DE69311784T2

DE69311784T2 - Herstellungsverfahren für einen widerstandsfähigen Faserkoppler

Info

Publication number: DE69311784T2
Application number: DE69311784T
Authority: DE
Inventors: William James Miller; Richard Alan Quinn
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2013-10-20
Also published as: KR100260742B1; CN1034028C; EP0596311A2; DE69311784D1; TW229276B; EP0596311A3; JPH06201941A; AU5031693A; CA2107286A1; US5268014A; EP0596311B1; CN1090648A; KR940011382A; AU663009B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von faseroptischen Kopplern, die relativ breiten Temperaturschwankungen und mechanischen Einflüssen, wie z.B. einer Zugbelastung an den davon ausgehenden optischen Faserschwänzen, widerstehen können.
Faseroptische Koppler, welche als "verschmolzene Faserkoppler" bezeichnet werden, werden durch Anordnen einer Vielzahl von Fasern Seite an Seite entlang einer geeigneten Länge davon und Verschmelzen der Mäntel miteinander zum Befestigen der Fasern und zum Reduzieren der Abstände zwischen den Kernen hergestellt.
Verschiedene Kopplereigenschaften können durch Einkapseln des Kopplungsbereichs der Fasern in einem Matrixglas zur Bildung eines "übermantelten Kopplers" verbessert werden. Abschnitte der zu verschmelzenden Fasern werden in eine Glasröhre mit einem Brechungsindex, der niedriger als derjenige der Fasermäntel ist, eingesetzt. Die Röhre weist eine Bohrung in Langsrichtung auf, deren beide Enden mit den Röhrenendoberflächen durch eine Trichter verbunden sind, welcher das Einsetzen der Faser erleichtert. Der Röhrenmittelbereich wird auf die Faser kollabiert; und der Zentralabschnitt des Mittelbereichs wird dann auf den Durchmesser und die Kopplungslänge hinuntergezogen, welche zum Erhalten der erwünschten Kopplung notwendig ist.
Nachdem der Mittelbereich des Kopplers kollabiert ist (siehe Figur 2), werden die Fasern im kollabierten Bereich mit dem Röhrenglas verschmolzen. Das Röhrenglas fließt üblicherweise um die Fasern und umgibt sie vollständig wie in Figur 2a gezeigt, obwohl es für bestimmte Anwendungen erwünscht sein kann, enge, längliche offene Bereiche oder Luftlinien neben den Fasern im Kopplungsbereich beizubehalten. Fortschreitend von dem kollabierten Mittelbereich zum unkollabierten Abschnitt der Röhrenbohrung enthüllt ein Querschnitt durch die Vorform kleine Luftlinien, welche sich an Punkten 28 neben den Fasern zu bilden beginnen. In einem größeren Abstand vom kollabierten Mittelbereich vergrößern sich die Luftlinien, wie in Figur 2b gezeigt, wobei die Fasern mit der oberen Röhre durch enge Brückenbereiche 29 und miteinander durch enge Brückenbereiche 30 verbunden sind. In einigem Abstand vom kollabierten Mittelbereich sind die Fasern voneinander und von der Röhre getrennt, wie in Figur 2c gezeigt. Die Enden der engen Brückenbereiche 29 und 30 sind potentielle Ausgangsstellen für ein Zerbrechen der Fasern. Wenn eine axiale Zugkraft an eine Faser angelegt wird, findet oft ein Zerbrechen in diesem Bereich des Kopplers statt. Dieser Bereich, der hierin als "geschwächter Bereich" der Faser bezeichnet wird, tritt üblicherweise irgendwo innerhalb des Abstands d auf, der etwa 5 mm von dem Ende m des kollabierten Mittelbereichs beträgt.
Nachdem der Koppler gestreckt und abgekühlt ist, wird ein Tropfen Klebstoff in jeden Trichter eingebracht, um die Zugfestigkeit der Faserschwänze zu erhöhen. Luft, die in der Bohrung eingeschlossen ist, tendiert dazu, den Klebstoff im Trichter vom Eindringen in die Bohrung abzuhalten. Verfahren zum Erhöhen der Eindringtiefe des Klebstoffs in den unkollabierten Abschnitt der Röhrenbohrung sind im US-Patent Nr. 5,251,276 (Berkey et al.), das am 16. Juli 1992 angemeldet wurde, offenbart. Bei einer ersten Ausführungsform wird Klebstoff in den Trichter eingebracht. Bevor der Klebstoff gehärtet wird, wird eine hinreichende Zeitspanne verstreichen gelassen, um es zu ermöglichen, daß Tropfen des Klebstoffs durch die Kapillarwirkung zwischen den Fasern und dem angrenzenden Abschnitt der Wand des Bohrungsabschnitts fließen. Der Klebstoff fließt vorzugsweise mindestens 3mm in den Bohrungsabschnitt oberhalb der Unterseite des Trichters. Der Klebstoff wird dann ausgehärtet In einer zweiten Ausführungsform wird ein hohles Filament in den unkollabierten Bohrungsabschnitt eingesetzt, und ein Vakuum wird an das Filament angelegt. Klebstoff, der in den Trichter eingebracht wird, wird in den unkollabierten Bohrungsabschnitt aufgrund dessen evakuierten Zustandes eingezogen.
Bei harten thermischen Wechselbelastungen bricht der geschwächte Bereich der Fasern bekannterweise, und zwar hauptsächlich wegen einer Fehlanpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Klebstoff und den Glaskopplerkomponenten. Wegen des Winkels der Trichterwände bezüglich der Bohrungsachse verursacht die Fehlanpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, daß sich der Klebstoff in dem Trichter in Längsrichtung nach außen ausdehnt und die darin eingebetteten Fasern weg von dem kollabierten Mittelbereich zieht, so daß die Fasern unter Spannung versetzt werden. Falls der unkollabierte Abschnitt der Röhrenbohrung vollständig mit Klebstoff gefüllt ist, können die Fasern durch die Gegenwart von Hohlräumen oder anderen azimuthalen Imhomogenitäten unter Spannung versetzt werden. Weiterhin kann sogar ein dünner Tropfen Klebstoff, der entlang der Faser zum Brückenbereich hinuntergelaufen ist, die Faser während thermischer Wechselbelastung schwächen. Wenn solch ein Klebstoff in den engen Brückenbereich 29 zwischen der Faser und der Röhrenwand liegt, kann er als Keil wirken, wenn er sich aufgrund eines Temperaturanstiegs ausdehnt. Falls eine Faser von der Röhrenwand abbricht, d.h. im Fall von Brückenbereichsbrüchen, wird der beschädigte Bereich der Faser ein Defekt, von dem eine Rißausbreitung ausgehen wird, falls die Faser einer Zugbelastung unterworfen wird.
Es ist deshalb wünschenswert, es zu veranlassen, daß der Klebstoff einen hinreichenden Abstand unterhalb des Trichters fließt, so daß er eine geeignete Zugfestigkeit aufweist, aber es zu verhindern, daß der Klebstoff über die Brückenbereiche fließt. Eine Prozeßreduzierbarkeit wäre erhöht, falls man den Klebstoff veranlassen könnte, gleichbleibend in einen bestimmten engen Bereich unterhalb der Röhrenendfläche zu fließen. Beispielsweise könnte sich der Bereich bis zu einem Punkt in der Röhrenbohrung erstrecken, der ein vorgegegebenes Stück oberhalb des Bereichs liegt, wo die Faser die Röhre zu überbrücken beginnt, d.h. dem Ende der Brückenbereiche 29. Die im vorhererwähnten Patent US-A-5,251,276 von Berkey et al. offenbarten Verfahren bewirken nicht gleichbleibend, daß der Klebstoff bis zu einem vorbestimmten Bereich innerhalb der unkollabierten Bohrung läuft.
Beim Herstellen eines verschmolzenen bikonisch abgeschrägten Kopplers, wie z.B. demjenigen, der im US-Patent Nr. 5,013,117 offenbart ist, werden zwei oder mehr Fasern miteinander verschmolzen und zur Bildung eines Kopplungsbereichs gestreckt. Der resultierende Koppler, der nicht durch eine Überzugsröhre gehaltert ist, ist extrem zerbrechlich und muß an eine Halterungseinrichtung angebracht werden. Beispielsweise können die Enden eines Kopplers an ein Substrat geklebt werden. Ein Teil des Klebstoffs kann zwischen den Fasern zum Kopplungsbereich hin laufen. Falls der Klebstoff den Brückenbereich erreicht, wo die Fasern sich miteinander zu verschmelzen beginnen, kann er einen Ausfall während einer thermischen Wechselbelastung aus den oben erörterten Gründen verursachen. Die Reproduzierbarkeit des Verfahrens zum Herstellen dieses Typs von Kopplers wäre ebenfalls verbessert, falls der Klebstoff veranlaßt werden könnte, bis zu einem Bereich zu laufen, der hinreichend von dem Brückenbereich beabstandet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein reproduzierbares Verfahren zum Herstellen mechanisch und thermisch widerstandsfähiger faseroptischer Koppler bereitzustellen.
Beim Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Kopplers wird anfänglich eine intermediäre Kopplervorrichtung gebildet, bei der zumindest zwei optische Fasern Seite an Seite verlaufen. Die intermediäre Kopplervorrichtung enthält (a) einen Kopplungsbereich, in dem ein Abschnitt von jeder der optischen Fasern verschmolzen ist, (b) erste und zweite diskrete Faserbereiche, welche von dem Kopplungsbereich beabstandet sind, wobei der zweite diskrete Faserbereich auf der Seite des Kopplungsbereichs gelegen ist, die dem ersten diskreten Faserbereich gegenüberliegt, und (c) erste und zweite Übergangsbereiche zwischen dem Kopplungsbereich und jeweils dem ersten und zweiten diskreten Faserbereich. Die Fasern sind in den diskreten Faser bereichen unverschmolzen. Der verschmolzene Kontaktbereich zwischen jeglichen zwei aneinanderliegenden Fasern nimmt im Übergangsbereich mit ansteigendem Abstand von dem Kopplungsbereich ab.
Ein Tropfen von mit Energie aushärtbarem Klebstoff wird in den ersten diskreten Faserbereich und auf einem Substrat, das neben der intermediären Kopplervorrichtung liegt, aufgebracht, so daß der Klebstoff zum ersten Übergangsbereich fließt. Eine Quelle für Klebstoff-Aushärtungsenergie wird so angeordnet, daß ein Strahl davon die Fasern an einem vorbestimmten Punkt zwischen dem ersten Übergangsbereich und dem Punkt der anfänglichen Auftragung des Klebstoffs schneidet, wodurch der Klebstoff, der von dem Tropfen zum ersten Übergangsbereich fließt, an dem vorbestimmten Punkt ausgehärtet wird und zu fließen aufhört. Der Rest des Tropfens Klebstoff wird ausgehärtet, um so den ersten Übergangsbereich am Substrat zu befestigen.
Bei einer Ausführungsform besteht die intermedäre Kopplervorrichtung aus einer Vielzahl optischer Fasern, die Seite an Seite durch einen Kopplungsbereich und durch eine Bohrung einer in Längsrichtung neben dem Kopplungsbereich gelegenen Röhre verlaufen. Die Fasern werden im Kopplungsbereich verschmolzen, wobei die Durchmesser der Fasern im Kopplungsbereich kleiner als deren Durchmesser in der Röhre sind. Die Fasern werden von einem Tropfen Klebstoff an dem Ende der Röhrenbohrung umgeben, der dem Kopplungsbereich gegenüberliegt
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform wird die intermedäre Kopplungsvorrichtung durch Haltern einer Vielzahl von optischen Fasern Seite an Seite und Erwärmen eines Bereichs der Fasern zwischen deren Enden zur Verschmelzung derselben gebildet. Die diskreten Faserbereiche werden an das benachbarte Substrat geklebt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Figur 1 eine Querschnittsansicht einer Kapillarröhre, nachdem optische Fasern in sie eingesetzt sind;
Figur 2 eine teilweise Querschnittsansicht zum Illustrieren des Kollabierens der Glasröhre um die Fasern zur Bildung eines festen Mittelbereichs;
Figuren 2a, 2b, und 2c, Querschnittsansichten, aufgenommen entlang der Linien 2a-2a, 2b-2b, und 2c-2c von Figur 2;
Figur 3 eine teilweise Querschnittsansicht eines faseroptischen Kopplers, nachdem er gezogen ist;
Figur 4 eine Querschnittsansicht eines Endbereichs des Kopplers von Figur 3, nachdem Klebstoff in den Trichter eingebracht ist;
Figur 5 eine teilweise Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linien 5-5 von Figur 4, nachdem Klebstoff die optischen Fasern hinuntergeflossen ist;
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Kollabieren einer Kapillarröhre, Strecken deren Mittelbereichs und zum optionellen Haltern derselben während des Einbringungsprozesses des Klebstoffs;
Figur 7 eine Querschnittsansicht eines Endbereichs eines Kopplers zum Zeigen einer Modifikation der Klebstoffeinbringungs technik;
Figur 8 eine teilweise Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linien 8-8 von Figur 7;
Figur 9 eine ebene Ansicht eines bikonisch abgeschrägten Kopplers, der an einem Schutzelement befestigt ist; und
Figuren 10, 11 und 12 Querschnittsansichten, aufgenommen entlang der Linien 10-10, 11-11 und 12-12 von Figur 9.

Detaillierte Beschreibung

Die Zeichnungen sollen keine Skalierung oder Relativproportionen der darin gezeigten Elemente bezeichnen.
Übermantelte faseroptische Koppler können durch das im US- Patent Nr. 5,011,251 offenbarte Verfahren hergestellt werden, auf das hier Bezug genommen wird. Der hier beschriebene 1x2- Koppler soll ein typischer MxN-Koppler sein, wobei M ≥ 1 und N ≥ 2. Ein Schutzbeschichtungsmaterial 21, 22 wird von geeigneten Abschnitten der beschichteten optischen Fasern 17 und 18 (Figur 1) abgestreift, und diese werden in die Bohrung 11 in Längsrichtung der Kapillare 10 gefädelt, wobei sich die unbeschichteten Faserabschnitte 19 und 20 durch den Röhrenmittelbereich 25 erstrecken. Die Röhre 10 ist vorzugsweise aus Silika, dotiert mit B&sub2;O&sub2; und wahlweise Fluor. Sie kann durch Hinzufügen eines Dotierstoffs, wie z.B. GeO&sub2; und Einstellen des Brechungsindex durch zusätzliches B&sub2;O&sub3; weicher gemacht werden. Die Trichter 12 und 13 bilden Eingänge zur Bohrung 11 an den Endoberflächen 14 und 15.
Die Röhre 10 wird durch den Ringbrenner 34 (Figur 6) eingesetzt und in Zieheinspannvorrichtungen 32 und 33 geklemmt, welche an motorgesteuerten Stufen 45 und 46 angebracht sind. Die beschichtete Faser 17 wird durch die Bohrung 11 eingesetzt, bis ihr unbeschichteter Abschnitt unterhalb der Röhrenendoberfläche 15 liegt. Der unbeschichtete Abschnitt der beschichteten Faser 18 wird neben dem unbeschichteten Abschnitt der beschichteten Faser 17 gehalten, und beide werden zusammen zum Röhrenende 14 bewegt, bis die Beschichtungsendbereiche im Trichter 13 liegen, wobei die unbeschichteten Faserabschnitte dann zwischen den Endoberflächen 14 und 15 liegen. Das Ende der Faser 18 liegt zwischen dem Mittelbereich 27 und dem Ende 14 der Röhre 10. Die Fasern werden durch Vakuumanbringungen 41 und 41' gefädelt, welche dann mit den Enden der Vorf orm 31 dichtend verbunden werden. Typische Vakuumanbringungen sind im US-Patent Nr. 5,017,206 offenbart, auf das hier Bezug genommen wird. Ein Vakuum wird an die Röhre 41 durch die Leitung 42 angelegt. Ein Ende eines Abschnitts einer dünnen Gummiröhre 43 wird an das Ende der Vakuumanbringung 41, das der Vorf orm 31 gegenüberliegt, angebracht; wobei das verbleibende Ende der Röhre innerhalb der Röhrenklemmeinrichtung (nicht gezeigt) verläuft. Die obere Vakuumanbringung 41' ist in ähnlicher Weise mit der Leitung 42', der Röhre 43' und der Röhrenklemmeinrichtung verbunden. Die beschichteten Abschnitte der Fasern verlaufen von den Röhren 43 und 43'. Wenn Luftdruck innerhalb der Klemmeinrichtung aufgebaut wird und gegen die Röhre 43 und 43' gerichtet wird, wie durch die Pfeile 44, 44' angedeutet, um die Röhre gegen die dadurch verlaufenden Fasern zu klemmen, wird die Bohrung 11 über die Leitung 42 und 42 evakuiert.
Während die Vorf orm 31 evakuiert wird, erwärmt der Ringbrenner 34 die Röhre 10, was bewirkt, daß der Mittelbereich 27 auf die optischen Fasern (Fig. 2) kollabiert. Darauf wird zumindest der zentrale Abschnitt der Mittelbereichs 27 erwärmt, und die Stufen 45 und 46 ziehen in entgegengesetzte Richtungen, um die Vorform 31 zur Bildung einer intermediären Kopplervorrichtung 25 mit einem hinuntergezogenen Bereich 24 (Figur 3) zu verlängern. Ein Hohlraum 23, welcher aus dem unkollabierten Ende der Bohrung 11 entlang des jeweiligen Trichters entsteht, existiert an einem Ende der intermediären Kopplervorrichtung 25.
Es ist übliche Praxis, einen Tropfen Klebstoff in jeden Trichter zur Erhöhung der Zugfestigkeit der optischen Faserschwänze, die von den Enden des Kopplers ausgehen, einzugeben. Falls die Röhre keine Trichter hätte, würde der Tropfen Klebstoff an das Ende der Röhre gesetzt werden. Wegen des kleinen Durchmessers des Bohrungsabschnitts 11 der Hohlräume 23 läuft der Klebstoff anfänglich nicht tiefer als bis zur Unterseite 16 des Trichters 13. Verschiedene Verfahren zum Veranlassen, daß der Klebstoff in die Bohrung zu fließt, sind offenbart.
In Übereinstimmung mit dem in den Figuren 4 und 5 illustrierten Verfahren wird der Klebstoff in einer solcher Art und Weise aufgebracht, daß er die Wand der Bohrung neben den optischen Fasern "hinabläuft". Eine Spritze wird mit Klebstoff gefüllt, und ihre Einführungsnadel 48 wird in den Trichter 13 eingesetzt. Eine ausreichende Menge Klebstoff wird in den Trichter eingebracht, um die freiliegenden Bereiche der Fasern zu bedekken, welche sich in den Trichter erstrecken. Der Klebstoff läuft vorzugsweise zur Unterseite 16 des Trichters.
Falls der Klebstoff nicht unmittelbar nach seinem Einbringen in den Trichter ausgehärtet wird, wird der an der Wand des Trichters und an der Bohrung neben den optischen Fasern "hinunterlaufen". Mit "Hinunterlaufen" ist gemeint, daß der Klebstoff durch die Kapillarwirkung zwischen jeder Faser und der benachbarten Oberfläche der Bohrung fließt, um längliche Tropfen 53 zu bilden, welche die Fasern an der Röhrenwand, welche die Bohrung 11 (siehe Figur 5) bildet, befestigen. Die Klebstofftropfen 53 übertragen extern und intern erzeugte Belastungen von den Fasern auf die Röhre Der Klebstoff sollte zumindest 3 mm über die Trichterunterseite 16 in die Bohrung 11' laufen; dieser Abstand reicht zur Übertragung des Großteils der Zugkraft von der Faser auf die Wand der Röhrenbohrung aus. Der Hinunterlaufprozess kann ebenfalls im Fließen von Klebstoff zwischen benachbarten Fasern zur Bildung eines Tropfens 54 resultieren. Die Laufzeit hängt von solcher Parametern wie der Temperatur der Kopplerröhre, der Viskosität des Klebstoffs und der Tiefe der unkollabierten Bohrung ab.
Hierzu wurde eine hinreichende Zeit zur Verfügung gestellt, um den Klebstoff, der durch die Sickerwirkung eindringt, den minimalen erforderlichen Abstand hinab in die Bohrung laufen zu lassen. Am Ende der vorbestimmten Zeitspanne, die zum Sickern erforderlich ist, wurde der Klebstoff dann durch ultraviolettes Licht, Wärme oder dergleichen ausgehärtet, und der Kopplerkörper wurde von den Einspannvorrichtungen gelöst.
Jedoch kann die angesiedelte Zeit ausreichend lang sein, daß ein oder mehrere der Klebstofftropfen zufälligerweise bis zu den Brückenbereichen 29 und 30 (Figur 2b) laufen, wobei sie in diesem Fall die mechanische thermische Funktionstüchtigkeit des Kopplers widrig beeinflussen. Alternativermaßen könnten einige Parameter, wie z.B. die Viskosität des Klebstoffs so sein, daß der Klebstoff nicht weit genug in die Bohrung während der angesiedelten Zeitspanne einsickert.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist eine Energiequelle, wie z.B. eine Ultraviolett-Lichtquelle 35, neben der intermediären Kopplervorrichtung 25 angebracht (Figur 3). In Figur 4 wird der Rand des Ultraviolett-Lichtstrahls durch die gestrichelte Linie 36' dargestellt, und der Strahl verläuft bis zur rechten Seite dieser Linie. Wenn die Klebstofftropfen den Strahl erreichen, wird der Aushärtungsprozess initiiert, und die Tropfen hören innerhalb einiger weniger Millimeter zu fließen auf, und zwar abhängig von verschiedenen Prozessbedingungen einschließlich Viskosität und Aushärteenergie-Intensität. Wenn die Aushärtestrahlungsquelle in einer Halterungsklammer angebracht ist, die mit der Ausrüstung zum Haltern der intermediären Kopplervorrichtung 25 ausgerichtet ist, kann man den Klebstoff bis zu einem Bereich im Bohrungsabschnitt 11' laufen lassen, welcher einen vorbestimmten Abstand vom Ende der intermediären Kopplervorrichtung 25 entfernt ist. Da die Klebstofftiefe genau gesteuert werden kann, ist die Reproduzierbarkeit des Kopplerherstellungsprozesses verbessert. Das UV-Licht wird dann auf das Ende der Röhre 10 gerichtet und der Rest Klebstoffs wird ausgehärtet.
Der Klebstoffeinbringungsprozess wird am anderen Ende der Röhre wiederholt. Nachdem der Koppler von den Einspannvorrichtungen 32 und 33 entfernt ist, können die verklebten Bereiche zusätzlicher Ultraviolett-Energie ausgesetzt werden, um zu gewährleisten, daß der gesamte Klebstoff vollständig ausgehärtet ist.
Eine weitere Ausführungsform ist in den Figuren 7 und 8 gezeigt, bei der der Rand des UV-Lichtstrahls wieder durch die unterbrochene Linie 35' dargestellt ist. Ein hohles Filament 56 ist mit einer Schutzbeschichtung 57 versehen, so daß sie leichter handhabbar ist. Das beschichtete hohle Filament wird mit einer Vakuumquelle durch Einsetzen desselben in das Ende der evakuierten Röhre 58 und Abdichten der Verbindung mit Klebstoff 59 verbunden. Ein hinreichender Abschnitt der Beschichtung 57 wird vom Ende des Filaments 56 entfernt, um zu ermöglichen, daß das Filament bis zur erwünschten Tiefe in den Hohlraum 23' verläuft. Die Spitze des Filaments 56 erstreckt sich in den UV- Lichtstrahl, aber sie sollte sich nicht bis zum Brückenbereich der Fasern erstrecken, da der Kontakt mit den Fasern in diesem Bereich im Zertrennen eines Brückenbereichs und somit in einer Abschwächung der Faser resultieren könnte. Eine einfache Technik zum Erhalten des geeigneten Filament-Einsetzabstands ist in Figur 6 gezeigt. Das Ende des Filaments 56 wird in einem vorbestimmten Punkt, wie z.B. der Oberseite der Einspannvorrichtung 31 lokalisiert, und ein Abschnitt des Filaments, der von dem Ende entfernt liegt, wird durch eine Klemmeinrichtung 49 befestigt. Wenn das Ende des Filaments in die Bohrung 11 eingesetzt wird, erstreckt es sich darin bis zur erwünschten Tiefe.
Wenn ein Tropfen des Klebstoffs 52 in den Trichter 13 'gesetzt wird, zieht der geringe Druck, der durch das Filament 56 erzeugt wird, den Klebstoff zu dieser Tiefe in den Hohlraum, wo der Klebstoff beleuchtet wird und dadurch durch den Strahl 35' gehärtet wird. Die Abschnitte der Fasern 19 und 20 innerhalb des Hohlraums 23' sind somit vollständig bis zu dieser vorbestimmten Tiefe in den Klebstoff getaucht, wo der Strahl lokalisiert ist. Das hohle Filament 56 wird dann abgeklemmt, und ein Tropfen Klebstoff wird in sein freigelegtes Ende gegeben. Der Rest des Klebstoffs wird dann wie oben beschrieben ausgehärtet
Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird der Klebstoff weniger als den gesamten vorbestimmten Abstand in die Bohrung durch die Bohrungsevakuierungstechnik von Figur 7 eingezogen, und eine hinreichende Zeitspanne wird dann angesiedelt, um zu gewährleisten, daß der Klebstoff bis zum Ultraviolett- Lichtstrahl sickert. Teuweises Füllen der Bohrung vor dem Sikkern ist nützlich, da es Klebstoff in die Bohrung vor dem Sikkerprozess setzt, so daß die Sickerzeit verringert ist und gewährleistet ist, daß die geeignete Sickerwirkung auftritt. Das hohle Filament wird abgeklemmt und verklebt, und der Rest des Klebstoffs wird ausgehärtet.
Das Verfahren nach der Erfindung kann ebenfalls bei verschmolzenen bikonisch abgeschrägten Kopplern des im US-Patent Nr. 5,013,117 offenbarten Typs verwendet werden. Wie in Figur 9 gezeigt, werden die Beschichtungen 75 und 76 von Abschnitten der beschichteten optischen Fasern 77 und 78 zwischen ihren Enden abgestreift. Die abgestreiften Bereiche 73 und 74 der Fasern werden in Kontakt gebracht, die in Kontakt gebrachten Bereiche werden erwärmt, um sie parallel zueinander zu verschmelzen, und die Fasern werden entlang der optischen Achse gestreckt. Der Koppler 71 wird dann auf das Substrat 80 durch Eingeben eines Tropfen Klebstoffs 81 auf jedes Ende des Kopplers von der Anwendungsnadel 82 bondiert. Der Tropfen 81 bedeckt die Fasern 73 und 74 (Figur 10) und zumindest einen Abschnitt der Beschichtungen 75 und 76. Mit Verstreichen der Zeit können die Tropfen 84, 85 und 86 des Klebstoff 5 zwischen die Fasern und das Substrat sickern (Figur 11). Falls der Klebstoff zum abgeschrägten Bereich sickert, wo die Fasern durch einen Brückenbereich 88 verbunden sind (Figur 12), oder bis zum abgeschrägten Bereich neben dem Brückenbereich, kann dies das Kopplungsverhältnis ändern, kann dies möglicherweise einen Überschußverlust ansteigen lassen und kann dies im Problem eines Bruchs resultieren. Um zu verhindern, daß der Klebstoff zu weit entlang der Fasern zum verschmolzenen Bereich 79 hin sickert, wird der Ultraviolett-Lichtstrahl 84 auf die Fasern gerichtet, um den sikkernden Klebstoff, wie oben beschrieben, auszuhärten. Der Klebstoff verläuft somit nur bis zum vorbestimmten Bereich, der durch den Rand des Strahls 84 bestimmt ist.
Ein faseroptischer 1x2-Koppler wurde in Übereinstimmung mit dem folgenden spezifischen Beispiel hergestellt. Die Dimensionen der Glasröhre 10 waren: 3,8 cm Länge, 2,6 mm Außendurchmesser und 265 µm Bohrungsdurchmesser. Jeder der Kanäle 12 und 13 wurde durch Fließenlassen des gasförmigen Ätzmittels NF&sub3; durch die Röhre unter gleichförmigen Erwärmen des Endes der Röhre gebildet. Die Trichter 12 und 13 waren etwa 1,71 mm tief, und ihre maximalen Durchmesser betrugen ungefähr 1,81 mm. Die beschich-teten Fasern 17 und 18 bestanden aus optischen Einzelmoden- Fasern 19 und 20 mit 125 µm Durchmesser und mit Urethanakrylatbeschichtungen 21 und 22 mit 250 µm Durchmesser. Ein 6 cm langer Abschnitt der Beschichtung wurde vorn Ende einer 1,5 m langen beschichteten Fasern 18 entfernt. Ein Antireflexionsabschluß wurde an dem Ende der Faser 18 durch Richten einer Flamme auf das Zentrum des abgestreiften Bereichs der Faser gebildet, während das Ende der Faser gezogen wurde und zur Bildung eines abgeschrägten Endes abgetrennt wurde. Die Spitze der Faser 20 wurde durch eine Brennerflamme erwärmt, um das Glas zurückweichen zu lassen und eine abgerundete Endfläche bilden zu lassen. Der resultierende abgestreifte Endbereich war etwa 3,2 cm lang. Etwa 3,2 cm der Beschichtung wurden vom Zentralbereich einer 3 rn langen beschichteten Faser 17 abgestreift.
Die Röhre 10 wurde in die Vorrichtung von Figur 6 eingesetzt, und die Fasern wurde in die Röhre 10, wie oben beschrieben, eingesetzt. Vakuurnanbringung 41 und 41' wurden an die Enden der Vorform 31 angebracht, und ein Vakuum von 7 bis 12 Inch (18 bis 56 cm) Quecksilber wurde mit dem Vakuumanbringungen verbunden. Der Ringbrenner 34 wurde gezündet und seine Flammen erwärmten die Röhre 10, was bewirkte, daß der Röhrenmittelbereich auf die Fasern kollabierte. Nachdem die Röhre abgekühlt war, wurde der Brenner erneut gezündet, um das Zentrum des kollabierten Bereichs zu erwärmen. Die Flamme wurde ausgeschaltet und die Stufen 45 und 46 wurden betrieben, um den abgeschnürten Bereich 24 (Figur 3) zu bilden. Nachdem der Koppler abgekühlt war, wurden die Vakuumleitungen entfernt. Der Koppler blieb während der Einbringung des Klebstoffs in die Hohlräume 23 in den Einspann-vorrichtungen.
Die Klemmeinrichtungen 44 und 44' wurden von den flexiblen Vakuumschläuchen 43 und 43' gelöst, uns Stickstoff wurde in die Schläuche 42 und 42' gegeben. Die durch den durch die Röhren 43 und 43' fließenden Stickstoff erzeugte Turbulenz verbesserte das Lösen der Faser von diesen Röhren. Nach Beendigung der Stickstoffspülung wurden die Vakuurnanbringungen 41 und 41' entfemt.
Etwa 30 cm eines hohlen Silikafilaments 56 von 80 µm wurden bereitgestellt. Das Filament hatte eine Beschichtung aus Urethanakrylat mit 200 µm Außendurchmesser. Ein Ende des beschichteten Filaments wurde in ein Ende einer Röhre 58 geklebt, während das andere Ende an einer Vakuurnquelle anbringbar war. Etwa 2,5 cm der Beschichtung wurden vom restlichen Ende des hohlen Filaments abgestreift. Das Filament 56 wurde in den Bohrungsabschnitt 11' eingeführt, bis es 7 bis 8 mm von der Endoberfläche 15 entfernt verlief.
Eine Spritze wurde mit einem elektrolytischen UV-aushärtbaren Epoxiharz mit der Kodierungsnummer 2500 UV, hergestellt durch Electronic Materials Inc. of New Milford, Connecticut, gefüllt. Die Anwendungsnadel wurde in den unteren Trichter 13 der Kopplervorform eingesetzt, und die Nadel wurde sorgfältig in den Unterseitenbereich des Trichters eingeführt. Eine hinreichende Menge an Epoxi wurde in den Trichter eingeführt, um ihn zu füllen und die freiliegenden Fasern zu bedecken. Beachtung wurde der Minimalisierung der Menge des Klebstoffs geschenkt, welche außerhalb des Trichters verlief.
Der zylindrisch geformte Ausgangskopf 35 einer Dymax-PC3-UV- Lichtquelle wurde in eine ringförmige Aussparung 47 in der Einspannvorrichtung 33 der Vorrichtung von Figur 6 gesetzt. Als der Strahl eingeschaltet wurde, strahlte er auf die Vorf orm 31 und erstreckte sich in einen Bereich innerhalb 6 bis 8 mm von der Endoberfläche 15. Das hohle Filament 56 erstreckte sich etwa 1 bis 2 mm in den ultravioletten Strahl.
Der Hohlraum 22' wurde dann durch das hohle Filament evakuiert, um so das Epoxi in den Bohrungsabschnitt 11' zu ziehen. Als das Epoxi den ultravioletten Strahl erreichte, wurde es durch ihn ausgehärtet und hörte zu fließen auf. Das Filament 56 wurde abgeklemmt, und ein Tropfen Epoxi wurde an sein freiliegendes Ende gesetzt. Die Ultraviolett-Quelle wurde von der Aussparung 47 entfernt, und der UV-Strahl wurde auf den Abschnitt der Vorform 31 zwischen der Einspannvorrichtung 31 und der Vakuumanbringung 41 gerichtet, um das Epoxi weiter auszuhärten.
Der Kopf 35 wurde zur Aussparung 47 - der Einspannvorrichtung 32 bewegt, und die Epoxianwendungs- und Aushärtungsprozedur wurde am oberen Ende der Vorf orm 31 wiederholt. Der Koppler wurde von den Einspannvorrichtungen entfernt. Zur Gewährleistung einer vollständigen Inituerung des Epoxis, wurde der Koppler auf einen weißem Hintergrund gesetzt und mit Ultraviolettlicht von einem Bondwand-UV-Aushärtungskopf minimal 15 Minuten lang belichtet.
Basierend auf den vorhergesagten Spannungen, welche zum Ausfall der in der Langzeitbenutzung der oben beschriebenen 1x2-Koppler führen konnten, wurde bestimmt, daß das Epoxi zu einem Bereich laufen sollte, der 3-8 mm von den Enden der Vorform 31 entfernt ist. Bei 97% der faseroptischen Koppler, die durch dieses Verfahren hergestellt wurden, war das Ende des Klebstoffs nicht weiter als 0,1 mm außerhalb dieses Bereichs. Solche Koppler zeigten eine exzellente mechanische thermische Funktionstüchtigkeit, und die Faserschwänze solcher Koppler zeigten eine hohe Zugfestigkeit.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines faseroptischen Kopplers, mit den Schritten:

Bilden einer intermediären Kopplervorrichtung (25, 71), bei der zumindest zwei optische Fasern (19, 20; 73, 74) Seite an Seite verlaufen, wobei die intermediären Kopplervorrichtung einen Kopplungsbereich (24, 79) aufweist, in dem ein Abschnitt jeder der optischen Fasern miteinander verschmolzen ist, erste und zweite diskrete Faserbereiche, die von dem Kopplungsbereich beabstandet sind, wobei der zweite diskrete Faserbereich auf der Seite des Kopplungsbereichs gelegen ist, die dem ersten diskreten Faserbereich gegenüberliegt, wobei die Fasern in den diskreten Faserbereichen unverschmolzen sind, und erste und zweite Übergangsbereiche, zwischen dem Kopplungsbereich und jeweils den ersten und zweiten diskreten Faserbereichen, wobei der verschmolzene Kontaktbereich zwischen jeglichen zwei aneinanderliegenden Fasern in den Übergangsbereichen mit ansteigender Entfernung von dem Kopplungsbereich abnimmt,

Einbringen eines Tropfens (52, 81) eines mit Energie aushärtbaren Klebstoffs in den ersten diskreten Faserbereich und auf ein Substrat (10, 10', 80), das neben der intermediären Kopplervorrichtung gelegen ist, so daß der Klebstoff zum ersten Übergangsbereich fließt,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Positionieren einer Quelle der Klebstoff-Aushärtungsenergie, derart, daß ein Strahl (36, 84) davon die Fasern in einem vorbestimmten Punkt zwischen dem ersten Übergangsbereich und dem Punkt der anfänglichen Einbringung des Klebstoffs schneidet, wodurch der Klebstoff, der von dem Tropfen zum ersten Übergangsbereich fließt, an dem vorbestimmten Punkt ausgehärtet wird und zu fließen aufhört, und

Aushärten des Restes des Tropfens des Klebstoffs, wodurch der erste Übergangsbereich an das Substrat angebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Röhre (10) ist und daß der Schritt des Bildens umfaßt:

Bilden einer intermediären Kopplervorrichtung bestehend aus einer Vielzahl zusammenhängend verlaufender optischer Fasern (19, 20), wobei die Fasern durch einen Kopplungsbereich (24) und durch Bohrungsabschnitte (11') der Röhre, die in Längsrichtung neben dem Kopplungsbereich auf beiden Seiten des Kopplungsbereichs gelegen sind, verlaufen, wobei die Fasern im Kopplungsbereich verschmolzen werden, und wobei die Querschnittsbereiche der Fasern im Kopplungsbereich kleiner als deren Querschnittbereiche in den Bohrungsabschnitten (11') sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einbringens umfaßt:

Umgeben der Fasern (19, 20) mit einem Tropfen (52) an Klebstoff -an einem dem Kopplungsbereich gegenüberliegenden Ende der Röhrenbohrung (11') und Fließenlassen des Klebstoffs durch die Kapillarwirkung zwischen zumindest einer der Fasern und der benachbarten Wand der Bohrung.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bildens umfaßt:

Bilden einer intermediären Kopplervorrichtung bestehend aus einem länglichen Körper (10') aus Matrixglas, welche das Substrat bildet, wobei der Körper erste und zweite Endflächen (14, 15), einen Mittelbereich (27) und erste und zweite gegenüberliegende Endbereiche, die von dem Mittelbereich zu den ersten und zweiten Endflächen verlaufen, aufweist, wobei eine Vielzahl optischer Fasern (19, 20) durch den Mittelbereich verläuft und wobei die Fasern entlang des Mittelbereichs miteinander verschmolzen sind, wobei die Querschnittsfläche des zentralen Abschnitts des Mittelbereichs kleiner als dessen Querschnittsfläche an den Endbereichen ist, wobei die Querschnittsbereiche der Fasern im zentralen Abschnitt kleiner als deren Querschnittsbereiche an den Endbereichen sind, wobei erste und zweite Abschnitte (11') der unkollabierten in Längsrichtung verlaufenden Bohrung in Längsrichtung von dem Mittelbereich in die ersten und zweiten Bereiche verlaufen, wobei erste und zweite Trichter (12, 13) die ersten und zweiten Bohrungsabschnitte jeweils mit den ersten und zweiten Endflächen verbinden, wobei zumindest eine der Fasern durch den ersten Bohrungsabschnitt und den ersten Trichter und von der ersten Endoberfläche aus verläuft, und wobei zumindest eine weitere der Fasern durch den zweiten Bohrungsabschnitt und den zweiten Trichter und von der zweiten Endfläche aus verläuft,

und daß der Schritt des Einbringens das Einbringen von Klebstoff (52) in den ersten Trichter umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die intermediäre Kopplervorrichtung (25) weiterhin erste und zweite Trichter (12, 13) aufweist, wobei einer der Trichter an einem Ende jedes Röhrenbohrungsabschnitts (11') gegenüberliegend dem Kopplungsbereich (24) gelegen ist, und daß der Schritt des Umgebens der Fasern mit Klebstoff (52) das Einbringen des Klebstoffs in den Trichter umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß vor dem Schritt des Einbringens von Klebstoff (52) in dem ersten Trichter (12) das Verfahren weiterhin folgenden Schritt aufweist:

Einsetzen eines hohlen Filaments (56) durch den ersten Trichter und in den unkollabierten Bohrungsabschnitt (11'),

und daß das Verfahren weiterhin folgenden Schritt aufweist:

Evakuieren des Filaments zum Ziehen des Klebstoffs in den unkollabierten Bohrungsabschnitt, bis er den Strahl (36) erreicht.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schritt des Einbringens von Klebstoff (52) in den ersten Trichter (12) das Verfahren folgenden Schritt aufweist:

Evakuieren des unkollabierten Bohrungsabschnitts (11').

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bildens folgende Schritte aufweist:

Lagern einer Vielzahl optischer Fasern (73, 74) Seite an Seite und Erwärmen eines Bereichs der Fasern zwischen deren Enden zur Verschmelzung derselben miteinander.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Positionierens aufweist:

Setzen der Energiequelle in eine Halterungseinrichtung, welche derart gelagert ist, daß der Strahl (36, 84) davon auf einen vorbestimmten Bereich der intermediären Kopplervorrichtung (25, 71) auftrifft.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bildens in einer Vorrichtung mit ersten und zweiten Einspannvorrichtungen (32, 33) ausgeführt wird, welche die intermediäre Kopplervorrichtung haltern, wobei die Einspannvorrichtungen derart gestaltet sind, daß sie die Energiequelle so aufnehmen, daß deren Strahl (36) auf einen vorbestimmten Bereich der intermediären Kopplervorrichtung auftrifft.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (35) zylindrisch geformt ist und daß die Einspannvorrichtungen (32, 33) ringförmige Aussparungen zum Aufnehmen der Quelle aufweisen.