weiterfließen konnte. Dieser Klebvorgang wurde am zweiten Bohrungsabschnitt 11b wiederholt. Der Klebstoff wurde durch Bestrahlen mit Ultraviolettlicht gehärtet und der Koppler wurde von den Spannfutterteilen entfernt. Das hohle Filament wurde geschnitten, wobei das abgeschnittene Stück im Hohlraum verblieb.
Dieser Vorgang erzeugte mehr als ein hundert 3 dB-Koppler, die bei einer Wellenlänge von beispielsweise 1480 nm arbeiteten. Der mittlere Überschußelementverlust betrug etwa 0,2 dB und der geringste gemessene Verlust betrug 0,01 dB.

Beispiel 2

Ein Verfahren ähnlich wie Beispiel 1 wurde verwendet, um 2x2 10 dB-Faseroptokoppler zu erzeugen, wobei der Unterschied in der Strecke bestand, mit welcher die Vorform 51 gestreckt wurde.
Eine Kopplervorform wurde hergestellt, indem Fasern in ein Rohr geschraubt und die Fasern an die Rohrtrichter geklebt wurden, wie in Beispiel 1 erläutert. Die Vorform wurde in die Vorrichtung von Fig. 5 eingeführt, wie vorstehend erläutert.
Das Rohr 10 wurde anfänglich auf die Fasern geschrumpft. Nachdem das Rohr abgekühlt war, wurde der Brenner wieder gezündet und die Flammen erhitzten das Zentrum des geschrumpften Bereichs. Nach etwa 25 Sekunden wurde die Zufuhr von Sauerstoff zum Brenner 60 abgeschaltet. Die Tische 63 und 64 wurden in entgegengesetzten Richtungen mit einer kombinierten Geschwindigkeit von 0,60 cm/s gezogen, um das Rohr 10 zu längen. Der Streckvorgang lenkte das Rohr 10 um etwa 0,794 cm.
Dieser Vorgang erzeugte mehr als ein hundert 10 dB-Koppler, die bei einer vorbestimmten Wellenlänge von beispielsweise 1558 nm arbeiteten. Der mittlere Überschußelementverlust betrug etwa 0,2 dB und der niedrigste gemessene Verlust betrug 0,10 dB.

Vergleichsbeispiel

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde durch ein Verfahren ersetzt, das ähnlich zu dem Verfahren von Beispiel 1 war, mit Ausnahme der folgenden Unterschiede. Ein 29 mm langer Beschichtungsabschnitt wurde von beiden Seiten der beschichteten Fasern abgezogen; die unbeschichteten Faserabschnitte sind wenige Millimeter länger als die Rohrbohrung. Eine der Fasern wurde durch die Rohrbohrung geschraubt, bis der unbeschichtete Abschnitt in der Bohrung zentriert war. Die zweite Faser wurde daraufhin durch die Rohrbohrung geschraubt, bis der unbeschichtete Abschnitt in der Bohrung zentriert war. Die Enden der beschichteten Abschnitte der beiden Fasern wurden in den Trichtern ungefähr zentriert. Die Fasern wurden an die Rohrtrichter geklebt, wie in Beispiel 1 erläutert. Die Vorform wurde in die Vorrichtung von Fig. 5 eingeführt, wo das Rohr 10 auf die Fasern geschrumpft wurde, und die Vorform wurde gelängt, wie in Beispiel 1 erläutert.
Dieser Vorgang erzeugte mehr als ein hundert 3 dB-Koppler, die bei einer Wellenlänge von beispielsweise 1475 nm arbeiteten. Der mittlere Überschußelementverlust betrug etwa 0,5 dB und der niedrigste gemessene Verlust betrug 0,3 dB.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Faseroptokopplers, umfassend die Schritte:

Bereitstellen eines Glasrohrs (10, 10') mit ersten und zweiten Endflächen (12, 13, 12', 13'), einem Mittenbereich (22, 22') und ersten und zweiten gegenüberliegenden Endbereichen, die sich von dem Mittenbereich zur ersten bzw. zur zweiten Endfläche erstrecken, und einer Längsbohrung (11, 11'), die sich innerhalb des Rohrs von der ersten zur zweiten Endfläche erstreckt, wobei die Bohrung erste und zweite Enden hat, Abziehen einer Schutzbeschichtung (19, 18, 19', 18') von ersten und zweiten beschichteten optischen Fasern (17, 16, 17', 16') derart, daß jede Faser aus einem unbeschichteten Abschnitt (21, 20, 21', 20') zusammengesetzt ist, der erste und zweite beschichtete Abschnitte verbindet, Schrauben der ersten und zweiten beschichteten Fasern (16, 17, 16', 17') in die Bohrung (11, 11'), bis ihre unbeschichteten Abschnitte innerhalb der Bohrung angeordnet sind, wobei jede der Fasern sich von beiden Enden der Bohrung erstrecken, Erhitzen des Rohrs (10, 10'), um den Rohrmittenbereich (22, 22') auf die Fasern zu schrumpfen, und Ziehen von wenigstens einem Abschnitt des Mittenbereichs (22, 22') derart, daß der Durchmesser des zentralen Abschnitts (81) des Mittenbereichs kleiner ist als die Durchmesser des Rohrs an den Endbereichen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubschritt derart durchgeführt wird, daß die Schutzbeschichtung von lediglich einer der Fasern sich in das erste Ende der Bohrung hinein erstreckt, und die Schutzbeschichtung von lediglich einer der Fasern sich in das zweite Ende der Bohrung hinein erstreckt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Glasrohr (10, 10') außerdem erste und zweite Trichter (14, 15, 14', 15') umfaßt, die sich von der Bohrung (11, 11') zu der ersten bzw. zweiten Endfläche (12, 13, 12', 13') erstrecken, wobei der beschichtete Abschnitt von einer der Fasern innerhalb des ersten Trichters angeordnet ist, und wobei der beschichtete Abschnitt von einer der Fasern innerhalb des zweiten Trichters angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste beschichtete Abschnitt (19) der ersten Faser (17') sich in das erste Ende der Bohrung (11) hinein erstreckt, und wobei der zweite beschichtete Abschnitt (19) der ersten Faser (17) sich in das zweite Ende der Bohrung (11) hinein erstreckt, oder wobei der erste beschichtete Abschnitt (18') der zweiten Faser (16') sich in das erste Ende der Bohrung (11') hinein erstreckt, und wobei der zweite beschichtete Abschnitt (19') der ersten Faser (17') sich in das zweite Ende der Bohrung (11') hinein erstreckt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die beschichteten Abschnitte der Fasern sich zumindest 2 mm in die Enden der Bohrung hinein erstrecken.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, außerdem umfassend nach dem Schraubschritt die Schritte Befestigen der Fasern am ersten Endabschnitt des Rohrs, Ziehen der Fasern von dem zweiten Ende des Rohrs und Befestigen der Fasern am zweiten Endabschnitt des Rohrs.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Rohr (10, 10') außerdem erste und zweite Trichter (14, 15, 14', 15') umfaßt, die sich von der Bohrung (11, 11') zur ersten bzw. zur zweiten Endfläche (12, 13, 12', 13') erstrecken, wobei ein beschichteter Abschnitt von einer der Fasern innerhalb des ersten Trichters angeordnet ist, und wobei ein beschichteter Abschnitt von einer der Fasern innerhalb des zweiten Trichters angeordnet ist, wobei der Schritt, die Fasern am ersten Endabschnitt des Rohrs zu befestigen, das Kleben der Fasern (17, 16, 17', 16') an eine Seite des ersten Trichters (14, 14') umfaßt, und wobei der Schritt, die Fasern (17, 16, 17', 16') am zweiten Endabschnitt des Rohrs zu befestigen, das Kleben der Fasern an eine Seite des zweiten Trichters (15, 15') umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Abziehschritt derart durchgeführt wird, daß der unbeschichtete Abschnitt (21) der ersten beschichteten Faser (17) länger als die Länge der Bohrung (11) ist, und wobei der unbeschichtete Abschnitt (20) der zweiten beschichteten Faser (16) kürzer ist als die Länge der Bohrung, und wobei der Schraubschritt derart durchgeführt wird, daß die zweite beschichtete Faser (16) in die Bohrung hinein geschraubt wird, bis ihr unbeschichteter Abschnitt in der Bohrung angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten beschichteten Abschnitte (18) der zweiten Faser jenseits der Enden der Bohrung angeordnet sind, und wobei die erste beschichtete Faser (17) in die Bohrung hinein geschraubt wird, bis ihr unbeschichteter Abschnitt (21) in der Bohrung angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten beschichteten Abschnitte (18) der zweiten Faser innerhalb der Enden der Bohrung angeordnet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Glasrohr (10) außerdem erste und zweite Trichter (14, 15) umfaßt, die sich von der Bohrung (11) zu der ersten bzw. zweiten Endfläche (12, 13) erstrecken, wobei die ersten und zweiten beschichteten Abschnitte (19) der zweiten Faser (16) innerhalb des ersten bzw. zweiten Trichters angeordnet sind.

9. Faseroptokoppler (80), umfassend:

einen länglichen rohrförmigen Körper aus Matrixglas mit einem Mittenbereich und ersten und zweiten Endflächen und einer Längsbohrung (11, 11'), die sich von der ersten zur zweiten Endfläche durch ihn erstreckt, erste und zweite optische Fasern (17, 16, 17', 16'), die sich durch den Mittenbereich erstrecken, wobei die Fasern miteinander und mit dem Mittenbereich verschmolzen sind, wobei der Durchmesser des zentralen Abschnitts des Mittenbereichs kleiner als die Durchmesser des rohrförmigen Körpers an den Endflächen ist, ersten und zweiten Längsbohrungsenden (11a, 11b), die sich von dem Mittenbereich zu der ersten bzw. der zweiten Endfläche erstrecken, wobei sich die Fasern durch die ersten und zweiten Bohrungsenden erstrecken, wobei jede der Fasern eine Schutzbeschichtung hat, mit Ausnahme eines unbeschichteten Abschnitts innerhalb eines Abschnitts des länglichen Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzbeschichtung von lediglich einer der Fasern sich in das erste Bohrungsende (11a) hinein erstreckt, und die Schutzbeschichtung von lediglich einer der Fasern sich in das zweite Bohrungsende (11b) hinein erstreckt.

10. Koppler nach Anspruch 9, außerdem umfassend erste und zweite Trichter, welche die Enden der Rohrbohrungsenden gegenüber zum Mittenbereich mit der ersten bzw. zweiten Endfläche verbinden, wobei der unbeschichtete Abschnitt von einer der Fasern sich von dem ersten Längsbohrungsende in den ersten Trichter hinein erstreckt, und wobei der unbeschichtete Abschnitt von einer der Fasern sich von dem zweiten Längsbohrungsende in den zweiten Trichter hinein erstreckt.

11. Koppler nach Anspruch 9 oder 10, wobei der erste beschichtete Abschnitt der ersten Faser (17) sich in das erste Bohrungsende (11a) hinein erstreckt, und wobei der zweite beschichtete Abschnitt der ersten Faser (17) sich in das zweite Bohrungsende (11b) hinein erstreckt, oder wobei der erste beschichtete Abschnitt der ersten Faser (17') sich in das erste Bohrungsende (11a) hinein erstreckt, und wobei der zweite beschichtete Abschnitt der zweiten Faser (16') sich in das zweite Bohrungsende (11b) hinein erstreckt.

12. Koppler nach Anspruch 11, wobei die beschichteten Abschnitte der Fasern sich zumindest 2 mm in die Bohrungsenden hinein erstrecken.