DE69413109T2 - Optischer Stecker - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft einen (Steck-)Verbinder zum Verbinden optischer Fasern.
- In einem optischen Verbinder, der optische Fasern verbindet, müssen (1) reflektierte zurückkehrende Strahlen an einem Verbindungsknoten reduziert werden (Verwirklichung von niedriger Reflexion); und (2) Strahlen, die infolge ihrer Rückkehr oder Zerstreuung durch Reflexion an einem Verbindungsknoten nicht zur Lichtempfangsseite fortgepflanzt werden, müssen verringert werden (Herabsetzung von Reflexionsverlust).
- Um diese Forderungen zu erfüllen, wird für Einzelfaser-Steckverbinder eine Kupplung mit körperlichem Kontakt (physical contact PC) (direkte Berührungskupplung zwischen optischen Fasern) untersucht. Beispielsweise wurde ein für optische Verbinder vorgesehenes Polierrad entwickelt, wie es in der japanischen Patent- Offenlegung Nr. Sho. 61-137107 beschrieben ist.
- Andererseits ist es bei Mehrfaser-Steckverbindern schwierig, eine körperliche Kontaktkopplung für alle Fasern zu erreichen. Üblicherweise sind, um die Reflexion herabzusetzen, die Endflächen zur Verbindung der polierten Flächen schräg poliert. Da dieses Verfahren jedoch nicht erfolgreich Reflexionsverluste beseitigt, werden die optischen Verbinder durch Einsetzen eines Index-Anpaßmittels gekoppelt, d. h. mit einem Mittel, das im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie der Kern der optischen Faser besitzt.
- Jedoch ist bei der durch Einsetzen des Index-Anpaßmittels zwischen die Endflächen der optischen Fasern hergestellten Verbindung der Schritt des Aufbringens des Index-Anpaßmittels notwendig. Dementsprechend besitzt dieser Aufbau einen Nachteil im Hinblick auf die Betriebsfähigkeit und den Umgang, und zusätzlich werden leicht Verunreinigungen zwischen den Endflächen der optischen Fasern ermöglicht, die ein Problem bilden.
- Im Hinblick auf diese Umstände wurde ein Kopplungsverfahren ohne Benutzung des Index-Anpaßmittels für Mehrfaser-Verbinder untersucht. Die JP-Patentoffenlegung Nr. Hei. 4-34403 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden optischer Verbinder, bei dem ein Harzfilm mit einem Brechungsindex, der nahe dem der Faser liegt, an einer Endfläche des optischen Verbinders angeordnet ist, um die optischen Verbinder durch den Harzfilm hindurch zu verbinden.
- Gemäß dem eben erwähnten Verfahren des Vorsehens eines Harzfilms an der Endfläche des optischen Verbinders mit einem Brechungsindex, der nahe dem des Kerns liegt, ist ein Harzfilm an der Endfläche des optischen Verbinders vorhanden. Dementsprechend behindert eine solche optische Faser nicht nur die Zuverlässigkeit der Funktion des Koppelns der optischen Verbinder während eines langen Zeitraums, sondern führt auch zu einem Nachteil im Hinblick auf die Korrosionsfestigkeit wie auch die Kopplungsfestigkeit. Dazu kommt, daß dann, wenn die Dicke des Harzfilms zum Verbessern der Festigkeit des Harzfilms erhöht wird, der Verbindungsverlust steigt.
- Eine Technologie, um eine Kopplung mit körperlichem Kontakt aller Fasern von Mehrfaser-Verbindern in einer Weise herzustellen, die der von Einzelkern-Verbindern gleichartig ist, ist entwickelt worden. Es ist jedoch schwierig, nur die optischen Fasern stabil an der Endfläche des optischen Verbinders durch Steuern der Bedingung beim Polieren der gesamten Fläche der Verbinderfassung des Mehrfaser-Verbinders vorstehen zu lassen. Da insbesondere ein Füllstoff, eine der die Verbinderfassung bildenden Materialien, in dieser Verbinderfassung zum Verbessern der Stabilität der Fassungsgröße enthalten ist, passiert es leicht, dass der Füllstoff von der polierten Fläche vorsteht. Dementsprechend ist es schwierig, nur die optische Faser von der polierten Endfläche des optischen Verbinders vorstehen zu lassen. Zusätzlich sind, auch wenn die Endflächen der optischen Fasern vorstehen, diese Endflächen der jeweiligen optischen Fasern nicht in der gleichen Richtung ausgerichtet, sondern es besteht tatsächlich ein Unterschied von etwa 0,2º in der Neigung der jeweiligen Endflächen. Das erzeugt ein Problem, dass die Kopplung zwischen den jeweiligen optischen Fasern instabil wird.
- Weitere Verbinder nach dem Stand der Technik können in EP-A-514 722 gefunden werden.
- Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen optischen Verbinder zu schaffen, der fähig ist, stabilen körperlichen Kontakt auch bei Mehrkern-Verbindern mit geringem Verlust zu erreichen.
- Um dieses Ziel zu erreichen, enthält ein optischer Verbinder gemäß der vorliegenden Erfindung die in Anspruch 1 definierten Merkmale.
- Der optische Verbinder der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Endflächen der optischen Fasern leicht über die Endfläche eines an der Fassung des optischen Verbinders vorgesehenen Klebers vorstehen, da er zum Zeitpunkt des Polierens der Kopplungs-Endfläche, nachdem der optische Verbinder befestigt wurde, das Klebermaterial, dessen Elastizitätsmodul in dem im Anspruch 1 angegebenen Bereich liegt, sich leichter polieren läßt. Ein derartiges geringes Vorstehen der Endflächen der optischen Fasern ermöglicht das zuverlässige Koppeln der optischen Fasern.
- Fig. 1(a) ist ein schematisches Schaubild, das einen optischen Verbinder der vorliegenden Erfindung zeigt;
- Fig. 1(b) und (c) sind schematische Schaubilder, die Beispiele der Endfläche des optischen Verbinders bei einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigen;
- Fig. 28a) und (b) sind schematische Schaubilder, die den Kopplungszustand des optischen Verbinders der vorliegenden Erfindung zeigen;
- Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die einen Hauptabschnitt des optischen Verbinders bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- Fig. 4(a) ist ein schematisches Schaubild, das einen optischen Verbinder bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- Fig. 4(b) ist eine Schnittansicht nach Linie II-II' in Fig. 4(a);
- Fig. 5 ist ein schematisches Schaubild, das einen optischen Verbinder gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- Fig. 6(a) ist ein schematisches Schaubild, das einen optischen Verbinder einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- Fig. 6(b) ist eine Schnittansicht, die einen Hauptabschnitt eines optischen Verbinders bei einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
- Fig. 7 ist eine erklärende Darstellung, die eine Verbindung von optischen Fasern nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
- Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
- Fig. 1 zeigt einen optischen Verbinder einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
- Wie in der Zeichnung gezeigt, enthält ein optischer Mehrfaser-Verbinder 1: zwei Führungsstiftlöcher 2, die in der Axialrichtung einer optischen Faser hindurchgehen; eine optische Verbinderfassung 3 und optische Fasern, die an der optischen Verbinderfassung 3 mittels eines Haftmittels 31 befestigt sind.
- Die optische Verbinderfassung 3 wurde hergestellt durch Spritzgußformen mit Benutzen eines füllstofffreien Epoxidharzes mit geringerer Härte als die der optischen Faser 4. Weiter wurde für die optischen Fasern 4 ein Vierfaser-Band 34 benutzt; und ein füllstofffreies Epoxidhaftmittel 31 wurde als Haftmittel zum Befestigen der optischen Fasern 4 verwendet. Der Elastizitätsmodul der optischen Fasern betrug 72569,2 N/mm² (7400 kgf/mm²), der der Verbinderfassung 3 betrug 19613,3 N/mm² (2000 kgf/mm²) und der des Klebers 31 betrug 5883,9 N/mm² (600 kgf/ mm²). In diesem Fall liegt der Elastizitätsmodul des Haftmittels 31 im Bereich von 980,6 bis 9806,6 N/mm² (100 bis 1000 kgf/mm²), mehr bevorzugt im Bereich von 3922,7 bis 7845,3 N/mm² (400 bis 800 kgf/mm²). Zusätzlich kann das Haftmittel 31 auf die gesamte Endfläche 5 der optischen Verbinderfassung 3 aufgetragen werden, wie in Fig. 1(b) gezeigt, oder nur um die von der Endfläche 5 vorstehenden optischen Fasern 4, wie in Fig. 1(c) gezeigt.
- Ein solcher optischer Verbinder 1 wurde gebildet durch Befestigen von Endabschnitten der optischen Fasern 4 in der Weise, dass die optischen Fasern 4 von der Endfläche 5 der optischen Verbinderfassung 3 vorstehen konnten, und darauffolgendes Polieren sowohl der Endflächen der optischen Fasern 4 wie der der optischen Verbinderfassung 3. Die oberen Endabschnitte der optischen Fasern 4 und die Endfläche 5 der optischen Verbinderfassung 3 wurden drei Polierschritten unterworfen, einer Grobpolitur (mit einem Diamant #2000), einer Zwischenpolitur (mit einem Diamant-Läppfilm #5000) und einer Endpolitur (mit Ceroxid), so dass die Endflächen der optischen Fasern 4 von der Endfläche 5 der optischen Verbinderfassung 3 um etwa 1 um vorstanden, wie in Fig. 1(a) gezeigt. In diesem Fall liegt die Vorstehlänge der optischen Faser 4 vorzugsweise im Bereich von 1 bis 3 um, jedoch ist auch mehr als 3 um zulässig.
- Wie in Fig. 2(a) und (b) gezeigt, werden einem solchen optischen Mehrfaserverbin der 1 die Endflächen 5 der optischen Verbinder 1 aneinander gestoßen durch Einsetzen von Führungsstiften 6 in die Führungsstiftlöcher 2, und das Paar von optischen Mehrfaserverbindern 1 wird optisch gekoppelt unter festem Halten durch einen Greifer 9, der durch Anordnen von Flachfedern 8 an beiden Enden eines plattenartigen Teils 7 gebildet ist. Da die Endflächen 5 auf diese Weise aneinander gedrückt werden, können die leicht von der jeweiligen Endfläche der optischen Verbinderfassungen 3 vorstehenden Endflächen 5 der optischen Fasern 4 zuverlässig optisch gekoppelt werden.
- Zehn Stück von so hergestellten optischen Verbindern 1 wurden bewertet. Als Ergebnis der Bewertung ergab sich ein durchschnittlicher Verbindungsverlust und ein Reflexionsverlust an dem Verbindungsknoten von 0,3 dB bzw. 40 dB.
- Weiter tritt an den Kopplungsendflächen, wenn optische Verbinder miteinander gekoppelt werden, im allgemeinen leichte Verformung auf, weil sie in innigem Kontakt gegeneinander vorgespannt sind, und eine derartige Verformung absorbiert Polierfehler und dergleichen. Bei dem vorher erwähnten optischen Verbinder 1 ist jedoch die optische Verbinderfassung 3 aus einem Material mit einer Härte hergestellt, die kleiner als die der optischen Faser 4 ist, und das eine hohe Nachgiebigkeit besitzt. Deshalb läßt die Verformung der optischen Verbinderfassung 3 Polierfehler und dergleichen leicht absorbieren und stellt so eine zufriedenstellende Kopplung der optischen Fasern 4 sicher.
- Weiterhin ist noch für den optischen Verbinder nach der Erfindung erforderlich, dass die optischen Fasern durch Polieren der verbindenden Endfläche in der oben beschriebenen Weise vorstehen. Da ein solches Polieren ein zufriedenstellendes Vorstehen der Endflächen der optischen Fasern 4 sicherstellen kann, kann man sagen, dass eine stabile optische Kopplung auch in diesem Sinne erreicht wird.
- Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die einen Hauptanteil eines optischen Verbinders bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei dieser Ausführungsform war der optische Verbinder 1A der gleiche wie der der ersten Ausführungsform ausser, dass eine optische Verbinderfassung 3A aus einem Epoxidharz (mit Elastizitätsmodul von 4805,3 N/mm² (490 kgf/mm²)) hergestellt wurde, das Calciumcarbonat (Härtezahl 4 in der Mohs'schen Skala) als Füllstoff zum Verbessern der Maßgenauigkeit enthielt. Deswegen sind Teile und Bestandteile, welche die gleichen Funktionen ausführen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird, um Doppelungen zu vermeiden, weggelassen. In diesem Fall ist ein bevorzugter Bereich für die Härte des Füllstoffs der Bereich von 3 bis 6,5 der Mohs'schen Skala, mehr bevorzugt 4 bis 5, da die Härte der aus Quarz bestehenden optischen Faser 4 in der Mohs'schen Skala etwa 6,5 beträgt. Dementsprechend wird ein aus Magnesiumcarbonat, Kunststoff oder dergleichen hergestellter Füllstoff bevorzugt. Der Elastizitätsmodul wird dann, wenn ein solcher Füllstoff enthalten ist, vorzugsweise im Bereich von 980,6 bis 9806,6 N/mm² (100 bis 1000 kgf/mm²) liegen, mehr bevorzugt im Bereich von 3922,7 bis 7845,3 N/mm² (400 bis 800 kgf/mm²). Weiter wurde der optische Verbinder 1A in ähnlicher Weise ausgebildet durch Befestigen der optischen Fasern 4 an der optischen Verbinderfassung 3A und darauffolgendes Polieren der Endflächen der optischen Fasern 4 und der Endfläche der optischen Verbinderfassung 3A, wie es vorher beschrieben wurde. Bei dieser Ausführungsform wurde zum Zeitpunkt des Polierens der aus Calciumcarbonat gefertigte Füllstoff 10 von der Endfläche der optischen Verbinderfassung 3A leicht (um etwa 0,2 um) vorstehend angebracht, und die Endfläche der optischen Fasern 4 stand von dem Füllstoff 10 um weitere 0,5 um vor, als das Vorstehensmaß des Füllstoffs betrug.
- Zehn Stück so hergestellte optische Verbinder 1A wurden bewertet. Ein durchschnittlicher Verbindungsverlust von 0,3 dB und eine Reflexion am Verbindungsknoten von -40 dB wurden berichtet.
- Zusätzlich beeinflußte auch ein Epoxid-Haftmittel (Elastizitätsmodul 4805,3 N/mm²), das Calciumcarbonat (Härte 4 der Mohsschen Skala) als Füllstoff niedriger Härte enthielt, und das statt des füllstofffreien Haftmittels der ersten und zweiten Ausführungsformen benutzt wurde, die Ergebnisse und Auswirkungen dieser Ausführungsformen nicht.
- Um Reflexion an den Optikfaser-Verbindungsknoten zum Zeitpunkt des Koppelns der optischen Verbinder zu vermeiden, ist es erwünscht, wenn die Oberfläche des vorstehenden Abschnittes, welche die Endfläche der optischen Faser enthält, um 5º oder mehr, z. B. 8º, gegenüber einer zur optischen Achse jeder optischen Faser senkrechten Ebene geneigt ist.
- Fig. 4(a) und (b) zeigen einen beispielsweisen optischen Verbinder mit geneigter Fläche. Ein optischer Verbinder 1 B war der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform, außer, dass die Endfläche 5 so poliert war, dass diese Endfläche 5, die auch die Endflächen der optischen Fasern 4 enthielt, um 5º geneigt war (der zwischen der Kopplungs-Endfläche 5 und der optischen Achse gebildete Winkel 85º war) gegenüber einer zur optischen Achse senkrechten Ebene. Bei der Bewertung von zehn Stück dieser optischen Verbinder 1 B ergab sich ein durchschnittlicher Verbindungsverlust von 0,3 dB und eine Reflexion an dem Verbindungsknoten von 50 dB, was als außerordentlich zufriedenstellend angesehen wird.
- Fig. 5 ist ein schematisches Schaubild, das einen beispielsweisen optischen Verbinder zeigt. Wie in der Zeichnung dargestellt, enthält ein optischer Mehrfaserverbinder 21: zwei Führungsstiftlöcher 22, die in der Axialrichtung einer optischen Faser hindurchgehen; eine optische Verbinderfassung 23; und an der optischen Verbinderfassung 23 befestigte optische Fasern 24. Die optische Verbinderfassung 23 enthält einen hinteren Fassungsabschnitt 27, der Quarz als Füllstoff enthält, und einen oberen Fassungsabschnitt ohne Füllstoff. Bei dieser Ausführung betrug der Elastizitätsmodul des hinteren Fassungsabschnitts 27 19613,5 N/mm² (2000 kgf/mm²) wie eine herkömmliche Fassung, die Härte des in dem hinteren Fassungsabschnitt enthaltenen Füllstoffs war 6,5 nach der Mohs'schen Skala, und der Elastizitätsmodul des oberen Fassungsabschnitts 26 betrug 4805,3 N/mm² (490 kgf/mm²). Die Dicke des oberen Fassungsabschnitts 26 wird allgemein mit etwa 1 bis 100 um benötigt, und eine bevorzugte Dicke beträgt 20 bis 30 um. Eine solche optische Faser wurde hergestellt und die Endfläche des optischen Verbinders 21 wurde wie bei der ersten Ausführungsform poliert. Die optischen Fasern 24 standen von der Endfläche 25 um etwa 1 um vor.
- Fig. 6(a) ist ein schematisches Schaubild, das einen beispielsweisen optischen der vorherigen beispielsweisen Ausführungsform, bis darauf, dass eine optische Verbinderfassung 27 einen oberen Fassungsabschnitt 46 (Elastizitätsmodul 4805,3 N/mm² (490 kgf/mm²)) aus einem Epoxidharz, das ein Calciumcarbonat (Härte 4 in der Mohs'schen Skala) als Füllstoff geringer Härte enthielt. Deshalb sind Teile und Komponenten, welche die gleichen Funktionen ausführen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und Beschreibungen derselben werden, um Duplikate zu vermeiden, weggelassen. Die Dicke des oberen Fassungsabschnitts 46 wird allgemein etwa mit 1 bis 100 um benötigt, und eine bevorzugte Dicke ist 20 bis 30 um. Die Endfläche des optischen Verbinders 41 wurde in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform poliert. Bei diesem Beispiel stand, wie in Fig. 6(b) gezeigt, der aus Calciumcarbonat bestehende Füllstoff 40 von der Endfläche der optischen Verbinderfassung 23 leicht (um etwa 0,2 um) zum Zeitpunkt des Polierens vor, und die Endflächen der optischen Fasern 24 standen von dem Füllstoff 10 noch um weitere 0,5 um vor, als die Vorstehlänge des Füllstoffs betrug.
- Wie vorstehend beschrieben sind, da der optische Verbinder ein relativ weiches Teil an seinem Kopplungsendabschnitt besitzt, die optischen Verbinder auch dann fähig, miteinander ohne Riß zu koppeln, wie in Fig. 7 gezeigt, wenn die jeweiligen optischen Verbinder unterschiedliche Neigung an dem Endabschnitt aufweisen.
- Zwar wurde der optische Verbinder in den genannten Ausführungsformen so beschrieben, das er zwei Führungsstiftlöcher aufweist, doch ist die Erfindung selbstverständlich nicht darauf begrenzt. Weiter wurden zwar die Beispiele beschrieben, in welchen die optischen Fasern längs einer die Führungsstiftlöcher verbindenden Linie ausgerichtet waren, doch braucht nicht weiter betont zu werden, dass die optischen Fasern auch in einer dazu senkrechten Richtung ausgerichtet sein können. Weiter wurden auch die Endflächen des optischen Verbinders der zweiten Ausführungsform in der gleichen Weise ausgerichtet wie die der der dritten Ausführungsform, doch beeinflußte eine solche Struktur die Ergebnisse und Auswirkungen der Ausführungsformen nicht.
- Wie im Vorstehenden beschrieben wurde, ist der optische Verbinder dieser Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass vorstehende Abschnitte an der Kopplungsendfläche vorgesehen sind, und dass das aus einem Haftmaterial bestehende Teil, das um die optischen Fasern angeordnet wird, zum Zeitpunkt des Koppelns leicht verformbar ist, und die Oberflächen der optischen Verbinder in Berührung miteinander gekoppelt werden. Deshalb können die Fasern zuverlässig miteinander optisch gekoppelt werden.
Claims (7)
1. Optischer Verbinder mit:
einer optischen Verbinderfassung (3) zum Fixieren optischer Fasern;
einer Vielzahl von optischen Fasern (4), die an der optischen Verbinderfassung
fixiert sind, wobei ein Endteil jeder optischen Faser aus einer Endfläche der
optischen Verbinderfassung vorsteht;
wobei die optische Verbinderfassung aus einem Epoxyharz mit einer Härte, die
geringer ist als die Härte der Fasern, hergestellt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Haftmittel (31) an der Endfläche der optischen Verbinderfassung wenigstens
um die vorstehenden Endteile der optischen Fasern herum vorgesehen ist zum
Fixieren der vorstehenden Teile der optischen Fasern an der Endfläche der
optischen Verbinderfassung;
wobei das Haftmittel einen kleinen Elastizitätsmodul aufweist, der kleiner ist als
derjenige der optischen Verbinderfassung und derjenige der optischen Fasern
und der sich in einem Bereich von 980,6 bis 9806,6 N/mm² (100 bis 1000
kgf/mm²) befindet.
2. Optischer Verbinder gemäß Anspruch 1, weiter mit einem Füllmittel, das in dem
Haftmittel enthalten ist, wobei die Härte des Füllmittels kleiner ist als diejenige der
optischen Faser.
3. Optischer Verbinder gemäß Anspruch 1, wobei die Härte des Füllmittels in dem
Bereich von 3 bis 6, 5 auf der Mohschen Skala ist.
4. Optischer Verbinder gemäß Anspruch 1, wobei die Endfläche der optischen
Verbinderfassung und die Endflächen der optischen Fasern um 5º oder mehr
bezüglich einer Ebene senkrecht zu einer optischen Achse der optischen Faser geneigt
sind.
5. Optischer Verbinder gemäß Anspruch 1, wobei die optische Verbinderfassung ein
Füllmittel enthält und die Härte des Füllmittels kleiner ist als diejenige der
optischen Faser.
6. Optischer Verbinder gemäß Anspruch 5, wobei die Härte des Füllmittels zwischen
3 und 6, 5 auf der Mohschen Skala ist.
7. Optischer Verbinder gemäß Anspruch 5, wobei die Endfläche der optischen
Verbinderfassung und die Endflächen der optischen Fasern um 5º oder mehr in
bezug auf eine Ebene senkrecht zu einer optischen Achse der optischen Faser
geneigt sind.
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