DE3685911T2

DE3685911T2 - Herstellungsverfahren einer passiven faseroptischen komponente.

Info

Publication number: DE3685911T2
Application number: DE8686200649T
Authority: DE
Inventors: Adrianus Petrus Severijns; Petrus Johannes Wilhel Severin; Bommel Cornelus Hubertus M Van
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1985-04-19
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 1993-02-18
Anticipated expiration: 2006-04-17
Also published as: EP0201121B1; EP0201121A1; JPS61245115A; DE3685911D1; US4986620A; JPH08171026A; JP2882573B2; JP2517550B2; US4698084A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer passiven faseroptischen Komponente mit mindestens zwei optischen Fasern mit je einem Kern aus Kernglas, einem Mantel aus Mantelglas mit einer Brechzahl, die kleiner ist als die des Kernglases, und mit einer Außenverkleidung.
Ein Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Komponente ist beispielsweise aus der US-A 4179185 bekannt. Dieses bekannte Verfahren bezieht sich insbesondere auf die Herstellung eines Koppiers mit einer Anzahl optischer Drähte, deren Endteile zum Bilden einer unitären Mehrkernstruktur in einer zusammengeschmolzenen Seitenlage vorgesehen sind. Das Ende der Mehrkernstruktur ist planar und mit einem lichtreflektierenden Material bedeckt. Die optische Energie in nur einer Faser wird durch Reflexion an dem lichtreflektierenden Material in allen Fasern fortgepflanzt. Dieses Verfahren eignet sich nur zum Herstellen dieser Art von Komponenten. Der Durchmesser der Mehrkernstruktur ist abhängig von der Anzahl Drähte in dem Koppler.
Aus US-A 3148967 ist ein Verfahren zum Herstellen optischer Bildübertragungsanordnungen von dem Typ mit einer Vielzahl von Fasern bekannt. Die relative Lage und die Form der Fasern nach dem Kollabieren sind nicht vorhersagbar, aber auch für diese Art von Komponente nicht von Bedeutung.
Ein anderes Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Komponente ist beispielsweise aus US-A 4291940 und aus EP-A 0 123 396 bekannt. Dieses bekannte Verfahren bezieht sich insbesondere auf die Herstellung von Kopplern nach einem heißen Bearbeitungsverfahren, der sog. "fused biconical taper technique" (doppelkegelförmige Verschmeizungstechnik), wobei zwei Fasern verseilt, danach erhitzt und derart gestreckt werden, daß ein Koppler mit einer symmetrischen doppelkegelförmigen Konfiguration erhalten wird. Bei diesem Verfahren ist die Gefahr vor Beschädigung der Faser und vor Verformung der Faser relativ groß. Das Verfahren eignet sich nur zum Herstellen bestimmter Komponenten, ist nicht einwandfrei reproduzierbar und eignet sich nicht zur Anwendung bei Massenherstellung. Weiterhin läßt sich die Eingangsfaser an der Ausgangsfaser wiedererkennen, was bedeutet, daß es keine einheitliche Verteilung der Eingangsenergie gibt.
Ein Verfahren der eingangs erwahnten Art ist bekannt aus GB-A 1 427 539. Bei diesem Verfahren werden die Fasern nicht verseilt sondern zusammen mit dem Glasrohr gezogen, in das sie hineingeführt werden zum Bilden einer kegelförmigen Zone, von woran Lücken zwischen Fasern eliminiert werden. Das Vorhandensein eines kegelförmigen Teils in der genannten Zone bedeutet, daß der Durchmesser der Endfläche dadurch gewählt wird, daß diese in einem geeigneten Abstand neben der Länge der genannten Zone vorgesehen wird. In der Erwägung, daß der zu behandelnde Kerndurchmesser der Fasern 50 um oder weniger ist, wird es schwierig sein, den einwandfreien Durchmesser der Endfläche innerhalb enger Toleranzen zu wählen. Der Kegelwinkel ist abhängig von mehreren Parametern und kann von Faserbündel zu Faserbündel verschieden sein.
Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen zum Herstellen passiver faseroptischer Komponenten, das flexibel ist und durch das mehrere Typen von Komponenten in Massenherstellung auf wirtschaftliche Weise und mit der erforderlichen Genauigkeit gefertigt werden können.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Teil jeder Faser freigelegt wird durch Entfernung der Außenverkleidung über eine bestimmte Länge von einem Ende der Faser, und wobei die freigelegten Teile der Fasern einer Ätzbehandlung ausgesetzt werden, wodurch ein Teil des geätzten Teils jeder Faser kegelförmig ausgebildet wird, wonach die geätzten Teile der Fasern in einer Röhre aus einem Glas mit einer Brechzahl, die niedriger ist als die des Kernglases der Fasern gegeneinander gelegt werden, und wobei durch Zuführung von Wärme zu der Röhre diese mit den Fasern verschmolzen wird und die Fasern an ihren freigelegten Enden miteinander verschmolzen werden, wobei das verschmolzene Faserbündel mit einer polierten Endfläche versehen wird, wobei:
- durch die Ätzbehandlung der freigelegte Teil jeder Faser ebenfalls einen zylinderförmigen Endteil erhält, der sich an den engeren Teil des kegelförmigen Teils anschließt,
- die Röhre eine an einem Ende zugeschmolzene Kapillarröhre ist, wobei die Röhre und mindestens die zylinderförmigen Endteile der darin steckenden Fasern durch Wärme erweicht werden, indem die Röhre evakuiert wird, so daß die Wand derselben zu den Fasern kollabiert und unter Beibehaltung eines kreisförmigen Querschnitts unter dem Einfluß von Oberflächenspannung die genannten Endteile der Fasern verformt um die Räume zwischen denselben auszugleichen und diesen Teilen der Fasern insgesamt einen kreisförmigen Querschnitt zu erteilen, so daß sie mit der Röhre einen massiven Stab kreisförmigen Querschnitts bilden, wobei die Röhre durch die den Endteilen der Fasern zugeführte Wärme zugeschmolzen wird,
- und das abgedichtete Ende des Stabes entfernt wird, damit an dem Stab eine Endfläche gebildet werden kann, in der die Enden der genannten Endteile der Fasern sichtbar werden, wobei das Ätzen der genannten Endteile der Fasern derart ist, daß der Durchmesser des genannten kreisförmigen Querschnitts der genannten Endteile nach der genannten Verformung dem Durchmesser des Kerns einer einzigen Faser nahezu entspricht,
- und die genannte Endfläche letzten Endes einer Polier- und Endbearbeitungsbehandlung ausgesetzt wird zum Erhalten eines verschmolzenen Faserkopfes.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich verschiedene Komponenten, wie Zweifach- oder Mehrfachteiler, Richtkoppler, transmissive und reflektive Sternkoppler, Mehrfachstecker usw. mit der erforderlichen Mikron-Genauigkeit in Masse und auf relativ preisgünstige Weise herstellen. Der Faserkopf an sich kann eine faseroptische Komponente bilden oder er kann mit einer einzigen Faser oder mit einem anderen identischen oder ähnlichen Faserkopf gekoppelt werden zum Bilden einer passiven faseroptischen Komponente. Weil die Verfahrensparameter bekannt und steuerbar sind, und das Erzeugnis für Inspektions- und Kontrollzwecke zugänglich ist, ist das Verfahren auch reproduzierbar und zum Automatisieren geeignet. Da der Endteil jeder Faser zylinderförmig ist und da folglich der Stab über wenigstens eine bestimmte Länge auch zylinderförmig ist und da er einen vorbestimmten Durchmesser hat, braucht kein besonderer Durchmesser der Endfläche gewählt zu werden. Die Endfläche kann längs des zylinderförmigen Teils des Stabes innerhalb weiter Toleranzen vorgesehen werden.
Durch die Tatsache, daß der kegelförmige Teil zwischen dem zylinderförmigen Teil und dem nicht geätzten Mantel der Fasern liegt wird eine starke und schroffe Biegung der Faserkerne beim Verschmelzen vermieden und es wird eine progressive Zunahme des Durchmessers der zusammengeschmolzenen zylinderförmigen Faserenden in Richtung der nicht geätzten Faserteile innerhalb des verschmolzenen Faserkopfes erhalten.
Da die Kapillarröhre mit den darin eingeführten Fasern nicht nach unten gezogen wird, wird die Wandstärke der Kapillarröhre nicht verringert, so daß in der Endfläche die zusammengeschmolzenen Faserenden von einem durch die Wand der Kapillarröhre gebildeten und eine große Haftfläche bildenden, relativ großen ringförmigen Gebiet umgeben sind. Beim Erhitzen wird die Kapillarröhre unter dem Einfluß von Vakuumkräften und von dem atmosphärischen Druck fließen und schrumpfen, dies unter Einhaltung des kreisförmigen Durchmessers durch die Oberflächenspannung, wobei die Endteile der Fasern zu einem rotationssymmetrischen Muster innerhalb der geschrumpften Röhre verformt werden. Die auf diese Weise erhaltenen gesteuerten Reproduzierbarkeit ist für eine automatisierte Fertigung wesentlich. Es werden keine äußeren Kräfte, welche die Fasern beschädigen könnten, auf die Fasern ausgeübt. Bei dem effindungsgemäßen Verfahren lassen sich Stufenfasern, Gradientenfasern sowie Monomodefasern und Multimodefasern verwenden. Weil die Kapillarröhre in dem schlußendlichen Erzeugnis als Mantel wirksam ist, soll die Röhre aus einem Glas mit einer Brechzahl hergestellt werden, die niedriger ist als die des Kernglases der Fasern, vorzugsweise entsprechend der des Mantelglases. Das Glas der Kapillarröhre hat vorzugsweise eine Erweichungstemperatur, die etwas höher ist als die des Kernglases. Bei einer geeigneten Erweichungstemperatur und einer geeigneten Brechzähl des Kernglases der zu verschmelzenden Fasern wird vorzugsweise eine Kapillarröhre aus Quarzglas verwendet. Der Außenmantel der Fasern besteht meistens aus einem Kunststoff, wie beispielsweise einem UV-härtenden Acrylat. Da die verschmolzenen Faserenden einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, der dem eines einzigen Faserkerns nahezu entspricht, wird beispielsweise ein Teiler auf einfache Weise gebildet, und zwar durch Verkleben der miteinander zu koppelnden einzelnen Fasern in einer Kapillarröhre mit einem Durchmesser, der dem des Faserkopfes nahezu entspricht. In einer bekannten Meßvorrichtung werden der Faserkopf und die vereinzelte Faser zu einander fluchtend gemacht so daß dadurch das beste Kompromiß zwischen einer maximale Gesamtsignalübertragung und einer einheitlichen Leistungsverteilung über die Ausgänge erhalten wird; danach wird im Koppelbereich Klebstoff, beispielsweise UV-härtender Klebstoff, mit der genauen Brechzahl hinzugefügt. Nachdem die Verteilung über die Fasern kontrolliert und ggf. korrigiert worden ist, wird der UV-härtende Klebstoff ausgehärtet. Zum Schluß wird das Ganze in einer geeigneten Quarzröhre eingekapselt, beispielsweise mit Hilfe von Epoxy.
Zum Herstellen eines Kopplers reicht es, zwei im erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene verschmolzene Faserköpfe mit der erforderlichen Anzahl Fasern mit ihren Endflächen miteinander zu koppeln, da die Durchmesser der Faserköpfe und der verschmolzenen Faserenden einander gleich sind. Wenn der Mantel der zylinderförmigen Endteile der Fasern völlig weggeätzt wird, wird bei Verwendung von Stufenfasern ein verlustfreier Koppler mit Rotationssymmetrie und mit völliger Vermischung gebildet; während bei Verwendung von Gradientenfasern ein verlustarmer Koppler mit Rotationssymmetrie und mit einer nur geringen Kopplung erhalten wird, aber die Eingangsfaser ist wiedererkennbar.
Wenn der Mantel der Fasern nicht völlig weggeätzt wird, tritt keine oder fast keine Vermischung in dem Faserkopf auf. Wenn überhaupt keine Vermischung erfolgt, ist der Koppelgrad durch relative Drehung der beiden Faserköpfe völlig regelbar. Bei Stufenfasern wird auf diese Weise ein Symmetrischer Richtkoppler mit einem entweder festen oder veränderlichen Koppelverhältnis und mit geringen Verlusten wegen einer restlichen Zentrallinie des Mantelglases erhalten.
Wenn der Mantel der Fasern völlig weggeätzt wird, gibt es einen Basis- Koppelpegel, der von der Länge des Faserkopfes abhängig ist, und dem durch relative Drehung der beiden Faserköpfe ein veränderliches Ausmaß an Kopplung hinzugefügt werden kann. Für Gradientenfasern ist die Leistung mehr auf den Kern konzentriert; sogar wenn der Mantel der Fasern völlig entfernt ist, gibt es die Gefahr, daß unvollständige Vermischung auftritt, aber durch rotationssymmetrische Positionierung kann dennoch ein verlustfreier Richtkoppler mit einem geringen Koppelverhältnis erhalten werden. Durch Drehung nehmen durch die Tatsache, daß die Fasermittellinien nicht fluchten, die Verluste mit dem Koppelverhältnis zu.
Dasselbe Koppelverhältnis läßt sich nur durch einen größeren Drehwinkel erzielen, wenn der Mantel nicht völlig entfernt ist. Die Verluste nehmen zu durch die Tatsache, daß die Mittellinien nicht fluchtend sind. Bei einem Koppelverhältnis von 1:1 entspricht der Verlust dem Quadrat des Verlustes des Zweiwegteilers.
Koppler, bestehend aus Zwei-, Drei- oder Vierfach-Kopplern und hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bilden eine neue Klasse von Erzeugnissen. Weil derartige Koppler mit Stufenfasern verlustfrei und in einem größeren Bereich einsetzbar sind als Gradientenfasern, sind die durch Verwendung von Stufenfasern statt von Gradientenfasern in Netzwerken, in denen viele passive faseroptische Komponenten erforderlich sind, erhaltenen Vorteile wesentlich. Das Verbinden eines M-Faserkopfes mit einem N-Faserkopf führt zu Komponenten mit speziellen Eigenschaften, die in faseroptischen Netzwerken nützlich sein können.
Sternkoppler bilden eine Erweiterung der obengenannten Reihe von Komponenten und lassen sich aus Gradientenfasern oder aus Stufenfasern herstellen. Da in einem Sternkoppler mit Stufenfasern eine vollständige Vermischung stattfindet, wird die Eingangsleistung gleichmäßig über alle Faserkerne verteilt, so daß die einzelnen Fasern nicht unterschieden werden können. In einem derartigen Sternkoppler werden beispielsweise zwei mehrfach verschmolzene Faserköpfe unmittelbar mit ihren Endflächen miteinander gekoppelt. Da in einem Sternkoppler aus Gradientenfasern eine gleichmäßige Verteilung der Eingangsleistung über alle Fasern nicht stattfindet, sollen die beiden Faserköpfe mittels eines Mischelementes wie eines Mischstabes oder eines Gradientenstabes, miteinander gekoppelt werden.
Ein auf diese Weise erfindungsgemäß erhaltener Faserkopf bietet eine ideale Möglichkeit lasserleistung weiterzuleiten. Durch Verwendung eines Faserbündels mit einem Faserkopf nach der Erfindung an einem Ende und mit einer Anzahl Stufenfasern, deren Mäntel völlig weggeätzt und deren freie Enden zu einzelnen Faserköpfen verarbeitet worden sind, läßt sich die Leistung eines einzigen Lasers zum Schweißen oder Löten an mehreren Stellen gleichzeitig benutzen. In dem Faserkopf wird die Eingangs-Laserleistung vermischt, und zwar durch eine derartige Kopplung, daß alle Fasern dieselbe Leistung an dem Ausgangsende übertragen. Weiterhin kann die Form des Ausgangsfaserkopfes an die Form des Werkstücks angepaßt werden.
In den obengenannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde vorausgesetzt, daß die zu verschmelzenden Fasern mit ihrem kahlen, nicht geätzten Mantel mit enger Toleranz und in einer regelmäßigen Konfiguration in die Kapillarröhre passen. Diese Voraussetzung gilt für maximal fünf Fasern. Bei Verarbeitung von sechs oder mehr Fasern oder von einer noch größeren Anzahl Fasern ist es nicht möglich, die Fasern fest in der Kapfflarröhre zu packen, da es in der Mitte der Röhre immer einen Raum geben wird, der größer ist als eine Faser. Damit das Verfahren dennoch durchgeführt werden kann, weist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Komponente mit mindestens sechs optischen Fasern das Kennzeichen auf, daß die Fasern regelmäßig am Innenumfang der Kapillarröhre verteilt sind und an dieser Stelle durch ein zylinderförmiges Tragelement unterstützt werden, das in der Kapillarröhre zentral angeordnet ist, wobei die Fasern durch eine thermische Vorbehandlung mit ihrem freigelegten Mantel an der Innenfläche der Kapillarröhre angeordnet sind, wonach das Tragelement entfernt wird und Verschmelzung der Röhre mit den geätzten Endteilen der Fasern erfolgt. Beim Verschmelzen der Kapillarröhre mit den Endteilen der Fasern wird der zentrale Raum durch die Fasern gefüllt, die je in einem sektorförmigen symmetrischen Muster gleichmäßig über den Umfang der Kapillarröhre liegen werden.
Es ist ein wesentliches Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die Erzeugnisse eine Verteilung von Fasern mit kreisförmiger Symmetrie aufweisen. Dies bedeutet, das jedes Segment in das gegenüberliegende Ende mit derselben Eigenschaft strahlt, so daß es in Mode-Effekten keinen Unterschied gibt, welche Eingangsfaser angeregt wird und welche Ausgangsfaser gemessen wird. Nicht nur die Energie wird gleichmäßig über die Fasern verteilt, auch das Mode-Spektrum ist für alle Fasern dasselbe. Dies ist vorteilhaft für alle nachfolgenden faseroptischen Komponenten in einem Netzwerk.
Ein Faserkopf, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sogar als faseroptische Komponente wirksssn sein, beispielsweise als Eingangs - und/oder Ausgangsende eines Faserbündels. In den bereits beschriebenen Ausführungsformen bildet der Faserkopf eine faseroptische Standard-Komponente, die als Basis- Element für eine ganze Reihe unterschiedlich zusammengesetzter faseroptischer Komponenten dient.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a einen axialen Schnitt durch eine optische Ausgangsfaser in stark vergrößertem Maßstab,
Fig. 1b einen ähnlichen Schnitt durch die optische Faser nach der Ätzbehandlung,
Fig. 2a, 2b und 2c einen axialen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch eine Kapillarröhre in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten,
Fig. 3a bis 3i eine Darstellung der jeweiligen Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Teilers nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 4a, 4b und 4c eine andere Ausführungsform.
Zum Herstellen einer faseroptischen Komponente nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst eine Anzähl optischer Fasern der in Fig. 1a dargestellten Zusammensetzung auf die gewünschte Länge zugeschnitten, was in der Praxis etwa 1 m sein kann.
Die in Fig. 1a dargestellte optische Faser 1 weist einen Kern 3 mit einem Durchmesser d1, einen Mantel 5 mit einem Durchmesser d2, und eine Verkleidung 7 mit einem Durchmesser D auf. Der Mantel 5 besteht aus einem Glas mit einer Brechzahl, die niedriger ist als die des Kernglases. Die Verkleidung 7 besteht meistens aus einem Kunststoff, wie einem UV-härtenden Acrylat. Eine übliche optische Faser hat einen Durchmesser D von 250 um, während der Mantel 5 einen Durchmesser d2 von 125 um hat und der Kern 3 einen Durchmesser d1 von 50 um. Zum Vorbereiten der Fasern wird zunächst die verkleidung 7 über eine Länge von einigen cm von einem Ende jeder Faser entfernt, und zwar dadurch, daß dieser Teil der Faser in Dichlormethan getaucht wird oder daß dieser Verkleidungsteil mit Hilfe einer Flamme entfernt wird. Danach werden die auf diese Weise freigelegten Teile der Fasern einer Ätzbehandlung ausgesetzt, und zwar derart, daß über eine Lage von etwa 1 cm ein zylinderförmig geätzter Endteil 9 erhalten wird, der über einen kegelförmig geätzten Zwischenteil 11, der seinerseits in den nicht geätzten kahlen Mantel 5 mit dem ursprünglichen Durchmesser d2 übergeht. Je nach den erwünschten Eigenschaften der herzustellenden faseroptischen Komponente kann die Ätzbehandlung derart durchgeführt werden, daß der Mantel 5 auf dem zylinderförmig geätzten Endteil 9 nur teilweise entfernt wird, oder an diesem Teil völlig entfernt wird, d.h. bis an die Grenzfläche Mantel-Kern, wobei der Kern 3 den ursprünglichen Durchmesser d1 beibehält. Für bestimmte Anwendungsbereiche, wie zum herstellen eines Teilers mit maximal vier Fasern oder bei Verwendung von Gradientenfasern wird die Ätzbehandlung soweit durchgeführt, daß ebenfalls ein Teil des Kerns weggeätzt wird, so daß der zylinderförmig geätzte Endteil 9 einen Durchmesser d3 hat, der kleiner ist als der ursprüngliche Durchmesser d1 des Kerns 3. Diese Situation ist in Fig. 1b dargestellt. Die Ätzbehandlung erfolgt dadurch, daß die Fasern in eine HF-Lösung mit einer Konzentration von beispielsweise 50% getaucht werden. Der kegelförmig geätzte Teil 11 wird dadurch erhalten, daß die Fasern beim Ätzen auf und ab bewegt werden; die Hublänge dieser Bewegung bestimmt die Länge des kegelförmigen Teils 11, die in der Größenordnung von Millimetern bis Zentimeter liegt. Der Durchmesser d3 des zylinderförmig geätzten Endteils 9 wird derart bestimmt, daß wenn die Endteile der Fasern danach in der erforderlichen Anzahl verschmolzen werden, diese einen Querschnitt aufweisen werden, der in Form und Größe dem eines einzelnen Faserkerns 3 nahezu entspricht.
Die Fig. 2a, 2b und 2c zeigen aufeinanderfolgende Verfahrensschritte der Berbeitung einer Kapillarröhre 21 zum Durchführen des betreffenden Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Kapillarröhre 21 wird dadurch erhalten, däß aus einer Vorform aus Quarzglas eine lange Röhre gezogen wird, die danach zu Kapillarröhren 21 mit einer Länge von etwa 3 bis 6 cm aufgeteilt wird, die der des kahlen Endteils der Fasern nahezu entspricht. Das Glas der Röhre 21 weist eine Brechzahl auf, die niedriger ist als die des Kernglases der Fasern.
Der Durchmesser d4 des Kapillarkanals 23 in jeder Röhre 21 ist derart gewählt worden, daß die kahlen Teile der erforderlichen Anzahl Fasern mit geringem Spielraum von etwa 10 um darin passen. Damit eine genaue Form und eine ausreichende mechanische Starke der Röhre 21 und des schlußendlichen Erzeugnisses zu erhalten wird eine relativ große Wandstärke von 1 bis 2 mm gewählt. Für die üblichen Produkte hat der Kanal 23 einen Durchmesser d4 von 260 bis 400 um, während die Röhre 21 einen Durchmesser d5 von 2,5 bis 6 mm hat. Die in Fig. 2a dargestellte Röhre ist am Ende mit einem Trichter 25 versehen. Dieser Trichter 25 erleichtert das Einführen der Faserenden in die Kapillarröhre und bietet eine Haftfläche zum Verkleben des Außenmantels der Fasern mit der Kapillarröhre.
Zum Verarbeiten von Fasern, deren Kern zu einem kleineren Durchmesser als der ursprüngliche Durchmesser geätzt worden ist, und zum Erhalten einer Optimalen Lage der Faserenden ist der Kapillarkanal 23 an dem vom Trichter 25 abgewandten Ende mit einer Einengung 27 versehen, wie dies in Fig. 2b dargestellt ist. Die Einengung kann durch Erhitzung und Schrumpfüng unter dem Einfluß von Oberflächenspannung oder durch Ausziehen erfolgen. Die Einengung 27 hat einen derartigen Durchmesser d6, däß die zylinderförmige geätzten Endteile 9 der Fasern darin passen werden. Zum Schluß wird die Röhre 21 an dem Ende mit der Einengung 27 zugeschmolzen. Fig. 2c zeigt die fertige Kapillarröhre 21. Aber der Prozeß der Einengung und Abdichtung der Kapillarröhre 21 kann auch in einem späteren Verfahrensschritt erfolgen. Untenstehend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Verteilers mit vier Ausgängen beschrieben. Die Fig. 3a bis 3i zeigen auf schematische Weise die aufeinanderfolgenden Verfährensschritte. Fig. 3a zeigt schematisch den Ätzvorgang von vier Fasern 1 in einem Ätzbad 31. Dazu werden die Fasern 1 in einer Halterung 33 befestigt, die auf und abbewegt werden kann. Fig. 3b zeigt eine Faser 1 nach der Ätzbehandlung mit dem bereits beschriebenen zylinderförmig geätzten Endteil 9, dem kegelförmig geätzten Teil 11, dem Mantel 5 und der Verkleidung 7. Die kahlen Teile der vier auf diese Weise bearbeiteten Teile werden danach in die Kapillarröhre 21 eingeführt, in welche die Fasern mit geringer Toleranz passen. Diese Situation ist in Fig. 3c dargestellt, die nur einen Teil der bereits zugeschmolzenen Kapillarröhre zeigt. Wie in Fig. 3d dargestellt, werden die Fasern 1 mit ihren kahlen Teilen in der Kapillarröhre 21 angeordnet, wobei die Verkleidung 7 am Trichter 25 endet. Danach wird die Kapillarröhre 21 mit einer Vakuumkammer 37 verbunden und wird zu einem Druck niedriger als 10&supmin;¹ mbar evakuiert, wie dies in Fig. 3e schematisch dargestellt ist. Die Kapillarröhre 21 wird danach dadurch entgast, daß sie über den in Fig. 3f dargestellten heißen Ofen 39 gebracht wird, der aus einer durch N2 umspülten Graphithülle 41 besteht, die durch eine HF-Spule 43 erhitzt wird. Daraufhin wird die Kapillarröhre 21 in den Ofen eingeführt, der sich bereits auf Schmelztemperatur von 1600 bis 1800 ºC befindet. Je nach der Temperatur im Ofen beträgt die zum Verschmelzen erforderliche Zeit 1 bis 10 Minuten. Bei der genauen Temperatur und Erhitzungszeit schrumpft die Kapillarröhre 21 unter dem Einfluß des Vakuums und des atmosphärischen Drucks, wobei aber durch Oberflächenspannung der kreisförmige Querschnitt beibehalten wird, wobei die Endteile 9 der Fasern zu einer symmetrischen Konfiguration verformt werden, wie diese in Fig. 3g und 3h dargestellt ist, und die Kapillarröhre 21 wird mit den Endteilen 9 der Fasern zum Bilden eines festen Stabes 45 zusammengeschmolzen. Danach wird die Kapillarröhre 21 aus dem Ofen entfernt, wonach die Fasern mit ihrer Verkleidung mit dem Trichter 25 verklebt werden. Danach wird das zugeschmolzene Ende des Stabes 45 vorzugsweise durch Anreißen und Spalten entfernt und die Bruchfläche des resultierenden Faserkopfes 47 wird zum Bilden der Endfläche 46 durch Schleifen und Polieren zu Ende bearbeitet. Fig. 3h zeigt den fertigen Faserkopf 47 mit der Endfläche 46. Wie oben bereits erwähnt, haben die zugeschmolzenen Endteile 9 der Fasern einen Durchmesser und einen Querschnitt im wesentlichen in Form und Größe entsprechend denen eines einzelnen Faserkerns. Folglich, wie in Fig. 3i schematisch dargestellt, kann zum Herstellen eines Teilers 52 der Faserkopf 47 unmittelbar mit einem Faserkopf 48 mit einer einzigen Faser 1 durch eine Klebverbindung 49 gekoppelt und daran befestigt werden, wie dies bereits beschrieben wurde, wobei das freie Ende der genannten einzelnen Faser in eine Kapillarröhre 51 mit derselben äußeren Abmessung die der Faserkopf 47 eingeführt und darin befestigt wurde. Danach werden die Faserköpfe 47 und 48 in eine Quarzhülle 53 eingeführt und darin durch Klebeperlen 54 befestigt.
Die Fig. 4a, 4b und 4c zeigen die bereits beschriebene Situation beim Verschmelzen von sechs oder mehr Fasern. Es ist nicht möglich, sechs oder eine größere Anzahl Fasern in einer dichten Packung ohne Lücken in der Kapillarröhre 21 anzuordnen. Fig. 4a zeigt, daß mit beispielsweise acht Fasern die Packung locker ist, was zu solchen Lücken führt, daß eine Verschmelzung mit einer symmetrischen Konfiguration nicht erhalten wird. Wie in Fig. 4b dargestellt, wird dieses Problem dadurch vermieden, daß einstweilig ein Tragelement 55 beispielsweise ein Wolframdraht, in der Mitte der Kapillarröhre 21 vorgesehen wird und die Fasern gleichmäßig über den Innenumfang der Röhre an einander anliegend verteilt werden. Durch eine thermische Vorbehandlung werden die Fasern an der Innenfläche der Röhre 21 geheftet. Das Tragelement 55 wird danach entfernt, wonach Verschmelzung durchgeführt wird, was zu einem Faserkopf 57 führt, in dem die zusammengeschmolzenen Endteile 9 der Fasern je einen sektortörmigen Querschnitt haben.
Zum Herstellen von Faserköpfen mit einer verringerten minimalen Länge wird die Kapillarröhre vorzugsweise mittels eines Co&sub2;-Lasers erhitzt. Dazu wird die zugeschmolzene Kapillarröhre in Drehung versetzt und der radial auf die Kapillarröhre gerichtete fokussierte Laserstrahl wird längs der Röhre in deren axialen Richtung verschoben. Durch die konzentrierte örtliche Erhitzung der Röhre kann der Anstand zwischen den verschmolzenen Faserenden und der Verkleidung der Fasern, d.h. die Länge des kahlen Faserteils, wesentlich verringert werden. Es kann eine ähnliche Verbesserung erhalten werden wenn em kleiner Brenner verwendet wird, dessen kleine punktförmige Flamme ebenfalls eine konzentrierte örtliche Erhitzung der Kapillarröhre ermöglicht.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird das verschmolzene Ende des Stabes 45 durch Anreißen und Spalten entfernt, wobei die Bruchfläche des resultierenden Faserkopfes 47 durch Schleifen und Polieren zu Ende bearbeitet wird. Wenn nach dem Spalten und nach einer kurzen Schleifbearbeitung der Bruchfläche die verschmolzenen Faserenden mit einem kleinen H&sub2;O-Brenner feuerpoliert werden, wird eine Endfläche erhalten, die einerseits im lichtübertragenden Bereich eine sehr glatt polierte Oberfläche hat und andererseits eine relative rauhe Oberfläche mit guten Hatteigenschaften im Haftbereich.
Wie bereits obenstehend erläutert, eignet sich das vorliegende Verfahren zum Behandeln von Gradientenfasern sowie von Stufenfasern. Die beschriebene Ausführungsform beschättigt sich mit der Behandlung von Multimodefasern. Aber das vorliegende Verfahren beschränkt sich nicht auf die Behandlung von Multimodefasern, wie Versuche gezeigt haben, eignet sich durch den erhaltenen hohen Reproduzierbarkeitsgrad und den hohen Genauigkeitsgrad das Verfahren durchaus zum Behandeln von Monomodefasern.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer passiven faseroptischen Komponente mit mindestens zwei optischen Fasern (1) mit je einem Kern (3) aus Kernglas, einem Mantel (5) aus Mantelglas mit einer Brechzahl, die kleiner ist als die des Kernglases, und mit einer Außenverkleidung (7), wobei in diesem Verfahren ein Teil jeder Faser freigelegt wird durch Entfernung der Außenverkleidung (7) über eine bestimmte Länge von einem Ende der Faser (1), und wobei die freigelegten Teile der Fasern einer Ätzbehandlung ausgesetzt werden, wodurch ein Teil (11) des geätzten Teils jeder Faser kegelförmig ausgebildet wird, wonach die geätzten Teile der Fasern in einer Röhre (21) aus einem Glas mit einer Brechzahl, die niedriger ist als die des Kernglases der Fasern (1) gegeneinander gelegt werden, und wobei durch Zuführung von Wärme zu der Röhre (21) diese mit den Fasern (1) verschmolzen wird und die Fasern (1) an ihren freigelegten Enden miteinander verschmolzen werden, wobei das verschmolzene Faserbündel mit einer polierten Endfläche (46) versehen wird, wobei:

- durch die Ätzbehandlung der freigelegte Teil jeder Faser ebenfalls einen zylinderförmigen Endteil (9) erhält, der sich an den engeren Teil des kegelförmigen Teils (11) anschließt,

- die Röhre (21) eine an einem Ende zugeschmolzene Kapillarröhre ist, wobei die Röhre und mindestens die zylinderförmigen Endteile (9) der darin steckenden Fasern (1) durch Wärme erweicht werden, indem die Röhre (21) evakuiert wird, so daß die Wand derselben zu den Fasern kollabiert und unter Beibehaltung eines kreisförmigen Querschnitts unter dem Einfluß von Oberflächenspannung die genannten Endteile der Fasern verformt um die Räume zwischen denselben auszugleichen und diesen Teilen der Fasern insgesamt einen kreisförmigen Querschnitt zu erteilen, so daß sie mit der Röhre (21) einen massiven Stab (45) kreisförmigen Querschnitts bilden, wobei die Röhre (21) durch die den Endteilen der Fasern zugeführte Wärme zugeschmolzen wird,

- und das abgedichtete Ende des Stabes (45) entfernt wird, damit an dem Stab (45) eine Endfläche (46) gebildet werden kann, in der die Enden der genannten Endteile (9) der Fasern sichtbar werden, wobei das Ätzen der genannten Endteile der Fasern derart ist, daß der Durchmesser des genannten kreisförmigen Querschnitts der genannten Endteile nach der genannten Verformung dem Durchmesser des Kerns einer einzigen Faser nahezu entspricht,

- und die genannte Endfläche (46) letzten Endes einer Polier- und Endbearbeitungsbehandlung ausgesetzt wird zum Erhalten eines verschmolzenen Faserkopfes (47).

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen einer faseroptischen Komponente mit mindestens sechs optischen Fasern (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern regelmäßig am Innenumfang der Kapillarröhre (21) verteilt sind und an dieser Stelle durch ein zylinderförmiges Tragelement (55) unterstützt werden, das in der Kapillarröhre (21) zentral angeordnet ist, wobei die Fasern (1) durch eine thermische Vorbehandlung mit ihrem freigelegten Mantel an der Innenfläche der Kapillarröhre (21) angeordnet sind, wonach das Tragelement (55) entfernt wird und Verschmelzung der Röhre (21) mit den geätzten Endteilen der Fasern (1) erfolgt.

3. Faseroptische Komponente mit einem verschmolzenen Faserkopf, der einen kreisförmigen Querschnitt des Kerns aufweist, der aus mindestens zwei einzelnen zusammengeschmolzenen Kernteilen und einem den zusammengesetzten Kern umgebenden Mantel zusammengesetzt ist, wobei jeder Teil einem geätzten und im Durchmesser verringerten Endteil des Kerns einer einzigen Faser entspricht, wobei der Durchmesser des zusammengesetzten Kerns dem Durchmesser des Kerns einer einzigen Faser nahezu entspricht, wobei jeder Teil denselben Querschnitt hat.

4. Optischer Splitter mit einem verschmolzenen Faserkopf mit M Fasern, erhalten durch das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Endfläche des genannten Faserkopfes mit einer einzigen Faser gekoppelt ist.

5. Optokoppler mit zwei verschmolzenen Faserköpfen mit M bzw. N- Stufenfasern und erhalten durch das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei diese Faserköpfe mit ihren Endflächen zusammengefügt wurden.

6. Optokoppler mit zwei verschmolzenen Faserköpfen mit M- bzw. N- Gradientenfasern und erhalten durch das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei diese Faserköpfe mit ihren Endflächen an gegenüberliegenden Flächen eines Mischelementes zusammengefügt wurden.

7. Faseroptische Komponente nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die optischen Fasern vom Multimode-Typ sind.

8. Faseroptische Komponente nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die optischen Fasern vom Monomode-Typ sind.

9. Faseroptisches Netzwerk mit faseroptischen Komponenten nach einem der Ansprüche 3 bis 8.