DE9211419U1

DE9211419U1 - Lichtleitfaser-Spleißvorrichtung

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Publication number: DE9211419U1
Application number: DE9211419U
Authority: DE
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1991-08-29
Filing date: 1992-08-25
Publication date: 1992-11-05
Anticipated expiration: 2002-08-26
Also published as: US5189717A; JPH0530811U; JP2581559Y2

Description

Lichtleitfaser-Spleißvorrichtung

Die Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen zum optischen Spleißen von Wellenleitern, wie Lichtleitfasern, und

20 insbesondere ein ventiliertes, gelenkig gelagertes Spleißbauteil mit verbesserter Gelenklagegenauigkeit und Klemmverbindung der Lichtleitfaser.

Lichtleitfaser-Spleißvorrichtungen sind bekannt. Die kritischste Eigenschaft beim Spleißen einer Lichtleitfaser

25 ist ihr Einfügungsdämpfung, d.h., die Signaldämpfung aufgrund einer Versetzung der Fasern, die auf drei verschiedene Weisen auftreten kann. Erstens sollten die Faserendflächen so dicht wie möglich aneinanderstoßen (Endenversatz). Die Bereitstellung eines Brechungsindexanpassungsmediums (Gel)

30 im Zwischenraum kann die Auswirkungen des zwischen den Endflächen verbleibenden Luftzwischenraums verringern. Zweitens sollten die Faserachsen an der Grenzfläche im allgemeinen parallel ausgerichtet sein, so daß das aus einer Faser austretende Licht die Oberfläche der zweiten Faser in einem

35 möglichst rechten Winkel oder O°-Einfallswinkel trifft (Achsen- oder Winkelversatz). Schließlich sollten die Faserachsen quer so ausgerichtet werden, daß der Überlappungsflächenbereich zwischen den Endflächen maximiert

wird (Lateral- oder Querversatz). Diese Ausrichtung ist kritisch, weil der Durchmesser des zentralen Glaskerns von Einmodenfasern nur ca. 8 Mm beträgt, so daß eine Abweichung der Achsenausrichtung von nur 1 &mgr;&igr;&eegr; eine wesentliche Dämpfung hervorruft.

Mehrere herkömmliche Lichtleitfaser-Spleißvorrichtungen versuchen die Faserausrichtung durch Verwendung eines Substrats oder einer Platte mit einer oder mehreren darin ausgebildeten Nuten zur Aufnahme der Lichtleitfasern zu optimieren, vergleiche z.B. US-A-3864018; US-A-4028162; US-A-4046454; US-A-4102561; US-A-4220397; US-A-4730892; und US-A-4865413. Durch die Nuten im Trägermaterial wird ein einfaches Verfahren zum Halten der Fasern bereitgestellt, die durch eine Druckplatte oder eine benachbarte Nutenplatte oder durch die Verwendung von Klebstoff zwangsläufig in den Nuten festgehalten werden. Die Nuten können konkav oder V-förmig sein. Durch konkave Nuten ergeben sich zwei primäre Kontaktpunkte mit der Faser, während eine V-Nut mit einer gegenüberliegenden flachen Fläche drei Kontaktpunkte bereitstellt. V-Nuten in zwei gegenüberliegenden Plattern führen, wie in Figur 4 der US-A-4046454 dargestellt, zu vier Kontaktpunkten .

Bei einigen herkömmlichen Spleißvorrichtungen wird das V-Nuten-Konzept mit einem faltbaren oder gelenkig gelagerten Spleißelement kombiniert; vgl. z.B. US-A-4029390; US-A-4254865; US-A-4818055; US-A-4865412; und JP-A-53-26142 und JP-A-58-158621. Dieser Grundaufbau bietet viele Vorteile, einschließlich einfacher Herstellung (durch Stanzen), geringer Steckkraft (wodurch das Knicken oder eine Verformung der Fasern verhindert wird), Fasersicherung ohne die Verwendung von Klebemitteln oder Epoxidharzen und Wiederverwendbarkeit.

Trotz der vorstehenden Ausführungen bleibt jedoch das

Massenspleißen von Fasern in einer zuverlässigen, schnellen und wirtschaftlichen Weise ein Problem. Herkömmliche, gelenkig gelagerte Spleißelemente knicken beispielsweise nicht immer entlang der gleichen Linie auf dem Spleißelement, wodurch während der Herstellung eine hohe Ausschußrate ent-

steht. Ohne genaues Falten des Elements parallel zu den Faseraufnahmenuten wird die Faserausrichtung und -sicherung beeinträchtigt, weil dies zu ungenauer Lagegenauigkeit der zwei Hälften des Spleißelements führt, wobei es besonders kritisch ist, wenn die zwei Hälften komplementäre V-Nuten aufweisen. Es hat sich auch gezeigt, daß bei duktilen, gelenkig gelagerten Elementen, wie dem in US-A-4824197 offenbarten Element, nach dem Pressen bzw. Stanzen ein Aushärteschritt erforderlich ist, um ein Drehgelenk bereitzustellen, das eine 180°-Faltung dauerhaft übersteht.

Der plötzliche Klemmübergang nahe der Fasergrenzfläche erzeugt auch eine Verformung der Faser, was zu einer größeren Signaldämpfung führt, als wenn eine eher allmähliche Klemmung zur Grenzfläche erfolgen würde.

Bei herkömmlichen optischen Spleißvorrichtungen wird außerdem die optimale Geometrie für den V-Nuten-Aufbau nicht genau beachtet. In Fig. 4 der US-A-4046454 sind die V-Nuten stumpfwinklig, wodurch die vier Kontaktpunkte nicht vollkommen symmetrisch um die Faser angeordnet werden. Dies kann zu einem unnötigen Querversatz der Fasern führen, was zu einer größeren Spleißdämpfung führt. Dies gilt auch für gelenkig gelagerte Spleißelemente, bei denen die Faser durch eine ebene Fläche in eine 60°-V-Nut gepresst wird. Weil die ebene Fläche mit der mit Nuten versehenen Fläche gelenkig gelagert ist, und weil die Faser nur teilweise in die Nut eingefügt wird, ist die ebene Fläche nicht parallel zur mit Nuten versehenen Fläche ausgerichtet, wenn sich das Spleißelement im geschlossenen Klemmzustand befindet; vgl. z.B. US-A-5013123. Weil diese beiden Flächen nicht parallel sind, werden die drei die Faser kontaktierenden Linien oder Flächen nicht symmetrisch um die Faser angeordnet sein, wodurch ebenfalls ein unerwünschter Querversatz der Faserendflächen bewirkt wird.

Ein letzter Nachteil der herkömmlichen optischen Spleißvorrichtungen betrifft die Verwendung eines Mediums zum Anpassen der Brechnungsindices der beiden Fasern. Wie vorstehend erwähnt, können die Reflexionsverluste durch An-

ordnen einer Flüssigkeit oder eines Gels zur Brechungsindexanpassung an der Fasergrenzfläche minimiert werden. Dieses Gel weist jedoch oft Blasen, Verunreinigungen oder andere Ungleichförmigkeiten auf, die sich während des SpIeißbetriebs und danach mit einer Temperaturdiffusion bewegen können. Eine derartige Bewegung des Gels und der Mikroblasen kann sich nachteilig auf die Spleißqualität auswirken. Daher wäre es vorteilhaft und erwünscht, ein optisches Spleißelement zu entwickeln, das jeglichen Problemen, die mit der Gelbewegung verbunden sind, vorbeugt und die vorstehend erwähnten Beschränkungen hinsichtlich einer vorausbestimmbaren Gelenkfaltungslinie, einer optimalen V-Nuten-Geometrie und einer abstufbaren Klemmung des Spleißelements überwindet.

Die vorstehende Aufgabe wird mit einem optischen Spleißelement gelöst, das ein dünnes Bahnenmaterial (Platte) aus verformbarem Material mit einem gekerbten Steg auf dessen einer Oberfläche aufweist, der ein Fokusgelenk bildet, das zwei Schenkelabschnitte der Platte verbindet, wodurch eine genaue und vorausbestimmbare Faltungslinie bereitgestellt wird. Mindestens einer der Schenkelabschnitte weist eine darin eingeprägte V-Nut auf, wobei der andere Schenkelabschnitt entweder eine weitere V-Nut oder eine Kontaktfläche aufweist, die so angeordnet ist, daß sie an die V-Nut des ersten Schenkelabschnitts anstößt, wenn die Schenkel entlang der durch die Längskerbe definierten Faltungslinie zueinander gefaltet werden. Es werden Einrichtungen zum abgestuften Klemmen der Mittelabschnitte der Schenkel bereitgestellt, um die Einfügungsdämpfung eines plötzlichen Klemm-Übergangs zu minimieren.

Eine optimale V-Nuten-Geometrie wird durch Versetzen der Winkel der V-Nuten bezüglich der Schenkelebene, oder durch Versetzen des Winkels der Kontaktfläche erreicht. Der Wert des Innenwinkels der V-Nut(en) ist abhängig von der Anzahl der Punkte oder Linien, die die in der Nut angeordnete Faser kontaktieren. Dieser Wert kann geringfügig verringert werden, wobei, wenn die Faser zwischen den Schenkeln einge-

klemmt wird und die dehnbare Fläche der V-Nut sich verformt, die Verformung zu einem effektiven Winkel führt, der dem gewünschten optimalen Winkel entspricht. In der Mitte des Spleißelements wird eine Ventilöffnung bereitgestellt, um die Bewegung von Mikroblasen im Brechungsindexanpassungsgel quer über die Fasergrenzfläche zu verhindern. Alternativ können Abdichtschienen auf einem Schenkel ausgebildet werden, wenn die Flächen beider Schenkel beim geschlossenen Klemmzustand des Elements in dichtem Kontakt stehen.

Die Erfindung wird unter Bezug auf die beigefügten Abbildungen verdeutlicht. Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Spleißelements in ungefaltetem Zustand;

Figur 2 eine Seitenansicht des Spleißelements in ungefaltetem Zustand, die das durch eine sich in Längsrichtung erstreckende Kerbe definierte Fokusgelenk darstellt;

Figur 3 eine Seitenansicht des Spleißelements in gefaltetem Zustand mit einer in den V-Nuten angeordneten Faser;

Figur 4A und 4B Detailansichten zur Erläuterung der Winkelgeometrie der V-Nuten und der Kontaktfläche;

Figur 5 eine Detailansicht zur Erläuterung der Bereitstellung eines kleineren V-Nuten-Winkels zur Kompensation der Verformung der dehnbaren Flächen der V-Nut und zur Darstellung von Schienen zum Abdichten des Brechungsindexanpassungsgel s;

Figur 6 eine perspektivische Explosionsansicht der kompletten erfindungsgemäßen Spleißvorrichtung, einschließlich des Spleißkörpers und des Spleißelements;

Figur 7 eine Unteransicht des Aufsatzes des erfindungsgemäßen Spleißkörpers; und

Figur 8 eine Querschnittansicht entlang der Mitte der geschlossenen Spleißvorrichtung zur Darstellung der Klemmung des Spleißelements.

Unter Bezug auf die Figuren und insbesondere auf Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Lichtleitfaser-Spleißelement 10 erläutert. Das Spleißelement 10 ist den Spleißelementen ahn-

lieh, die in der US-A-4824197 und der US-A-5013123 beschrieben sind. Das Spleißelement 10 wird aus einem Bahnenmaterial (Platte) 12 aus verformbarem Material, vorzugsweise aus dehnbarem Metall, wie Aluminium, gebildet, obwohl auch PoIymermaterial, wie Polyethersulfon, verwendet werden kann. Die Materialauswahl wird weiter unten beschrieben. Obwohl der Ausdruck "Verbindungsglied" auf das Spleißelement 10 angewendet werden kann, wird dieser Ausdruck gewöhnlich für Vorrichtungen verwendet, die im Gegensatz zu einer normalerweise dauerhaften Spleißung zum bequemen Verbinden und Lösen bestimmt sind. Trotzdem sollte der Ausdruck "Spleißen" nicht in einem einschränkenden Sinn aufgefaßt werden, weil beim Spleißelement 10 die gespleißte Faser entfernt werden kann.

Unter weiterem Bezug auf Figur 2 werden bestimmte Merkmale des Spleißelements 10 in die Platte 12 gepreßt, geprägt, gestampft oder geformt. Als erstes wird eine Nut 14 in der Außenfläche 16 der Platte 12 gebildet, die sich im allgemeinen über die Länge der Platte 12 erstreckt. Die Nut 14 ist mittig angeordnet und bildet einen Bereich verringerter Dicke, der ein Gelenk definiert, das die Platte 12 in zwei gleiche plattenähnliche Bauteile oder Schenkel 18 und 20 trennt. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen beide Schenkel in die Innenfläche 26 der Platte 12 gepreßte V-förmige Nuten 22 und 24 auf. Die Nuten müssen nicht spitzwinklig sein, um als V-förmig betrachtet zu werden; bei den kleinen vorhandenen Abmessungen kann die Spitze des "V" leicht gebogen oder abgeflacht sein, wobei die Gesamtform im allgemein die eines "V" bleibt. Die V-Nuten 22 und 24 sind im allgemeinen parallel zur Nut 14 und äquidistant davon ausgebildet, erstrecken sich jedoch nicht über die gesamte Länge der Platte 12. Konkave Vertiefungen oder Ausnehmungen 28 und 30 liegen benachbart zu den Nuten 22 bzw. 24, wobei, wenn die Schenkel 18 und 20 zusammengefaltet werden (wie in Figur 3 dargestellt), die Vertiefungen 28 und 30 einen Einführkegel für eine Lichtleitfaser 32 bilden.

Ein Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung enthält Verbesserungen beim Gelenk, wobei eine Faltlinie bereitgestellt wird, die die genaue Querpaßgenauigkeit der V-Nuten 22 und 24 ermöglicht. Die wesentliche Verbesserung betrifft die Bereitstellung einer der Nut 14 gegenüberliegend angeordneten weiteren Nut oder Kerbe 34 in der Fläche 26. Die Kerbe 34, die vorzugsweise die Form eines flachen "V" annimmt, liegt oberhalb der Mittellinie der Nut 14. Eine empirische Prüfung hat gezeigt, daß die Bereitstellung eines derartigen Fokusgelenks 35 eine genauere Paßgenauigkeit der Schenkel 18 und 20 innerhalb ca. ± 30 pm (3&sgr;) ermöglicht, als ohne die Kerbe 34. Darüber hinaus ist die Paßgenauigkeit vorausbestimmbar und wiederholbar, wodurch der Faltschritt unkritisch wird. Das Fokusgelenk 35 kann zum Einpassen jeder Nutenart, nicht nur V-förmiger Nuten verwendet werden. Selbst wenn nur in einem der Schenkel 18 oder 20 eine Nut ausgebildet wäre, ist es zur Vorbeugung einer mangelnden Ausrichtung gegenüberliegender Nuten immer noch wünschenswert, das Fokusgelenk 35 zu verwenden, um eine optimale Paßgenauigkeit der Vertiefungen 28 und 30 bereitzustellen, um einen geeigneten Einführkegel zu bilden.

Die zusätzliche Vorherbestimmbarkeit bei Verwendung des Fokusgelenks 35 kann weiterhin durch Schneiden oder Pressen der Nut 14 verstärkt werden, um eine konvexe Fläche 36 auf einer Seite des Gelenkstegs 38 zu bilden. Dadurch wird ein Teilbiegungsradius am Gelenk gebildet, wodurch der Gelenksteg 38 dicker sein kann, ohne die Biegungsgualitäten zu beeinträchtigen. Die vergrößerte Dicke führt. zur baulichen Unversehrtheit, wobei dieses Gelenk beim Prüfen das vollständige Schließen und Wiederöffnen fehlerfrei überstanden hat. Die in den vorstehend erwähnten US-A-4824197 und US-A-5013123 dargestellten Spleißelemente erfordern nur eine 90°- Biegung an jedem Gelenk, das Gelenk im Spleißelement 10 muß jedoch eine Biegung von nahezu 180° überstehen; die in den erwähnten Patenten dargestellten Spleißelemente erfordern einen Aushärteschritt nach dem Pressen, um eine derartige

Faltung zu überstehen, der jedoch mit dem Fokusgelenk 35 unnötig wird.

In Fig. 3 ist ein Lichtleitfaser-Spleißelement in geschlossenem Zustand dargestellt, das eine Faser 32 zwischen den V-Nuten 22 und 24 der Schenkel 18 und 20 einklemmt. Das Spleißelement 10 kann beim gefalteten Zustand (obwohl nicht im geschlossenen Klemmzustand) in einem optischen Spleiß-Verbindungskörper, der demjenigen entspricht, der in der US-A-4818055 dargestellt ist, vorgespannt werden. Ein derartiger Spleißkörper weist einen Sockel und einen Aufsatz auf. Wenn der Aufsatz von der geöffneten zur geschlossenen Position bewegt wird, gleiten zwei Kämmriegel über die Schenkel 18 und 20 und pressen sie gegeneinander. Es ist wünschenswert, abgerundete Kanten entlang der Außenfläche 16 der Schenkel 18 und 20 bereitzustellen, um den Kämmvorgang zu erleichtern.

Das Plattenmaterial 12 sollte ausreichend verformbar sein, damit es sich teilweise der Oberfläche der optischen Faser 32 an den Kontaktpunkten anpaßt. Zusätzlich zur verbesserten Signalübertragung führt dies auch zu einer besseren Fasersicherung, wobei das Spleißen zweier Fasern mit verschiedenen Durchmessern erleichtert werden kann. Die Platte 12 kann daher aus verschiedenen dehnbaren Metallen, wie beispielsweise Weichaluminium, aufgebaut sein. Das bevorzugte Metall ist eine herkömmlich als "3003" bekannte Aluminiumlegierung mit einem Härtegrad von 0 und einer Härte auf der Brinellskala (BHN) zwischen 23 und 32. Eine weitere erwünschte Legierung wird als "1100" bezeichnet und weist einen Härtegrad von 0, H14 oder H15 auf. Die erwünschten Zugfestigkeiten liegen zwischen 35 und 115 Megapascal.

Es können andere Metalle und Legierungen oder Laminate davon beim Aufbau der Platte 12 verwendet werden. Diese Metalle weisen Kupfer, Zinn, Zink, Blei, Indium, Gold und Legierungen davon auf. Zur Erleichterung des Spleißvorgangs kann es erwünscht sein, ein durchsichtiges Spleißelement bereitzustellen. In diesem Fall kann ein durchsichtiges Polymermaterial für die Platte 12 verwendet werden. Ge-

eignete Polymere weisen Polyethylenterephthalat, Polyethylenterephtalatglykol, Azetat, Polycarbonat, Polyethersulfon, Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polyvinylidenfluorid, Polysulfon und Copolyester wie VIVAK (eine Handelsbezeichnung von Sheffield Plastics, Inc., aus Sheffield, Massachusetts) auf.

Als Alternative zu einer aus einem verformbaren Material aufgebauten Platte kann die Platte 12 stattdessen aus einem eher starren Material aufgebaut werden, vorausgesetzt, daß die V-Nuten und die Kontaktflächen mit einem verformbaren Material überzogen oder beschichtet sind. Die wichtigste Voraussetzung ist, ein Material bereitzustellen, das weicher ist als das Glas der Lichtleitfaser und des Überzugs, und das unter den auf die Lichtleitfaser ausgeübten Klemmdrücken dehnbar bzw. duktil ist. Es ist ebenfall erwünscht, daß das Material bei niedrigen Belastungswerten elastisch ist, um eine ausreichende Elastizität zu gewährleisten, um eine andauernde Druckkraft auf die optischen Fasern beizubehalten, wenn die Schenkel 18 und 20 zusammengeführt sind. Ferner kann ein Überzug auf das dehnbare Material angebracht werden, um das Abschaben des Materials zu verringern, wenn die Faser eingesetzt wird. Beispielsweise kann ein starrer Überzug mit einer Dicke im Bereich von ein bis zwei &mgr;&pgr;&igr; auf die Oberfläche 26 des Spleißelements 10 angebracht werden.

Die Abmessungen der Platte 12 können abhängig von der Anwendung sehr unterschiedlich sein; die folgenden Maßangaben werden als Beispiel verstanden und sollen nicht als Beschränkung betrachtet werden. Die Platte 12 ist ca. 18 mm lang und entlang der Hauptkanten 8 mm breit. Die bevorzugte Dicke beträgt sowohl für Metall als auch für Polymermaterial ca. 0.51 mm. Die Breite der Kerbe 34 beträgt ca. 0.56 mm, während ihre von der Fläche 26 gemessene maximale Tiefe ca. 0.1 mm beträgt. Die quer über die Fläche 16 gemessene Breite der Nut 14 beträgt annähernd 1.1 mm und quer über den Gelenksteg 38 gemessen 0.46 mm; ihre von der Fläche 16 gemessene maximale Tiefe beträgt ca. 0.33 mm. Die konvexe Fläche 36 besitzt einen Krümmungsradius von ca. 0.39 mm. Gemäß

der vorstehenden Werte werden die V-Nuten 22 und 24 vorzugsweise ca. 0.9 mm von der durch die Kerbe 34 definierten Faltlinie angeordnet. Die V-Nuten 22 und 24 solltem eine maximale Breite von ca. 129 &mgr;&pgr;&igr; aufweisen.

Figuren 4A und 4B erläutern die neuen Winkelgeometrien der im Spleißelement 10 verwendeten V-Nuten. Wie in der Beschreibung des Stands der Technik erwähnt, klemmen herkömmliche Spleißvorrichtungen mit V-Nuten die Faser nicht vollständig symmetrisch ein, was zu einer unnötigen Faserverformung und zu einer größeren Dämpfung im Spleiß führt. Dagegen wird beim Spleißelement 10 die Radialausrichtung der auf die Faser einwirkenden Kräfte durch Ausgleichen der Lagen der Spleißfaser-Grenzflächen optimiert. Beim Spleißelement 10, bei dem die Schenkel 18 und 20 beim geschlossenen Klemmzustand noch durch einen kleinen Winkel getrennt sind, wird dies durch Versetzen der V-Nut-Winkel bezüglich der Ebene der Fläche 26 erreicht.

In Figur 4A weisen die V-Nuten 22 und 24 einen Innenwinkel von 90° auf, die Winkel &agr; und ß sind jedoch ungleich.

Sie werden so gewählt, daß sie die Winkelteilung der Schenkel 18 und 20 ergänzen. Insbesondere betragen die Winkel &agr; bei der Ausführungsform, bei der die Schenkel 18 und 20 bei geschlossenem Klemmzustand durch einen Winkel Tf von ca. 6° getrennt sind, ca. 138°, d.h., die Supplement-Neigungswinkel betragen ca. 42°. Die Winkel ß betragen demgemäß ca. 132°, d.h., die Supplement-Neigungswinkel betragen ca. 48°. Daher werden diese Winkel (für zwei gegenüberliegende V-Nuten) durch die Gleichungen &agr; = 135° + &ggr;/2 und ß = 135° - #"/2 bestimmt. Es wäre äquivalent, beide Neigungswinkel einer V-Nut zu 45° auszubilden und den Winkelversatz in der zweiten V-Nut bereitzustellen, d.h., deren Winkel a = 135° + ^f, und deren Winkel ß = 135° - fl* auszubilden.

In der in Figur 4B dargestellten Ausführungsform (die als bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird) gibt es nur eine V-Nut 40 mit einem Innenwinkel von 60° (und Neigungswinkel bezüglich der Fläche 26 von ebenfalls 60°). Es wird eine Gegenkontaktflache 42 mit einem Winkelversatz &sgr; bezug-

II

lieh der Fläche 26 bereitgestellt; die Kontaktfläche 42 bildet daher eine "Nut" im Sinne der Patentansprüche. Der Winkel &sgr; beträgt einfach 180° - "J" , wobei ^T vorzugsweise wieder 6° beträgt. Ein weiterer Weg zur Verdeutlichung dieses Aufbaus besteht darin, daß, obwohl die zwei Flächen 26 nicht parallel sind, die Kontaktpunkte zwischen dem Spleißelement 10 und der Faser 32 ein im wesentlichen regelmäßiges Vieleck bilden, wie das Quadrat 44 in Figur 4A und das gleichseitige Dreieck 46 in Figur 4B. Das Grundprinzip des Versatzes der Winkelgeometrien der Nuten kann auch auf Spleißvorrichtungen mit mehr als vier Kontaktpunkten angewendet werden. Das Fokusgelenk 35 erweitert auch die Verwendungsmöglichkeit derartiger Mehrfachflächenklammern, genau wie Nuten mit halbkreisförmigem Querschnitt. Die Optimierung dieser Geometrien ermöglicht auch eine verbesserte Ausrichtung verschieden großer Fasern.

Weil die Lichtleitfaser leicht in eine aus dehnbarem oder duktilem Material gebildete Nut eingefügt bzw. eingebettet werden kann, kann es erwünscht sein, einen etwas kleineren Anfangsnutenwinkel als der schließlich für die symmetrische Ausrichtung der Faser in der Nut gewünschte Winkel bereitzustellen. Wenn beispielsweise beim Spleißelement 10, wie in Figur 4A dargestellt, zwei gegenüberliegende V-Nuten verwendet werden, sollten die Innenwinkel der Nuten etwas kleiner als 90° betragen. Auf diese Weise wird sich, wenn die Faser zwischen die Schenkel 18 und 20 geklemmt wird, das dehnbare Material entlang der Flächen der V-Nuten 22 und 24 an den Punkten des Kontakts mit der Faser 32 verformen, wobei sich ein effektiver Winkel von ca. 90° ergibt.

Der Ausdruck "effektiver Winkel" bezeichnet hierbei den Winkel , der durch den Scheitelpunkt der V-Nut und die Punkte maximaler Verformung des dehnbaren Materials an den Punkten des Kontakts mit der Faser definiert ist. Ähnlich sollte der Innenwinkel etwas weniger als 60° betragen, wenn die Spleißvorrichtung, wie in Figur 4B dargestellt, nur eine V-Nut verwendet.

Dies wird in Figur 5 näher erläutert, wo ein Spleißelement dargestellt ist, dessen Schenkelinnenflächen im wesentlichen parallel ausgerichtet sind, wenn sich das Element im geschlossenen Klemmzustand befindet. Figur 5 zeigt die Verformung der V-Nuten-Flachen und wie der in der V-Nut ursprünglich gebildete Innenwinkel sich vom effektiven Winkel unterscheidet, der durch gestrichelte Linien 47 dargestellt wird. Während der Wert des Innenwinkels der V-Nut primär von der Menge des verdrängten dehnbaren Materials abhängt, hängt diese von der Dehnbarkeit oder Verformbarkeit des Materials ab, das die Flächen der V-Nut aufweist, und von der Kraft, mit der die Faser 32 in die V-Nut gepreßt wird. Weil für das Spleißelement 10 verschiedenartige Materialien verwendet werden können, und weil es mehrere verschiedene Verfahren gibt, mit denen die Klemmkraft auf das Element ausgeübt werden kann, ist es unmöglich, einen einzelnen Wert für den Innenwinkel anzugeben, der in allen Fällen einen optimalen effektiven Winkel ergibt. Bei der bevorzugten Ausführungsform von Fig. 4B wurde unter Verwendung des nachstehend beschriebenen Klemmaufsatzes empirisch ein Winkel von 46° - 59° ermittelt, wodurch sich annähernd der optimale effektive Winkel der V-Nut von 60° ergibt.

Gemäß Figur 1 weist das Spleißelement 10 vorzugsweise ein darin verteiltes Gel 48 auf, das einen geeigneten Brechungsindex besitzt, um die Lichttransmission quer über die Faser-zu-Faser-Grenzflache zu verbessern. Derartige Gels sind herkömmlich erhältlich. Wie in der Beschreibung des Stands der Technik erwähnt, kann die Verwendung eines derartigen Gels zur nachteiligen Bewegung von Mikroblasen oder anderen Verunreinigungen entlang der Faser-zu-Faser-Grenzflache führen. Eine derartige Bewegung kann durch die Bereitstellung einer Ventilöffnung 50 nahe der Mitte des Spleißelements 10 gehemmt werden. Das Entlüften des Bereichs unterhalb des Fokusgelenks 35, in unmittelbarer Nähe der Fasergrenzfläche, beseitigt das Druckdifferential, das ansonsten die Gelbewegung quer zur Grenzfläche verursachen würde, besonders während der Temperaturdiffusion oder eines

Temperaturwechsels. Die Ventilöffnung 50 kann in die Platte 12 gestanzt werden, wenn das Spleißelement 10 ausgeschnitten wird; anschließendes Pressen oder Stanzen der verschiedenen Nuten und Kerben führt typischerweise zu einer Sanduhrform der Ventilöffnung 50. Bei der bevorzugten Ausführungsform besitzt die Ventilöffnung 50 einen Durchmesser von ca. 0.76 mm. Ein sich in Längsrichtung erstreckender Ventilkanal 51 kann wahlweise in die Fläche 26 zwischen der Ventilöffnung 50 und den Nuten 22 und 24 gepreßt oder gestanzt werden, um eine Fluidverbindung zwischen der Ventilöffnung 50 und den Nuten bereitzustellen.

Alternativ zur Bereitstellung einer Ventilöffnung kann auch eine Einrichtung zum Absperren des Flusses des Brechungsindexanpassungsgels bereitgestellt werden, wie z.B.

eine Sperre an beiden Seiten der V-Nut nahe der Fasergrenzfläche, anstatt daß der Fluß durch Beseitigen eines Druckdifferentials verhindert wird. Bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform, bei der die Innenflächen der Schenkel in engem Kontakt stehen, wenn sich das Element im geschlossenen Klemmzustand befindet, können beispielsweise Merkmale in einem oder in beiden Schenkeln ausgebildet werden, um das Abdichten um die V-Nuten zu ermöglichen. Eine derartige Einrichtung besteht aus einem Paar auf der Fläche einer der Schenkel ausgebildeten Rippen oder Schienen 52.

Wenn das Element geschlossen ist, stoßen die Schienen 52 gegen die gegenüberliegende Seite, rufen eine leichte Verformung dieser Seite hervor und ermöglichen ein Abdichten ihrer Umgebung, das die Gelbewegung nahe der Fäsergrenzflache verhindert.

Die Figuren 6-8 stellen den neuartigen Spleißkörper 56 dar, der zum Halten und Betreiben des Spleißelements 10 verwendet wird. Der Spleißkörper 10 entspricht im wesentlichen dem in der US-A-4818055 beschriebenen Spleißkörper, außer der Bereitstellung eines abstufbaren oder zentralen Klemm-Kämmelements, wie weiter unten erörtert wird. Der Spleißkörper 56 weist ein Aufsatzbauteil 58 und ein Basisbauteil 60 auf. Im Basisbauteil 60 ist eine Öffnung bzw. ein

zentraler Hohlraum 62 zum Aufnehmen des Spleißelements 10 ausgebildet und zwei seitliche Hohlräume 64 zum Aufnehmen von Verriegelungszungen 66 des Aufsatzes 58. Die Verriegelungszungen 66 befestigen das Aufsatzbauteil 58 sicher mit dem Basisbauteil 60. Die Endwände des Basisbauteils 60 weisen weiterhin Öffnungen 68 auf, die das Einführen der optischen Faser in die vormontierte Spleißvorrichtung ermöglichen .

Außer den Verriegelungszungen 66 weist der Aufsatz 58 zwei im allgemeinen parallele Kämmriegel 70 auf, die sich senkrecht in den Hohlraum 62 erstrecken und das Spleißelement 10 umgeben. Die Verriegelungszungen 66 und die Kämmriegel 70 werden vorzugsweise einstückig mit dem Aufsatzbauteil 58 ausgebildet. Beim vormontierten Zustand wird der Aufsatz 58 nicht vollständig in das Basisbauteil 60 eingesetzt, wodurch das Element 10 in einem leicht geöffneten Zustand mit auseinandergehenden Schenkeln verbleiben kann, wodurch das Einsetzen der optischen Fasern in die V-Nuten des Elements erleichtert wird. Wenn anschließend der Aufsatz 58 völlig in das Basisbauteil 60 gedrückt wird, kontaktieren die Kämmriegel 70 zwangsläufig die Schenkel 18 und 20 des Elements 10, drücken sie gegeneinander und klemmen die Lichtleitfaser ein.

Die Verbesserung beim Spleißkörper 56 liegt u. a. in der abgestuften Vergrößerung der Dicke der Kämmflächen 72 der Kämmriegel nahe deren Mitte, wie bei dem in Figur 7, einer Unteransicht des Aufsatzes 58, dargestellten Kämmriegel 70a. Der Querschnitt von Figur 8 ist in der Mitte der betätigten Spleißvorrichtung genommen und stellt zusätzlich dar, daß die Kämmriegel 70 an ihren Distalkanten 76 dünner sind als an der Stelle, an der sie mit der oberen Platte 74 befestigt sind. D.h., der Kämmriegel 70a definiert dort, wo er sich mit der oberen Platte 74 des Aufsatzbauteils 58 vereinigt, eine einwärts gerichtete konvexe Fläche 72. Alternativ können die Kämmriegel, wie der Kämmriegel 70b, eine viel kürzere Länge aufweisen als das Spleißelement 10. Auf diese Weise kann das Element 10 sich an seinen Enden aufbie-

gen, wodurch ein kontinuierlich abgestuftes Einklemmen der Faser zur Mitte entsteht. Beide Bauweisen verringern die mit den Mikrobiegungen oder Verformungen der Faser, die in anderen Lichtleitfaser-Spleißvorrichtungen auftreten, verbundene und durch die Einfügung hervorgerufene Dämpfung. Bei Verwendung von Kämmriegeln wie dem Kämmriegel 70a beträgt deren Länge vorzugsweise ca. 18 mm, wobei der Mindestabstand zwischen den Riegeln in deren Mitte ca. 1.3 mm beträgt. Das abgestufte Klemmen kann auch erreicht werden, wenn nur einer der Kämmriegel derart gekrümmt oder verdickt ist, während der andere eine nach innen gerichtete ebene Fläche aufweist. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden solche Kämmriegel wie der Kämmriegel 70b verwendet, die ca. 6.4 mm lang sind und wiederum einen Abstand von 1.3 mm zwischen den Riegeln aufweisen. Die verbesserten Kämmriegel 70a und 70b können mit dem Spleißelement 10, oder mit dem in der US-A-4818055 dargestellten Spleißelement, oder mit anderen Spleißelementen, die das Klemmen zweier gegenüberliegender Schenkel oder plattenähnlicher Bauteile erfordern, verwendet werden.

Obwohl die Erfindung unter Bezug auf besondere Ausführungsformen beschrieben wurde, soll die Beschreibung nicht im einschränkenden Sinn verstanden werden. Verschiedene Modifikationen der offenbarten Ausführungsform, sowie alternative Ausführungsformen der Erfindung werden aufgrund der Be-Schreibung der Erfindung für den Fachmann deutlich. Beispielsweise kann das Spleißelement 10 zum Sichern des Elements in geschlossenem Zustand mit ähnlichen Vorsprüngen bereitgestellt werden, wie die in US-A-4824197 dargestellten Vorsprünge. Das Spleißelement 10 kann auch Mehrfachnuten zum Spleißen von mehr als einem Faserpaar aufweisen.

Zusammengefaßt offenbart die Erfindung eine Spleißvorrichtung für Lichtleitfasern mit einem gelenkig gelagerten Spleißelement mit zwei Schenkeln, wobei mindestens einer der Schenkel eine darin ausgebildete Nut zum Halten der zu spleißenden Fasern aufweist und wobei ein Brechungsindexanpassungsgel zwischen den Schenkeln aufgetragen wird. Bei der Ausführungsform, bei der die Schenkel im

Klemmzustand leicht offen oder auseinandergehend bleiben, wird eine Ventilöffnung in der Mitte des Spleißelements gestanzt, um die Bewegung des Gels zwischen den Innen- und Außenflächen des Elements in der Nähe der Fasergrenzfläche zu minimieren, die sonst die aufgrund der Bewegung von Mikroblasen, insbesondere während der Temperaturdiffusion entstehende Dämpfung vergrößern würde. Gegebenenfalls kann im Spleißelement ein Ventilkanal gebildet werden, um die Flüssigkeitsverbindung zwischen der Nut und der Ventilöffnung zu ermöglichen. Bei der Ausführungsform, bei der die Schenkel im Klemmzustand im wesentlichen parallel ausgerichtet sind und in engem Kontakt stehen, können in dem Schenkel, der dem Schenkel mit der Nut gegenüberliegt, Schienen bereitgestellt werden, wobei die Schienen an beiden Seiten der Nut auftreffen und dadurch den Fluß des Brechungsindexanpassungsgels absperren.

Claims

17 Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Aneinanderspleißen zweier optischer Fasern mit:

einem Spleißelement mit einem Gelenk, das ein erstes und zweites im allgemeinen ebenes Schenkelbauteil definiert, wobei das Spleißelement und die Schenkelbauteile Innen- und Außenflächen aufweisen und wobei das erste und das zweite Schenkelbauteil eine Einrichtung

zum Halten einer Faser zwischen den Schenkeln aufweisen ;

einem auf den Innenflächen des ersten und zweiten Schenkelbauteils aufgetragenen Brechungsindexanpassungsgel; und

einer Einrichtung zum Minimieren der Bewegung des Brechungsindexanpassungsgels in der Nähe der Grenzfläche zwischen den Fasern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Minimieren der Bewegung des Brechungsindexanpassungsgels eine Ventilöffnung durch das Spleißelement aufweist, wobei die Ventilöffnung die Druckdifferentiale zwischen der Innenfläche und der Außenfläche des Spleißelements minimiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei:

die Einrichtung zum Halten einer Faser zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkelbauteil mindestens eine in der Innenfläche eines der Schenkelbauteile ausgebildete Nut aufweist; und

die Einrichtung zum Minimieren der Bewegung des Brechungsindexanpassungsgels eine Ventilöffnung durch das Spleißelement in der Nähe der Nut aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Minimieren der Bewegung des Brechungsindexanpas-

sungsgels eine Einrichtung zum Absperren des Gelflusses um die Fasergrenzfläche aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Spleißelement weiterhin einen darin ausgebildeten Ventilkanal aufweist, der die Flüssigkeitsverbindung zwischen der Ventilöffnung und der Nut ermöglicht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei:

das erste und das zweite Schenkelbauteil beim Einklemmen der Fasern im allgemeinen parallel ausgerichtet sind; und

die Einrichtung zum Absperren des Gelflusses eine mit der Innenfläche des einen Schenkelbauteils befestigte Schieneneinrichtung in der Nähe der Fasergrenzfläche aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei:

die Einrichtung zum Halten einer Faser zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkelbauteil eine in der Innenfläche des ersten Schenkelbauteils ausgebildete Nut aufweist; und

das Schienenbauteil eine erste und eine zweite auf

der Innenfläche des zweiten Schenkelbauteils gebildete Schiene aufweist, wobei die Schienen im allgemeinen parallel zur Nut verlaufen und auf der Innenfläche des zweiten Schenkelelements angeordnet sind, wobei die Schienen zwangsläufig auf die Innenseite des ersten Schenkelbauteils auf jeder Seite der Nut auftreffen und dadurch die Umgebung abdichten, wenn sich der erste und der zweite Schenkel in einem Klemmzustand befinden.