DE69311045T2

DE69311045T2 - Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Übertragungssystems

Info

Publication number: DE69311045T2
Application number: DE69311045T
Authority: DE
Inventors: Edwin Arthur Chandross; John Thorvald Krause
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1992-08-27
Filing date: 1993-08-20
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2013-08-21
Also published as: EP0590783A2; US5243674A; EP0590783B1; DE69311045D1; JP2837617B2; EP0590783A3; JPH06201939A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung oder Einrichtung eines Lichtleitfaserkommunikationssystems. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zum Verbinden zweier Lichtleitfaserlängen, die zur Signalübertragung dienen.

Hintergrund der Erfindung

Um ein typisches Lichtleitfaserkommunikationssysstem herstellen zu können, ist es erforderlich, zwei Lichtleitfasern aneinanderstoßend so miteinander verbinden zu können, daß optische Signale mit einer möglichst geringen Dämpfung von einer Lichtleitfaser zu der anderen übertragen werden. Ein bekanntes Verfahren zum Verbinden zweier Lichtleitfaserabschnitte ist die Schmelzverspleißung (siehe z.B. C.M. Miller, "Optical Fiber Splices and Connectors", M. Dekker, Inc., insbesondere die Seiten 282 - 293, 1986).
Es ist nicht nur sehr wünschenswert, daß durch derartige Lichtleitfaserspleiße keine merklichen Dämpfungen in den optischen Übertragungsweg eingebracht wird sondern auch, daß die Spleiße eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen. Diese Anforderungen sind insbesondere bei Unterwasser-Lichtleitfaserkommunikationssystemen sehr hoch. Bei einigen Systemen müssen die Spleiße beispielsweise einen Zugversuch mit 200 ksi (13,8 × 108 N/m) bestehen, während bei einigen Unterwassersystemen das Bestehen eines Tests mit 300 ksi (20,7 × 108 N/m) erforderlich ist.
Bekanntermaßen umfassen Lichtleitfasern üblicherweise eine Polymerbeschichtung. Diese Beschichtung muß von den relevanten Endabschnitten der durch einen Schmelzspleiß miteinander zu verbindenden Lichtleitfasern entfernt werden. Dies erfolgt üblicherweise durch Eintauchen in heiße (z.B. 180 - 200ºC) konzentrierte Schwefelsäure, wobei die Beschichtung weggeätzt wird (siehe z.B. C.M. Miller, in dem angegebenen Dokument, Seite 292). Nach dem Schmelzverspleißen werden die freigelegten Faserabschnitte typischerweise neubeschichtet. Unter "Ätzen" der Polymerbeschichtung wird hierbei ein chemisches Entfernen der Polymerbeschichtung verstanden, das bei zu dem verbleibenden Polymer zu einem relativ scharf ausgebildeten Rand führt und keine Beschädigung der Faser bewirkt. Hierdurch unterscheidet sich das Verfahren von einem Entfernen (z.B. durch ein Quellverfahren), bei dem kein scharfer Rand entsteht.
Es wurde festgestellt, daß typischerweise lediglich ein relativ kleiner Bruchteil (häufig < 50 %) der Schmelzspleiße nach dem Stand der Technik den 300 ksi Festigkeitstest bestehen, wobei häufig ein neues Verspleißen erforderlich ist. Dies ist offensichtlich teuer und somit unerwünscht. Es sei bemerkt, daß eine Charge von schmelzverspleißten Lichtleitfasern eine Festigkeitsverteilung aufweist, so daß ein bestimmter Prozentsatz der Fasern einen Test bei einem bestimmten Prüfniveau besteht.
Angesichts der Bedeutung für die Zunahme des Bruchteils an Schmelzspleißen, die einen entsprechenden Festigkeitstest bestehen, ist ein Verfahren zum Verspleißen von Lichtleitfasern wünschenswert, mit dem sich Spleiße mit einer höheren Festigkeit erzeugen lassen. Die vorliegende Anmeldung offenbart ein solches Verfahren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 und 2 zeigen beispielhafte Festigkeitsdaten von Spleißen nach dem Stand der Technik und von erfindungsgemäßen Spleißen.

Die Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist durch die Ansprüche bestimmt. Sie betrifft die Entdeckung, daß Teilchen oder Partikel in der zum Entfernen der Polymerbeschichtung von Lichtleitfasern verwendeten Flüssigkeit häufig mit Spleißen relativ geringer Festigkeit korreliert ist.
Allgemein ausgedrückt, betrifft die Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung oder Einrichtung eines Lichtleitfaserkommunikationssystems, das einen Schmelzspleiß zwischen zwei in Stoßverbindung zusammengefügten Lichtleitfaserabschnitten umfaßt. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein verbessertes Verfahren zum Schmelzverspleißen von Lichtleitfasern, das im Vergleich zu einem Spleißverfahren nach dem Stand der Technik zu einem deutlich höheren Prozentsatz an Faserspleißen führt, die einen Test bei einem vorgegebenen Prüfniveau bestehen.
Ein Verfahren zur Herstellung oder Einrichtung eines Lichtleitfaserkommunikationssystems umfaßt typischerweise das Bereitstellen zweier polymerbeschichteter Lichtleitfaserlängen, das Wegätzen der Polymerbeschichtungen von den Endabschnitten der zwei Lichtleitfaserlängen, das Verbinden der zwei Lichtleitfaserlängen durch aneinanderstoßendes Verschmelzen der polymerfreien Enden und das Beschichten der polymerfreien Enden der miteinander verbundenen Lichtleitfasern. Das Ätzen der Polymerbeschichtung umfaßt ein Inkontaktbringen der entsprechenden Endteile mit einer Flüssigkeit, die auf kontrollierte Art und Weise das Polymer angreift, ohne hierbei die Lichtleitfaser zu beschädigen. Ein Beispiel für eine solche Flüssigkeit ist konzentrierte (etwa 95 %-ige) Schwefelsäure. Es ist wichtig, daß bei der Flüssigkeit auch Vorkehrungen getroffen werden, um zu gewährleisten, daß die Flüssigkeit während des Ätzschrittes im wesentlichen frei von Partikeln ist, die zu einer Verringerung der Festigkeit der entstehenden Schmelzspleiße führen würden. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Partikel, die an der Lichtleitfaseroberfläche anhaften und mit der Faser wechselwirken. Diese Partikel werden als "festigkeitsreduzierende" Partikel bezeichnet. Bei einem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Flüssigkeit konzentrierte Schwefelsäure und Salpetersäure, wobei die Temperatur typischerweise im Bereich zwischen 170 und 200ºC liegt.
Es ist bekannt, daß konzentrierte Schwefelsäure ein mäßiges Oxidationsmittel ist, dessen Wirksamkeit von der Temperatur abhängt. Sie ist auch als starkes Dehydrierungsmittel bekannt, mit dem man eine Reihe von organischen Materialien, zu denen auch Polymere der für die Lichtleitfaserbeschichtung verwendeten Art (z.B. aliphatische Polymere auf Acrylatbasis) gehören, einfach karbonisieren oder verkohlen kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Prozentsatz an Lichtleitfaserspleißen, die einen 200 ksi- Test bestehen, um zumindest 5 %, vorzugsweise jedoch um zumindest 10 %, höher als der Prozentsatz bei ansonsten identisch hergestellten Spleißen nach dem Stand der Technik. Äquivalent hierzu ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein erfindungsgemäßer Spleiß einen 200 ksi-Prüftest besteht, um zumindest 5 % und vorzugsweise um zumindest 10 % höher als die Wahrscheinlichkeit, daß ein ansonsten identischer Spleiß nach dem Stand der Technik den Test besteht. Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, daß Angaben über die Festigkeit von Spleißen schon von sich aus statistischer Natur sind, so daß Stichproben von Spleißen erforderlich sind. Eine solche Stichprobe umfaßt typischerweise mehr als 10, vorzugsweise jedoch mehr als 20 Spleiße.
Es wurde festgestellt, daß sich heiße Schwefelsäure nach dem Stand der Technik, die zum Ätzen von Polymerbeschichtungen verwendet wird, typischerweise nach einigen Ätzvorgängen orange-braun färbt, wobei zwischen zunehmender Verfärbung und der abnehmenden Festigkeit von Spleißen eine Korrelation festgestellt wurde. Hierdurch muß die Schwefelsäure typischerweise nach relativ wenigen Ätzvorgängen ersetzt werden. Wir gehen zur Zeit davon aus, daß die beobachtete Farbveränderung auf eine Ansammlung von kolbidalen Teilchen oder Partikeln in der Flüssigkeit zurückzuführen ist, wobei es sich höchstwahrscheinlich um kohlenstoffhaltige Partikel handelt. Durch den Zusatz von (etwa 70 %-iger) konzentrierter Salpetersäure (typischerweise 2 bis 10 Vol.-%, z.B. etwa 5 Vol.-%), läßt sich die Farbveränderung verhindern oder zumindest wesentlich verzögern. Wir gehen gegenwärtig davon aus, daß das Polymer durch die Salpetersäure im wesentlichen vollständig oxidiert wird, beispielsweise zu CO oder CO, so daß die Bildung von kohlenstoffhaltigen Partikeln unterbleibt. Anstelle von Salpetersäure kann im Prinzip auch ein beliebiges anderes verträgliches starkes Oxidationsmittel (z.B. Perchlorsäure) verwendet werden, mit dem sich das Polymer vollständig oxidieren läßt. Es können im Prinzip auch Nitratsalze verwendet werden. Diese sind jedoch nicht zu bevorzugen, da es erwünscht ist, daß die Faseroberfläche frei von Metallionen bleibt. Salpetersäure ist der gegenwärtig bevorzugte Zusatzstoff, der nicht nur effektiv, bequem und sicher anzuwenden ist, sondern zusätzlich dazu im Vergleich zu anderen starken Oxidationsmitteln auch billig ist.
Festigkeitsreduzierende Partikel beliebiger Art in der die Beschichtung entfernenden Flüssigkeit wirken sich möglicherweise nachteilig für die Festigkeit der Fasern aus, so daß es wünschenswert ist, daß diese Partikel weder in der unbenutzten Flüssigkeit vorhanden sind, noch die Flüssigkeit später verunreinigen können. Der erste Punkt macht die Verwendung kommerziell erhältlicher "aus wenigen Partikeln bestehender" Reagenzien erforderlich, während der zweite Punkt eine im wesentlichen partikelfreie Umgebung erforderlich macht.
Nach dem Entfernen der Polymerbeschichtung werden die freigelegten Fasern vorteilhafterweise mit einem "partikelfreien" organischen Lösungsmittel, wie z.B. Methanol, abgespült, um restliche Säure zu entfernen. Hierbei werden Lösungsmittel bevorzugt, die das verbleibende Polymer nicht angreifen. Alternativ hierzu ist auch ein Abspülen in "partikelfreiem" reinem Wasser möglich.
Fig. 1 zeigt Festigkeitsdaten von Lichtbogenspleißen bei Fasern, deren Polymerbeschichtung durch heiße Schwefelsäure nach dem Stand der Technik weggeätzt wurde. Fig. 2 zeigt analoge Daten für identische Fasern, deren Polymerbeschichtung in erfindungsgemäßer Schwefelsäure und (5 Vol.-%) Salpetersäure mit einer Temperatur von 185ºC weggeätzt wurde, worauf ein Abspülvorgang in Wasser folgte. Die Verbesserung ist eindeutig und bemerkenswert. Der Prozentsatz erfindungsgemäßer Spleiße, die den 200 ksi- Prüftest bestehen, übertrifft den entsprechenden Prozentsatz von Spleißen nach dem Stand der Technik um mehr als 10%. Die Daten sind in Form herkömmlicher Weibull-Diagramme angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Lichtleitfaserkommunikationssystem umfaßt zusätzlich zu zumindest zwei erfindungsgemäß miteinander verspleißten Lichtleitfaserlängen typischerweise auch herkömmliche Einrichtungen, wie z.B. eine optische Signalerzeugungseinrichtung, eine Einrichtung zum Einkoppeln der Signale in die Lichtleitfaser, eine Einrichtung zum Regenerieren oder Verstärken der optischen Signale und eine Signalerfassungseinrichtung. Bei den verwendeten Lichtleitfasern handelt es sich typischerweise um auf Silika- oder Quarzglas basierende Monomodenfasern. Fasern dieser Art sind wohlbekannt.

Claims

1. Verfahren der Schmelzspleißung zweier Faserenden, mit folgenden Schritten:

a) es werden zwei Längen polymerbeschichteter optischer Fasern bereitgestellt;

b) der Polymerüberzug wird von einem Endteil von jedem der beiden Längen der optischen Fasern durch einen Prozeß entfernt, bei dem die jeweiligen Endteile mit einer Flüssigkeit in Berührung gebracht werden, die konzentrierte Schwefelsäure enthält, um den Polymerüberzug wegzuätzen;

c) die beiden Längen der optischen Fasern werden im Stumpfstoß der polymerfreien Enden verschmolzen;

d) die polymerfreien Teile der verbundenen Fasern werden wieder beschichtet,

dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt b) verwendete Flüssigkeit ein oxidierendes Mittel enthält, deren Oxidationswirkung größer als der der konzentrierten Schwefelsäure in der Flüssigkeit ist, um so in der Lage zu sein, restliche, die Zugfestigkeit verringernde Partikel zu entfernen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oxidierende Mittel Salpetersäure umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit zwischen 2 und 10 Vol.% konzentrierte Salpetersäure aufweist und daß die Flüssigkeit eine Temperatur im Bereich von 170 bis 200 ºC aufweist.