SE453334B - Anordning for centrering av optiska fibrer vid svetsning - Google Patents

Description

ZÛ 25 453 354 ljusets grundmod detekteras. Uppfinningen är kännetecknad såsom framgår av bifogade patentkrav.

FIGURFDRTECKNING Ett utföringsexempel av uppfinningen skall beskrivas nedan i anslutning till en ritning där figur l visar en uppfinningsenlig anordning för centrering av optiska fibrer, figur 2 visar ett diagram med energifördelningen hos ljusets grundmod i en optisk monomodfiber och figur 3 visar ett diagram med en energifördelning i en fiber där både grundmoden och en andra ordningens mod samtidigt existerar.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM l figur l visas en anordning enligt uppfinningen för att centrera två optiska fibrer som skall svetsas samman. En första optisk fiber l hålles vid sin ända av en hållare 2. Denna hållare är fast i förhållande till ett underlag 3 vilket i figuren antytts genom snedstreckning under hållaren 2. En andra optisk fiber 4 hålles vid sin ända av en hållare 5. Denna hållare är rörlig i förhållande till underlaget 3, vilket i figuren antytts med två korsade pilar på hållaren.

Hållaren 5 kan förskjutas i tre skilda riktningar så att fibrernas l och 4 ändar kan skjutas intill varandra och centreras vid ett kontaktställe 6. I det centrerade läget svetsas fibrerna samman med hjälp av elektroder 7. Dessa kan på icke visat sätt anslutas till en spänningskälla så att en ljusbåge uppstår mellan elektroderna vilken smälter samman de båda fibrernas ändar.

De optiska fibrer för vilka den uppfinningsenliga anordningen i första hand är avsedd att användas är såkallade monomodfibrer vilka har mycket tunn kärna.

Som exempel kan nämnas att monomodfibrer avsedda för våglängden Ä=l,3 /um har en kärndiameter omkring d=8 'um vilket skall jämföras med multimodfibrer med kärndiameter av storleken lOÛ/um. Vid svetsning av monomodfibrer ställes stora krav på att fiberändarna är väl centrerade i förhållande till varandra för att en svetsskarv med liten sígnaldämpning skall erhållas. Denna önskade goda centrering kan erhållas genom att ljus sändes från den första fibern l genom kontaktstället 6 till den andra fibern 4 i vilken ljusets styrka mätes. Av praktiska skäl är det önskvärt att kunna koppla ljus in i och ut ur fibrerna i närheten av kontaktstället. Anordningen i figur l har för detta ändamål 5 O 1D I 15 20 O 25 O 30 35 ljuskopplingsanordningar 8 och 9 av känt slag. Ljuskopplingsanordningen 8 för inkoppling av ljus i fibern l omfattar en kammare V10 med en ljuskälla ll, exempelvis en lysdiod och en cylinder 12 kring vilken fibern är böjd.

Ljuskopplingsanordningen 9 för utkoppling av ljus ur fibern 4 omfattar en kammare 13 med en ljusdetektor l4 och en cylinder 15 kring vilken fibern är böjd. Cylindrarnas 12 och 15 radiejRl måste väljas så stor att fibrerna inte skadas vid böjningen. Radien Rl måste å andra sidan väljas tillräckligt liten så att tillräckligt mycket ljus kan kopplas in i fibern l och ut ur fibern 4. En lämplig avvägning härvid har vid laboratorieförsök befunnits vara att radien Rl ligger i intervallet 2 till 4 mm och företrädesvis är Rl=3,0 mm för den ovan exemplifierade monomodfibern med kärndíametern d=8 /um. Ljusdetektorn 14 avger till ett mätinstrument 16 en elektrisk signal U vars värde varierar då fibrernas 1 och 4 ändar förskjutesi förhållande till varandra såsom beskrivits ovan. Då denna signal uppnår sitt maxvärde svetsas fibrernas 1 och 4 ändar samman vid kontaktstället 6.

Den ovan exemplifierade monomodfibern med kärndíametern d=8/km är som nämnts avsedd för ljus med våglängdenÄ :IJ/u m. Vid denna våglängd kan endast ljusets grundmod existera i fibern. I figur 2 visas med en kurva A hur ljusenergin för denna grundmod är symmetriskt fördelad över fiberns tvärsnitt. I figuren betecknar P energinivån, r betecknar läget utefter en diameter hos fibern och d är enligt ovan fiberns kärndiameter. Ljus med våglängden Ã=l,3 /Jm är emellertid svår att koppla in i fibern med den ovan beskrivna ljuskopplingsanordningen 8. Den signal som via ljuskopplingsanordningen 9 kan nå mätinstrumentet 16 är 'därför mycket svag. Tillgängliga idetektorer för ljus med våglängden Å=l,3 /um avger dessutom i sig själv en ganska kraftig brussignal som stör mätningen. Dessa nämnda svagheter kan undvikas genom att använda ljus med kortare våglängd, företrädesvis ljus med våglängder Ä i ett intervall 0,7 till 0,95/u.m. Ljus med denna kortare våglängd är lätt att koppla in i och ut ur en fiber med de visade ljuskopplingsanordningarna 8 och 9 i figur l.

Ljuskällan ll är avpassad för denna kortare våglängd så att en kraftig ljussignal Il erhålles i fibern 1. En relativt kraftig ljussignal la i fibern 2 når ljus- kopplingsanordningen 9, som kopplar ut en stor del av ljussignalen till ljus- detektorn 14. Denna detektor, som är avpassad för våglängden Ä =O,85/am, har låg brusnivå vilket i förening med den goda ljusstyrkan gör att signalen U kan mätas med god noggrannhet. Ljusvåglängden Ähj=0,85/L<-m för ljussignalen Il a 10 15 20 25 30 35 (alumn: asf- in 453 334 understiger emellertid den våglängd Å =l,3 /xm för vilken monomodfibrerna 1 och 4 är avpassade. Detta medför att Ijussignalen Il förutom grundmoden även kan innehålla högre ordningens moder. I figur 3 visas med en kurva B ett exempel pa energifördelningen över fiberns tvärsnitt där grundmoden och en andra ordningens mod existerar samtidigt. I figuren betecknar P energinivan, r betecknar läget utmed en diameter genom fibern och d betecknar fiberns kärndiameter. Kurvan B är asymmetrisk och har sitt största maxvärde Pl kraftigt sidoförskjutet i förhållande till fiberkärnans centralaxel. Om ljus med denna osymmetriska energifördelning användes vid centreringen av fibrerna l och 4 kommer ett maximalt ljusenergiflöde att transporteras genom kontakt- stället 6 när de tva fibrernas l och 4 kärnor ligger sidoförskjutna i förhållande till varandra. Detta medför att signalen U far ett maximalt värde när fibrernas kärnor ligger sidoförskjutna sa att en felaktig fíberskarv med hög dämpning av grundmoden enligt figur 2 erhålles. För att undvika denna felaktiga skarvning av fibrerna har anordningen i figur l enligt uppfinningen modfilter. Dessa omfattar en cylinder 17, kring vilken fibern 1 är böjd och en cylinder 18 kring vilken fibern 4 är böjd. Cylindrarna har en radie Rz som är större än radien Rl för cylindrarna hos ljuskopplingsanordningarna 8 och 9. Radien RZ väljes pa sådant sätt att ljusets grundmod kan transporteras i fibern förbi modfiltret medan högre ordningens moder kopplas ut ur fibern. Genom beräkningar och laboratorieförsök har befunnits att lämpligt värde pa radien Rz bör ligga i intervallet 4 till 6 millimeter, företrädesvis R2=5,0 mm. Detta värde pa radien RZ gäller för den optiska fibern med kärndiametern d=8,0 ,u. m vid ljusvaglängden Ä=Û,85/u.m. För att modfiltret effektivt skall bortfiltrera högre ordningens moder maste fibern l och 4 böjas runt cylindern 17 respektive 18 i en tillräckligt stor sektor (X. Denna sektor maste emellertid av praktiska skäl begränsas och en lämpligt avvägd sektor är ett halvt varv sa som visas i figur l.

Modfílterna arbetar pa följande sätt. Den i fibern 1 genom ljuskopplings- anordningen 8 inkopplade ljussignalen ll innehaller bade grundmoden och högre ordningens moder. När signalen Il passerar modfiltret 17 kommer att ur fibern l kopplas ut en signal Pl, vilken huvudsakligen innehaller högre ordningens moder. Efter modfiltret 17 finns i fibern l en signal Iz vilken huvudsakligen innehåller ljusets grundmod. När denna signal passerar kontaktstället 6 mellan fibrerna l och 4 sker en omfördelning av ljusenergin sa att en signal l3 i fibern 4 innehaller bade grundmoden och högre ordningens moder. När signalen 13 passerar modfiltret 18 kommer att ur fibern 4 kopplas ut en signal P3 vilken 453 334 huvudsakligen innehåller högre ordningens moder. Efter modfiltret 18 finns i fibern 4 signalen Ia vilken huvudsakligen innehåller grundmoden. Denna signal kopplas ut ur fibern 4 och mätes så som beskrivits ovan. Det mätvärde som härvid erhålles beror endast av ljusets grundmod i fibrerna och har sitt maximala värde när kärnorna hos fibrerna l och 4 är koncentriska. När fibrernas ändar svetsats samman erhålles en skarv vilken dämpar grundmoden i minsta möjliga grad.

Claims (3)

453 334 PATENTKRAV

1. l. Anordning lför centrering av optiska fibrer vid svetsning omfattande hållare för en första och en andra optisk fiber genom vilka fibrernas ändar vid ett kontaktställe kan centreras i förhållande till varandra, ljuskopplings- anordningar för inkoppling av ljus med önskad våglängd genom den första fiberns mantel till dess kärna och utkoppling av ljus med denna våglängd fran den andra fiberns kärna genon dess mantel vid vilka ljuskopplingsanordningar den optiska fibern kan hållas böjd med en av nämnda våglängd beroende radie så att ljus kan sändas genom kontaktstäliet för fibrerna för att möjliggöra optisk detektering av att fibrerna har koncentriska kärnor, k ä n n e t e c k n a d därav attmellan kontaktstället (6) och ljuskopplingsanordningen (8, 9) är i åtminstone den ena av fibrerna (1, 4) anordnat ett modfilter (17, 18) vid vilket den optiska fibern (l, 4) inom en sektor QX) kan hållas böjd med en krökningsradie (RZ) överstigande den nämnda av den önskade våglängden beroende radien (Rl) varigenom av ljusets svängningsmoder i fibrernas (1, 4) kärnor grundmoden kan passera modfiltret (17, 18) huvudsakligen opåverkad och högre ordningens moder kopplas ut ur fibrerna så att vid centreringen av fibrernas kärnor detektering sker av ljusets grundmod.

2. Anordning enligt patentkrav 1 vid vilken nämnda önskade ljusvåglängd ligger i ett intervall mellan 0,7 och Û,95/,un och den av våglängden beroende radien ligger i ett intervall mellan tva och fyra millimeter, k ä n n e - t e c k n a d därav att den optiska fiberns krökningsradie (Rz) i modfiltret ligger l ett intervall mellan fyra och sex millimeter.

3. Anordning enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav att den nämnda sektorn (or) inom vilken fibern kan hållas böjd är ett halvt varv.