SE436453B

SE436453B - SETTING UP THE PRECISION CONNECTION FOR AN OPTICAL FIBER

Info

Publication number: SE436453B
Application number: SE8003509A
Authority: SE
Inventors: Lars Rune Lidholt
Original assignee: Lars Rune Lidholt
Priority date: 1980-05-09
Filing date: 1980-05-09
Publication date: 1984-12-10
Also published as: EP0051610A1; SE8003509L; WO1981003227A1

Description

g 8003509-0 2 ringar har man nu lyckats tillverka optiska fibrer med så liten ef- fektförlust per längdenhet att fiberkablar nu börjar bli ekonomiskt konkurrenskraftiga jämfört med andra överföringsmedier. g 8003509-0 2 have now succeeded in producing optical fibers with such a small power loss per unit length that fiber cables are now starting to become economical competitive compared to other transmission media.

Skarvning av optiska fibrer medför i laboratoriet inga oöverstigli- ga svårigheter. Det räcker att föra ihop två fiberändar, ände mot _ ände, och metoder existerar, där man smälter ihop dem. Det är även É möjligt att föra ihop polerade ändsnitt, med eller utan kopplingsme- dium i vätskeform. Man kan också föra ihop två polerade fiberändar under kvarhållande av ett litet luftgap, varvid luftgapets längd har relativt liten betydelse, så länge det är av samma storlek eller mindre än fiberns diameter. Förlusterna ökar emellertid markant om fiberändarna inte ligger mitt för varandra, liksom om deras axelrikt- ningar skiljer sig från varandra.Splicing of optical fibers in the laboratory does not result in any gave difficulties. It is sufficient to bring two fiber ends together, end to _ end, and methods exist, where one merges them. It is also É possible to assemble polished end sections, with or without coupling liquid in liquid form. You can also join two polished fiber ends while maintaining a small air gap, the length of the air gap being relatively little importance, as long as it is of the same size or smaller than the diameter of the fiber. However, the losses increase significantly the fiber ends are not opposite each other, as well as if their differ from each other.

Ett sätt att skarva två fiberändar mot varandra är känt, vilket in- nefattar att fibrernas ändar hopsmältes. Detta fordrar emellertid särskild, relativt komplicerad utrustning, samt utgör ingen använd- bar anslutningsmetod när det gäller anslutning av en fiber till t.ex. en lysdiod eller en fotodetektor.A method of splicing two fiber ends against each other is known, which involves implies that the ends of the fibers are fused together. However, this requires special, relatively complicated equipment, and does not constitute a connection method when connecting a fiber to for example an LED or a photodetector.

En löstagbar anslutning är känd, som fungerar i enlighet med det in- ledningsvis nämnda sättet, och där den nödvändiga precisionen till- försäkras genom koniska ytor. Fibern anslutas då via en som “han- kontakt" fungerande, ytterkonisk yta, vari fibern centreras utefter axeln, medelst lämpliga centrermedel.A detachable connection is known, which works in accordance with the the manner mentioned above, and where the necessary precision insured by conical surfaces. The fiber is then connected via a contact "functional, outer conical surface, in which the fiber is centered along the shaft, by means of suitable centering means.

Ett exempel härpâ är ett anslutningsdon, där det inre centrermedlet består av en anordning med ett antal precisionstillverkade kulor, t.ex. tre, vilka av en plan ringyta pressas.mot en inre konyta, kon- centrisk med den koniska yttre referensytan. Det inre centrermedlets mot kulorna pressade ringyta tryckpåverkas därvid via mellankomman- de ringmedel från bakstyckets införda skuldra. Bakstycket har där- vid en yttergänga, som passar till en innergänga i framstycket, och vid hopsättning erhålles âtklämning av centrermedlet genom lämpligt avvägd åtskruvning. Läsning sker genom hârdplast i gängan. Fibern fixeras vid donets spets genom härdplast, och i bakstycket genom âtklämning av detta kring det på detta ställe kvarlämnade skydds- höljet till fibern. Därefter slipas donets ände med sin fiber, så U att en god anslutningsyta på väldefinierat axialläge erhålles. 8ﬂ03509- 0 Emellertid är detta kända sätt att ansluta en optisk fiber före- nat med användning av relativt komplicerade medel, medförande kost- nader och besvär. Det är därför ett syfte med uppfinningen att åstad- komma en enklare och billigare anslutning. Ett annat syfte är att åstadkomma så enkel anslutning, att den optiska fibern blir ännu mera konkurrenskraftig gentemot elektriska förbindelser, och detta gäller särskilt anslutningen för datorer, mätinstrument, instrument för industriell processtyrning m.m., där den tillgängliga arbets- kraften, på grund av att de huvudsakliga arbetsuppgifterna är annor- lunda, ej kan förvärva den träning som de får som dagligen sysslar med telekommunikation. Det som med andra ord relativt enkelt utfö- res av en med optiska fibrer sysselsatt telearbetare, kan ofta er- bjuda stora svårigheter för laboratorie- och underhållspersonal vid en processindustri eller liknande. Det är därför viktigt att anslut- ningen av optiska fibrer förenklas, och i vissa fall kan man till och med göra avkall på kraven på låga effektförluster vid skarvarna om mmdiga1signalvägarna är så korta, att förlusterna i själva fi- bern är försumbara.An example of this is a connector, where the inner center means consists of a device with a number of precision-made balls, for example three, which are pressed by a flat ring surface. centric with the conical outer reference surface. The inner center means ring surface pressed against the balls is thereby affected by pressure via intermediate the ring means from the inserted shoulder of the back piece. The back piece has with an outer thread, which fits into an inner thread in the front piece, and during assembly, clamping of the centering means is obtained by suitable balanced tightening. Reading takes place through hard plastic in the thread. Fiber fixed to the tip of the device through thermosetting plastic, and in the back piece through squeezing this around the protective residue left at this place the casing of the fiber. Then the end of the device is ground with its fiber, so U that a good connection surface in a well-defined axial position is obtained. 8ﬂ03509- 0 However, this known way of connecting an optical fiber is preferred. using relatively complicated means, entailing costs and inconveniences. It is therefore an object of the invention to provide get an easier and cheaper connection. Another purpose is to provide such a simple connection that the optical fiber becomes even more competitive with electrical connections, and this applies in particular to the connection for computers, measuring instruments, instruments for industrial process control, etc., where the available force, due to the fact that the main tasks are different lunda, can not acquire the training they receive who engage in daily activities with telecommunications. In other words, what is relatively simple to do by an optical fiber-employed teleworker, can often be present major difficulties for laboratory and maintenance personnel at a process industry or the like. It is therefore important that the use of optical fibers is simplified, and in some cases it is possible to and with the waiver of the requirements for low power losses at the joints if the mean signal paths are so short that the losses in the actual children are negligible.

Ovanstående och andra syften och fördelar uppnås enligt uppfinningen genom att vid ett sätt att anordna precisionsanslutning av optiska fibrer av inledningsvis angivet slag, de två innerkoniska ytorna i kopplingsorganet upptages i ett ämne som monteras roterbart i en bearbetningsmaskin kring en första axel, varefter ett bearbetninga- verktyg föres mot det roterande ämnet parallellt med en andra axel som bildar en vinkel mot och skär den första axeln, vilken vinkel motsvarar halva den tilltänkta konvinkeln, varvid en skärande kant till verktyget föres i ett plan, överensstämmande med den nämnda vinkels plan, dels utefter en första linje på ett avstånd från och parallell med den andra axeln, dels utefter en andra linje på samma avstånd från den andra axeln men på motsatt sida därom, varigenom de båda skärande kanterna upptager var sin av de båda innerkoniska ytorna.The above and other objects and advantages are achieved in accordance with the invention by in a way of arranging precision connection of optical fibers of the kind initially indicated, the two inner conical surfaces in the coupling member is received in a blank which is rotatably mounted in a machining machine about a first axis, after which a machining machine tool is moved against the rotating blank parallel to a second axis which forms an angle to and intersects the first axis, which angle corresponds to half the intended cone angle, leaving a cutting edge to the tool is moved in a plane, corresponding to the said angle plane, partly along a first line at a distance from and parallel to the second axis, partly along a second line on the same distance from the other axis but on the opposite side thereof, whereby the two cutting edges occupy each of the two inner conical ones the surfaces.

I enlighet med uppfinningen tillgodoses kraven på precision i an- slutningen därigenom att kopplingsorganets två innerkoniska ytor upptages i ett ämne, som monteras i en bearbetningsmaskin, före- trädesvis en automatsvarv, så att ämnet är roterbart kring en förs- ta axel. Det är då lämpligt att först upptaga ett hål utefter den första axeln, vars diameter något överstiger de båda tilltänkta innerkoniska ytornas skärningslinjes diameter. De två koniska ytor- 3003509- G 4 na skäres med var sin egg eller motsvarande, vilka föres parallellt med varandra på lika avstånd från en andra axel, som med den förs- ta axeln bildar en vinkel motsvarande halva den tilltänkta konvin- keln. Vidare måste de båda eggarna föras i ett bestämt plan, som sammanfaller med ett plan som definieras av den första och den and- ra axeln, vilka alltså måste skära varandra.In accordance with the invention, the requirements for precision in the closure in that the two inner conical surfaces of the coupling member incorporated in a substance assembled in a processing machine, an automatic lathe, so that the blank is rotatable about a ta axel. It is then advisable to first make a hole along it first shaft, the diameter of which slightly exceeds the two intended diameter of the inner line of the conical surface. The two conical surfaces 3003509- G 4 na are cut with their own edge or equivalent, which are carried in parallel with each other at equal distances from a second axis, as with the the axis forms an angle corresponding to half the intended convention. keln. Furthermore, the two edges must be laid in a specific plane, which coincides with a plan defined by the first and the second the shaft, which must therefore intersect.

Det viktiga för precisionen är att de båda konerna blir tillverkade i samma uppsättning, varvid de båda innerkonorna blir koaxiella med en axel, som sammanfaller med den nämnda, första axeln och kom- mer att utskäras av var sin av de båda skäreggarna. Att dessa föres utefter linjer med en och samma riktning, leder till att konvinkf larna blir likstora.The important thing for precision is that the two cones are made in the same set, the two inner cones becoming coaxial with an axis which coincides with said first axis and com- more to be cut from each of the two cutting edges. That these are brought along lines with one and the same direction, leads to convinkf the larvae become equal in size.

Det är lämpligt att de båda eggarna är anordnade i ett och samma verktyg, verkande under ett och samma arbetsmoment, men man kan även låta de båda koniska ytorna skäras i separata arbetsmoment, och avgörandet av det lämpligaste är beroende av tillgängliga mas- kiner.It is advisable that the two edges are arranged in one and the same tools, operating during one and the same operation, but you can also allow the two conical surfaces to be cut in separate working steps, and the determination of the most appropriate kiner.

Uppfinningen kommer nu att närmare beskrivas, utgående från ett icke-begränsande utföringsexempel. Fig. 1 visar därvid schematiskt och i genomskärning en precisionsanslutning enligt uppfinningen.The invention will now be described in more detail, based on one non-limiting embodiments. Fig. 1 then shows schematically and in cross-section a precision connection according to the invention.

Fig. 2 visar schematiskt ett arbetsmoment. Fig. 3 visar, likaså schematiskt, ett annat arbetsmoment.Fig. 2 schematically shows a working step. Fig. 3 shows, as well schematically, another work step.

Två skarvdon T och 1' visas i fig. 1 hopsatta, så att deras fibrer 3 har sammanfallande axlar åtminstone vid sina ytterändar, vilket är ändamålet med uppfinningen. Fibrerna är därvid noggrant samman- fallande med axlarna till ytterkoner 2 och 2' i skarvdonen. De bå- da skarvdonen hâlles vidare i läge genom ett schematiskt antytt kopplingsorgan 20. Fasthâllningsdon, som ej är visade, håller de koniska ytorna mot varandra, lämpligen i form av från var sin sida påskruvade skruvmuffar, som påverkar skarvdonen via skulderpartier 21 och 21'. Då dylika hophållningsförband utan svårighet kan kon- ' strueras på en mångfald sätt av den som insett uppfinningens princip, har de ej visats, eftersom figuren eljest skulle onödigtvis krång- las till, till men för den principiella förståelsen, Fig. 2 visar hur en fiber 3 anordnas i ett skarvdon T, Vanligen har en optisk fiber ett skyddskablage, som måste tagas bort vid än- fw- .. 1 8003509-0 5 den. I föreliggande fall föreligger ett ytterskikt 30, ett mellan- skikt 31 och ett elastiskt skikt 32 av ett närmast formlöst elas- tomermaterial. Dessa material elimineras successivt på i fig. 2 visat sätt. Därefter införes fiberns 3 ände i det rörformiga skarv- donet 1, vars inre hål helst bör vara avsatsvis avsmalnande med hänsyn till skyddskablagets konstruktion.Two connectors T and 1 'are shown in Fig. 1 assembled, so that their fibers 3 have coincident axes at least at their outer ends, which is the object of the invention. The fibers are then carefully combined falling with the axes of outer cones 2 and 2 'in the joints. The boats then the splices are held in position by a schematic hint coupling means 20. Holding devices, not shown, they hold conical surfaces facing each other, preferably in the form of from each side screwed-on screw sleeves, which affect the joints via shoulder sections 21 and 21 '. Since such holding joints can be easily constructed. instructed in a variety of ways by one who has realized the principle of the invention, have not been shown, as the figure would otherwise be unnecessarily added to, to the detriment of the principled understanding, Fig. 2 shows how a fiber 3 is arranged in a connector T, Usually an optical fiber has a protective cable, which must be removed at the fw- .. 1 8003509-0 5 the. In the present case, there is an outer layer 30, an intermediate layer layer 31 and an elastic layer 32 of an almost shapeless elastomeric layer. empty material. These materials are successively eliminated in Fig. 2 shown way. Thereafter, the end of the fiber 3 is inserted into the tubular joint. device 1, the inner holes of which should preferably be tapered consideration of the construction of the protective cable layer.

Vid skarvdonets spets, i mitten av dess ytterkoniska parti, avsmal- nar hålet till en diameter, som endast något överstiger den optiska fiberns diameter. På denna plats inför man en liten mängd härdplast, varefter ett precisionsverktyg 7 påsättes, vilket har en till kon- ytan 2 passande innerkonisk yta 8, samt, väl centrerat, ett till fibern passande hål 9. Genom denna påsättning blir fibern 3 centre- rad. Därefter härdas plasten, som enligt ett föredraget utförande är UV-härdande. Det är då lämpligt att verktyget 7 är genomskinligt, så att UV-belysning 11 kan utföras. Dylik härdning tar vanligen blott några sekunder. Verktyget 7 kan därefter avtagas, varefter fi- bern avtages och poleras till en god yta, företrädesvis i planet för ytan 6. Fibern med sitt skyddskablage fästes i skarvdonet, fö- reträdesvis genom åtklämning runt höljet 30.At the tip of the connector, in the middle of its outer conical portion, taper reaches the hole to a diameter which slightly exceeds the optical one fiber diameter. In this place you introduce a small amount of thermosetting plastic, after which a precision tool 7 is fitted, which has a surface 2 fitting inner conical surface 8, and, well centered, another the fiber fitting hole 9. Through this application, the fiber 3 becomes centered. row. Thereafter, the plastic is cured, which according to a preferred embodiment is UV curing. It is then suitable that the tool 7 is transparent, so that UV illumination 11 can be performed. Such curing usually takes just a few seconds. The tool 7 can then be removed, after which bern is removed and polished to a good surface, preferably in the plane for the surface 6. The fiber with its protective cable is attached to the connector, retrieved by clamping around the housing 30.

Verktyget 7 tillverkas företrädesvis genom pågjutning på ett för ändamålet precisionssvarvat formstycke, där i en och samma uppsätt- ning svarvas en ytterkonisk yta och en avslutande stuts, motsvaran- ~ de hålet 9. Detta bör göras obetydligt större än största tolerans- måttet för fibern 3. Särskilt när det gäller något grövre fibrer (t.ex. 100 pm) är precisionskraven sådana, att det är möjligt att göra verktyget 7 av en elastisk härdplast, varvid vid inpassning fibern 3 elastiskt upptages och drages mot konens centrum. Det är då möjligt att göra hålet 9 t.ex. 5 pm mindre än fiberns diameter, eftersom plasten ger med sig i tillräcklig grad.The tool 7 is preferably manufactured by casting on a liner purpose precision machined molding, where in one and the same set an outer conical surface and a terminating stub, corresponding to the hole 9. This should be made slightly larger than the maximum tolerance the dimension of the fiber 3. Especially in the case of slightly coarser fibers (eg 100 pm) the precision requirements are such that it is possible to make the tool 7 of an elastic thermosetting plastic, whereby when fitting the fiber 3 is elastically absorbed and pulled towards the center of the cone. It is then possible to make the hole 9 e.g. 5 pm smaller than the diameter of the fiber, because the plastic gives with it to a sufficient degree.

Pig. 3 visar schematiskt hur de båda konerna 4 och 5 i kopplinge- organet kan åstadkommas så att deras axlar sammanfaller, Det är nämligen ej möjligt att med vanliga verkstadsmetoder t.ex. upptaga konerna från var sitt häll, så att deras axlar sammanfaller väl både till riktning och läge.Pig. 3 schematically shows how the two cones 4 and 5 in the clutch the body can be made so that their shoulders coincide, That is namely, it is not possible to use ordinary workshop methods e.g. receive the cones from each slab, so that their shoulders coincide well both in direction and position.

Ett ämne 12 uppsättes därvid t.ex. i en svarvuhuck, så att det kan roteras kring en första axel 13. Därefter uppborras ett hål 17, var- av i figuren bara en kort cylinderyta återstår, till följd av den 8003509-0 6 fortsatta behandlingen. Toppsliden på svarven vrides en vinkel motsvarande halva konvinkeln, så att dess rörelse följer en andra axel 14. Ett däri fastsatt verktyg med två eggar föres sedan medelst toppslidsrörelse så att eggarna följer linjerna 15 och 16 på var sin sida om den andra axeln 14, vilken skär axeln 13.A blank 12 is then set up e.g. in a lathe huck, so that it can rotated about a first axis 13. Then a hole 17 is drilled, each of which of in the figure only a short cylinder surface remains, as a result of it 8003509-0 6 continued treatment. The top slide of the lathe is turned at an angle corresponding to half the cone angle, so that its motion follows a second shaft 14. A tool with two edges fixed therein is then moved by means of top slide movement so that the edges follow lines 15 and 16 on each its side about the second shaft 14, which intersects the shaft 13.

Det är lämpligt att använda ett verktyg som är rotationssymmetriskt kring axeln 14. Som framgår av det schematiska tvärsnittet i fig. 3 kommer de två eggarna då att uppskära var sin konyta 4, 5. Det är möjligt att genomföra en serietillverkning sådan att man får ett fullständigt utbytbart system, varvid man bör tillse att skarvdonets konytor är så dimensionerade, att de ringformiga plana ytorna 6 (se fig. 2) ej kan föras emot varandra utan bildar en spalt om t.ex. ca 20 )1m.It is advisable to use a tool that is rotationally symmetrical about the axis 14. As can be seen from the schematic cross-section in Fig. 3 the two edges will then each cut their cone area 4, 5. That is possible to carry out a series production so that you get one fully replaceable system, care should be taken that the connector cone surfaces are so dimensioned that the annular flat surfaces 6 (see fig. 2) can not be moved against each other but forms a gap if e.g. ca 20) 1m.

Genom uppfinningen ernås en billig och enkel möjlighet att ansluta optiska fibrer. Det är även möjligt att göra flerpoliga kontaktar- rangemang, i det att flera skarvdon samlas i ett gemensamt hankopp- lingsdon, som under mellankomst av ett med lika många kopplingsorgan 20 försett mellanstycke t.ex. kan ihopkopplas med ett annat han- kopplingsdon. Uppfinningen är ej heller begränsad till anslutning av optiska fibrer till varandra utan kan även användas för inkopp- ling av med skarvdon försedda fiberändar till ljuskällor (t.ex. lysdioder), respektive ljusdetektorer (t.ex. fotodioder), varvid ljuskällor respektive ljusdetektorer bör vara monterade vid motsva- rande koniska ytor under tillräcklig centrering.The invention provides a cheap and easy possibility to connect optical fibers. It is also possible to make multipole contacts arrangement, in that several splices are assembled in a common male coupling as with the intervention of one with the same number of coupling means 20 provided intermediate piece e.g. can be connected to another connector. The invention is also not limited to connection of optical fibers to each other but can also be used for splicing of fiber-optic fiber ends to light sources (e.g. LEDs), respectively light detectors (eg photodiodes), wherein light sources and light detectors respectively should be mounted at the conical surfaces with sufficient centering.

Claims

7 8003509-0 patent claims

A method of arranging precision connection of an optical fiber (3) to another device, for example another optical fiber, wherein the fiber is arranged well centered in the axis of an outer conical surface (2), which is fitted to the second device, which also is centered in the shaft to an outer conical surface, and wherein the two outer conical surfaces are fitted in a concentric position towards each other by means of a coupling member (20) provided with two inner conical surfaces (H, 5), which open in opposite directions and have coincident shafts, characterized in that the two inner conical surfaces (U, 5) in the coupling member are received in a blank (12) which is rotatably mounted in a machining machine about a first shaft (13), after which a machining tool is moved towards the shaft. rotating the blank parallel to a second axis (lä) forming an angle with and intersecting the first axis (13), which angle 20 corresponds to half the intended cone angle, a cutting edge of the tool being moved in a plane, corresponding to m ed.the plane of said angle, partly along a first line (15) at a distance from and parallel to the second axis (lä), partly along a second line (16) at the same distance from the second axis but on the opposite side ' thereby, whereby the two cutting edges each occupy each of the two inner conical surfaces.

2. A method according to claim 1, characterized in that the two inner cone surfaces are received with their respective cutting edges, which are arranged symmetrically on each side of the tool.

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that an Lw '\ _T is drilled in the blank before the said processing! with the first shaft parallel hole (17). method according to claim 3, characterized in that the hole is drilled with a diameter which slightly exceeds the diameter of the intersecting conical lines of the two HO intended surfaces.