DK168178B1 - Fremgangsmåde til splejsning af optiske fibre - Google Patents

Description

DK 168178 B1 i

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til splejsning af optiske fibre til hinanden med høj styrke ved hjælp af sammensmeltningssplejsning.

Ifølge en kendt sammensmeltningssplejsningsmeto-5 de til splejsning af optiske fibre udføres følgende tre trin for at klargøre endedelene af overtrukne optiske fibre, der skal sammenføjes: (1) Et kappef jerneværktøj anvendes for at fjerne ca. 4 cm af overtrækslaget fra endedelen af hver overil 0 trukken fiber til blotlæggelse af de nøgne glasfibre.

(2) Den nøgne glasfiber renses ved at aftørre den med et flor, der er gennemvædet med et opløsningsmiddel, såsom alkohol, acetone eller lignende.

(3) Den nøgne del af den optiske fiber afskæres 15 derpå i en forud fastlagt længde.

De "præparerede" overtrukne optiske fibre monteres derpå hver især på sammensmel tningssplej sere som vist i fig. 4. Almindeligvis fastgøres den nøgne del l*. af hver af de optiske fibre direkte til sammensmelt-20 ningssplejseren ved hjælp af en V-formet rille 33, 33', der er dannet i et fikseringsunderlag 32, 32' og fastgøres i denne ved hjælp en spændemekanisme 34, 34', der er udformet komplementært til rillen 33, 33'.

På samme tid fastgøres den overtrukne optiske fiberdel 25 1 mellem et fikseringsunderlag 31, 31' og en fastspæn dingsmekanisme 35, 35' for overtrukne fibre. Henvisningstallene 36 og 37 repræsenterer fjedre til spænding af fastspændingsmekanismerne henholdsvis 34, 34' og 35, 35'. De respektive endeflader af de således 30 fastspændte nøgne glasfibre 1' bringes til at ligge overfor og ligge an imod hinanden, og deres kerner manipuleres i X- og Y-retningerne, som vist i fig. 5 for at bringe deres respektive akser på linie. Derpå induceres en elektrisk udladning, medens den ene af de op-35 tiske fibre trykkes mod den anden i Z-retningen for at bevirke sammensmeltningssplej sning.

2 DK 168178 B1 I fig. 4 er der tilvejebragt små køreborde 38, 39, 38', 39’ til udførelse af aksial tilretning af overfor hinanden liggende fibre 1 og 1'. Fikseringsunderlaget 32, den V-formede rille 33 og fastspæn-5 dingsmekanismen er monteret sammenhængende på kørebor-det 38, der kun kan bevæges i X-retningen. Det overfor liggende fikseringsunderlag 32', den v-formede rille 33' og fastspændingsmekanismen 34' er monteret sammenhængende på kørebordet 38', der kun kan bevæges i 10 Y-retningen. Fikseringsunderlaget 31 og fastspændingsmekanismen 35 for overtrukne fibre er monteret sammenhængende på kørebordet 39, der kun kan bevæges i Z-retningen, og det overfor liggende fikseringsunderlag 31' og fastspændingsmekanismen 35' for overtrukne fib-15 re er monteret sammenhængende på kørebordet 39', der kun kan bevæges i Z-retningen.

Denne kendte sammensmeltningssplejsemetode er almindeligt anvendt på fabrikker, byggepladser osv. Imidlertid forringes styrken af sammensmeltningssplejs-20 ningen mellem de optiske fibre til sidst til ca. 1/10 af deres begyndelsesstyrke af følgende 'grunde: (1) Eftersom endedelene af de optiske fibre præpareres ved fjernelse af belægningslaget ved en mekanisk procedure, f. eks. ved med magt at fjerne eller 25 afrive overtrækslaget, og eftersom den nøgne fiberdel, som overtrækslaget er fjernet fra, renses ved aftørring med et flor, frembringes små skader i den nøgne del af den optiske fiber. I den optiske fiber er glasdelen almindeligvis i nær kontakt med overtrækslaget.

30 Almindeligvis anvendes et værktøj såsom en kappefjerner til direkte at ridse i belægningslaget og trække laget hen imod yderenden af den optiske fiber. Ved en sådan metode frembringes små skader ved glasdelens overflade som følge af den stærke friktionskraft, der bevirkes af 35 den glidende bevægelse af værktøjets blade og belægningslaget i forhold til glasoverfladen. Som resultat 3 DK 168178 B1 heraf sænkes styrken af den nøgne glasdel overordentligt.

(2) Eftersom den nøgne optiske fiberdel direkte fastspændes og fikseres ved hjælp af den V-formede ril- 5 le og fiberfastspændingsmekanismen, frembringes der skader i den nøgne optiske fiberdel ved dennes fastspænding.

(3) Efter at hver af de nøgne fiberdele er fik-seret ved hjælp af den v-formede rille og fiberfast- 10 spændingsmekanismen, skydes de nøgne optiske fibre glidende i Z-retningen i forhold til den v-formede rille og fastspændingsmekanismen for at skabe aksial tilretning, endeanlæg og sammensmeltningssplejsning af de to fibre. Der frembringes derfor skader på den nøgne op-15 tiske fiber som følge af deres gliden i z-retningen.

(4) Eftersom fikseringsunderlaget 31 (31') i den konventionelle fibersammensmeltningssplejser ikke bevæges sammenhængende med fikseringsunderlaget 32 (32'), kan præcis aksial tilretning af de overfor hin- 20 anden liggende overtrukne optiske fibre måske ikke opnås, specielt ved trinnet til bevægelse af fiberen i Z-retningen.

Vedrørende splejsning af optiske fibre er opfindelsens formål at skabe en fremgangsmåde, der ikke for-25 årsager, at styrken af den optiske fibers splejsede del forringes.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen indbefatter de trin, der er redegjort for i krav 1.

Yderligere udførelsesformer for opfindelsen be-30 skrives i de uselvstændige krav.

I det kemiske fjernelsestrin opløses de overtrukne optiske fibres overtrækslag i et kemikalie. I det mekaniske fjernelsestrin opvarmes overtrækslagene for at udvide dem, så de separeres fra glasfiberover-35 fladerne, og derefter fjernes lagene til blotlæggelse af de nøgne glasfibre.

4 DK 168178 B1

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig 1 skematisk viser udstyr til fjernelse af et overtrækslag ved en endedel af en overtrukken optisk 5 fiber, kemisk fjernelse, fig. 2(a) - (d) proceduren til dannelse af et tyndt filmlag af en UV hærdbar eller anden kemisk harpiks på en nøgen optisk fiber, fig. 3 et snit gennem en optisk fibersammen-10 smeltningssplejser ifølge opfindelsen, fig. 4 et snit gennem en optisk fibersammensmeltningssplejser ifølge den kendte teknik, fig. 5 i perspektiv en nøgen optisk fiber, der er fikseret ved hjælp af en V-formet rille, og en fast-15 spændingsmekanisme, og fig. 6(a) og 6(b) et værktøj til fjernelse af et overtrækslag fra en overtrukken optisk fiber, mekanisk fjernelse.

I en i fig. 1-3 vist udførelsesform fjernes et 20 overtrækslag kemisk fra en overtrukken optisk fiber.

Fig. 1 viser et udstyr til fjernelse af en overtrukken optisk fibers overtrækslag ved en endedel af fibren. Udstyret omfatter en opvarmningsbeholder 6, der er forsynet med en varmer 5, og en ultralydrenser 25 9, der er forsynet med en ultralydbølgegenerator 10.

En optisk fibers overtræksdel fjernes på følgende måde. Først dyppes en endedel af en overtrukken optisk fiber 1 i kemikalier 4, der opvarmes af varmeren 5, således at overtrækslaget på den overtrukne optiske fiber 30' 1 svulmer op og opløses. Dernæst fjernes den optiske fibers overtrækslag. Derefter dyppes den nøgne optiske fiber 1', der er blotlagt ved fjernelse af overtrækslaget, i kemikalier i renseren 9 og udsættes for vi- . brationer frembragt af ultralydgeneratoren 10 for at 35 fjerne kemikalierne, urenheder osv., der hæfter til den nøgne optiske fiber i'.

5 DK 168178 B1

Kemikaliet 4 i en beholder 3 er svovlsyre, der opvarmes ved hjælp af varmere 5. Hvis svovlsyren ikke opvarmes, dvs. anvendes ved stuetemperatur, sænkes overtrækslagets opløselighed, og det tager ca. 30-60 5 min for en fuldstændig opløsning af laget i syren. Kemikaliet 8 i en beholder 7 er acetone, der anvendes ved stuetemperatur. Acetone fjerner svovlsyre og små rester af overtrækslag på den nøgne glasdel 1'. Alkohol kan anvendes i stedet for acetone til rensning af den 10 nøgne glasdel 1'. Imidlertid er renseperioden ved anvendelse af alkohol tre gange så lang som ved anvendelse af acetone.

Fig. 2(a)-(d) er som helhed et diagram til forklaring af fremgangsmåden til dannelse af et tyndt 15 filmlag af UV-hærdbar harpiks eller anden kemisk harpiks på den rensede nøgne optiske fiber.

Fig. 2(a) viser en udformning af et tyndfilms-overtrækningsudstyr, hvori et mundstykke 11 til afgi-· velse af UV-hærdbar harpiks 12, der er lagret i en 20 væsketank, og et mundstykke 11' til opsugning af den UV-hærdbare harpiks 12, der er afgivet fra mundstykket 11, er anbragt således, at de ligger overfor hinanden med en spalte imellem sig, således at spalten mellem afgivelsesmundstykket 11 og sugemundstykket 11' kan 25 være fyldt med en forud fastlagt mængde UV-hærdbar harpiks 12, der afgives fra afgivelsesmundstykket li.

Derpå ligger den overtrukne optiske fiber, hvis overtrækslag ved dens endedel er fjernet og renset, fastspændt ved hjælp af en klemme 13 på et sted midt for 30 den UV-hærdbare harpiks 12, der danner bro mellem mundstykkerne 11 og 11'. Den resterende overtræksdel er fastspændt ved hjælp af klemmen 13. For at fastholde placeringen af den overtrukne optiske fiber 1 ved den midterste del af den UV-hærdbare harpiks, bevæges 35 den overtrukne optiske fiber 1 i en retning vinkelret på tegningsarket, således at den fastholdte endedel af 6 DK 168178 B1 den nøgne glasfiber 11 ikke er i berøring med den brodannende UV-hærdbare harpiks. Derpå bringes mundstykkerne li og 11' til at sænke sig lodret i den optiske fibers aksiale retning med en forud fastlagt konstant 5 hastighed, således at et overtræk 12' af UV-hærdbar harpiks dannes på den nøgne optiske fiber 1'. På dette tidspunkt udøves et sug ved mundstykket 11' for at bringe mundstykket 11' til at opsuge overskuddet af UV-hærdbar harpiks, således at den UV-hærdbare harpiks 10 formes ensartet langs længden af den nøgne optiske fiber 1'. Overtrækket af UV-hærdbar harpiks bliver dannet ensartet på grund af harpiksens viskositet og overfladespænding. Det således dannede tynde overtrækslag 12' af UV-hærdbar harpiks på den nøgne optiske fiber 1' som 15 vist i fig. 2(d) bestråles derpå med ultraviolette stråler for således at hærde harpikslaget.

I-den i fig. 2(a)-(d) viste udførelsesform indføres den nøgne glasfiber 1' ved en central del af den UV-hærdbare harpiks, der danne bro mellem mundstykkerne 20 11, og 11' og den overtrukne optiske fiber fastspændes ved hjælp af klemmen 13, og herefter bringes mundstykkerne 11, 11' til at sænke sig lodret i den optiske fiber l's aksiale retning for at tilvejebringe overtrækslaget 12' over den nøgne glasfiber 1'. Man kunne 25 imidlertid forestille sig en anden fremgangsmåde, hvor den overtrukne optiske fiber 1 fastspændes ved hjælp af klemmen 13, og fiberen bringes til at stige lodret opad med en konstant hastighed, medens mundstykkerne 11, 11' holdes på deres faste pladser, for derved at 30 'danne overtrækslaget 12'.

Fig. 3 viser tilstanden, hvor den overtrukne optiske fiber, der skal splejses, er sat i en sammensmeltningssplejser. Den overtrukne optiske fiber 1, der er forsynet med den nøgne optiske fiberdel 1', på hvil-35 ken det tynde filmlag 12' af UV-hærdbar harpiks er dannet, undtagen på en fastholdt endedel af denne som DK 168178 Bl 7 ovenfor beskrevet, fastklemmes ovenpå det tynde filmlag 12' ved hjælp af en V-formet rille 22a i et fikseringsunderlag 22 og en klemme 24. Samtidig fastklemmes den overtrukne optiske fiber l, ved hjælp af et fikse-5 ringsunderlag 23 og en klemmemekanisme 25. Den ovenfor nævnte v-formede rille 22a og fikseringsunderlaget 23 er fastgjort på det ene af et par finindstillelige underlag 21, der tilrettes på hver sin side af en ikke vist udladningselektrode og er indrettet til at kunne 10 finindstilles i X-, Y- og z -retningerne.

Hver af fintilretningsunderlagene 21 tilvejebringer sammenhængende en tre-trinsdrivenhed, hvilke tre trin tilvejebringer små påvirkninger i retningerne henholdsvis X, Y, Z.

15 Teoretisk kan fibertilretning ske ved kun at be væge et af finindstillingsunderlagene 21 i 3 retninger og lade det andet underlag 21 forblive stationært. Eftersom der imidlertid kræves nøjagtig fibertil-. retning mellem de overfor hinanden liggende fibre, er 20 det at foretrække, at begge underlag 21 kan bevæges i tre retninger, fordi underlaget kun giver små påvirkninger .

Finindstillingsunderlaget 21' finindstilles for således at bringe akserne for de overfor hinanden lig-25 gende nøgne optiske fibre 1' til at falde sammen. Derpå foretages elektrisk udladning, og samtidig føres en af de optiske fibre 1' frem i Z-retningen, se fig. 5, for således ved sammensmeltning at blive splejset til den anden optiske fiber.

30 Fig. 6(a) og 6(b) viser en anden udførelsesform til fjernelse af overtrækslag ved den overtrukne optiske fibers endedel, mekanisk eller fysisk fjernelse.

I denne udførelsesform opvarmes overtrækslaget ved den optiske fiber l's endedel, således at det opvarmede 35 overtrækslag svulmer op, for derved at adskille laget fra den optiske fibers overflade. Derefter fjernes det DK 168178 B1 8 således adskilte overtrækslag fra den overtrukne fiber til blotlægning af den nøgne glasfiber. Den optiske fiber gøres derefter til genstand for de· i fig. 2 og 3 viste trin til overtrækning med en UV-hærdbar harpiks 5 og sammensmeltningsplejsning. Ifølge den i fig. 6(a) og 6(b) viste udførelsesform er den nøgne glasfiber ikke udsat for nogen beskadigelse ved fjernelse af overtrækslaget .

I fig. 6(a) og 6(b) er nærmere beskrevet et øvre 10 rammeelement 41 ved en svingaksel 43 støttet til et nedre rammeelement 42. Hvert af rammeelementerne 41 og 42 er forsynet med varmere henholdsvis 48 og 49, der gennem en tilslutning 50 kan forbindes til en ikke vist elektrisk strømforsyning. Stop 46a og 47 er 15 tilvejebragt ved den frie ende af rammeelementerne, og skæreblade 44 og 45 er tilvejebragt stødende op til stoppene— Disse stop- og skæreblade er placeret inden i rammeelementerne, skærebladene 44, 45 er indrettet til at lave hak i den overtrukne optiske fibers over-20 trækslag, og stoppene er indrettet til at hindre skærebladene i at skære eller lave hak i den nøgne glasfibers overflade. Som vist i fig. 6(b) ligger en endedel af den overtrukne optiske fiber 1 mellem varmerne 48 og 49, efter lukning af rammeelementerne. I dette til-25 fælde laver skærebladene kun hak i overtrækslaget overflade. Almindeligvis har den nøgne glasfiber en diameter på 125 ym, og stoppene indrettes derfor til at bringe de overfor hinanden liggende skæreblade til at tilvejebringe en afstand på ca. 150-180 ym efter luk-30' ning af rammeelementet, således at enhver beskadigelse af den nøgne glasfiber undgås. Efter påføring af varme til overtrækslaget, skilles dette fra glasfiberens overflade på grund af overtrækslagets temperaturudvidelse. Den overtrukne optiske fiber 1 trækkes i fig.

35 6(b) til venstre, således at overtrækslaget fjernes ved den med hak forsynede del. Overtrækslaget i det indre 9 DK 168178 B1 .rum af det i fig. 6(b) viste apparat fjernes fra den overtrukne optiske fiber. Opvarmningstemperaturen afhænger af materialet af UV-hærdbar harpiks. Imidlertid er temperaturen almindeligvis 150-200°C i ca. 10 sekun-5 der.

Den i fig. 6(a) og 6(b) viste udførelsesform er især fordelagtig til udendørs arbejde, eftersom det ikke er nødvendigt at anvende farlige kemikalier. Endvidere kan denne udførelsesform tilvejebringe den nøgne 10 glasfiber uden nogen beskadigelse for således at give en fiberendesamlingsoperation, der opretholder høj styrke ved den sammenføjede del, ligesom det er tilfældet for den i fig. 1 beskrevne kemiske proces.

Hidtil er fjernelsen af overtrækslaget og rens-15 ningsoperationen for den overtrukne optiske fibers endedel været udført ved en mekanisk metode under anvendelse af et værktøj, såsom en kappefjerner. Ved splejsningsmetoden ifølge opfindelsen fjernes overtrækslaget, imidlertid ved (a) anvendelse af kemikalier og den 20 skrællede del af den overtrukne optiske fiber renses ved hjælp af en ultralydsrenser, eller (b) ved anvendelse af en varmer, der får overtrækslaget til at svulme op, og fjernelse af overtrækslaget fra glasfiberoverfladen, således at det er muligt at opnå en nøgen 25 optisk fiber, der har en ren endedel uden nogen beskadigelser.

Et tyndt filmlag af UV-hærdbar harpiks dannes ved den nøgne optiske fiberdel, og den optiske fiber fastgøres ved hjælp af en v-formet rille og en klemme-30 mekanisme, således at der ikke kommer noget, der kan ^ skade, i direkte berøring med den nøgne optiske fiber.

Foruden fordelene ved udelukkelse af beskadigelser er opfindelsen også mere pålidelig end tidligere kendte arrangementer. Den mekaniske del, såsom fikse-35 ringsunderlaget 22 og 23, er helt tilvejebragt på et enkelt finindstillingsuderlag 21 sammenhængende med 10 DK 168178 B1 dette, således at den optiske fiber bevæger sig med underlagene som helhed og spændemekanismen, når den bevæges i Z-retningen til centrerings- og sammensplejsningsoperationerne .

5 Eksempler.

En overtrukken optisk fiber, der har et overtrækslag af ultraviolet hærdbar harpiks, og som har en diameter på 0,25 mm blev skadet og beskåret ved anvendelse af en klipper. Endedelene af de to klippede over-10 trukne optiske fiberstykker blev indført i en opvarmningstank som vist i fig. 1 og dyppet i denne i ca. 1 minut. Derpå blev overfladelagene ved de dyppede dele opløst og fjernet.

De nøgne optiske fibre, som overtrækslagene var 15 blevet fjernet fra, blev indsat i en ultralydrenser, der indeholdt et opløsningsmiddel, såsom acetone, alkohol eller, lignende, og blev udsat for ultralydsvibrationer, således at støv og overtræksharpiks, svovlsyre, snavs osv. på de nøgne optiske fibre blev fjernet, i 20 ca. 30 sekunder.

Ifølge den i fig. 2 viste procedure blev et 5-10 pm tykt tyndfilmlag af UV-hærdbar harpiks dannet på hver af de nøgne optiske fibre og blev bestrålet med ultraviolette stråler i adskillige sekunder for således 25 at blive hærdet.

De således præparerede optiske fibre blev indsat og fastgjort ved hjælp af de V-formede riller og spæn-demekanismer på sammensmeltnings splejseren ved de dele af dem, hvor det tynde filmlag var blevet dannet, som 30 .vist i fig. 3, finindstillingsunderlaget blev finind-stillet i X- og Y-retningen for således at bringe kærneakserne til at falde sammen, og derpå blev den ene af de optiske fibre ført imod den anden i Z-retningen samtidig med frembringelsen af en elektrisk udladning for 35 således at udføre sammensmeltningssplejsningen.

Trækstyrken af den således opnåede optiske fibers splejsede del var 2,0 kg som gennemsnitligt i 50

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til splejsning af endedelene af et par overtrukne optiske fibre af den art, der har en optisk fiber og et ydre overtrækslag, omfattende trin-25 nene: fjernelse af det ydre overtrækslag over en for-udfastlagt længde af hver af de overtrukne optiske fibre nær disses endedele til blotlægning af de nøgne glasfibre, 30 fastspænding af hver af de overtrukne optiske fibre, anbringelse af de overtrukne optiske fibres akser på linie med hinanden, og smeltesammensplejsning af de overtrukne optiske 35 fibre, kendetegnet ved, DK 168178 B1 at fjernelsestrinnet udføres ved kemisk opløsning eller ved opvarmning af det ydre overtrækslag, og yderligere ved overtrækning af de nøgne glasfibre med et lag harpiks med undtagelse af disses fastholdte en-5 dedele, og ved at harpikslaget bringes til at størkne, hvorved fastspændingstrinnet udføres ved en del af den optiske fiber, der er dækket med den hærdede harpiks.

2. Fremgangsmåde ifølge krav l, kendetegnet ved, at fjernelsen ved kemisk opløsning 10 sker ved dypning af de overtrukne optiske fibres endedele i et første kemikalie til opløsning af overtrækslagenes materiale.

3. Fremgangsmåde ifølge krav l, kende tegnet ved, at fjernelsen sker ved opvarmning af 15 endedelene af de overtrukne optiske fibre til ekspandering og separering af overtrækslaget fra de nøgne glasfibres overflade, risning af overtrækslagene og aftræk-ning af disse til blotlæggelse af de nøgne glasfibre.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kende- 20 tegnet ved et yderligere trin til rensning af de nøgne glasfibre ved dypning i et andet kemikalie.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kende tegnet ved, at overtrækningen sker for hvert af de nøgne glasfibre, der hver især overtrækkes, ved 25 tilvejebringelse af et par bestående af et før ste og andet mundstykke, hvor det første og andet mundstykke ligger på linie og vender imod hinanden med en spalte dannet imellem dem, extrudering af en harpiks fra det ene af mund-30 . stykkerne, tilvejebringelse af et sug ved det andet af mundstykkerne for at opretholde harpiks i spalten og føring af den optiske fibers endedel med undtag- . else af dennes yderste del mellem det første og andet 35 mundstykke, hvorved der bevirkes et glat overtræk.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at overtrækstrinnet udøves ved anven- DK 168178 B1 delse af en UV-hærdbar harpiks og at hærdning af harpikslaget foretages under UV-bestråling.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ved fastklemningstrinnet fastklem- 5 mes en af de nævnte med hærdet harpiks overtrukne dele imellem et første fikseringsunderlags V-formede rille og en første klemmekanisme, og den tilbageblevne overtrukne optiske fiber fastspændes ved hjælp af en anden spændemekanisme på et andet fikseringsunderlag.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kende tegnet ved, at det første og andet fikseringsunderlag ved tilretningstrinnet er sammenhængende monteret på et fintilretningsunderlag, der kan bevæges i retningerne X, Y, Z således at det første og andet fik- 15 seringsunderlag, de overtrukne optiske fibre og den første og anden fastspændingsmekanisme kan bevæges sam let.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 8, kendetegnet ved, at fintilretningsunderlaget ved smel- 20 tesplej sningstrinnet bevæges i en aksial retning (Z-retningen) for de overtrukne optiske fibre.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at smeltesplejsningen udføres ved elektrisk udladning. 25 ll^RNATI0NA!^^f«NT-3UREAU 30 35