WO2002018193A2 - Vorrichtung zum schneiden von polymeren optischen faserlichtwellenleitern (pof-lwl) - Google Patents

Vorrichtung zum schneiden von polymeren optischen faserlichtwellenleitern (pof-lwl) Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a device for cutting polymer optical fiber optical waveguides (POF-LWL) with a lower jaw, an upper jaw and a blade.
  • PPF-LWL polymer optical fiber optical waveguides
  • Polymer optical fibers are optical fibers that are increasingly used, among other things, for the transmission of data. They are made of transparent plastic, e.g. made of high-purity PMMA (plexiglass), and have a typical diameter of 1 mm. They are protected by a jacket extruded thereon so that a typical optical fiber cable with a jacket has a diameter of approximately 2.3 mm. For low-loss coupling and decoupling of light, e.g. for plug connections, the optical quality of the end surface is of crucial importance.
  • the end surface of a POF fiber-optic cable should be reflectively smooth and flat, perpendicular to the fiber axis, show no breakouts, generate as little scattered light as possible and no additional changes in refractive index, e.g. due to inclusions in the area below the end face. Furthermore, such an end surface should be simple, i.e. quickly reproducible and inexpensive to manufacture.
  • the present invention has for its object to improve a device of the type described in such a way that end surfaces of POF fiber with high quality, i.e. the lowest possible damping can be produced in a single operation.
  • the present invention is based on the idea of creating the same conditions on both sides of the cut surface to be applied, by applying radial pressure to both sides. This prevents, among other things, that the end face makes an angle with respect to the POF axis of approximately 80 °, which is the case with devices in which the optical waveguide is only clamped on one side. In the latter case, the cutting blade dodges to the side with the lower compressive stresses and therefore less strength and thus creates an oblique cutting surface.
  • the figure shows the device according to the invention for cutting the POF fiber optic cable in longitudinal section.
  • the device 1 essentially has a lower jaw 2 and an upper jaw 3 and a blade 4.
  • the optical waveguide 5, which is surrounded by an extruded jacket, is inserted into a groove with a semicircular cross section in the lower jaw.
  • the diameter of the groove is slightly undersized compared to the diameter of the optical fiber cable, i.e. with a cable diameter of 2.3 mm, the diameter of the groove is of the order of 2.2 mm.
  • a corresponding groove is incorporated in the upper jaw 3, which locks the optical fiber cable 5 from above.
  • the two clamping jaws are pressed towards one another in order to exert a defined radial pressure on the optical fiber cable 5.
  • the edges of the grooves in the lower and the upper jaw 2, 3 are slightly chamfered or rounded in order to form a bulge of sheathing material of the optical waveguide cable in the area of the contact surface of the lower and to prevent upper jaws.
  • the blade 4 is guided in a slot 6 which passes completely through the upper jaw in the cutting area and partially through the lower jaw.
  • the slot 6 guides the blade 4 with the least possible play in order to prevent the cutting surface from deflecting in the axial direction.
  • the cutting edge 7 of the blade 4 is ground symmetrically and has the smallest possible wedge angle, which, depending on the blade material, enables the optical fibers to be cut without destroying the blade.
  • the symmetrical cut of the cutting edge means that both cut surfaces of the cut optical fiber are flawless.
  • the cut made by the blade can be made along an axis that goes through the optical fiber and the movement can be rectilinear, but it is also possible to make a pulling cut, that is to say during the cutting of the optical fiber the blade becomes obliquely forward or backward moved in the gap 6.
  • the optical waveguide is subjected to radial pressure on both sides of the slot 6 and that the same conditions prevail on both sides of the blade. Furthermore, it must be prevented that the critical breaking speed of the fiber material is not exceeded during the cut, as a result of which breaks could propagate into the interior of the fiber. With PMMA this is 340 m / s.
  • the wedge angle of the cutting edge of the blade is also important, which should be as small as possible in order to also keep the axial pressure load on the cutting surface to a minimum. A compromise must be made between the hardness of the blade material and possible blade grinding. It has been shown that the surface quality of the cut surface is even better when using a diamond saw than in the case of processes in which the cut surface is reworked by hot-plate processes or polishing.
  • the device shown would have to be modified to the extent that an axial application of pressure is made possible. This can be done, for example, by a spindle mechanism or the like.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schneiden von polymeren optischen Faserlichtwellenleitern (POF-LWL), mit einer unteren Klemmbacke (2), einer oberen Klemmbacke (3), und einer Klinge (4), wobei die untere und die obere Klemmbacke (2, 3) den zu schneidenden POF-LWL (5) in Axialrichtung gesehen jeweils zu beiden Seiten der Schnittstelle unter Beaufschlagung mit radialem Druck haltern.

Description

Vorrichtung zum Schneiden von polymeren optischen Faserlichtwellenleitern (POF-LWL)
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schneiden von polymeren optischen Faserlichtwellenleitern (POF-LWL) mit einer unteren Klemmbacke, einer oberen Klemmbacke und einer Klinge.
Polymere optische Fasern (POF) sind Lichtwellenleiter, die unter anderem zur Übertragung von Daten immer häufiger eingesetzt werden. Sie bestehen aus transparentem Kunststoff, z.B. aus hochreinem PMMA (Plexiglas), und haben einen typischen Durchmesser von 1 mm. Sie werden durch einen darauf extrudierten Mantel geschützt, so daß ein typisches Lichtwellenleiterkabel mit Mantel einen Durchmesser von etwa 2,3 mm aufweist. Für ein verlustarmes Ein- und Auskoppeln von Licht, z.B. für Steckverbindungen, ist die optische Qualität der Endfläche von entscheidender Bedeutung. Die Endfläche eines POF-LWLs sollte spiegelnd glatt und plan sein, senkrecht zur Faserachse stehen, keine Ausbrüche zeigen, möglichst wenig Streulicht erzeugen und keine zusätzlichen Brechzahländerungen, z.B. durch Einschlüsse im Bereich unterhalb der Endfläche aufweisen. Ferner sollte eine solche Endfläche einfach, d.h. schnell reproduzierbar und kostengünstig, herstellbar sein.
Im Stand der Technik sind mehrere Verfahren zur Herstellung einer solchen Endfläche bekannt, die je nach Qualitätsanforderung an die Endfläche mehr oder weniger aufwendig sind. So kann man für weniger anspruchsvolle Anwendungen eine Endfläche durch einfaches Abschneiden, meist mit einer geführten Klinge, -ähnlich einer Rasiserklinge, erzeugen. Ein solches Verfahren und eine dafür ausgelegte Zange sind aus der DE 198 42 122 AI bekannt. Für höhere Ansprüche werden solche Endflächen durch Schleifen und Polieren oder durch Hot-Plating, d.h. Abschmelzen der Endflächen auf einer polierten Fläche, nachbehandelt. Die dadurch erzielte Steigerung der Qualität der Endfläche wird durch zusätzlichen Arbeitsaufwand erkauft, der bei großen Stückzahlen stark ins Gewicht fällt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß Endflächen von POF-LWL mit hoher Qualität, d.h. möglichst geringer Dämpfung in nur einem Arbeitsgang hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
In den Unteransprüchen sind Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet.
Die vorliegende Erfindung geht von der Idee aus, auf beiden Seiten der anzubringenden Schnittfläche gleiche Bedingungen zu schaffen, indem beide Seiten mit einem radialen Druck beaufschlagt werden. Dadurch wird unter anderem verhindert, daß die Endfläche einen Winkel gegenüber der POF-Achse von etwa 80° einnimmt, was bei Geräten der Fall ist, bei denen der Lichtwellenleiter nur einseitig geklemmt wird. Im letzteren Fall weicht die Schneidklinge zur Seite mit den geringeren Druckspannungen und daher geringerer Festigkeit aus und erzeugt somit eine schräge Schnittfläche. Der Artikel "New Fiber Termination Methods for Low Loss Connections" von G.J. Shevchuk et al., Bell Labs, Lucent Technologies, Proc. POF Conference 1999, Chiba (Japan), Post Deadline Paper, Seiten 52 ff., beschreibt solche Probleme herkömmlicher Techniken. Bei einem anderen Verfahren, bei dem der Lichtwellenleiter einer axialen Spannung ausgesetzt wird, entstehen am Rand der Schnittfläche Ausbrüche, die zu einer höheren Dämpfung führen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schneiden der POF-LWL im Längsschnitt. Die Vorrichtung 1 weist im wesentlichen eine untere Klemmbacke 2 und eine obere Klemmbacke 3 auf sowie eine Klinge 4. Der Lichtwellenleiter 5, der mit einem extrudierten Mantel umgeben ist, wird in eine Nut mit halbkreisförmigem Querschnitt in die untere Klemmbacke eingelegt. Der Durchmesser der Nut ist gegenüber dem Durchmesser des Lichtwellenleiterkabels leicht untermaßig, d.h. bei einem Kabeldurchmesser von 2,3 mm beträgt der Durchmesser der Nut größenordnungsmäßig 2,2 mm. Eine entsprechende Nut ist in der oberen Klemmbacke 3 eingearbeitet, die das Lichtwellenleiterkabel 5 von oben arretiert. Die beiden Klemmbacken werden aufeinander zu gepreßt, um auf das Lichtwellenleiterkabel 5 einen definierten radialen Druck auszuüben.
Vorzugsweise sind die Ränder der Nuten in der unteren und der oberen Klemmbacke 2, 3 leicht abgeschrägt bzw. abgerundet, um ein Sich-Ausbilden eines Wulstes von Mantelmaterial des Lichtwellenleiterkabels im Bereich der Berührungsfläche der unteren und oberen Klemmbacken zu verhindern. Die Klinge 4 ist in einem Schlitz 6, der die obere Klemmbacke im Schnittbereich ganz und die untere Klemmbacke teilweise durchquert, geführt. Der Schlitz 6 führt die Klinge 4 mit geringstmöglichem Spiel, um ein Ausweichen der Schneidfläche in axialer Richtung zu verhindern. Die Schneide 7 der Klinge 4 ist symmetrisch geschliffen und weist den kleinstmöglichen Keilwinkel auf, der in Abhängigkeit von dem Klingenmaterial ein Schneiden der Lichtwellenleiter ohne Zerstörung der Klinge ermöglicht. Der symmetrische Schliff der Schneide führt dazu, daß beide Schnittflächen des durchgetrennten Lichtwellenleiters einwandfrei sind. Der durch die Klinge ausgeführte Schnitt kann entlang einer Achse erfolgen, die durch den Lichtwellenleiter geht und die Bewegung kann geradlinig sein, es ist aber auch möglich, einen ziehenden Schnitt durchzuführen, d.h. während des Durchtrennens des Lichtwellenleiters wird die Klinge schräg nach vorne oder nach hinten in dem Spalt 6 bewegt.
Wichtig ist für den Erhalt einer optimalen Schnittfläche, daß der Lichtwellenleiter zu beiden Seiten des Schlitzes 6 mit radialem Druck beaufschlagt wird und zu beiden Seiten der Klinge gleiche Verhältnisse herrschen. Ferner ist zu verhindern, daß beim Schnitt die kritische Bruchgeschwindigkeit des Fasermaterials nicht überschritten wird, wodurch Brüche sich ins Faserinnere fortpflanzen könnten. Bei PMMA ist dies 340 m/s. In diesem Zusammenhang ist auch der Keilwinkel der Schneide der Klinge wichtig, der so gering wie möglich ausfallen sollte, um die axiale Druckbelastung der Schnittfläche ebenfalls minimal zu halten. Hier muß ein Kompromiß zwischen Härte des Klingenmaterials und möglichem Klingenschliff getroffen werden. Es hat sich gezeigt, daß bei der Verwendung einer Diamantsäge die Oberflächenqualität der Schnittfläche sogar besser ist, als bei den Verfahren, bei denen die Schnittfläche durch Hot-Plate-Verfahren oder Polieren nachbearbeitet wird.
Gemäß einer nicht gezeigten Variante der vorliegenden Erfindung hat es sich in manchen Fällen ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, gleichzeitig zu der Ausübung eines radialen Drucks den Lichtwellenleiter axial vorzuspannen. Zu diesem Zweck müßte die gezeigte Vorrichtung insofern modifiziert werden, als eine axiale Beaufschlagung von Druck ermöglicht wird. Dies kann beispielsweise durch einen Spindelmechanismus oder dergleichen geschehen.
Die Beschreibung des Ausführungsbeispiels dient lediglich zu illustrativen Zwecken und ist nicht einschränkend zu verstehen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Schneiden von polymeren optischen Faserlichtwellenleitern (POF-LWL), mit einer unteren Klemmbacke (2), einer oberen Klemmbacke (3), und einer Klinge (4), dadurch gekennzeichnet, daß die untere und die obere Klemmbacke (2, 3) den zu schneidenden POF-LWL (5) in Axialrichtung gesehen jeweils zu beiden Seiten der Schnittstelle unter Beaufschlagung mit radialem Druck haltern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und die untere Klemmbacke (3, 2) jeweils einstückig sind und die Klinge (4) in einem Schlitz (6) in den Klemmbacken (2, 3) mit minimalem Spiel quer zur Axialrichtung geführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und die unteren Klemmbacke (3, 2) jeweils eine Führungsnut mit halbkreisförmigem Querschnitt aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schneiden der POF-LWL (5) mit ihrem Mantel der Durchmesser des Führungsnutquerschnitts um größenordnungsmäßig 0, 1 mm untermaßig gegenüber dem Fasermanteldurchmesser dimensioniert ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schneiden des POF-LWL (5) ohne Mantel der Durchmesser des Führungsnutquerschnitts im wesentlichen gleich dem Faserquerschnitt mit leichtem Untermaß ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Führungsnuten an der Klemmbackenoberfläche (2, 3) zur Vermeidung von Materialquetschungen leicht nach außen abgeflacht oder abgerundet sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinge (4) eine symmetrisch geschliffene Schneide (7) mit kleinst-zulässigem Keilwinkel aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacken (2, 3) jeweils zweistückig sind und ein Vorspannen der POF-LWL (5) in axialer Richtung erlauben.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinge (4) so geführt ist, daß sie an der POF-LWL einen ziehenden Schnitt anbringt.
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