DE69329263T2

DE69329263T2 - Vor Umwelteinflüssen geschützter faseroptischer Koppler

Info

Publication number: DE69329263T2
Application number: DE69329263T
Authority: DE
Inventors: George Edward Berkey; William James Miller
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2013-06-17
Also published as: EP0732602A3; DE69328731D1; US5405474A; DE69328731T2; JPH0667056A; US5251276A; AU658069B2; EP0732602B1; AU4181493A; EP0578980B1; DE69329263D1; EP0578980A1; CA2093100A1; EP0732602A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft umhüllte faseroptische Koppler, welche geeignet sind, relativ großen Temperaturschwankungen zu widerstehen, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Faseroptische Koppler, auf welche als "geschmolzene Faserkoppler" Bezug genommen wird, wurden gebildet durch die Positionierung einer Mehrzahl von Fasern in einer nebeneinanderliegenden Beziehung entlang einer zweckmäßigen Länge und durch das Zusammenschmelzen der Umhüllungen, um die Fasern zu sichern bzw. zu befestigen und um die Abstände zwischen den Fasern zu reduzieren. Unterschiedliche Kopplereigenschaften - können durch das Einkapseln des Kopplungsbereichs der Fasern in ein Matrixglas zum Bilden eines "umhüllten Kopplers" verbessert werden. Abschnitte der zu verschmelzenden Fasern werden in ein Glasrohr eingeführt, welches einen Brechungsindex aufweist, welcher geringer ist als der der Faserumhüllungen. Das Rohr weist eine Längsbohrung auf, von welcher jedes Ende durch einen Trichter bzw. eine Trichterform mit den Rohrendflächen verbunden ist, was das Einführen der Fasern erleichtert. Der Rohrmittelbereich ist auf die Fasern kollabiert; der Zentralabschnitt des Mittelbereichs verjüngt sich dann auf den Durchmesser und die Kopplungslänge, welche notwendig sind, um die gewünschte Kopplung zu erreichen. Nachdem der Koppler abgekühlt ist, wird ein Tropfen Klebstoff auf jeden Trichter aufgebracht, um die Zugstärke der Fasern zu erhöhen.
Das Kollabieren des Rohrmittelbereichs hat zur Folge, dass die optischen Fasern genau außerhalb des kollabierten Bereichs geschwächt bzw. weniger widerstandsfähig sind. Dieser weniger widerstandsfähige Bereich ist ungefähr 5 mm von dem völlig kollabierten Bereich in den nicht kollabierten Abschnitt der Bohrung vorhanden. Unter starken thermischen Zyklen z. B. dem Durchlaufen eines Kopplers zwischen -60ºC und 125ºC war bekannt, dass der weniger widerstandsfähige Bereich der Fasern bricht, in erster Linie wegen einer Fehlanpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Klebstoff und den Komponenten des Glaskopplers. Wegen dem Winkel der Trichterwände in Bezug zu der Bohrungsachse, veranlaßt diese Fehlanpassung der thermischen Ausdehnung den Klebstoff in dem Trichter, sich der Länge nach nach außen auszudehnen und die darin eingebetteten Fasern von dem kollabierten Mittelbereich wegzuziehen, wobei die Fasern beansprucht bzw. unter Spannung gesetzt werden.
Bisher wurde das Auffüllen der Hohlräume mit Klebstoff als wünschenswert betrachtet, aber die innerhalb der Rohrbohrung eingeschlossene Luft hielt den Klebstoff davon ab, in die Bohrung einzudringen. Eine Technik zur Erhöhung der Eindringtiefe des Klebstoffs in den nicht kollabierten Abschnitt der Rohrbohrung ist in dem Patent EP-A-352957 US-A- 5009692 dargestellt. Ein Tropfen Klebstoff wird auf ein Ende des Kopplerrohrs aufgebracht. Hitze wird örtlich auf einen seitlichen Endabschnitt des Rohrs in der Nähe der nicht kollabierten Bohrung aufgebracht. Wenn die Luft innerhalb der Bohrung erhitzt wird, dehnt sie sich aus und wird aus der Bohrung getrieben und verursacht Blasen, um durch den Klebstoff zu gelangen. Nachdem die Heizquelle entfernt ist, kühlt sich die in der Bohrung zurückgebliebene Luft ab und zieht den Klebstoff eine kurze Distanz in die Bohrung hinein. Jedoch veranlasst die Technik, bei welcher das Rohr erhitzt wird und dem Klebstoff ermöglicht, in die Bohrung gezogen zu werden, den Klebstoff nicht, gleichmäßig weit genug in die Bohrung zu fließen, um den weniger widerstandsfähigen Bereich der Fasern ausreichend zu bedecken bzw. zu umhüllen, oder um von diesem Bereich Spannung abzubauen.
Es wird bemerkt, dass das vollständige Auffüllen des Trichters und des nicht kollabierten Abschnitts der Bohrung mit Klebstoff nur dann effektiv schädliche Spannungen reduziert, welche ansonsten auf die Fasern aufgebracht werden, wenn der Klebstoff gegenüber den Fasern azimutal homogen ist. Das Vorhandensein von großen Hohlräumen im Klebstoff kann die Fasern veranlassen, unter Spannung gesetzt zu werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist also eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzusehen, robuste umhüllte faseroptische Koppler zu schaffen, welche zuverlässig Temperaturextremen und mechanischen Einflüssen, wie z. B. dem Zug an den von den Fasern wegstehenden Anschlusskabeln widerstehen können. Eine andere Aufgabe ist, ein reproduzierbares Verfahren zur Bildung von faseroptischen Kopplern vorzusehen, welches weniger auf das Urteil bzw. die Ansicht des Technikers, der den Koppler herstellt, angewiesen ist. Eine weitere Aufgabe ist, ein Produktionsverfahren zur Bildung von faseroptischen Kopplern zu schaffen, bei welchem Klebstoffe angewendet werden können, die eine große Vielfalt von Viskosität aufweisen, um die Fasern an dem umhüllten Rohr zu befestigen.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Kopplers werden die in Anspruch 4 angegebenen Verfahrensschritte durchgeführt. Entsprechend einem Aspekt der Erfindung lässt man eine ausreichende Zeitspanne verstreichen, um dem Klebstoff zu ermöglichen, durch Kapillarwirkung bzw. durch Dochtwirkung zumindest zwischen eine der Fasern und die anliegende Bohrungswand gezogen zu werden oder zu fließen, um Schichten zu bilden, welche sich zumindest 3 mm von dem Klebstofftropfen in die Bohrung erstrecken. Danach wird der Klebstoff ausgehärtet.
Normalerweise ist die Bohrung mit dem Ende des Rohrs durch einen Trichter verbunden, welcher die Fasereinführung in die Bohrung mit kleinem Durchmesser erleichtert. Wird ein derartiges Rohr verwendet, wird der Klebstoff in dem Trichter aufgebracht. Bei einem gewöhnlichen Koppler, bei dem sich die Bohrung um die 10 mm von dem Boden des Trichters zu dem Kopplungsabschnitt erstreckt, erstreckt sich der Tropfen über zumindest 30% der Gesamtdistanz von dem Trichterboden zu dem an dem Kupplungsabschnitt anliegenden Ende der Bohrung.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung, wird der nicht kollabierte Bohrungsabschnitt evakuiert, und der aufgebrachte Klebstoff wird infolge dessen evakuierten Zustandes in den nicht kollabierten Bohrungsabschnitt gezogen. Die Bohrung kann durch das Einführen einer hohlen Faser in den nicht kollabierten Bohrungsabschnitt und das Evakuieren der hohlen Faser evakuiert werden. Der Klebstoff kann durch Saugen bis zu einem Punkt in die nicht kollabierte Bohrung heruntergezogen werden und man kann ihn durch Kapillarwirkung bzw. Dochtwirkung eine zusätzliche Distanz fließen. Als andere Möglichkeit kann die evakuierte hohle Faser den Klebstoff zu einem Punkt in die Bohrung ziehen, wie z. B. zu ihrem Boden, und der Klebstoff kann sofort ausgehärtet werden.
Der resultierende faseroptische Koppler weist die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Kapillarrohrs, nachdem in dieses optische Fasern eingeführt wurden.
Fig. 2 ist eine Querschnitts- Teilansicht, welche die Kollabierung des Glasrohrs auf die Fasern zum Bilden eines stabilen Mittelbereichs darstellt.
Fig. 3 ist eine Querschnitts- Teildarstellung eines faseroptischen Kopplers, nachdem er verjüngt wurde.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines Endbereichs des Kopplers der Fig. 3, nachdem Klebstoff in den Trichter injiziert bzw. eingespritzt wurde.
Fig. 5 ist eine Querschnitts- Teilansicht entlang den Linien 5-5 der Fig. 4, nachdem Klebstoff durch Dochtwirkung an den optischen Fasern heruntergeflossen ist.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht des Endes einer Koppler- Vorform, welche einen Vakuum-Vorsatz zeigt, der an seinem Ende befestigt ist.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer Apparatur zum Kollabieren des Kapillarrohrs, welche dessen Mittelbereich einspannt und es wahlweise während dem Prozess der Klebstoffaufbringung stützt.
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht eines Endbereichs eines Kopplers, welche eine Abwandlung der Technik der Klebstoffaufbringung zeigt.
Fig. 9 ist eine Querschnitts- Teilansicht entlang der Linien 9-9 der Fig. 8.

Detaillierte Beschreibung

Die Zeichnungen zeigen nicht den Maßstab oder Relativproportionen der darin gezeigten Elemente an. Umhüllte faseroptische Koppler können durch das in dem U. S. Patent 5011251 entsprechend dem EP 0431311 A beschriebenen Verfahren gebildet werden, welches durch Bezugnahme hier integriert wird. Der darin beschriebene 1 · 2 Koppler wird als typisch für M · N Koppler erachtet, bei welchen M ≥ 1 und N ≥ 2. Schützendes Überzugsmaterial 21, 22 wird von den passenden Abschnitten der umhüllten Fasern 17, 18 abgelöst Fig. 1 und sie werden in die Längsbohrung 11 des Kapillarrohrs 10 eingefädelt, wobei sich die unbeschichteten Faserabschnitte 19 und 20 durch den Rohrmittelbereich 27 erstrecken. Das Rohr 10 ist vorzugsweise zusammengesetzt aus Silika bzw. Siliziumoxid, das mit B&sub2;O&sub3; und wahlweise Fluor dotiert ist. Es kann durch Zugabe eines Dotierstoffs wie z. B. GeO&sub2; und durch die Einstellung bzw. Regelung des Brechungsindex durch zusätzliche Zugabe von B&sub2;O&sub3; weicher gemacht werden. Trichter 12 und 13 bilden Einlässe zur Bohrung 11 an den Endflächen 14 und 15, um die Fasereinführung zu erleichtern. Der Mittelbereich 27 ist auf die Fasern kollabiert Fig. 2. Zuletzt wird der Zentralabschnitt des Mittelbereichs 27 erhitzt und gedehnt, um seinen Durchmesser zu reduzieren, wobei ein Zwischenprodukt 25 gebildet wird, welches einen verjüngten bzw. heruntergezogenen Bereich 24 besitzt Fig. 3. Ein Hohlraum 23, welcher aus dem nicht kollabierten Ende der Bohrung 11 entlang dem jeweiligen Trichter besteht, ist an jedem Ende des Kopplers vorhanden. Der Koppler bleibt wahlweise zur Stützung während dem Prozess der Klebstoffaufbringung in der Apparatur der Fig. 7.
Es ist gewöhnliche Praxis, einen Tropfen Klebstoff in jedem Trichter zu platzieren, um die Zugstärke der Anschlusskabel der optischen Fasern zu erhöhen, welche von den Enden des Kopplers wegstehen. Wegen dem kleinen Durchmesser des Bohrungsabschnitts 11 des Hohlraums 23, erstreckt sich der Klebstoff normalerweise nicht tiefer als bis zu dem Boden b des Trichters 13. Wenn das Rohr keine Trichter besitzt, wird der Klebstofftropfen an dem Ende des Rohrs platziert.
Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Beanspruchung der weniger widerstandsfähigen Abschnitte der Fasern reduziert oder ausgeschlossen, indem der Klebstoff entsprechend dem in Fig. 4 und 5 gezeigten Prozess aufgebracht wird, bei welchem er die an den optischen Fasern anliegende Trichter- und Bohrungswand durch "Dochtwirkung herunterfließt". Wie in Fig. 4 gezeigt, ist der weniger widerstandsfähige Bereich w der Fasern eine Distanz d um die 5 mm entfernt von dem Ende des nicht kollabierten Mittelbereichs. Wird ein Klebstoff mit hoher Viskosität benutzt, können die Enden des Rohrs 10 entweder vor oder nach dem Aufbringen des Klebstoffs durch geeignete Mittel wie z. B. eine Heizpistole siehe Pfeile H der Fig. 7 erhitzt werden, um seine Viskosität zu reduzieren und dadurch den Fluss des Klebstoffs in den Hohlraum erleichtern. Wenn in dem Prozess bestimmte Klebstoffe benutzt werden, die durch Überhitzung verschlechtert werden, wird dass Rohr vorzugsweise vor dem Aufbringen des Klebstoffs erhitzt, wobei die Rohrtemperatur geringer ist als die, welche den Klebstoff verschlechtert. Eine Spritze wird mit Klebstoff gefüllt und die Appliziernadel 48 wird in den Trichter 13 eingeführt. Eine ausreichende Menge Klebstoff wird in den Trichter injiziert, um die freigelegten Bereiche der Fasern zu bedecken, welche sich in den Trichter erstrecken. Der Klebstoff erstreckt sich vorzugsweise bis zu dem Boden b des Trichters. Es sollte darauf geachtet werden, die Bildung von eingeschlossenen Blasen zu minimieren. Wenn das Rohr Trichter besitzt, ist der Klebstoff vorzugsweise in dem Trichter 13 eingeschlossen, ohne dass ihm ermöglicht wird, über die Endfläche 15 zu fließen. Ein Gießspiegel bzw. Meniskus kann an den Fasern gebildet werden. Die Fasern sollten voneinander getrennt gehalten werden und jenseits der Endfläche 15 des Rohrs nicht zusammengeklebt sein, außer durch den aufgebrachten Tropfen des Klebstoffs. Der Prozess der Klebstoffaufbringung wird an dem anderen Ende des Rohrs wiederholt. Bevor der Klebstoff ausgehärtet wird, lässt man eine ausreichende Zeitspanne verstreichen, um zu ermöglichen, dass der Klebstoff an der an den optischen Fasern anliegenden Trichter- und Bohrungswand durch "Dochtwirkung herunterfließt".
Durch "Kapillarwirkung bzw. Dochtwirkung herunterfließen" bedeutet, dass der Klebstoff durch Kapillarwirkung bzw. durch Kapillarkräfte zwischen jeder Faser und der anliegenden Oberfläche der Bohrung fließt, um verlängerte Verstärkungsrippen 53 zu bilden, welche die Fasern an der Rohrwand, welche die Bohrung 11' bildet, befestigen, wodurch extern und intern erzeugte Beanspruchung bzw. Belastung von den Fasern auf das Rohr übertragen wird. Klebstoff sollte durch Kapillarwirkung zumindest 3 mm jenseits des Trichterbodens b in die Bohrung 11' fließen. Eine Distanz von 3 mm ist ausreichend, um die meisten der Zugkräfte von den Fasern auf die Wand der Rohrbohrung zu übertragen. Die Bohrungstiefe ist normalerweise relativ kurz, denn es ist wünschenswert, die Gesamtlänge des Kopplers zu minimieren. Bei einer kommerziellen Ausführungsform des vorliegenden Kopplers, erstreckt sich die Bohrung ungefähr 10 mm von dem Trichterboden zu dem Kupplungsbereich. In diesem Koppler sollte sich die Verstärkungsrippe über zumindest 30% der Gesamtdistanz von dem Trichterboden zu dem Ende der Bohrung, das an dem Kopplungsbereich anliegt, erstrecken. Der Prozess des Fließens durch Kapillarwirkung kann auch darin resultieren, dass Klebstoff zwischen anliegenden Fasern fließt, um die Verstärkungsrippe 54 zu bilden. Die Zeitdauer des Fließens durch Kapillarwirkung hängt von Parametern wie der Temperatur des Kopplungsrohrs, der Viskosität des Klebstoffs und der Tiefe der nicht kollabierten Bohrung ab.
Bei bestimmten 1 · N Kopplern z. B. einem 1 · 6 Leistungsteiler, bei welchen eine Faser in dem Kopplungsbereich von einer Vielzahl von Ringfasern umgeben ist, kann die zentrale Faser nicht durch eine Verstärkungsrippe aus Klebstoff an der Rohrwand befestigt werden, denn die zentrale Faser ist zu weit von der Wand entfernt. Bei einem derartigen Koppler wird die Verstärkungsrippe zwischen der Wand der Rohrbohrung und zumindest einer und vorzugsweise allen der Ringfasern angeordnet, welche an der Bohrung anliegend angeordnet sind. Nachdem eine ausreichende Zeitspanne verstrichen ist, damit das benötigte Fließen durch Kapillarwirkung ablaufen konnte, wird der Klebstoff durch ultraviolettes Licht, Hitze o. ä. ausgehärtet, und der Kopplerkörper aus dem Spannfutter ausgelöst.
Vor dem Aufbringen des Klebstoffs 52 kann der aus dem Ende 14 herausstehende Abschnitt von optischen Fasern 17 mit einer Lichtquelle verbunden werden, und die aus der Endfläche 15 herausstehenden Fasern 17 und 18 können an Lichtdetektoren angeschlossen werden. Die Signale der Lichtdetektoren können vor und nach dem Kleben notiert werden, so dass Veränderungen während dem Kleben und/oder dem Ausspannen festgestellt werden können.
Faseroptische Koppler, die entsprechend der Methode der Fig. 1 -5 gebaut wurden, zeigten mechanisch hervorragende thermische Funktionen. Die dünne Verbindungsrippe aus Klebstoff zwischen den Fasern und der Rohrwand ist resistent gegen Aufblätterung bzw. Delaminierung während Temperaturveränderungen, und stattet auf diese Weise die Faseranschlusskabel mit hoher Zugstärke aus. Außerdem wurde Computer-Modeling dazu benutzt, Spannungen zu analysieren, welchen die Fasern unter verschiedenen Zuständen des Klebens ausgesetzt sind. Das Model sagt vorher, dass die Fasern geringeren Spannungen ausgesetzt sind, wenn der Klebstoff wie in Fig. 5 gezeigt durch Kapillarwirkung an den Fasern heruntergeflossen ist, als wenn die Bohrung vollständig mit Klebstoff gefüllt wäre.
Vorzugsweise ist die axiale Länge 1 der Trichter so klein wie möglich, um somit das Klebstoffvolumen zu minimieren. Dies minimiert die Gesamtbewegung des Klebstoffs in dem Trichter und es minimiert den Betrag der Längsbewegung einer Faser, angeordnet in diesem Klebstoff, als ein Resultat von Temperaturveränderung. Jedoch muss die Länge 1 ausreichend groß sein, um die Platzierung der Faserüberzüge 21 und 22 zu erleichtern. Wenn der Trichter sehr kurz ist, ist es schwer für den Bediener die Faserüberzüge in ihrer korrekten Längsposition zu positionieren.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung, wird der Klebstoff bis zu einer Tiefe in den Hohlraum 23' über seinem Boden, aber unter den Boden b des Trichters 13' gezogen, bevor der Prozess des Fließens durch Kapillarwirkung beginnt. In Bezug auf Fig. 8 und 9 wird der Hohlraum 23' durch eine hohle Faser 56 evakuiert, um Klebstoff 52' tief in den Hohlraum zu ziehen. Die Faser 56 ist mit einem schützenden Überzug 57 ausgestattet, so dass sie leichter gehandhabt werden kann. Die umhüllte bzw. beschichtete hohle Faser wird mit einer Vakuumquelle verbunden, indem sie in das Ende einer evakuierten Rohrleitung 58 eingeführt, und die Verbindung mit Klebstoff 59 abgedichtet wird. Eine ausreichende Länge des Überzugs 57 wird von dem. Ende der Faser 56 entfernt, um es der Faser zu ermöglichen, sich bis zur der gewünschten Tiefe in den Hohlraum 23' zu erstrecken. Wie in Fig. 8 gezeigt, reichen die Fasern bis zu einem Punkt in den Hohlraum 23', welcher etwas entfernt ist von deren Boden. Das Ende der Faser 56 kann z. B. bis kurz vor den weniger widerstandsfähigen Bereich w der Fasern reichen, so dass, wenn Klebstoff aufgebracht wird, der Klebstoff den weniger widerstandsfähigen Bereich w nicht bedeckt. Vielmehr wird der Klebstoff danach durch Kapillarwirkung über den weniger widerstandsfähigen Bereich fließen, jedoch den Hohlraum nicht vollständig füllen. Als Alternative kann der Klebstoff durch Kapillarwirkung von dem festen Klebstoffbereich bis zu einem Punkt über dem Bereich w fließen und schon Spannungen von dem Bereich w abbauen.
Wenn ein Klebstofftropfen 52' in dem Trichter 13' platziert ist, zieht der durch die Faser 56 geschaffene geringe Druck den Klebstoff bis zu der Tiefe in den Hohlraum, wo sich der unterste Teil der Faser befindet. Wenn der Klebstoff den untersten Teil der Faser erreicht hat, fließt er in sie hinein und blockiert das Vakuum. Die Abschnitte der Fasern 19' und 20' innerhalb des Hohlraums 23' sind auf diese Weise bis zur gewünschten Tiefe bedeckt. Es kann wünschenswert sein, dass der Klebstoff z. B. zu einem Punkt in der Bohrung fließt, der sich ungefähr auf ¹/&sub4; bis ¹/&sub2; der Distanz von dem Punkt b an dem Trichterboden bis zu dem Punkt m am Beginn des Mittelbereichs befindet.
Nachdem eine ausreichende Zeitspanne verstrichen ist, damit das benötigte Fließen durch Kapillarwirkung ablaufen konnte, wird der Klebstoff durch ultraviolettes Licht, Hitze o. ä. ausgehärtet. Die hohle Faser 56 kann dann einfach abgetrennt werden, wobei ein Teil von ihr in dem Hohlraum gelassen wird. Als andere Möglichkeit kann sie vor dem Aushärten des Klebstoffs herausgezogen werden. Der verbleibende Abschnitt der hohlen Faser kann durch Abtrennen des Endabschnitts der hohlen Faser, der mit Klebstoff gefüllt ist und durch Abziehen des Überzugs von dem neuen Endabschnitt wiederverwendet werden. Teilweises Füllen der Bohrung ist vorteilhaft dahingehend, dass dadurch Klebstoff vor dem Prozeß des Fließens durch Kapillarwirkung in der Bohrung platziert wird, wobei die Zeit des Fließens durch Kapillarwirkung verringert wird und sichergestellt wird, dass die richtige Fließaktion durch Kapillarwirkung abläuft.
Vielmehr kann ein Bediener, anstatt darauf zu warten, dass der Klebstoff die hohle Faser 56 erreicht und das Vakuum blockiert, das Fließen des Klebstoffs in die Bohrung 11' visuell überwachen. Wenn der Klebstoff die gewünschte Tiefe erreicht, kann das Vakuum unterbrochen werden.
Das Erhitzen des Koppler-Zwischenprodukts vor dem Einführen des Klebstoffs in den Trichter und/oder die Benutzung der Faser 56, um Klebstoff in die Bohrung zu ziehen, ermöglicht den Gebrauch von Klebstoffen mit höherer Viskosität als die, welche anderenfalls hätten benutzt werden können. Einige Klebstoffe mit hoher Viskosität enthalten Glasteilchen, um den Volumen-Ausdehnungskoeffizienten herabzusetzen.
Entsprechend einer anderen Ausführungsform wird Klebstoff bis zu einer gewünschten Tiefe in den Bohrungsabschnitt 11' gezogen und ausgehärtet, bevor ein nennenswerter Betrag des Fließens durch Kapillarwirkung abgelaufen ist. Wenn die Faser 56 in den Boden des Bohrungsabschnitts 11' eingeführt ist, können die Fasern im wesentlichen durch Klebstoff 52' bedeckt werden. Tatsächlich wurde bei durch diese Technik gebildeten Kopplern der Hohlraum vollständig mit Klebstoff gefüllt. Meistens bleibt eine extrem kleine Luftblase am Boden des Hohlraums zurück, wenn diese Technik angewendet wird.
Als andere Möglichkeit kann die Faser 56 derart eingeführt werden, dass sich ihr Ende bis zu einem Punkt über dem Boden des Bohrungsabschnitts 11' erstreckt. Z. B. kann sich das Ende genau bis jenseits des Punkts w erstrecken, so dass, wenn Klebstoff aufgebracht wird, der Klebstoff den weniger widerstandsfähigen Bereich w der Fasern bedeckt, aber den Hohlraum nicht vollständig füllt.

Beispiel 1

Ein faseroptischer 1 · 2 Koppler wurde entsprechend mit dem folgenden spezifischen Beispiel gebaut, Bezug kann auf die Fig. 1-7 genommen werden. Die Abmessungen des Glasrohrs 10 waren. 3,8 cm Länge, 2,8 mm Außendurchmesser, und 265 um Bohrungsdurchmesser. Jeder der Trichter 12 und 13 wurde durch das Fließen der in der Gasphase befindlichen Ätzflüssigkeit NF3 durch das Rohr gebildet, während das Ende des Rohrs gleichmäßig erhitzt wurde. Die Tiefen der Trichter 12 und 13 waren ungefähr 1,71 mm und ihre Maximaldurchmesser waren ungefähr 1,81 mm. Beschichtete Fasern 17 und 18, bestanden aus single-mode-optischen Fasern mit 125 um Durchmesser, welche Urethan Acrylat Überzüge bzw. Beschichtungen 21 bzw. 22 mit 250 um Durchmesser besitzen. Ein Antireflexionsende wurde am Ende der Faser 18 durch das Richten einer Flamme auf das Zentrum des abgezogenen Bereichs der Fasern gebildet, während das Ende der Faser gezogen und abgetrennt wurde, um ein spitz zulaufendes Ende zu bilden. Das Ende der Faser 20 wurde durch eine Brennerflamme erhitzt, um zu verursachen, daß das Glas zurückgeht und eine abgerundete Endfläche bildet. Näherungsweise 3,2 cm Überzug wurde von dem Mittelbereich einer 3 Meter langen umhüllten Faser 17 abgezogen.
Das Rohr 10 wurde durch einen Ringbrenner eingeführt Fig. 7 und in Zieh-Spannfutter 32 und 33 eingespannt, welche durch Motoren gesteuerte Abschnitte bzw. Plattformen 45 und 46 besitzen. Die beschichtete Faser 17 wurde durch die Bohrung 11 eingeführt, bis ihr unbeschichteter Abschnitt unterhalb der Rohrendfläche 15 saß. Der unbeschichtete Abschnitt der beschichteten Faser 18 wurde anliegend an den unbeschichteten Abschnitt der beschichteten Faser 17 gehalten, und beide wurden zusammen in Richtung des Rohrendes 14 geschoben, bis die Endbereiche der Beschichtung im Trichter 13 saßen, die unbeschichteten Faserabschnitte saßen dann zwischen den Endflächen 14 und 15. Das Ende der Faser 18 saß zwischen dem Mittelbereich 27 und dem Ende 14 des Rohrs 10. Die Fasern wurden durch die Vakuum-Vorsätze 41 und 41' eingeführt, welche dann an den Enden der Vorform 31 angefügt wurden. In Bezug auf Fig. 6 wurde der Vakuum-Vorsatz 41 über das Ende des Rohrs 10 geschoben und die Einfassung 39 wurde festgezogen, um den O- förmigen Ring 38 gegen das Rohr zu pressen. Die Vakuumleitung 42 wurde mit dem Rohr 40 verbunden. Ein Ende einer Länge einer dünnen Gummi-Rohrleitung 43 wurde an dem gegenüber der Vorform 31 liegenden Ende des Vakuum-Vorsatzes 41 befestigt; das verbleibende Ende der Rohrleitung erstreckte sich zwischen den Spannbacken 44. Der obere Vakuum-Vorsatz 41' wurde auf gleiche Weise der Leitung 42', der Rohrleitung 43' und den Spannbacken 44' zugeordnet. Die beschichteten Abschnitte der Fasern erstreckten sich aus den Rohrleitungen 43 und 43'. Ein Vakuum wurde auf die Koppler-Vorform 31 durch die Spannbacken 44 und 44' über die Rohrleitungen 43 und 43' aufgebracht.
Eine Vakuumquelle wurde mit der Rohrbohrung verbunden, der Ringbrenner 34 wurde entzündet, und seine Flamme erhitzte das Rohr 10, was den Rohrmittelbereich 27 veranlasste, sich wie in Fig. 2 gezeigt auf die Fasern 19 und 20 zu kollabieren.
Nachdem das Rohr abgekühlt war, wurde der Brenner wieder entzündet, um das Zentrum des kollabierten Bereichs bis zu dem Schmelz- bzw. Erweichungspunkt seiner Materialien zu erhitzen. Die Flamme wurde abgestellt, und die Abschnitte 45 und 46 wurden in entgegengesetzte Richtung auseinandergezogen, um das Rohr 10 zu verlängern und einen verjüngten Bereich 24 zu bilden Fig. 3. Nachdem der Koppler abgekühlt war, wurden die Vakuumleitungen entfernt. Der Koppler blieb während dem Anlegen des Klebstoffs an den Hohlraum 23 in dem Spannfutter. Die Klemmen 44 und 44' wurden von den flexiblen Vakuumschläuchen 43 und 43' gelöst, und Nitrogen wurde auf den Schläuchen 42 und 42' zugeführt. Die durch das Fließen des Nitrogens durch die Rohre 43 und 43' erzeugte Turbulenz verbesserte die Freigabe der Faser von diesen Rohren. Nach Vollendung der Nitrogensäuberung wurden die Vakuumvorsätze 41 und 41' entfernt.
Eine MasterMite-Heizpistole Model #10008 wurde eingeschaltet und aufgewärmt. Mit der Heizpistole wurde an dem oberen Bereich des Kopplers zwischen den Brenner 34 und das Spanfutter 32 gezielt, während eine Distanz von 14 cm zwischen der Pistole und dem Kopplerkörper beibehalten wurde. Die Hitze wurde auf den Kopplerkörper aufgebracht, indem ungefähr alle 5 Sekunden zwischen den oberen und den unteren Bereichen des Kopplerkörpers über eine Gesamtzeit von 1 Minute abgewechselt wurde.
Eine Spritze wurde gefüllt mit Elektrolyt UV aushärtendem Epoxidharz mit der Codenummer 2728 UV, hergestellt von Electronic Materials Inc., in New Milford, Connecticut. Die Appliziernadel wurde in den unteren Trichter 13 der Koppler- Vorform eingeführt, und die Nadel wurde sorgfältig in den Bodenbereich des Trichters manipuliert. Ein ausreichender Betrag an Epoxidharz wurde in den Trichter injiziert, um ihn zu füllen und die Fasern zu bedecken. Es wurde darauf geachtet, die Menge an Klebstoff, der sich außerhalb des Trichters erstreckte, zu minimieren. Die Epoxidharz- Aufbringung wurde dann an dem oberen Trichter wiederholt. Nachdem 2 Minuten vergingen, wurde das Epoxidharz des unteren Trichters 13 einer W Lichtquelle ausgesetzt. Der 2 Minuten- Zeitraum vor der Initialisierung des W Epoxyds, ermöglicht dem Klebstoff durch Kapillarwirkung zumindest 3 mm jenseits des Trichters in die Bohrung zu fließen. Das Ende der W Wand war 3,25 mm von der Oberfläche des Zwischenprodukts 25 entfernt. Die Belichtungszeit war so lang wie die Zeit, die gebraucht wird, um einen Gesamtbelichtungspegel von zumindest 58600 mj/cm² zu erreichen, wie 0 mm von der Detektoroberfläche gemessen wurde. Die Aushärtungsvorgang wurde für den oberen Trichter wiederholt. Dann wurde der Kopplerkörper von den Spannfuttern 32 und 33 gelöst. Um einen vollständigen Beginn bzw. eine vollständige Initialisierung des Epoxyds zu sichern, wurde der Koppler vor einem weißen Hintergrund platziert und wurde dem W Licht von einer Bondwand UV Aushärtungswand für ein Minimum von 15 Minuten ausgesetzt. Die minimale Ausgangsleistung der Bondwand-Quelle war ausreichend, um eine Gesamtheit von 110 mj/cm² über ein 30 Sekunden Test- Zeitintervall zu schaffen.
Die mechanische Zuverlässigkeit von umhüllten faseroptischen Kopplern entsprechend diesem Beispiel zeigte deutliche Verbesserungen zu umhüllten faseroptische Kopplern, welche durch eine "Standardtechnik" geklebt wurden, wobei der Trichter durch Klebstoff aus einer Subkutannadel gefüllt wurde, jedoch eine ungenügende Zeitdauer zum Fließen durch Kapillarwirkung vor dem Aushärten des Klebstoffs zugelassen wurde.
Vor dem Gebrauch der hier beschriebenen Verbesserungen wurde eine Fertigungsreihe von Hunderten von Kopplern mit der vorher erwähnten Technik geklebt. Ungefähr 41% dieser Koppler versagten bei einem zweiten Durchlaufen zwischen -60ºC und 125ºC. Das Versagen zeigte sich durch das Brechen von zumindest einer Faser des Kopplers. Wenn das Verfahren des speziellen Beispiels angewendet wurde, versagten nur 3% der Koppler bei dem gleichen Test. Die Koppler, die versagten, waren typischerweise nicht normgemäß, z. B. floss das Epoxydharz nicht durch Kapillarwirkung.

Beispiel 2

Ein faseroptischer 1 · 2 Koppler wurde entsprechend dem Beispiel 1 gebaut, bis auf dass das Ende der Hohlraum entsprechend der Ausführungsform der Fig. 8 und 9 geklebt wurden.
Ungefähr 30 cm der 80 um hohlen Silika- bzw. Siliziumoxidfaser 56 wurden bereitgestellt. Die hohle Faser hatte einen 200 um Überzugs-Außendurchmesser aus Urethan-Acrylat. Ein Ende der umhüllten Faser wurde in ein Ende eines Rohrs 58 geklebt, dessen anderes Ende so angepasst war, um mit einer Vakuumquelle verbunden zu werden. Ungefähr 2,5 cm des Überzugs wurde von dem verbleibenden Ende der hohlen Faser abgezogen. Die Faser 56 wurde in den Hohlraum 23' eingeführt, bis es dessen Boden erreichte. Ein Tropfen Electrolite 2500 Epoxydharz, hergestellt von. Electronic Materials Inc. in New Milford, Connecticut, wurde am Ende 15' des Rohrs 10' platziert. Der Hohlraum 23' wurde dann durch die hohle Faser evakuiert, und auf diese Weise der Klebstoff veranlasst, in den Hohlraum 23' herunter zu fließen. Der Klebstoff floss dann eine sehr kurze Distanz in das Mikrorohr bzw. sehr kleine Rohr, bis er einen Punkt erreichte, an dem er das Vakuum blockierte und nicht weiter fließen konnte. Der Klebstoff wurde durch Aussetzung gegenüber ultraviolettem Licht ausgehärtet, und der Koppler wurde aus den Spannfuttern entfernt. Die hohle Faser wurde abgetrennt, das abgetrennte Teil verblieb in dem Hohlraum.
Die mechanische Zuverlässigkeit von umhüllten faseroptischen Kopplern entsprechend diesem Beispiel zeigte ebenfalls deutliche Verbesserungen zu umhüllten faseroptische Kopplern, welche durch die genannte "Standardtechnik" geklebt wurden. Wurde das Verfahren dieses Beispiels angewendet, ergab sich ein viel geringeres Versagen der Koppler als Resultat des thermischen Durchlaufs.

Claims

1. Faseroptischer Koppler, welcher aufweist:

ein Rohr (10), eine Mehrzahl von nebeneinanderliegend verlaufender Lichtleitfasern (19, 20, 19', 20'), welche durch die Bohrung (11') des Rohrs (10) verlaufen, wobei das Rohr und seine Bohrung einen Abschnitt aufweisen, in welchem sie um die Fasern herum kollabiert sind, derart, daß sie einen optischen Kopplungsbereich (24) bilden, in dem Kopplungsbereich zusammengeschmolzene Fasern, deren Durchmesser in dem Kopplungsbereich kleiner sind, als ihre Durchmesser in dem nicht kollabierten Bereich der Bohrung, und mit Klebstoff, welcher in einem Abschnitt der Bohrung angeordnet ist, um die Fasern an dem Rohr zu befestigen,

wobei ein Tropfen des Klebstoffs das Ende der Bohrung (11') gegenüber dem Kopplungsbereich (24) komplett füllt, so daß die Fasern (19, 20, 19', 20') von dem Tropfen des Klebstoffs vollständig umgeben und durch ihn befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht (53) des Klebstoffes sich zumindest zwischen einer der Fasern und der anliegenden Wand der Rohrbohrung bzw. -öffnung erstreckt, und daß eine Schicht (54) des Klebstoffes sich zwischen zwei der Fasern erstreckt, und daß diese Schichten die Fasern nicht vollständig mit Klebstoff umgeben und nur zwischen den Fasern und zwischen den Fasern und der Bohrungswand, welche an den Fasern anliegt, vorhanden sind,

daß sich die Schichten (53, 54) von dem Tropfen (52, 52') des Klebstoffs in die Bohrung (11') über eine Distanz von zumindest 30% der Gesamtdistanz des Tropfens des Klebstoff zu dem Ende der Bohrung neben dem Kopplungsbereich erstrecken.

2. Koppler nach Anspruch 1, bei welchem sich die Schichten (53, 54) zumindest 3 mm in die Bohrung (11') von dem Tropfen (52, 52') des Klebstoffs in Richtung des Kopplungsbereichs erstrecken.

3. Koppler nach Anspruch 1, welcher ferner eine Trichterform bzw. einen Trichter (13, 13') an dem Ende der Rohrbohrung (11) gegenüber dem Kopplungsbereich aufweist, und bei welchem sich der Tropfen (52, 52') des Klebstoffs in dem Trichter befindet.

4. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Kopplers, bei dem ein Zwischenprodukt (25, 25') hergestellt wird, welches zusammengesetzt ist aus einem Rohr (10), einer Mehrzahl nebeneinanderliegend verlaufender Lichtleitfasern (19, 20, 19', 20'), welche durch die Bohrung (11') des Rohrs (10) verlaufen, wobei das. Rohr und seine Bohrung einen Abschnitt aufweisen, in welchem sie um die Fasern herum kollabiert sind, so daß sie einen optischen Kopplungsbereich (24) bilden, wobei die Fasern in dem Kopplungsbereich zusammengeschmolzen sind und deren Durchmesser in dem Kopplungsbereich kleiner sind, als ihre Durchmesser in dem nicht kollabierten Bereich der Bohrung, daß ein Tropfen Klebstoff auf das Ende der Bohrung gegenüber des Kopplungsbereich aufgebracht wird, derart, daß der Tropfen (52, 52') des Klebstoffs vollständig das Ende der Bohrung (11) gegenüber dem Kopplungsbereich füllt und die Fasern (19, 20, 19', 20') an dem Ende vollständig umgibt, während er jedoch die vollständige Füllung in dem nicht kollabierten Bereich der Bohrung mit dem Klebstoff verhindert wird, indem der Klebstoff so aufgebracht wird, daß er fließt, wobei der Klebstoff durch die Kapillarwirkung zwischen zumindest einer der Fasern und der anliegenden Wand der Bohrung fließt, um Schichten (53, 54) aus Klebstoff zu bilden, welche die Fasern nicht vollständig umgeben, wobei der Schritt des Fließens beinhaltet, daß der Klebstoff über eine Zeitspanne fließen kann, welche ausreichend ist, die Schichten zu veranlassen, sich über zumindest 30% der Gesamtdistanz von dem Tropfens (52, 52') des Klebstoffs zu dem Ende der Bohrung (11'), welche an dem Kupplungsbereich (24) anliegt, zu erstrecken, wonach der Klebstoff aushärtet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem der Schritt, dem Klebstoff ein Fließen zu ermöglichen, der Klebstoff über eine Zeitspanne fließt, welche ausreichend ist, ihn zu veranlassen, zumindest 3 mm von dem Tropfen des Klebstoffs in den nicht kollabierten Bereich der Bohrung (11') zu fließen.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem das Zwischenprodukt (25, 25') ferner einen Trichter (13, 13') am Ende der Rohrbohrung (11') gegenüber des Kupplungsabschnitts (24) aufweist, und der Schritt des Umgebens der Fasern mit Klebstoff das Aufbringen von Klebstoff in den Trichter beinhaltet.

7. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem der Schritt, dem Klebstoff ein Fließen zu ermöglichen, beinhaltet, daß nach dem Schritt des Aufbringens von einem Tropfen Klebstoff eine ausreichende Zeitspanne vergeht, um dem Klebstoff zu erlauben, vor dem Schritt der Aushärtung des Klebstoffes durch die Kapillarwirkung zwischen den Fasern (19, 20, 19', 20') und der anliegenden Wand der ersten Bohrung (11') zu fließen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem die Zeitperiode ausreichend ist, es dem Klebstoff zu erlauben, durch die Kapillarwirkung zu dem unteren Ende der an dem Kopplungsbereich (24) anliegenden in den nicht kollabierten Bereich der Bohrung bzw. Öffnung(11') zu fließen.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 8, welches ferner vor dem Schritt des Aufbringens des Klebstoffs in den Trichter (13) den Schritt aufweist, das Rohr (10) zu erhitzen.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, welches ferner vor dem Schritt des Aufbringens des Klebstoffs in den Trichter den Schritt aufweist, eine hohle Faser (56) durch den Trichter (13') und in den nicht kollabierten Bereich der Bohrung (11') einzuführen, die Faser zu evakuieren, um den Klebstoff (52') aufgrund ihrer evakuiertenen Bedingung in den nicht kollabierten Bereich der Bohrung (11') zu ziehen, das Ziehen des Klebstoffs zu einem bestimmten Punkt in den nicht kollabierten Bereich der Bohrung (11'), den Schritt, eine ausreichende Zeitperiode vergehen zu lassen, um dem Klebstoff zu ermöglichen durch die Kapillarwirkung tiefer in den nicht kollabierten Bereich der Bohrung zu fließen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem der Schritt des Einführens aufweist: das Einführen einer hohlen Faser (56), derart daß ihr Ende den bestimmten Punkt in den nicht kollabierten Bereich der Bohrung erreicht, den Schritt des Aufbringens von Klebstoff, so daß der Klebstoff (52') veranlaßt wird, die gesamte Umgebung den nicht kollabierten Bereich der Bohrung von dem Boden des Trichters bis zu dem bestimmten Punkt zu füllen.

12. Verfahren nach Anspruch 4, welches ferner den Schritt aufweist, das Rohr (10) zu erhitzen, bevor der Klebstoff ausgehärtet wird.