DE3818780A1 - Anschlussvorrichtung fuer optische fasern - Google Patents

Description

Die Priorität der Anmeldung Nr. 142 650 vom 11.1.1988 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Optische Fasern können dadurch miteinander verbunden werden, daß Linsen an ihren Enden ausgebildet und dann im wesentlichen fluchtend und in einem angenähert vorbestimmten Abstand angeordnet werden. Eine Technik, um dies zu er­ reichen, besteht darin, die Spitze einer Faser über die Front eines Kontaktes hinaus auszuziehen und dann durch Anwendung von Hitze eine Kugel oder Linse an ihr zu er­ zeugen. Dann wird die Faser zurückgezogen, bis der Ansatz der Linse an einer am Boden einer Aussparung der Vorderfront des Kontaktes vorhandenen Paßfläche anliegt, wodurch sowohl die laterale als auch die longlitudinale Lage der Linse fest­ gelegt wird. Obgleich durch diese Technik die Lage des Linsenansatzes genau fixiert wird, hat dies den Nachteil, daß sie beim festen Zurückziehen des Ansatzes gegen die Paßfläche zerbrechen kann. Dies ist deshalb möglich, weil die optische Faser und die Linse sehr geringe Durchmesser aufweisen und somit eine geringe Kraft die Linse am oder nahe beim Ansatz zerstören kann.

Die Hauptanmeldung P 37 40 414.8 löst die Aufgabe, eine Anschlußvorrichtung zu schaffen, bei der die Ausbildung und Anbringung der Linse am Ende der optischen Faser ohne deren Zerstörung beim Zurückziehen der Faser möglich ist, durch eine Anschlußvorrichtung für optische Fasern, die die Ausbildung und Lage einer Linse an einer optischen Faser in bezug auf ein Kontaktteil erleichtert, das längs seiner Achse eine Bohrung zur Aufnahme der optischen Faser (nach­ stehend stets als Faser bezeichnet) aufweist, wobei wenig­ stens der Frontteil der Bohrung die am Vorderende der Faser ausgebildete Linse eng umschließt. Dadurch kann die Linse längs der Bohrung in ihre Endstellung gleiten, in der die Bohrung die Linse fest umgibt und somit gegenüber einer seitlichen Bewegung fixiert hält, ohne daß es erforder­ lich ist, die Linse fest gegen einen Anschlag zu ziehen.

Bei einer mit Linsen arbeitenden Anschlußvorrichtung für optische Fasern ist es wesentlich, daß die Frontflächen der Linsen in den aufeinandertreffenden faseroptischen Kontakt­ teilen in einen genauen, vorherbestimmten Abstand zueinander gebracht werden, um an der Verbindungsstelle die größtmög­ liche Lichtübertragung zu erreichen. Dies erfordert aber, daß die Frontflächen der Linsen in jedem Kontaktteil in genauem Abstand von der Frontpaßfläche des Kontaktteils zu liegen kommen, der der halbe geforderte Abstand für den Zwischenraum zwischen den Linsen und den aufeinanderpas­ senden Kontaktteilen ist, um die maximale Lichtübertragung sicherzustellen. Bei dem eingangs beschriebenen Kontaktteil nach dem Stand der Technik hängt die Lage der Frontfläche der Linse in dem Kontaktteil von drei Toleranzen ab, nämlich bezüglich der axialen Länge der Kugellinse, der Lage der Paßfläche am Boden der Aussparung, an der die Linse anliegt, und der Form und Lage des Ansatzes der Linse. Da drei axiale Toleranzen bei den zwei aufeinandertreffenden Kontaktteilen in einer Anschlußvorrichtung auftreten, ergibt sich eine Anhäufung von Fertigungstoleranzen, die es äußerst schwierig machen, den genauen Zwischenraum zwischen den Endflächen der Linsen in den Kontaktteilen zu erreichen, der zur Vermeidung einer Dämpfung der Lichtsignale durch die Anschlußvorrich­ tung notwendig ist.

Es hat sich gezeigt, daß die Anschlußvorrichtung nach der Hauptanmeldung diesbezüglich noch verbessert werden kann, so daß, was Aufgabe der Erfindung ist, eine genaue Festle­ gung der Endflächen der Linsen in den Kontaktteilen möglich ist. Dies geschieht nach dem Anspruch mit Hilfe des Einstell­ werkzeugs mit dem an der Linse angreifenden Teil, das eine am Vorderende der Bohrung des Kontaktteils anstoßende Fläche aufweist und in das Vorderteil der Bohrung eingeschoben wird. Dabei ist der Abstand zwischen der Übergangsfläche zwischen Vorder- und Rückteil der Bohrung und dem an der Linse angreifenden Teil des Einstellwerkzeugs beim Anstoßen der besagten Fläche am Vorderende der Bohrung größer als die axiale Ausdehnung der Linse, und der Abstand zwischen dem an der Linse angreifenden Teil des Einstellwerkzeugs und der anstoßenden Fläche stellt einen genau bestimmten Abstand dar, so daß die Frontfläche der Linse in eine Stellung hinter das Vorderende des Vorderteils des Kontaktteils gelangt. Man erhält so eine genaue Lage der Endfläche der Linse in dem Kontaktteil.

Die Erfindung wird anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobei die Fig. 1 bis 5 mit denen der Hauptanmel­ dung übereinstimmen, da deren Gegenstand zum besseren Verständnis der Erfindung nochmals erläutert werden soll.

Fig. 1 zeigt den Schnitt durch ein Kontaktteil nach der Hauptanmeldung, wobei die Art und Weise der Ausbildung einer Linse an einer optischen Faser gezeigt wird,

Fig. 2 zeigt den Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 zeigt den Schnitt durch eine Anschlußvorrichtung mit dem Kontaktteil und der optischen Faser von Fig. 1 sowie einen weiteren Anschluß und eine weitere optische Faser,

Fig. 4 zeigt die vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig. 1, worin gezeigt wird, in welcher Weise die Linse und die Faser ganz genau in eine bestimmte Lage gebracht werden können,

Fig. 5 zeigt die Teilansicht des Kontaktteils und der Faser entsprechend einer weiteren Ausbildungsform der Hauptanmeldung, und

Fig. 6 zeigt die Teilansicht des Kontaktteils und der Faser entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt die Anschlußvorrichtung 10 für optische Fasern, mit dem Kontaktteil 12, wobei sich in Richtung von dessen Längsachse 16 die Bohrung 14 erstreckt. Sie liegt zwischen dem Hinterende 17 und dem Vorderende 30 des Kontaktteils 12 und nimmt die Faser 18 auf. Diese ist Teil des Aufbaus 20, der den Puffer 22 enthält, dessen Vorderende abgezogen ist. Das Kontaktteil 12 besteht aus dem Eisen­ ring 24 und der an dessen Vorderende befestigten Lager­ schale 26. Um das Vorderende der optischen Faser wirkungs­ voll mit einer ähnlichen anderen optischen Faser zu ver­ binden, wird an ihrem Vorderende eine Verdickung in Form der Linse oder Kugel 28 ausgebildet. Dies geschieht durch Erhitzen des Faserendes bis zum Schmelzen, wobei die Oberflächenspannung das aufgeschmolzene Ende zu der Linse 28 mit einem verrundeten optisch klaren Ende verformt.

Ein Verfahren zum Erhitzen des Faserendes besteht darin, die Faser soweit vorzuschieben, bis die Spitze 18 t über das Vorderende 30 des Kontaktteils hinausragt. Das Elek­ trodenpaar 32, 34 wird an den gegenüberliegenden Seiten des Vorderendes der Faser angeordnet und eine Spannung zwischen den Elektroden zur Erzeugung eines Lichtbogens angelegt, wodurch die Faser aufgeheizt wird. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Aufheizmethode zu nahezu sphärischen Linsen führt, deren Durchmesser innerhalb von 3% vorherbestimmbar ist. Zwei optische Fasern herkömmlicher Größe haben z.B. die Durchmesser x (Fig. 4) von 125 und 140 Mikrometer, und es hat sich gezeigt, daß bei derartigen Fasern Kugeln mit einem Durchmesser y von ca. 250 und 300 +/-5 Mikrometer hergestellt werden können. Nach Ausbildung der Linse 28 wird die Faser längs der Achse 16 (Fig. 1) nach rückwärts gezogen, bis ihr vorderes Ende in einem festge­ legten Abstand D hinter dem Vorderende 30 des Kontaktteils 12 zu liegen kommt.

Beim Stand der Technik wird die Linse in ihrer axialen Endstellung (so daß sie den Abstand D zum Vorderende des Kontaktteils hat) und der lateralen Richtung L senkrecht zur Achse gleichzeitig fixiert, wenn die Linse nach rückwärts gezogen wird, bis ihr Ansatz 28 r fest gegen die konkave Paßfläche drückt, die mit der Übergangsfläche 36 zwischen den rückwärtigen und vorderen Bohrungsteilen vergleichbar ist. Da die Linse einen Durchmesser von etwa 200 Mikrometer haben kann, ist sie zerbrechlich. Die Faser muß fest ange­ zogen werden, um einen guten Sitz an der Paßfläche zu erzielen. Zieht man jedoch etwas zu fest, so zerbricht die Linse. Bei der fest an der Paßfläche ansitzenden Linse besteht fernerhin die Gefahr des Zerbrechens aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung bei Temperatur­ erhöhung.

Bei der Hauptanmeldung wird die Linse 28 in ihrer Endstel­ lung getrennt bezüglich der lateralen Richtung L und der axialen Richtung längs der Achse 16 fixiert. Die Linse 28 wird lateral auf der Achse 16 dergestalt angeordnet, daß die Bohrung 14 so ausgebildet wird, daß sie das Vorderteil 40 aufweist, das die Linse 28 eng umschließt. Wie oben erwähnt, läßt sich die Linse 28 mit einer Abweichung bis ca 5% vom gewünschten Durchmesser herstellen. Das Vorderteil 40 der Bohrung wird so ausgebildet, daß es einen weitgehend konstanten Querschnitt sowie eine lichte Weite aufweist, die nicht mehr als ca. 20%, vorzugsweise nicht mehr als 10%, größer als der Nenndurchmesser der Linse 28 ist, um die Linse 28 eng zu umfassen und sie in ihrer lateralen Stellung zu halten. Obgleich das Vorderteil 40 im wesentlichen zylindrisch ist, kann es eine Vielzahl von Querschnitten aufweisen, sofern es die Linse eng umfaßt.

Die Lage der Linse im Vorderteil 40, d. h. der Abstand der Spitze 28 t der Linse 28 vom Vorderende 30 des Kontaktteils 12 wird durch das Einstellwerkzeug 44 eingestellt, siehe Fig. 4. Das Werkzeug 44 besteht aus dem an der Linse 28 angreifenden Teil 46, das sich vom Vorderende des Anschlus­ ses rückwärts bewegt und in das Vorderteil 40 eingreift, sowie ferner aus der an den Kontaktteil 12 anstoßenden Fläche 48, die am Vorderende 30 des Kontaktteils 12 anliegt.

Bei der Erfindung ist der Abstand zwischen der Übergangs­ fläche 36 und dem Teil 46 des Einstellwerkzeugs beim Anstoßen der Fläche 48 am Vorderende 30 des Kontaktteils größer als die axiale Ausdehnung oder Länge der Linse 28, so daß diese in einen Abstand zur Übergangsfläche 36 gebracht wird, wenn der entsprechende Teil des Einstellwerkzeuges an der Linse in dem Kontaktteil angreift.

Der Abstand, in dem die Spitze 28 t der Linse hinter dem Vorderende 30 des Kontaktteils 12 zu liegen kommt, wird durch die Verwendung des Einstellwerkzeugs 44 genau einge­ stellt, da nur eine Herstellungstoleranz, nämlich der Abstand zwischen dem an der Linse angreifenden Teil 46 und dem Teil 48, die Anordnung der Spitze der Linse beeinflußt. Dieser Abstand kann durch herkömmliche Arbeitstechniken genau eingestellt werden. Somit lassen sich im Vergleich zum beschriebenen Stand der Technik zwei Fertigungstoleranzen pro Kontaktteil eliminieren und damit sicherstellen, daß beim Aufeinandertreffen von Kontaktteilen in axialer Ausrichtung zueinander die Frontflächen oder Spitzen der Linsen in den Kontaktteilen genau ausgerichtet werden, wodurch die Dämpfung der gekoppelten Lichtsignale verringert wird. Da ferner nur ein Einstellwerkzeug verwendet wird, um die Linsen in vielen Kontaktteilen unterzubringen, ergibt sich für die Lage der Linsen einer Kontaktteilgruppe kein Unterschied zu der in anderen Kontaktteilen, wie es bei den Anordnungen nach dem Stand der Technik ist, wo Abweichungen in den Linsendimensionen und Lagen der Paßflächen in den Kontaktteilen dazu führte, daß die Vorderflächen oder Spitzen der Linsen von einem Kontakt zum anderen unterschied­ lich angeordnet sind.

Die optische Faser kann zum Befestigen gebrauchsfertig gemacht werden, indem die Spitze des Kontaktteils 12, wie in Fig. 1 gezeigt, in die Stellung 18 t geschoben wird. An­ schließend wird an die Elektroden 32, 34 zur Ausbildung der Linse 28 für eine bestimmte Zeit eine bestimmte Spannung angelegt. Die optische Faser wird dann vorsichtig zurückge­ zogen, bis man erkennt, daß die Linse 28 mindestens teil­ weise in das Vorderteil 40 der Bohrung 14 gerutscht ist. Das Werkzeug 44 kann nach der in Fig. 4 gezeigten Weise am Kontaktteil 12 befestigt sein, um entweder die Linse 28 zurückzustoßen oder als Anschlag für sie zu dienen. Die Faser 18 wird dabei in Richtung F vorwärts geschoben, so daß sie am Teil 46 des Werkzeuges 44 anliegt. Indem die Linse in dem Kontaktteil an das Einstellwerkzeug 44 anstößt, so daß sie in einen Abstand zu der Ubergangsfläche 36 gebracht wird, ist ein Abbrechen der Linse von der optischen Faser am oder nahe bei ihrem Ansatz vermeidbar. Der Faseraufbau kann dann an Ort und Stelle durch das Epoxyharz 50 (Fig. 3) durch Zusammenpressen des Kontaktteils um den Faseraufbau herum oder durch andere Mittel fixiert werden. Vorsichtiges Schieben der Faser, das nur zu einer geringen Druckbelastung am Vorderende führt, beschädigt die Faser 18 und ihre Linse 18 weniger als eine durch Ziehen der Faser, verursachte Zugspannungsbelastung, obgleich sie von der Rückwärtsbewe­ gung nur durch die Kraft an dem Ansatz der Linse abgehalten wird.

Die Bohrung 14 (Fig. 1) der Lagerschale 26 kann mit einem Durchmesser M erzeugt werden, der gerade groß genug ist, um die optische Faser 18 leicht aufzunehmen. Das Vorderteil der Bohrung kann dann zu seiner Vergrößerung mit einer Senkboh­ rung versehen werden, so daß das Vorderteil 40 gebildet wird, dessen Umfang bezüglich Durchmesser und Zentrierung zur Außenfläche 52 der Lagerschale 26 genauer festliegt. Es ist jedoch möglich, die gesamte Länge der Bohrung 14 so auszubilden, daß sie einen gleichmäßigen Durchmesser aufweist, wie unter 14 a in Fig. 5 gezeigt ist, wobei dieser etwas größer ist als der Durchmesser der Linse 28, so daß diese eng umfaßt wird.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten Kontaktteil 64 ist die Lager­ schale 66 in Inneren des Eisenringes 68 befestigt, und zwar im Abstand hinter seiner Vorderfläche, wodurch sich an der Front des Kontaktteils die Öffnung 72 ergibt. Die Lager­ schale kann aus Keramik, Saphir oder synthetischem Rubin gefertigt sein. Die Bohrung 74 der Lagerschale hat einen solchen Durchmesser, daß die optische Faser 76 in der Weise festgelegt wird, wie es in Verbindung mit der Bohrung 14 und Faser 18 beschrieben wurde. Die Linse 78 am Ende der Faser sitzt in der Aussparung 72, hat jedoch von der Wand der­ selben einen erheblichen Abstand, so daß die Linse im Eisenring 68 lediglich durch die Halterung der Faser in der Lagerschalte zentriert wird. Es ist ebenfalls möglich, die Lagerschale 66 und den Eisenring 68 einstückig aus bear­ beitetem oder gegossenem Metall oder Plastikspritzguß auszubilden. Die Linse 78 wird im Eisenring 68 auf die gleiche Weise wie oben beschrieben mittels des Einstell­ werkzeugs 44 axial ausgerichtet.

In jedem Fall liegt die Linse 28 in ihrer Endstellung vor der am weitesten zurückliegenden Stellung, die sie in der Bohrung 14 einnehmen kann. Die Tatsache, daß der Linsenan­ satz 28 r in der Endstellung der Linse 28 im Abstand zur Übergangsfläche 36 liegt, führt zur Vermeidung von thermisch erzeugten Spannungen und Zerstörungen, wenn die Faser 18 und das Kontaktteil 12 bei Temperaturwechseln sich ausdehnen oder zusammenziehen.

Sobald die Linse 28 gebildet und der Faseraufbau im Kontakt­ teil 12 fixiert ist, kann die Anschlußvorrichtung 10 optisch mit einer anderen Anschlußvorrichtung 60, wie in Fig. 3 gezeigt, durch Einschieben der beiden Vorrichtungen in eine Hülse 62 verbunden werden, wobei ihre Vorderenden 30 und 30 A aneinanderstoßen. Man kann auch eine Vielzahl von Kontakt­ teilen ähnlich dem Kontaktteil 12 zu einem Anschluß für das Ankoppeln einer Vielzahl optischer Fasern miteinander kombinieren. Die optische Faser 18 kann an verschiedene unterschiedliche Arten von optischen Elementen, wie z.B. eine andere optische Faser, eine Lichtquelle oder einen Fotodetektor angeschlossen werden.

Es ist möglich, die Spitze der optischen Faser 18 zu einer Linse zu verschmelzen, während die Spitze innerhalb der Anschlußbohrung liegt. Man erhält jedoch eine genauere Kugelausbildung durch Anwendung eines elektrischen Licht­ bogens, was die Ausbildung eines Bogens nahe an der Faser­ spitze erforderlich macht. Besteht die Lagerschale 26 aus Metall, wie z.B. rostfreiem Stahl, der bei verhältnis­ mäßig geringen Kosten ausgeformt werden kann und große Festigkeit ergibt, ist es erwünscht, daß die Spitze 18 t der optischen Faser in ausreichendem Abstand vor dem Vorderende 30 der Lagerschale 26 liegt, um zu vermeiden, daß der Lichtbogen zwischen den Elektroden 32 und 34 über die Lagerschale geht.

Haupt- und Zusatzanmeldung geben somit eine Anschlußvorrich­ tung für optische Fasern an, mit der eine enge Einstellung der Linse einer optischen Faser sowohl in lateraler wie axialer Richtung ermöglicht wird, ohne daß es erforderlich ist, so an der Faser zu ziehen, daß der Ansatz der Linse fest gegen eine Paßfläche drückt oder daß sie in dieser Stellung verbleibt. Dies wird durch Verwendung eines Kontaktteils bewirkt, das eine Bohrung besitzt, deren Vorderteil im wesentlichen einen konstanten Querschnitt aufweist, sowie eine lichte Weite, die die Linse eng umgibt und bezüglich ihrer lateralen Stellung fixiert. Die axiale Lage der Linse kann durch ein Einstellwerkzeug bewirkt werden.

Claims (2)

1. Anschlußvorrichtung für optische Fasern mit einem ein Vorderende (30) und ein Hinterende (17) aufweisenden Kontaktteil (12),

   • - einer zwischen diesen beiden Enden sich erstreckenden axialen Bohrung (14) mit einem Vorderteil (40),
   • - einer optischen Faser (18), die sich durch die Bohrung (14) vom Hinterende (17) zum Vorderteil (14) erstreckt und an ihrem vorderen Ende eine Linse (28) aufweist,
   • - wobei das Vorderteil (40) eine solche lichte Weite hat, daß die Linse (28) bei axialer Beweglichkeit im Vorderteil fixiert ist, und einen gegenüber dem Rück­ teil der Bohrung (14) größeren Durchmesser hat und beide Teile an einer Übergangsfläche (36) ineinander übergehen,
2. nach Patentanmeldung P 37 40 414.8

   • - mit einem Einstellwerkzeug (44) mit einem an der Linse (28) angreifenden Teil (46), das in das Vorderteil (40) paßt und vom Vorderende (30) her einzuschieben ist und eine an diesem anstoßende Fläche (48) aufweist, wobei der Abstand zwischen der Übergangsfläche (36) und dem an der Linse (28) angreifenden Teil (46) des Einstellwerk­ zeugs (44) beim Anstoßen der Fläche (48) größer ist als die axiale Ausdehnung der Linse (28) und der Abstand zwischen dem Teil (46) und der Fläche (48) derart genau bestimmt ist, daß die Frontfläche (Spitze der Linse) (28 t) in eine Stellung hinter das Vorderende (30) des Kontaktteils (12) gebracht ist.