SE446778B - Anordning for parvis koppling av optiska fibrer - Google Patents

Description

446 778 2 Ett uppfinningsändamål är att realisera nämnda anordning på sådant sätt att den är enkel att montera och så att man ej behöver nâgra recisionstillver- kade komponenter och därigenom kostnader för kopplingsanordningen kan hållas inom rimliga gränser.

För detta ändamål är en anordning enligt uppfinningen kännetecknad av att på den första uppsättningen av kulor, vilka är anordnade i urtaget, förefinnes en andra uppsättning av inbördes indentiska kulor, varvid urtagets diameter är större än den omskrivna cirkeln för den första uppsättningen kulor, medan varje kula i den andra uppsättningen anligger mot två kulor i den första uppsätt- ningen och mot urtagets vägg samt pressar kulorna i den första uppsättningen mot varandra, medan varje kopplingsdon på den sida där urtaget förefinnes är försedd med en referensyta som är riktad tvärs urtagets rotationsaxel.

Genom anordningen enligt uppfinningen uppnås fördelen att urtagets inner- diameter ej behöver vara exakt avpassad till diametern hos kulorna i den första uppsättningen (och därför ej till diametern för fibern som skall kopplas).

Uppfinningen gör det möjligt inte bara att centrera en fiber med viss dia- meter utan även centrering av fibrer med olika diameter. Företrädesvis utnytt- jas då en uppsättning av kulor med en så vald diameter att den inskrivna cir- keln vid de anliggande kulorna ( i den första uppsättningen) väsentligen över- ensstämmer med diametern för fibern som skall centreras. Det inses att anord- ningen enligt uppfinningen även gör det möjligt att centrera fibrer som är för- sedd med ett hölje med en yttre mantel som är koncentrisk med den optiska kär- nan och bildad på känt sätt, t.ex. på det sätt som framgår av den publicerade holländska patentansökningen 7809725.

En ytterligare anledning till energiförlust i kopplingar mellan fiber ut- gör divergens av ljusstrâlknippet vid fiberänden. Till följd av denna divergens kan ej samtliga ljussträlar som utstrålar från en fiber uppfångas av den andra fibern och detta inte ens om fiberändarna är anordnade väsentligen anliggande mot varandra på det sätt som är beskrivet i nämnda publikation. För detta ända- mål skall änden av den optiska fibern bringas i rätt läge mellan kulorna under användning av ett mikroskop (de tillåtna toleranserna uppgår till endast några mikrometer). För att eliminera denna nackdel är en sfärisk lins anordnad fram- för varje fiberände enligt känd teknik (se exempelvis GB patentskriften 1467 796), varvid nämnda lins har en diameter som är mycket större än fiberdia- metern, medan dess centrum är beläget på fiberns axel och dess brännpunkt in- faller på fiberändens ändyta. Ljusstrålknippet från en fibers ändyta blir så- lunda fullständigt fokuserat på den andra fiberns ändyta. Det inses att det är väsentligt att säkerställa noggrann inriktning av fibrernas axlar och att lin- sernas centrumpunkter är belägna på nämnda axlar. 3 446 773 Ett ytterligare uppfinningsändamål är att åstadkomma en kopplingsanordning som, med beaktande av låg energiförlust innebär en kombination av de uppnådda fördelarna med exakt inriktning och exakt inbördes positionering av fibrerna samt fokusering av ljusstrålknippena på fibrernas ändytor.

För detta ändamål är ett föredraget utföringsexempel på anordningen enligt uppfinningen kännetecknat av att på den andra uppsättningen av kulor finns an- ordnad en sfärisk lins, vilken kvarhålles på den andra uppsättningen av kulor med hjälp av klämorgan.

Anordningen enligt uppfinningen utnyttjar den förut kända centreringen med hjälp av kulor för inriktning och positionering av fibrerna. Emellertid utnytt- jas nämnda andra uppsättning av kulor för att kompensera för skillnader mellan urtagets innerdiameter och diametern för den omskrivna cirkeln kring den första uppsättningen av kulor samt för centrering av den sfäriska linsen med avseende på den optiska fiberns längdaxel. Förutom de tekniska fördelarna med denna an- ordning med hänsyn till energiförlusten, så medför den också fördelen att inga högprecisionskomponenter krävs och att kulorna, som exempelvis kan bestå av volframkarbid, är kommersiellt tillgängliga och ej dyrbara. Sålunda kan kopp- lingsanordningen serietillverkas för ett tillverkningspris som ligger inom rim- liga gränser.

Ett ytterligare utföringsexempel på en anordning enligt uppfinningen är kännetecknat av att den första uppsättningen avulor anligger mot en distanshyl- sa som i sin tur anligger mot ett centreringsorgan, vilket är anordnat vid en bottendel av urtaget och tjänar för centrering av fiberns centrumaxel till ur- tagets rotationssymmetriaxel. I ett utföringsexempel av detta slag är fiberän- den centrerad på två ställen, d.v.s. genom den första uppsättningen av kulor och genom nämnda centreringsorgan, varigenom fiberns centrumaxel är centrerad på urtagets rotationsaxel. Härigenom uppnås att centrumaxlarna för de tvâ fiber som skall sammankopplas bringas att ligga mitt för varandra, varigenom energi- förlusterna begränsas.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare i det följande under hänvisning till ritningarna, där: fig_l illustrerar de tekniska problem som skall lösas vid koppling av optiska fiber;_fig_§ visar ett tvärsnitt genom ett av symme- triplanen för en första kopplingsanordning enligt uppfinningen, fig_§ visar en frontalvy från kopplingssidan av uppsättningarna av centrerings- och fast- klämningskulor i anordningen i fig 2, varvid frontalvyn bildar rät vinkel med rotationsaxeln; jïg_§ visar en delvis sektionerad vy genom ett av symmetri- planen för en andra kopplingsanordning enligt uppfinningen; fig_§ visar en delvis sektionerad vy genom ett av symmetriplanen för en tredje kopplingsanord- ning enligt uppfinningen. 446 778 4 Hänvisningsbeteckningarna 11 och 12 i fig 1 anger de två kopplingsdonen, som är visade i tvärsnittsvy, av kopplingsanordningen som skall åstadkommas. De två fibrerna som skall kopplas är betecknade 13 och 14 och deras axlar är be- tecknade 15 och 16. Centrumpunkterna för fibrernas frontytor är betecknade 01 respektive 02. Kopplingsanordningen innefattar dessutom två sfäriska linser 17,18 med centrumpunkterna Cl respektive C2. Brännpunkterna för nämnda lin- ser skall vara belägna i 01 respektive 02. Kopplingen av fibrerna åstadkom- mes genom att donen 11 och 12 bringas i kontakt med varandra genom sina respek- tive plana ytor 19 och 20, vilka i det följande benämnes referensytor. Fig 1 illustrerar de olika mekaniska villkor som måste uppfyllas för positionering och inriktning av fibrerna och linserna för att kopplingsförlusterna skall kun- na minimeras. De räta linjerna 01-Cl och 02- C2 skall bilda rät vinkel med referensytorna 19,20 (första villkor). Dessutom skall varje vinkel mellan å ena sidan 01-Cl eller 02-CZ och tillhörande fiberaxlar å andra sidan vara minsta möjliga (andra villkor), nämnda vinkel är visad mellan den räta linjen 01-Cl och axeln 15. Avståndet mellan de räta linjerna 01-Cl och 02-C2 skall även vara minsta möjliga (tredje villkor).

Nämnda tredje villkor är väsentligt speciellt i fall två fiberändar kopp- las direkt, d.v.s. om de två linserna 17,18 ej användes. Om två fiberändar skall kopplas direkt är det också väsentligt att minimera avståndet mellan änd- ytorna 01 och 02 (fjärde villkor).

Endast utföringsexempel på kopplingsanordningar innefattande de sfäriska linserna 17,18 kommer att beskrivas i det följande. Emellertid inses att cen- treringen och inriktningen av de optiska fibrernas ändar enligt uppfinningen ej endast gäller för sådana kopplingsanordningar. Speciellt kan fiberändar inne- fattande ett hölje som är koncentriskt med den optiska kärnan (se holländska patentansökningen 78-09 725) centreras och inriktas med hjälp av en kopplings- anordning enligt uppfinningen.

De medel som användes för att uppfylla nämnda villkor är visade i fig 2, som visar donet 11 i ett utföringsexempel på en kopplingsanordning enligt upp- finningen betraktat i ett tvärsnitt genom ett av symmetriplanen. Symmetriaxeln är betecknad 21. Nämnda organ 11 innefattar en ihålig metallkropp som invändigt är uppdelad i två kommunicerande urtag, d.v.s. ett första urtag i fonm av en cylinder 22 och ett andra urtag i form av tvâ cirkulära cylindrar 23 och 24, varvid nämnda första och andra urtag står i förbindelse med varandra via en urborrning i form av en cirkulär cylinder 25. Cylindern'22 inrymmer den mantel- försedda fiberdelen 26 och en del av klämorganet för fastklämning av fibern i cylindern 22. Nämnda klämorgan kan exempelvis innefatta en klämhylsa 27 som sammanpressas med hjälp av den avfasade delen 28, vilken är fast förenad med 5 446 778 klämskruven 29 som skruvas på den yttre gängan 30 på metallkroppen. Den fria änden 31 av en optisk fiber utskjuter från fibermanteln 26 in i urtaget 23, 24 via cylindern 25. Cylinderns 25 diameter är väsentligen lika med den avskalade fiberns diameter. I cylindern 23 finns en första uppsättning av företrädesvis tre identiska kulor, vilka är anordnade kring den fria fibern, och benämnes styrkulor. Fig 2 visar endast kulan 32 i denna uppsättning. Kulorna anligger mot bottendelen av cylindern 23 och står i kontakt med varandra, varvid deras centrumpunkter bildar hörn i en liksidig triangel vars plan löper parallellt med bottendelen eller basen 33. Nämnda kulors diameter är så vald att diametern för den cirkel som inskrives i utrymmet mellan de tre kulorna och är belägen i planet som definieras av kulornas tre centrumpunkter överensstämmer ungefär med fiberdiametern. Kulorna skall vara så belägna att nämnda utrymes centrumpunkt blir belägen på symmetriaxeln 21. Fig 3 visar en vy av kulorna och fibern sedd i riktning parallellt med axeln 21, varvid styrkulorna är betecknade 32. Styr- kulorna 32 kvarhålles i rätt läge med hjälp av en andra uppsättning inbördes lika kulor 34, vilka benämnes klämkulor och är fastklämda mot styrkulorna 32 i cylindern 23. Fig 2 visar endast en av kulorna 34. Var och en av kulorna 34 anligger mot två styrkulor 32 och mot sidan av cylindern 23, Denna positione- ringsmetod framgår av fig 3, där samtliga kulor 32,34 i den första och andra uppsättningen är visade, medan cylindern 23 är visad i fonm av en cirkel. Dia- metern för kulorna i den andra uppsättningen kan vara densamma eller större än diametern för kulorna i den första uppsättningen. Fig 2 visar en sfärisk lins 36 i cylindern 24. Denna sfäriska lins 36, som av centrumpunkten Cl anligger mot den anordning som bildas av de tre kulorna i den andra uppsättningen under lätt tryck. Till följd av geometrin hos de använda komponenterna så blir cen- trumpunkten Cl belägen på axeln 21, vilken sammanfaller med fiberändens 31 axel. Den optiska linsens 36 diameter är så vald och den mantelförsedda fiber- delen 26, som är fastklämd i cylindern 22, är så positionerad att centrumpunk- ten 01 på fiberns 31 frontyta sammanfaller med den sfäriska linsens 36 bränn- punkt. Den anordning som bildas av kulorna i den första och andra uppsättningen och den optiska linsen är tryckbelastad genom ett klämorgan i cylindern 24, t.ex. en tallriksfjäderbricka 37 som är fastsatt i ett spår 38 i cylinderns 24 vägg. För att uppfylla nämnda första villkor är metallkroppen på sidan vid den optiska linsen försedd med en referensyta 19, som bildar rät vinkel med axeln 21, vilken till följd av den valda uppbyggnaden sammanfaller med den optiska fiberns axel. Detta innebär att det andra villkoret kan uppfyllas, d.v.s. kra- vet att vinkeln mellan fiberaxeln och axeln och axeln 21 skall vara noll och detta värde approximeras allt bättre med tilltagande längd 1 hos fiberänden mellan kontaktställena mellan fibern och kulorna 32 å ena sidan och å andra 446 778 6 sidan cylinderns 25 öppning 40. I praktiken är längden l exempelvis tio gånger fiberns diameter. Vissa utföringsexempel på kopplingsanordningen enligt uppfin- ningen möjliggör en väsentlig ökning av nämnda längd.

En koppling mellan två fibrer åstadkommes genom posisitionering av refe- rensytorna 19,20 på de beskrivna donen 11 och 12 mot varandra, varvid ytterkan- terna av metallkroppen i varje don 11,12 företrädesvis sammanfaller och kvar- hålles i rätt läge med hjälp av fixeringsorgan som ej är visade, t.ex. en ba- jonettfattning eller ett skruvförband. Det tredje kravet (att axeln för den ena fibern skall ligga i förlängningen av den andra fiberns axel) är uppfyllt på bästa möjliga sätt till följd av metallkropparnas 11 och 12 rotationssymmetri.

Ett ytterligare utföringsexempel på en kopplingsanordning enligt uppfin- ningen är visat i fig 4. Fig 4 visar ett tvärsnitt genom ett symmetriplan av en del av en kopplingsanordning, vilken åstadkommer centreringen och styrningen av fiberänden 31. Fig 4 visar också axeln 21 och fiberänden 31. Urtaget 42 i fig 4 har en koniskt avsmalnande botten. Urtaget 42 har en diameter som är mycket större än diametern. Det cirkulärcylindriska urtaget inrymmer en uppsättning om tre kulor 32, som är identisk med uppsättningen av kulor 32 i fig 3, och på vilken är anordnad en distanshylsa 43 i fonn av en hålcylinder vars ytterdiame- ter är något mindre än cylinderns 42 diameter och vars innerdiameter är något större än fiberns 31 diameter. Ändytorna 44 och 45 på distanshylsan 43 sträcker sig tvärs fiberänden 31. Fiberänden 31 är inriktad genom tvâ uppsättningar om vardera tre kulor, d.v.s. dels i uppsättningen 32 (se fig 3) som anligger mot ytan 45 och dels genom uppsättningen 46, som anligger mot den avsmalnande bot- tendelen 41 och ytan 44. Den styrda fiberändens 31 längd l beror på längden av distanshylsan 43. På uppsättningen av kulor 32 är anordnad en uppsättning av kulor 34 (se fig 3) och slutligen den optiska linsen 36, varvid den så bildade anordningen hålles tryckbelastad på det sätt som beskrivits under hänvisning tm fig 2.

Ett ytterligare utföringsexempel pâ en kopplingsanordning enligt uppfin- ningen är visat i fig 5, vilken i likhet med fig 4 visar endast en del av kopp- lingsanordningen i tvärsnitt. Fig 5 visar centreringen och styrningen av fiber- änden 31 och även axeln 21 och fiberänden 31. Istället för en jämförelsevis noggrannt dimensionerad urborrning 25 enligt fig 2 (där diametern är anpassad till fiberändens 31 diameter), finns i detta fall ett ytterligare urtag 50, som är koncentriskt med urtaget 23 och i vilket en urverkslagring 51 av syntetisk rubin är anordnad, varvid lagringens ytterdiameter är lika med urtagets 50 och dess innerdiameter är ungefär lika med fiberdiametern. En distanshylsa 43 (se fig 4) anligger mot rubinen 51 genom ytan 44. Distnshylsans 43 yta 45 anligger mot en uppsättning kulor 32 (likadan som uppsättningen av kulor i figurerna 7 446 778 2,3 och 4) viïken i sin tur hâHes tryckbeïastad och positioner-as genom upp- sättningen av kulor 34, den optiska ïinsen 36 och det i urtaget 24 fastsatta kïänoorganet. Fibern är inriktad genom ingângsöppningen 52 i rubinïagringen 51 och genom uppsättningen av kuïor 32, medan fiberändens 31 'längd beror av di- stanshyïsans 43 ïängd ïiksom i föregående utföringsexempeï.

Claims (9)

446 778' 3

1. Patentkrav i. Anordning för parvis koppling av optiska fibrer innefattande två kopp- língsdon (ll;l2), vilka är försedda med fixeringsorgan varigenom de två kopp- lingsdonen kan sammankopplas löstagbart, varvid varje kopplingsdon (ll;l2) på en sida är försett med åtminstone ett cirkulärcylindriskt urtag (23,2h) i vilket utmynnar en urborrning (25), som sträcker sig från urtaget (23,2ü) fram till kopplingsdonets andra sida, varigenom änden (3l) av en optisk fiber kan införas från andra sidan fram till urtaget (23,2#), i vilket förefinnes en uppsättning av identiskt lika sfäriska kulor (32) för centrering av änden (31) hos den optiska fibern (13;1#) som införes i urtaget (23), k ä n n e t e c k- n a d av att på den första uppsättningen av kulor (32), som förefinnes i ur- taget (23), är anordnad en andra uppsättning av inbördes identiska kulor (3A), att urtagets (23) diameter är större än den omskrivna cirkeln kring den första uppsättningen av kulor (32), medan varje kula i den andra uppsättningen anlig- ger mot två kulor i den första uppsättningen och mot urtagets vägg samt an- pressar kulorna i den första uppsättningen mot varandra, och att varje kopp- lingsdon (li;12) på den sida där urtaget förefinnes är försedd med en refe- rensyta (l9;20), vilken är riktad tvärs urtagets rotationsaxel, vilka refe- rensytor (l9;20) står i kontakt med varandra då kopplingsdonen (ll;l2) är sammankopplade.

2. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av att på den andra uppsättningen av kulor (3ü) är anordnad en sfärisk lins (36), vilken kvarhålles på den andra uppsättningen av kulor (BÅ) med hjälp av ett klämorgan

3. Anordning enligt patentkravet i eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att den första uppsättningen av kulor (32) anligger mot en distanshylsa (A3), vil- ken anligger mot ett centreringsorgan (Å6;51), som förefinnes vid en bottendel av urtaget (Ä2,50), för centrering av fiberns (l3;iA) centrumaxel (i5;l6) till urtagets rotationssymmetriaxel (21).

4. A. Anordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda centreringsorgan innefattar en urverksrubin (51), som är försedd med en tratt- formad öppning (52) vänd mot urborrningen (25).

5. Anordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda (37). centreringsorgan innefattar åtminstone en ytterligare uppsättning av kulor (A6). q 446 778

6. -Anordning enligt patentkravet 1 eller 5, k ä n n e t e c k n a d av att urtagets (H2) botten (H1) är konformad.

7. Anordning enligt patentkravet 3, 4 eller S, k ä n n e t e c k n a d av att distanshyisan (ÅS) innefattar åtminstone en konformad ändyta (ÅS).

8. Anordning enligt patentkravet 1 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av att urborrningen (25) har en diameter som väsentligen överensstämmer med den inskrivna cirkeln mellan den första uppsättningen av kulor (32) samt utmyn- nar i en trattformad och från urtaget (#2) vänd ingångsöppning.

9. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda klämorgan (37,38) innefattar en ringformad, flat tallriksfjäderbricka (37) som är fastsatt i ett spår (38) i uttaget (24).