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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Dämpfer,
die für
eine gesteuerte Dämpfung
von Lichtwellenimpulsen verwendet werden, die sich in Lichtleitern
ausbreiten, und insbesondere ein Verfahren zu deren Herstellung.
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HINTERGRUND
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Lichtleiterdämpfer werden
für die
Reduzierung von optischer Signalleistung verwendet, hauptsächlich in
Telekommunikationsverbindungen mit kurzer Distanz oder in Verbindungsleitungen
mit langer Distanz, die Signal-Zwischenverstärker mit
einer festen Verstärkung
beinhalten. Immer dann, wenn die optische Signalleistung in einem
Netzwerk größer ist
als der dynamische Bereich der Detektoren (normalerweise weniger
als 25 dB), muss das optische Signal durch Dämpfung der Signalleistung vermindert
werden, um eine Sättigung
der Detektoren zu verhindern.
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STAND DER
TECHNIK
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Es
gibt im Wesentlichen drei verschiedene Typen von Konstruktionen
von Lichtleiterdämpfern:
mechanische Dämpfer,
siehe A. Benner, H. M. Presby und N. Amitay, "Lowreflection in-line variable attenuator
utilizing optical fiber taper",
J. of Lightwave Technology, Band 8, Nr. 1, Seiten 7–10, Januar
1990, Laserdioden-Dämpfer,
siehe N. Kashima, "A
new approach to an optical attenuator for a time compression multiplex system
using a laser diode as both transmitter and receiver", J. of Lightwave
Technology, Band 9, Nr. 8, Seiten 987–990, August 1991, und verschmolzene
Dämpfer,
siehe z.B. M. Cork, "Passive
fiber optic components", Short
Course Notes, OFC '91,
San Diego, Seite 63, Februar 1991.
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Ein
typischer mechanischer Dämpfer
ist in 1 gezeigt. Zwei Leiterenden 1 mit Hüllen 2,
die Kerne 3 umgeben, sind an den Endflächen, in den Bereichen 5,
breiter gemacht, um einen konischen Bereich 7 zu erzeugen,
gesehen von den Endflächen.
Eine stabilisierende Hülse 9 hält die Enden
in ihrer Position, wobei die Endflächen einen vorbestimmten Abstand
haben. Es gibt einige Variationen bezüglich der Konstruktion, z.B.
mit oder ohne den konischen Bereich 7, die Endflächen können senkrecht
oder nicht-senkrecht bezüglich der
Längsrichtung
der Leiter verlaufen, in dem Luftspalt 11 kann ein Absorptionselement
oder ein halbreflektierendes Glas vorgesehen sein, etc. Der Vorteil
eines mechanischen Dämpfers
besteht darin, dass der Dämpfer
in einer mechanischen Weise eingestellt werden kann, indem die Endflächen der
Leiterenden bewegt werden, siehe die Pfeile 13. Wenn jedoch
der Dämpfer
als eine in eine Leitung eingebauten Komponente verwendet wird,
die in einem System eine feste Dämpfung
hat, dann wird ein System mit mechanischen Dämpfern insgesamt sehr instabil
und teuer, und zwar wegen der Schwankung der Dämpfer mit variierender Temperatur, der
hohen Herstellungs- und Wartungskosten, der hohen Reflektion – geringe
Reflexionsdämpfung
von ungefähr
10–40
dB.
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Ein
typischer verschmolzener Dämpfer,
siehe 2 und den vorstehend genannten Artikel von M. Cork,
kann durch versetztes Verbinden hergestellt werden, wie in der veröffentlichten
internationalen Patentanmeldung WO-A1 95/24665 "Controlled splicing of optical fibers" beschrieben ist,
die der japanischen Patentanmeldung 523,400/95 und der US-Patentanmeldung
Nr. 08/400,968 entspricht. Hier sind die Leiterenden 1 nur
in seitlicher Richtung versetzt, wobei zwischen den Seiten der Leiter
ein Versatz x vorhanden ist, das heißt zwischen den Außenflächen der
Hüllen 2,
wie in einer gewählten
Richtung zu sehen ist. Wenn die Verbindung hergestellt wird, dann
versucht der Oberflächenspannungseffekt,
die Außenflächen der
Hüllen
in Ausrichtung zu bringen, wobei dadurch ebenfalls ein gekrümmtes Endsegment 15 der
Leiterkerne 3 an den geformten Endflächen, an der entsprechenden
Verbindungsfläche,
gebildet wird. Dieser Typ von Dämpfer
hat sehr geringe Herstellungskosten, eine sehr hohe Dämpfungsstabilität und Zuverlässigkeit,
und von dem Dämpfer
wird nahezu keine Reflexion erhalten. Es ist keine Wartung erforderlich.
Jedoch kann der Versatz der Leiterhüllen nicht ganz zufriedenstellend
sein, wie dies von einigen System-Konstrukteuren gesehen wird. Diese
sind hinsichtlich der mechanischen Belastungskonzentration an dem
Verbindungspunkt besorgt, wenn der Dämpfer über längere Zeitperioden verwendet
wird, insbesondere dann, wenn die Verbindung ohne Verwendung einer Schutzhülse lediglich
neu beschichtet wird. Diese Belastungskonzentrationen können zu
unerwünschten
Rissen der Leiterhüllen
oder sogar zu einem Bruch der Leiterverbindungen führen.
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Die
britische Patentanmeldung GB-A 2 128 766 offenbart einen Einmoden-Lichtleiterdämpfer, bei
dem die Enden von zwei Lichtleitern miteinander verschmolzen sind,
indem Hitze auf die Enden angewendet wird. Wenn die Enden zufriedenstellend
miteinander verschmolzen sind, wird das Erhitzen fortgesetzt. Dies
bewirkt, dass der Kernbereich teilweise in das Hüllenmaterial diffundiert. Wenn
der Leiter dann abgekühlt
wird, wird ein Dämpfer
erzeugt, d.h. die Lichtausbreitung in dem Leiter wird als ein Ergebnis
der Nicht-Verschiedenartigkeit der Leiterkerne in Folge der partiellen
Diffusion gedämpft.
Das Erhitzen kann über
eine recht lange Zeit verlängert
werden. Zeiten von 70 und 150 Sekunden sind für die Herstellung von Dämpfern von
4 dB bzw. 8 dB genannt.
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In
dem Artikel "Splice
loss of single mode fiber as related to fusion time, temperature,
and index profile alteration",
von J. T. Krause, W. A. Reed und K. L. Walker, IOOC-ECOC '85, Seiten 629–632, wird
der Verlust bzw. die Dämpfung
von einer Einmoden-Leiterverbindung erläutert, und es wird insbesondere
angeführt,
dass der Verlust von dem Versatz der Leiterkerne und von der Diffusion
des Kernmaterials abhängt.
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Das
US-Patent 4,557,556, George A. Decker, offenbart ein Verfahren zur
Herstellung eines optischen Dämpfers,
bei dem die Achsen von zwei Lichtleiterenden mit einer Versatzdistanz
fehlausgerichtet und die Leiterenden dann miteinander verschmolzen
werden. Obwohl die Leiterenden geschmolzen werden, werden die Enden
bewegt, da die Oberflächenspannung
dazu neigt, die Außenseiten
der Hüllen
der Lichtleiter in Ausrichtung zu bringen, und dann werden auch
die Achsen der Kerne im Wesentlichen ausgerichtet. Das gleiche Verfahren
wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE-A1 42 36 807 offenbart.
Ein ähnliches
Verfahren ist in der europäischen
Patentanmeldung EP-A2 0 594 996 diskutiert.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Dämpfer zur Verwendung bei Lichtleiterverbindungen
zur Verfügung
zu stellen, der gute Alterungseigenschaften hat.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren
zur Herstellung eines Lichtleiterdämpfers zur Verfügung zu
stellen, der durch kommerziell erhältliche automatische Verbindungsmaschinen hergestellt
werden kann, wobei der Herstellungsprozess wiederholbar ist und
somit, für
vorbestimmte Anfangswerte, Dämpfer
hergestellt werden können,
die im Wesentlichen den gleichen Wert der Dämpfung haben.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine einfache Vorrichtung
zur Herstellung eines Lichtleiterdämpfers zur Verfügung zu
stellen, die auf verschiedenen Einrichtungen basiert, die bei herkömmlichen
automatischen Verbindungsmaschinen verfügbar sind.
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Diese
Aufgaben werden durch die Erfindung gelöst, wobei die Merkmale und
Charakteristiken davon in den beigefügten Ansprüchen definiert sind.
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Somit
wird ein verschmolzener Dämpfer
zur Verfügung
gestellt, der getestet wurde und in vielen Aspekten las besser als
die lediglich versetzten Dämpfer
empfunden wurde.
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Durch
Kombinieren von sowohl einem großen anfänglichen Versatz und einem
längeren
Erhitzen können
Dämpfer
mit guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden, und außerdem kann
die längere
Erhitzungsperiode nicht so lang sein wie in dem Fall, bei dem lediglich
eine verlängerte
Erhitzungsperiode verwendet wird, um ein Dämpferelement herzustellen.
Normalerweise kann die Zeit, die für das Erhitzen erforderlich
ist, wenn ein anfänglicher
Offset vorhanden ist, weniger als 20 Sekunden betragen, z.B. in
dem Bereich von 15–20
Sekunden, im Vergleich zu den Zeitperioden von zumindest zwei Minuten,
wenn lediglich Diffusion verwendet wird. Es kann sein, dass der
anfängliche
Versatz dann relativ groß sein
muss, in der Größenordnung
von einigen Kerndurchmessern, z.B. etwa 20–50 Kerndurchmesser.
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Daher
werden zur Herstellung eines Lichtleiterdämpfers aus einer Leiterverbindung
allgemein die folgenden Schritte durchgeführt. Zuerst werden zwei Enden
von Lichtleitern für die
Verbindung vorbereitet, das heißt,
sie werden abgeschnitten, um im Wesentlichen flache Endflächen zu
erzeugen, die senkrecht zu den Längsrichtungen
der Leiterenden verlaufen. Die Endflächen werden für das Verbinden
angeordnet, das heißt, sie
werden benachbart zueinander oder aneinander anstoßend angeordnet,
wobei ihre Längsachsen
parallel verlaufen. Bei diesem Schritt oder davor werden die Faserenden
mit einem seitlichen Versatz relativ zueinander angeordnet, das
heißt,
sie werden so angeordnet, dass die Achsen der Kerne der Leiterenden
und/oder die Außenflächen der
Hüllen
der Enden, gesehen in der gleichen Richtung senkrecht zu den Längsachsen
der Leiterenden, mit einer Versatzdistanz versetzt sind. Dann wird
Hitze auf die anstoßenden,
versetzten Enden angewendet, um zu bewirken, dass diese miteinander
verschmelzen, und die Anwendung von Hitze wird fortgesetzt, nachdem
die Enden verschmolzen sind, um zu bewirken, dass das Kernmaterial
teilweise in die Hüllen diffundiert.
Die Intensität
der auf die Leiterenden angewendeten Hitze nach dem miteinander
Verschmelzung der Leiterenden kann vorteilhafterweise kleiner sein
als die Intensität
der Hitze, die während
des Verschmelzens angewendet wird, und zwar in der gleichen Weise,
wie in der oben genannten internationalen Patentanmeldung des Standes
der Technik erläutert
ist.
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Das
Kriterium zum Auswählen
der Länge
der Zeitperiode, innerhalb derer weiter Hitze zugeführt wird, ist
so, dass die Hüllen
der Leiterenden im Wesentlichen ausgerichtet sind, wobei diese Auswahl
auch zusammen mit einer Auswahl von einer geeigneten anfänglichen
Versatzdistanz erfolgt. Ein alternatives Kriterium besteht darin,
dass die Anwendung von Hitze so lange fortgesetzt werden soll, dass
sich die Schwankung der Dämpfung
der Verbindung nur wenig verändert,
wenn die Anwendung der Hitze verlängert wird. Die Versatzdistanz
muss dann gewählt
werden, um einige Kerndurchmesser zu betragen, um Dämpfungen
mit praktisch brauchbaren Werten zu erreichen, wobei die Distanz
normalerweise in dem Bereich von 10–50 Kerndurchmessern liegt.
Die anfängliche
Versatzdistanz kann vorher berechnet und dann auf den berechneten
Wert eingestellt werden, wobei die Charakteristiken der Leiter,
des Erhitzungsprozesses, insbesondere hinsichtlich der Temperatur
der Verbindung, in Betracht gezogen wird, damit die fertige und
abgekühlte
Leiterverbindung eine gewünschte
Dämpfung
hat.
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Die
Herstellung des Lichtleiterdämpfers
kann in einer herkömmlichen
automatischen Leiterverbindungsvorrichtung mit einer modifizierten
Steuer- und Bildverarbeitungsprozedur erfolgen, wobei die Vorrichtung
Halte- und Positionierungseinrichtungen aufweist, wie beispielsweise
herkömmliche
Spannfutter oder Klammern mit einer genauen Positionssteuerung,
um zwei Enden von Lichtleitern zu halten und um Flächen der
Leiterenden in anstoßender
Beziehung zueinander anzuordnen, um eine herkömmliche Verbindung herzustellen,
wobei die Einrichtungen modifiziert sind, um die Enden seitlich
zu versetzen, wie dies vorher berechnet wurde. Dann sind Heizeinrichtungen
vorgesehen, wie zum Beispiel Schweißelektroden oder eine Hochspannungsquelle,
die durch eine Steuereinrichtung gesteuert wird, um die Leiterenden
zu verschweißen,
das heißt,
Anwenden von Hitze auf die anstoßenden Enden, um zu bewirken,
dass diese miteinander verschmolzen werden. Die Heizeinrichtungen
können
außerdem
dazu ausgestaltet sein, um die Anwendung von Hitze fortzusetzen,
nachdem die Enden verschmolzen sind, um zu bewirken, dass das Kernmaterial
teilweise in die Hüllen
diffundiert.
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Der
so hergestellte optische Dämpfer
beinhaltet eine verschmolzene oder verschweißte Verbindung von zwei Enden
von optischen Leitern, wobei das Material der Leiterkerne in den
Endbereichen der Leiter, in Gebieten nahe oder benachbart zu der
Verbindungsfläche,
teilweise in die benachbarten Gebiete der Hülle der Leiterenden diffundiert
ist, wobei dies durch die verlängerte
zusätzliche
Erhitzung bewirkt wird. Außerdem, durch
Ausrichten der Leiterenden von dem großen anfänglichen Versatzstatus der
Leiterenden werden die Kerne oder ihre verbleibenden Teile an den
Leiterenden in dem Gebiet der Verbindung so stark gekrümmt, dass
sie im Wesentlichen in der Außenfläche der
Leiterverbindung enden oder sich in diese erstrecken.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nun als ein nicht-einschränkendes Ausführungsbeispiel
und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
schematische Ansicht von einer typischen Struktur von mechanischen
Dämpfern
gemäß Stand
der Technik ist,
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2 eine
schematische Ansicht von einem verschmolzenen Dämpfer gemäß Stand der Technik mit Hüllen- und
Kernversatz ist,
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3a, 3b und 3c Darstellungen
sind, die die Beziehung zwischen Schmelzzeit, Versatz und Dämpfung für eine versetzte
Verbindung als eine Funktion der Zeit zeigen,
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4a–4f Fotografien
von Leiterenden sind, die während
der Verschmelzungsprozedur aufgenommen wurden, um einen verformten
und diffundierten Dämpfer
herzustellen,
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5 eine
schematische Querschnittsansicht von einem verformten und diffundierten
Dämpfer
ist,
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6 eine
Darstellung der gemessenen Dämpfung
für 20
verformte und diffundierte Dämpfer
ist, die aus "AT&T DSF" Leitern an beiden
Seiten der Verbindung hergestellt sind,
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7 eine
Darstellung der gemessenen Dämpfung
für 20
verformte und diffundierte Dämpfer
ist, die aus "AT&T DSF" Leitern hergestellt
sind, die mit "Corning
DSF" Leitern verbunden
sind,
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8 eine
Darstellung der gemessenen Dämpfung
für zwei
verschiedene Wellenlängen
für verformte Dämpfer ist,
die aus Leitern "AT&T DSF" hergestellt sind,
verbunden mit "Corning
DSF",
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9 eine
Darstellung von dem Verhältnis
der gemessenen Dämpfung
bei zwei verschiedenen Wellenlängen
ist,
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10 eine
schematische Darstellung der Lichtpfade in einer automatischen Leiterverbindungsvorrichtung
ist,
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11 eine
schematische Darstellung der mechanischen und elektronischen Komponenten
von einer automatischen Leiterverbindungsvorrichtung ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Es
gibt verschieden Wege zur Herstellung von verschmolzenen Dämpfern.
Der Vorgang, bei dem ein Versatz der Hülsen von zwei benachbarten
Leiterenden anfänglich
eingestellt wird und die Lichtbogen-Verschmelzung beginnt und für eine recht
lange Zeit fortgesetzt wird, etwa 20 Sekunden, ist durch die Darstellungen
der 3a–3c dargestellt,
wobei der Verschmelzungsprozess im Wesentlichen so ist, wie in der
internationalen Patentanmeldung gemäß Stand der Technik offenbart
ist, die vorstehend genannt ist, mit einer verlängerten Zeitperiode, wenn der
elektrische Strom in dem elektrischen Lichtbogen etwas kleiner ist
als der, der während
des korrekten Schmelz-Verschmelzens oder Verschweißens der
Leiterenden verwendet wird. Daher ist in 3a eine
Darstellung gezeigt, die den verwendeten Strom als eine Funktion
der Zeit zum Verbinden von zwei Enden von Standard-Einzelmoden-Lichtleitern
darstellt. Während
einer ersten kurzen Zeitperiode 17 wird ein niedriger Strom
für das
Vorschmelzen der Leiterenden verwendet, um Schmutz zu entfernen. Dann,
während
einer etwas längeren
Zeit, erfolgt die eigentliche Verschmelzung mit einem hohen Strom
in dem elektrischen Lichtbogen von normalerweise etwa 13–15 mA während einer
Zeitperiode 19. Dann wird während einer langen Zeitperiode 21 ein
geringerer Schweißstrom
verwendet, der normalerweise Werte haben kann, die in dem Bereich
von 1–2
mA liegen, also kleiner als der, der während des Verschmelzens verwendet wird,
wobei die Leiterenden kontinuierlich beobachtet und der abnehmende
Hülsenversatz überwacht
wird.
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In 4a–4f sind
Fotografien gezeigt, die während
des Verbindens und des verlängerten
Heizprozesses aufgenommen wurden. Daher ist in 4a ein
Bild von den Leiterenden zu dem Zeitpunkt gezeigt, zu dem die eigentliche
Verschmelzung beginnt, das heißt,
zwischen den Zeitperioden 17 und 19. In 4b ist ein
Bild der Leiterenden während
des Verschmelzens gezeigt, aufgenommen 0,1 Sekunden nach dem Bild
aus 4a. In 4c und 4d sind
zwei Bilder der Leiterverbindung während des verlängerten
Erhitzens in der Zeitperiode 21 gezeigt, das erste in 4c zu
einem Zeitpunkt 0,7 Sekunden nach dem Beginn des Verschmelzungsprozesses,
und in 4d 1,5 Sekunden nach dem Beginn
des Verschmelzens. In 4e ist ein Bild gezeigt, das
20 Sekunden nach dem Start aufgenommen wurde. Schließlich ist
in 4f ein Bild gezeigt, das die Leiterverbindung
nach dem Verschmelzen und Erhitzen zeigt, wenn die Leiterverbindung
abgekühlt
ist.
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In
jedem der Bilder aus 4a–4e sind
die Leiterenden/Verbindung gezeigt, und zwar in zwei senkrechten
Richtungen von den Seiten der Leiterenden. Der Versatz der Hüllen ist
so gewählt,
dass er lediglich in einer der Ansichten zu sehen ist, nämlich der
Ansicht von oben. Das bedeutet, dass der Versatz der Hüllen in
Sichtrichtung der Unteransichten erfolgt. Daher ist in 4b aufgrund
der Oberflächenspannung
eine Abrundung der freien Kanten der Hüllen an den Endflächen und
auch eine kleine Krümmung
der Kerne benachbart zu der Verbindungsfläche zu sehen. Der Versatz ist
immer noch recht groß.
In den Bildern aus 4c und d sind diese Effekte
deutlicher, und der Hüllenversatz
nimmt ab. In 4e gibt es insgesamt keinen
Versatz und große
gekrümmte
Gebiete der Kerne an der Leiterverbindungsfläche. In 4f schließlich ist
dieser Effekt ebenfalls gezeigt, es sei aber angemerkt, dass die
Kerne insgesamt nicht zu sehen sind. Diese helle Mittellinie in
dem Bild ergibt sich aus dem Linseneffekt, wo die Leiter, die eine
zylindrische Form haben, als zylindrische Linsen wirken.
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In
der Darstellung aus 3b ist der gemessene Verlust,
der äquivalent
zur Dämpfung
ist, in der Verbindung als eine Funktion der Zeit gezeigt. In 3c ist
der resultierende Versatz der Hüllen
der beiden Leiterenden als eine Funktion der Zeit wiedergegeben.
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Wie
in der oben genannten internationalen Patentanmeldung gemäß Stand
der Technik offenbart, werden versetzte Dämpfer in der Zeitperiode A
erhalten, die direkt auf das Schmelz-Verschmelzen folgt, das heißt nach
der Zeitperiode 19 in 3a, wo
ein etwas geringerer Lichtbogenstrom verwendet wird, im Vergleich
zu dem höheren
Lichtbogenschmelzstrom. In dieser Zeitperiode A wird die Dämpfung der
Verbindung vermindert, wenn die Zeit der verlängerten Erhitzung verlängert wird.
Außerdem
nimmt der Hüllenversatz
linear mit der Zeit ab, zumindest während des ersten Teils dieser
Zeitperiode. Fotografien der erhitzten Verbindung in diesem Zeitbereich
sind in 4c und 4d gezeigt,
wo zu sehen ist, dass es immer noch einen wesentlichen Versatz der
Hüllen
gibt und dass die Leiterkerne relativ zueinander gekrümmt sind,
wie in einer senkrechten Richtung zu sehen ist.
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Wenn
das intensive Erhitzen der Verbindung fortgesetzt wird, dann gibt
es eine Zeitperiode, in der die Dämpfung der Verbindung zunimmt.
Dies findet aufgrund einer weiteren Verformung der Leiterkerne statt, wenn
sich die Leiterhüllen
mehr und mehr ausrichten. Da gibt es wieder eine reguläre Zeitperiode,
Bereich B, wo die Dämpfung
recht gleichmäßig abnimmt,
wenn die Erhitzungszeit verlängert
wird. Es kann hier angenommen werden, dass sich die Leiterkerne
mehr und mehr regelmäßig verformen.
Auch hier ist der Versatz der Hüllen
klein und sinkt auf nahezu Null.
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Wenn
die intensive Erhitzung noch länger
fortgesetzt wird, dann wird der Versatz der Hüllen nahezu gleich Null und
verändert
sich nicht mehr viel. Die gemessene Dämpfung nimmt sehr gleichmäßig und
linear ab, und ein Zeitbereich C kann hier definiert werden, der
zur Herstellung von dämpfenden
Verbindungen geeignet ist. Hier gibt es eine Verformung der Leiterkerne,
und außerdem
wird das Dotierungsmaterial der Leiterkerne mehr und mehr in das
umgebene Hüllenmaterial
diffundiert, wobei die Dämpfung
oder der Verlust linear mit der Zeit sehr genau abnimmt.
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Wenn
man die verschiedenen Bereichen A, B und C vergleicht, dann kann
man folgendes beobachten:
- 1. Die Änderungsgeschwindigkeit
des Verlustes oder der Dämpfung,
das heißt
die Steigung der Kurve in 3b, ist
in dem Bereich C am kleinsten. Daher kann eine bessere Steuerung
und eine stabile Dämpfung erreicht
werden, wenn Dämpfer
hergestellt werden und das Erhitzen in dem Gebiet C beendet wird.
- 2. Die Dämpfung
ist in dem Bereich C ist kleiner als in anderen Bereichen. Um somit
die gleiche endgültige Dämpfung in
einer fertigen Leiterverbindung oder Dämpfer zu erhalten, muss der
anfängliche
Versatz im Vergleich zur Herstellung von Dämpfern größer sein, bei denen die intensive
Erhitzung in den anderen Bereich A und B angehalten wird.
- 3. Der Hüllenversatz
im Bereich C ist annährend
Null. Daher gibt es keine mechanischen Belastungskonzentrationen
an der Verbindungsstelle, die aus der Diskontinuität der Hüllen resultieren.
- 4. Während
der langen Erhitzungszeit diffundiert das Dotierungsmittel des Kerns
in die Hülle
in dem Bereich C. Diese Diffusion kombiniert mit der Kernverformung
dominiert die Dämpfung
einer Leiterverbindung in diesem Bereich.
- 5. Um eine gute Reproduzierbarkeit der Dämpfung zu erhalten, wenn Dämpfer hergestellt
werden und die Erhitzung im Bereich C beendet wird, muss die Erhitzungstemperatur
gut gesteuert werden, da das Ausmaß der Diffusion stark von der
Erhitzungstemperatur abhängig
ist.
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Unter
Verwendung der Echtzeit-Stromsteuertechnik, wie in der internationalen
Patentanmeldung beschrieben ist, die vorstehend genannt ist, können Dämpfer hergestellt
werden, die sowohl verformt als auch diffundiert sind. Dieser Typ
von Dämpfer
hat die folgenden Merkmale:
- 1. Es wird kein
Versatz oder Diskontinuität
in der Hülle
beobachtet, insbesondere in deren äußerem Seitenprofil;
- 2. Annähernd
keine Reflektion von Signalen, die sich durch die Leiterverbindung
ausbreiten, Reflexionsdämpfung > 72 dB;
- 3. Keine Schwankung der Dämpfung
für verschiedene
Umgebungstemperaturen;
- 4. Einer eher kleine Dämpfungsabweichung,
wenn verbundene Dämpfer
hergestellt werden, weniger als 0,2 dB Standardabweichung;
- 5. Geringe Kosten der Herstellung, das gleiche gilt für die Herstellung
einer herkömmlichen
Leiterverbindung;
- 6. Geeignet für
sowohl eine Schutzhülle
als auch das erneute Beschichten.
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Ein
Abschnitt von einer versetzten Leiterverbindung, bei der das Erhitzen
in dem Bereich C aus 3b beendet wurde, ist in 5 gezeigt.
Es wird hier gesehen, dass die Leiterkerne 3 an den Leiterenden
stark gekrümmt
sind, um nahezu in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung
der Faserenden und nahezu oder im Wesentlichen bis zu der Außenfläche des
verbundenen Leiters verlaufen. In diesem gekrümmten Gebiet ist außerdem Dotierungsmaterial
von den Kernen 3 in die umgebenden Gebiete der Hülle 2 diffundiert,
wie durch die Pfeile 23 angegeben ist.
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Zwei
Sätze von
typischen Schmelzparametern zum Herstellen der verformten und diffundierten
Dämpfer
ist in Tabelle 1 angeführt.
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Tabelle
1. Schmelzparameter zur Herstellung von verformten und diffundierten
Dämpfern
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Einige
gemessene Ergebnisse sind in den Diagrammen von 6 und 7 für verformte
und diffundierte Dämpfer
mit zwei verschiedenen Typen von Leiterkombinationen gezeigt, das
heißt
für hergestellte
Verbindungen, bei denen das Erhitzen bis zu einer geeigneten Zeit
in dem Zeitbereich C verlängert
wurde (siehe 3b). Daher sind in 6 die
Werte der gemessenen Dämpfung
für 20
verformte und diffundierte Dämpfer, die
aus Lichtleitern des Typs "DSF", produziert von
AT&T, an beiden
Seiten der Verbindung hergestellt sind, als eine Funktion der gewünschten
Dämpfungen
von 1, 2, 3 und 4 dB angegeben. In 7 sind die
entsprechenden Werte für
20 verformte und diffundierte Dämpfer
angegeben, die aus einem Lichtleiter vom Typ "DSF" hergestellt
sind, produziert von AT&T,
die mit einem Lichtleiter des Typs "DSF" verbunden
sind, hergestellt von Dow Corning.
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In
Tabelle 2 sind die Ergebnisse für
die Herstellung von Dämpfern
aufgeführt,
zuerst gemäß dem Versatz-Verfahren,
wie in der internationalen Patentanmeldung beschrieben, die vorstehend
zitiert ist, und dann gemäß dem Verformungs-
und Diffusionsverfahren, bei dem das Erhitzen bis in den Zeitbereich
C aus 3b verlängert ist.
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Tabelle
2. Vergleich zwischen dem Versatz-Verfahren und dem Verformungs-
und Diffusionsverfahren zum Herstellen von Dämpfern
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Es
wird hier gesehen, dass, obwohl die Dämpfer, wenn eine lange Heizperiode
verwendet wird, das heißt
bei den verformten und diffundierten Dämpfern, gemessene Dämpfungen
haben, die recht stark von den beabsichtigten Wert abweichen, die
Standardabweichung (STD) für
diesen Typ von Dämpfer
sehr viel kleiner ist im Vergleich zu jenen, bei denen lediglich
der Versatz verwendet wird und bei denen das Erhitzen im Bereich A
in 3d beendet wird. Daher führt das
zuerst genannte Verfahren zu Dämpfern
mit ähnlicheren
oder konstanten Werten der Dämpfung.
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Die
Wellenlängen-Abhängigkeit
des verformten Dämpfers
wird für
19 Verbindungen mit verschiedenen Dämpfungen gemessen, die von
0 bis 5 dB reichen. Zwei Wellenlängen
werden für
die Messung für
jede Verbindung verwendet. Die Wellenlängen-Abhängigkeit kann beobachtet werden,
wie durch die Darstellungen von 8 und 9 dargestellt.
Das Verhältnis
der Dämpfungen
für die
beiden Wellenlängen
(1310 nm/1550 nm) beträgt
etwa 1,1, wenn die Dämpfung
größer als
3 dB ist.
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Das
vorstehend beschriebene Verfahren wird auf vorteilhafte Weise durch
eine automatische Bilderzeugungs- und Positionierungsvorrichtung
durchgeführt,
die für
das Verbinden von Lichtleitern verwendet wird, wobei deren optische
Komponenten schematisch in 10 und
deren mechanische/elektronische Komponenten in 11 dargestellt
sind.
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In
dem optischen System, das schematisch in 10 dargestellt
ist, sind zwei Lichtquellen 25 angeordnet, die die Verbindungsposition
zwischen den beiden Leitern 1 und 1' in zwei Richtungen senkrecht zueinander
und außerdem
senkrecht zur Längsrichtung
der Leiterenden beleuchten. Das Licht von den Lichtquellen 25 wird
mit Hilfe von Linsen 27 fokussiert oder parallelisiert,
wonach die Lichtstrahlen mit Hilfe von Reflexionselementen 29 senkrecht
abgelenkt werden und bewirkt wird, dass sie auf einen Strahlspalter 31 treffen,
der in diesem Fall umgekehrt verwendet wird, um die beiden Lichtstrahlen,
die aus den senkrechten Richtungen erhalten werden, zu der gleichen
TV-Kamera oder CCD-Kamera 33 zu leiten, die ein Gebiet
oder eine Fläche aus
lichtempfindlichen Elemente aufweist. Von der TV-Kamera 33 wird
das erzeugte Videosignal zu einer Bildverarbeitungseinheit 35 geliefert,
mit Hilfe derer die Bilder auf einem Monitor oder einem Display-Element 37 gezeigt
werden können.
Ein Bild zeigt dann die Verbindungsposition zwischen den Leiterenden,
gesehen aus diesen beiden senkrechten Richtungen und relativ übereinander
positioniert, vergleiche 4a–4e.
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In
dem schematischen Bild aus 11 ist
eine Leiterverbindungsvorrichtung des automatischen Typs gezeigt,
die Haltemittel 39 aufweist, in denen die Leiterenden angeordnet
sind und während
des Positionierens und Verbindens gehalten werden. Die Haltemittel 39 sind
in drei orthogonalen Koordinatenrichtungen sowohl parallel zur Längsrichtung
der Leiter als auch in zwei Richtungen senkrecht zu dieser Richtung
bewegbar, die dann außerdem
senkrecht zu der Beleuchtungsrichtung von den beiden Lichtquellen 27 sind.
Die Haltemittel 39 werden entlang geeigneter mechanischer
Führungen
(nicht gezeigt) durch Steuermotoren 41 betätigt. Elektrische
Leitungen zu den Elektroden 43 und den Motoren 41 und
den Lampen 27 werden von einem elektronischen Schaltungsmodul 45 bzw.
von Treiberschaltungen 47, 49 und 51 zugeführt. Von
der TV-Kamera 33 verläuft eine
elektrische Leitung zu einer Video-Schnittstelle 53 in dem elektronischen
Schaltungsmodul 45, von dem ein geeignetes Bildsignal zu
der Bildverarbeitungs- und
Bildanalyseeinheit 35 geliefert wird, vergleiche 10.
Die verschiedenen Schritte des Verfahrens werden durch eine Steuerschaltung 55 gesteuert,
z.B. in der Form eines geeigneten Mikroprozessors. Die Steuerschaltung 55 führt die
Verfahrensschritte durch, die vorstehend erläutert sind, und steuert somit
die Verlagerung der Leiterenden in Relation zueinander durch Aktivieren
der Motoren 41 in geeignete Verlagerungsrichtungen, liefert
ein Signal zu der Bildverarbeitungs- und Bildanalyseeinheit 35 zum
Starten einer Analyse eines erhaltenen Bildes und einer Bestimmung des
Versatzes, wie in den beiden Richtungen senkrecht zueinander gesehen
wird. Außerdem
steuert die Steuerschaltung 55 die Aktivierung der Lichtquellen 27 und
die Zeit, wann ein Schmelzstrom eingeschaltet wird, indem eine elektrische
Spannung an die beiden Elektroden 43 angelegt wird, und
die Zeitperiode, während
derer dieser hohe Verbindungsstrom zugeführt wird, und regelt außerdem den
Strom für
eine gesteuerte Überwachung
des Versatzes zwischen den Außenflächen der
Leiterenden, indem ein geringerer Verbindungs- oder Elektrodenstrom
zugeführt
wird.
