DE2648652C3

DE2648652C3 - Verbindungselement für optische Fasern

Info

Publication number: DE2648652C3
Application number: DE2648652A
Authority: DE
Inventors: Peter Klaus Fair Haven N.J. Runge (V.St.A.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1975-11-11
Filing date: 1976-10-27
Publication date: 1981-01-15
Also published as: NL7612440A; CA1094369A; AU1935376A; DE2648652B2; BE848029A; FR2331804B1; GB1534327A; SE7612057L; DE2648652A1; NL173442B; SE425194B; AU506531B2; NL173442C; CH600357A5; FR2331804A1; JPS5260638A; JPS6058447B2; US4107242A; IT1071836B; JPS5882214A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verbindungselement für optische Fasern der im Oberbegriff des An-■pruches 1 angegebenen Art.

Die Verwendung von Licht als Nachrichtenübertragungsmedium ist von großem kommerziellem Inlcresse, da die als Lichtwellenleiter dienenden optischen Fasern eine viel größere Kanalkapazität ■Is Mikrowellen-Wellenleiter und drahtgebundene iübertragungsleitungen versprechen. Die optischen ^:Fasern sind billig und kompakt, und sie sind mit Sendern, Zwischenstationen und Empfängern in miniaturisierter Ausführung kompatibel«

Mit der Entwicklung optischer Übertragüngsanlagen ist auch ein Bedürfnis nach einer billigen Verbin* dühgsvoffichtuhg zürri leichten Verbinden Und Trennen optischer Fasern entstanden) um so ein Einfügen, Entfernen und Prüfen von Systemkomponenten zu ermöglichen. Eine derartige Verbindungsvorrichtung sollte vergleichsweise klein sowie bequem zu handhaben sein, keine Wartung erfordern und für das durchgehende Licht kein zu nennenswerter Dämpfung führendes Hindernis sein.

Bei einer bekannten Verbindungsvorrichtung für optische Fasern der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art weist der Anschlußkörper ein zylindrisches, mit hoher Präzision geschliffenes Paßstück auf, das einen Endes von einem Bund begrenzt ist und in einer gleichfalls präzisionsgeschliffenen V-Nm eines Fassungskörpen· fixiert und durch Federkraft in Stellung gehalten wird. Der Anschlußkörper dient dabei als Sockelung für die anzuschließende optische Faser, die sich demgemäß durch ihn koaxial hindurch erstreckt und an der freien Stirnfläche des Anschlußkörpers bündig endigt. Zu diesem Zweck ist die Stirnfläche nach eingesetzter und genau zentrierter optischer Faser plangeschliffen. Die V-Nut des Fassungs-

^o koipers ist etwa doppelt so lang wie der Paßzylinder des Anschlußkörpers. Es können daher zwei Anschlußkörper einander gegenüberstehend in die V-Nut eingelegt und in koaxialer Ausrichtung zueinander fixiert werden, wodurch auch die beiderseitigen optisehen Fasern im Prinzip koaxial zueinander ausgerichtet sind. Jeder Anschlußkörper stößt dabei mit seinem rückseitigen Bund gegen eine Stirnfläche des Fassungskörpers, wodurch der Abstand zwischen den zu verbindenden Enden der optischen Fasern fixierbar ist. Der Kopplungswirkungsgrad der bekannten Vorrichtung liegt typischerweise zwischen 1,3 und 0,3 dB, also immer noch recht hoch. Dieses ist hauptsächlich eine Folge einer vergleichsweise starken Streuung in der Genauigkeit der koaxialen Ausrichtung der opti-

S) sehen Fasern zueinander. Läßt man beispielsweise Ausrichtfehler nur von 2 bis 5 Mikrometer zu, dann ergibt sich bei der Herstellung der bekannten Verbindungsvorrichtung ein Ausschuß '»Dn mehr als zwei Drittel. Diese Ausrichtfehler rühren von zwei Quellen her, nämlich einmal von Fehlern bei der Zentrierung der optischen Faser innerhalb des Paßzylinders und zum anderen von Fehlern bei der Einpassung der Paßzylinder in die V-Nut. Die letztere Fehlerquelle ist die unangenehmen. So äußern sich zum einen alle

4^r> Schwankungen des Paßzylinderdurchmessers in entsprechenden Fehlausrichtungen, weil der dünnere Zylinder in der V-Nut tiefer als ein dickerer Zylinder fixiert wird, und zum anderen bedingt auch die geringste Schmutzablagerung an den Paßflächen eine ent-

■)0 sprechende Fehlorientierung. Weiterhin ist auch der lichte Abstand zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen der miteinander zu verbindenden optischen Fasern aus ähnlichen Gründen ähnlich großen Schwankungen unterworfen, zu denen noch Längen-

v, änderungen als Folge von Temperaturschwankungen hinzutreten. Es können sich daher in der Stoßfuge von zwei Anschlußkörpern allerlei Verunreinigungen absetzen, die, wenn sie im Lichtübertragungsweg vorhanden sind, zu weiteren Kopplungsverlusten führen.

bo Zur Vermeidung dieser Kopplungsverlustquelle und vor allem zur Anpassung des Brechungsindexes wird deshalb üblicherweise bei der bekannten Vorrichtung ein Immersionsöi zwischen die beiden Faserenden Verbracht. Mit einem solchen Brechungsindexanpaßöl

kann der Köpplungswirkungsgrad bei der bekannten Verbindungsvorrichtung üblicherweise um 5 bis 8% erhöht werden (vgl. zu alledem Electronics Letters 10 [1974], 280 bis 281).

In der US-PS 3914880 finden sich Beispiele für solche der Brechungsindexanpassung dienende Flüssigkeiten, einschließlich Klebstoffen. Die Verwendung von Immersionsflüssigkeit aber bringt offensichtlich Wartungsnachteile mit sich, da sie regelmäßig ^ erneuert werden muß, teils weil sie aus ihrem Spalt mit der Zeit herausläuft, teils wegen fehlender Alterungsbeständigkeit (Verharzung und Änderung der optischen Eigenschaften). Wird zu diesem Zweck ein Klebstoff benutzt, dann läßt sich eine einmal herge- ι ο stellte optische Verbindung nicht mehr ohne weiteres lösen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine wesentlich einfacher zu handhabende, wartungsfreie Verbindungsvorrichtung zu schaffen, die eine genauere Ausrichtung als bisher und demgemäß entsprechend geringere Kopplungsverluste auf sehr einfache Weise zuverlässig ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. 2C\

Hiernach trägt der Anschlußkörper ein konisches Endteil als das Paßstück, das sich zur freien Stirnfläche des Anschlußkörpers hin verjüngt. Der Anschlußkörper kann daher wie ein Stecker mit seinem Paßkonus in einen entsprechend angepaßten Hohlkonus des Fassungskörpers eingeführt werden, worauf der bereits in genauer koaxialer Ausrichtung fixiert ist. Der außergewöhnliche Vorteil der ineinandergreifenden Konus-Flächen ist der, daß jegliche mechanische Größenänderungen der Paßteile (infolge von Herstel- w lungstoleranzen, Temperaturänderungen oder auch Schmutzablagerungen) ausschließlich in axiale Abstandsänderungen zwischen den zu koppelnden Fasern umgesetzt wird, es wird daher eine axiale Fehlausrichtung der Faserenden mit dem begleitenden Lichtverlust vermieden. Die Endabstandsänderungen sind kein Problem, da sie durch die flexiblen Kontaktkuppen kompensiert werden. Es erstreckt sich also jedes Faserende durch den Anschlußkörper und ist stirnseitig von der transparenten, flexiblen Kontaktkuppe aus beispielsweise Silicongummi oder einem ähnlichen Material versehen, so daß Immersionsflüssigkeiten unnötig sind. Die auf den beiden Faserenden zweier sich gegenüberstehender Anschlußkörper angeordneten flexiblen Kontaktkuppen werden so zusamiTiengebracht und gegeneinandergehalten, daß sie sich unter Verformung berühren, wenn der Paßkegel des Anschlußkörpers im Hohlkonus des Fassungskörpers fixiert ist. Die optische Verbindung ist damit vervollständigt. Das Lösen der Verbindung erfolgt einfach durch bloßes Zurückziehen, was den mechanischen Kontakt unterbricht, so daß die flexible Kontaktkuppe wieder ihre unverformte Gestalt annimmt. Auf diese Weise werden die den Flüssigkeiten oder Klebstoffen zugeordneten Nachteile vermieden, und eine axiale Fehlausrichtung zwischen gekoppelten Fasern läßt sich zuverlässig auf weniger als 3 Mikrometer begrenzen. Ein weiterer Vorteil der flexiblen Kontaktkuppen ist der, daß das Faseranschlußende aus der Stirnseite des Anschlußkörpers etwas vorste- bo hen kann und nicht bündig zu sein braucht, wie dieses bei dem eingangs beschriebenen bekannten Anschlußkörper als Schutzmaßnahme für die Faserstirnfläche der Fall sein muß. Die Kontaktkuppe vermag auch ein etwas vorstehendes Faserende zu schützen. Der Vorteil eines etwiis vorstehenden Faserendes ist der, daß dieser sehr einfach mit einer planen Stirnfläche durch bloßes Abbrechen versehen werden kann, wenn dai Abbrechen in dem in Bell System Technical Journal 52 (1973), 1579 bis 1588, beschriebenen speziellen Verfahren erfolgt. Auf diese Weise läßt sich ein ansonsten erforderliches Präzisionsplanschleifen der Anschlußkörperstirnfläche vermeiden.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die flexible transparente Kontaktkuppe von domförmiger Gestalt. Die domförmige Gestalt führt zu einem vorteilhaften Wischeffekt, wenn zwei solche domförmige Kontaktkuppen einander berühren. Anfänglich berühren sich dabei nur die Spitzen, und bei gegenseitigem Andrücken vergrößert sich das Berührungsgebiet allmählich, so daß jegliche Luftblasen, Feuchtigkeitsreste oder sonstige Verunreinigungen nach außen gedrängt oder gewischt werden und so nicht die Kopplungsverluste erhöhen können.

Vorteilhaft wird die flexible Kontaktkuppe auch im Brechungsindex an den des Faserkernmaterials angeglichen. Hierdurch erhält man w·. mit Brechungsindexanpaßfiüssigkeiten eine Herabset rang der Kopplungsverluste ohne aber deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Zweckmäßig wird hierzu ein kleines Tröpfchen aus Silicongummi, Epoxyharz oder dergleichen auf das Faserende aufgebracht, um die domförmige Kontaktkuppe herzustellen. Das Material härtet aus und haftet sowohl am Faserende als auch am benachbarten Teil der Stirnfläche des Anschlußkörpe/s.

Ersichtlich kann der Fassungskörper entweder einen Doppelkonus aufweisen, um so wie eine beidseits offene Buchse zwei einander gegenüberstehende Anschlußkörper zur Herstellung der Verbindung aufnehmen zu können, oder aber der Fassungskörper wird mit dem einen dieser Anschlußkörper zu einem einteiligen Bauteil vereinigt und bildet dann eine einseitig offene Steckbuchse zur Aufnahme nur eines Anschlußkörpers.

Durch die Erfindung wird daher eine schnell herstell- und lösbare verlustarme Verbindungsvorrichtung für optische Fasern bereitgestellt, die stets und automatisch für eine hochgenaue koaxiale Ausrichtung der zu verbindenden optischen Fasern sorgt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Austührungsbeispiele im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Verbindungsvorrichtung für optische Fasern mit zwei Anschlußkörpern im verbundenen Zustand,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht der Anordnung nach Fig. 1 im optisch getrennten Zustand,

Fig. 3 die entsprechende Schnittansicht der Ausführungsform nach Fig. 1 bei hergestellter optischer Verbindung,

Fig. 4 eine vereinfachte Ansicht einer dreiteiligen Gießform zur Herstellung der Anschlußkörper,

Fig. 5 eine Schnittansicht der Gießform nach Fig. 4 in teilweise geöffnetem Zustand,

Fig. 6 eine S^hnittansicht einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen AnschluG-körperSj

Fig. 7 eine bildliche Illustrierung cEsr Schritte für das Aufbringen einer klären, flexiblen und im Brechungsindex angepaßten domartigen Kontaktkuppe,

Fig. 8 eine Sciisägansicht einer gestellmontierten Faserverbindungsanordnung,

Fig. 9 und 10 Schnittansichten der Anordnung nach Fig. 8 im gelösten bzw. verbundenen Zustand.

Wie in Fig. 1 dargestellt, hält ein von einer Basis 6

getragener Fassungskörper 1 zwei Anschlußkörper 3 und 3' mit konischen Endteilen 2_y 2' die Paßstücke in gegenseitiger, kolineärer Ausrichtung zueinander. Die konischen Endfeile 2 und 2' sind im dargestellten Ausführüngsbeispiel kreiskegelföfmig ausgebildet und werden nachstehend als Paßkegel bezeichnet. Die Anschlußkörper 3 und 3' umgeben die optischen Fasern 5 bzw, 5',- die durch Hülsen 4 bzw. 4' gehalten sind. Die optische Verbindung erfolgt innerhalb des Fässühgsköfpers 1 in der in Fig. 2 und 3 im einzelnen dargestellten Weise.

Fig. 2 7eigt die Paßkegel 2 und 2' und den Fassungskörper 1 unmittelbar vor Vervollständigung der optischen Verbindung. Die Paßkegel 2 und 2' sind mit Stirnflächen 12 bzw. 12' versehen, die die Enden der optischen Fasern 5 bzw. 5' umgeben. Die Stirnflächen 13 und 13' der optischen Fasern stehen sich freiliegend «>tr>artr]*»r nAnpniihpr ΓΊίί» ^**^rlif!ijc!i2ii 13 ü'lu 1^' Nach Vervollständigung der optischen Verbindung lag der Nominalabstand zwischen den Faäerstirnfiächen 13 Und 13' bei 30 Mikrometern, Die Breite der flexiblen Köntäktkuppen Il und 11', die die Faser* stirnftächen 13 und 13' sowie die Stirnflächen 12 und 12' bedeckten, betrug etwa 5 Faserdurchmesser. Die kontaktkuppen bedeckten die Faserstirnflächen 50 bis 100 Mikrometer dick. Im verbundenen Zustand wurden die Köntäktkuppen um einen Faktor von mehr als 2 zu I gequetscht. Die Fassung hätte zwei in koaxialer Ausrichtung gegenüberstehende Hohlkegel-Paßflächen 10 und 10', die aus Messing hergestellt waren, während die Verbindungskörper aus Kunststoff waren.

Zur Bestimmung des Ubertragungsverlustes bei der vorstehend beschriebenen Faserverbindungsvorrichtung wurde mit einem kohärenten Lichtstrahlenbün-

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ebenso auch die benachbarten Flächen 12 und 12' sind von transparenten, flexiblen domförmigen Kontaktkuppen 11 bzw. 11' bedeckt.

Sodann erfolgt die optische Verbindung (Fig. 3). Hierbei stoßen die flexiblen Kuppen 11 und 11' aufeinander, derart, daß sie einander unter Verformung berühren und so die optische Verbindung vervollständigt ist. Gleichzeitig kommt der Paßkegel 2 in mechanischen Kontakt mit seiner als Gegenstück zu ihm ausgebildeten Paßkegelfläche 10 des Fassungskörpers 1, so daß die Faserenden kolinear zueinander ausgerichtet sind. Ein Lichtstrahlenbündel 15, das das Ende der Fasre 5 passiert, verläßt die Stirnfläche 13 und tritt in die Kontaktkuppe 11 mit minimaler Reflexion oder Dämpfung ein, wenn dieser im Brechungsindex an den des lichtführenden Bereichs der Faser 5 angepaßt ist. Das Lichtstrahlenbündel, nunmehr als Strahlenbündel 16 bezeichnet, geht durch die Kontaktkuppe 11 und tritt in die Kontaktkuppe 11' über die flexible Grenzfläche im Kontaktbereich 14 ein. Der Lichtverlust ist hier vernachlässigbar, da an der Grenzfläche kein Brechungsindex-Sprung vorhanden ist. Das Licht tritt dann in die Stirnfläche 13' der Faser 5' ein und verläuft dann längs der Faser 5' als Strahlenbündel 17.

Bei der vorliegenden Faserverbindungsvorrichtung wird der Scheitelhalbwinkel 18 des Paßkegels im Hinblick auf sichere Halterung und Ausrichtung der optischen Faserenden gewählt. Generell gesprochen, liegt die untere Grenze für einen geeigneten Scheitelhalbwinkel 18 dort, wo die durch die Flächen 2 und 10 dargestellten Paßkegelflächen selbstblockierend werden, während die obere Grenze bei etwa 45° gelegen ist, bei der die Oberfläche 10 aufhört, eine nennenswerte Halterung für den Paßkegel 2 zu sein. Der Paßkegel 2 kann alternativ auch als Pyramidenstumpf ausgebildet sein, wobei für die Neigung der Pyramidenflächen ähnliche Überlegungen zutreffen.

Bei einer zu Versuchszwecken aufgebauten Faserverbindungsvorrichtung wurde gefunden, daß ein Scheitelhalbwinkel von etwa 10° eine ausgezeichnete Halterung ohne Selbstblockierung liefert. Hierbei wurden Multimoden-Fasern mit sich (in radialer Richtung) graduell änderndem Brechungsindex und eines Kerndurchmessers von 55 Mikrometer bei einem Manteldurchmesser von 110 Mikrometer benutzt. Die in der nachstehend beschriebenen Weise hergestellten Verbindungen lieferten eine axiale Fehlausrichtung zwischen gekoppelten Fasern von weniger als 3 Mikrometer.

von etwa 0.63 Mikrometer gearbeitet. Jeder von zahl-

2(i reichen Anschlußkörpern3'(Fig. 1) wurde außerhalb der Fassung wenigstens sechsmal verdreht und wieder eingesetzt, und zwar gegen die Kontaktkuppe 11 eines Standardanschlußkörpers 3, so daß der schlechteste Übertragungsverlust jeweils gemessen werden

Ά konnte. Insgesamt wurden jeweils 198 Anschlußkörper geprüft und in 90% der Fälle lag der Übertragungsver'!ist unter 0,14 dB, was ein ausgezeichneter Wert bei Verwendung in optischen Nachrichtenübertragungsanlagen ist.

jo Der Erfolg der Verbindungsvorrichung ist weitgehend der hohen Zweckmäßigkeit des Brechungsindexanpassungs-Kontaktkörpers zuzuschreiben. Die Brechungsindexanpassung reduziert Übertragungsverluste, die erstens durch Fresnel-Reflexion von et-

)ι was Licht an jeder Faserstirnfläche und zweitens durch Auffächerndes Restes des Lichtes durch Fresnel-Brechungbeim Durchgang durch eine Stirnfläche hervorgerufen werden. Wenn keine Brechungsindexanpassung benutzt wurde, war der Übertragungsverlust infolge der Fresnel-Reflexions- und -brechungseffekte etwa 0,6 dB größer.

Vom Standpunkt der Herstellung jedes Anschlulikörpers her gesehen, führt bereits die Herstellung leicht zu einer billigen Präzisionsausrichtung von Fasern selbst kleinen Durchmessers im Anschlußkörper, so daß dieser auch in Massenproduktion hergestellt und im Arbeitsfeld verwendet werden kann, ohne daß umständliche Justierungen erforderlich wären. Bei der Herstellung des Anschlußkörpers wird, allgemein gesprachen, das Ende der optischen Faser im Anscr VnB-körper gesockelt, wonach die Kontaktkuppen-Substanz auf die Faserstirnfläche aufgebracht und ausgehärtet wird. Die nachstehend beschriebenen Einzelheiten dieses Verfahrens geben Aufschluß über dessen Umfang.

Der Anschlußkörper kann zweckmäßig und preiswert mit Hilfe einer Gießformanordnung der in Fig. 4 und 5 dargestellten Art hergestellt werden. Der Doppelkonus-Fassungskörper wird zweckmäßig gleich-

bo falls als Formgußkörper hergestellt.

Fig. 4 zeigt ein Präzisionsformwerkzeug 20 von weitgehend quaderförmigem Umriß. Das Formwerkzeug 20 ist mit einem in Präzisionsbearbeitung hergestellten Hohlkegelraum 24 versehen. Das Formwerkzeug 20 wird in einer (nicht dargestellten} Halterung zusammen mit einem unteren und einem oberen Block 21 bzw. 22 angeordnet, die den erforderlichen zylindrischen Hohlraum 25 für den zylindrischen Teil des

Ahsclilüßkörpcrs bilden,

Fig. 5 zeigt dos Pfäzisionsfofmwefkzetig 20 in Schnittansicht längs deli Pfeilen 3B-3B i'ii Fig_; 4. Der öbcrc Vdrbindüngskörpefblock 22 ist abgenommen und gibt die Draufsicht auf den unteren Block 21 frei. ί Das Formwerkzeug 20 grenzt bei clef Ebene 23 an die BiociäC: 21 lind 22 an.

Im Gießhöliiräum 24, 25 ist in Hierzu koaxialer Ausrichtung clic Faser 5 eingespannt öder anderweitig gehalten. Wenn Viskosität und Strömungsgeschwin- in digkcil des benutzten Gußmaterials so sind, daß die Faser während des Gusses verbogen oder gar abgebrochen wird, kann eine zusätzliche Unterstützung durch eine Metallhülse 4 vorgesehen werden. Letztere wird, wenn sie benutzt wird, im Gußhohlraum in der ι j dargestellten Weise angeordnet, ist also in einer Vertiefung des Blockes 21 selbsttragend gehalten. Die optische Faser 5 ist durch die Hülse 4 hindurchgeschoben und in die öffnung 27 eines Einführungstrichtcrs 26 eingeführt, so daß das Ende der Faser 5 zum Hohlkcgelraum24 mit einer Genauigkeit koaxial ausgerichtet ist, die typischerweise kleiner als 1 ° Winkelabweichung beträgt.

Polytctrafluorälhylen-Scheibcn 36 und eine Epoxy-Verkittung 37 halten die Faser innerhalb der 2i Hülse 4 in Stellung. Statt dessen kann auch eine PoK-tctrafluoräthylcn-lnnenhülse, die von der Hülse 4 festgelegt wird, benutzt werden. In einer weiteren Abwandlung kann, wenn die Faser, wie beispielsweise in einem Kabel, eine dicke Kunststoffschutzumman- in tclung besitzt, die Hülse groß genug gemacht werden. derart, daß sie auf die Schutzummantelung aufgeschoben werden kann und so die Faser in Stellung hält.

Fine genaue Zentrierung und Einschmelzung der Faser 5 in der Öffnung 27 wird durch Kompression r, eines Rings 28 in einem Kanal 29 mit Hilfe eines Kolbens 30 bewerkstelligt, an dessen Kopf 32 eine Widcrlagerfläche vorgesehen ist. gegen die eine Schraube 33 eingedreht wird. Die Schraube 33 ist mit einem Schlitz für einen Schraubenzieher versehen und kann -m

SO VOr ÜC

Ein geeignetes Spfitzgußmaterial ist ein solches, das gute Förmstabililät, lineiafes Schrumpfverhalten, niedrige"!! Expansionskqeffizienfen und hohe Abriebsfestigkeit besitzt; Die Gußströmung sollte so weich wie möglich seiri; um Fäsefvefbiegung oder -bruch zu vermeiden.- Die Wäfmstaiidzeil sollte kürz seih, um die Hersteüüngszykluszeit zu Verringern, Gießfähige Polyester und Epoxyharze sind für die Gießsübstäriz geeignet. Eine'Beimischung von Quarz oder anderen mineralischen Füllmatcrialicn stabilisiert das gegossene Medium, reduziert das Schrumpfen und verbessert die Abriebfestigkeit der Oberfläche. Das spezielle Gußmaterial, das zur Demonstration der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, war ein pulverförmiges Vergußmaterial auf Epoxy-Basis, welches in der US-PS 3484398 beschrieben ist.

Das Vergußpulver wird sechs Minuten lang auf 85" C erhitzt. Ober einen Vakuumkanal 35 wird der Hohlraum des Gießwerkzeuges auf 0,01 Torr ( = 0,267 mbar) unmittelbar vor der Beschickung mit dem Vergußmaterial evakuiert. Sodann wird das Verguß-Material bei einem Druck von 28.7 bis 31,5 kgcnv durch einen 51 Mikrometer breiten Angußkanal 34 in den Formhohlraum gedrückt, der auf 150 bis 160" C erwärmt ist. Die Breite des F.nllüftungs- oder Evakuierungskanals 35 ist 25,4 Mikrometer, was klein genug ist. so daß die mit einem mineralischen Füllmaterial versetzte Spritzgußmasse zwar durch den Angußkanal 34 eintreten, den Formhohlraum aber nicht über den Entlüftungskanal 35 verlassen kann. Die in den Formhohlraum über den Angußkanal 34 eintretende Spritzgußmasse umgibt das Ende der optischen Faser, wenn sie die Hohlräume 25 und 24 rasch füllt und längs des Einführungstrichters 26 zur Öffnung 27 läuft, die bei der Spritzgußtemperatur durch die thermische Expansion des Rings 28 verschlossen ist. Das Gießmaterial schiebt jegliches Restgas im Hohlraum 24 vor sich her und befördert es in das Innere der Hülse 4. Auf diese Weise wird das Ende der Faser 5 von einem Anschlußkörper umgössen, wobei die Fa-

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vorher mit Hilfe eines sich konzentrisch verjüngenden Zapfens hergestellter Gußkörper aus einem Material, beispielsweise Silicongummi oder dergleichen, das temperaturbeständig ist und keiner Zersetzung unterliegt, wenn es in einem geschlossenen Raum erhitzt wird. Jedes handelsübliche heiß-aushärtende Gießharz ist für diesen Zweck geeignet.

Ein Präzisionstrichter 38 erhöht, wie gefunden wurde, das Zentrierungsvermögen des Ringes 28. Der 5η Trichter 38 ist koaxial zum Hohlkegelraum 24 mit einer Toleranz von weniger als ein Mikrometer. Andererseits ist der Trichterscheitel-Halbwinkel nicht kritisch und beträgt zweckmäßig 75°.

Der Ring 28 wird teilweise komprimiert, so daß v; die mit Ultraschall gereinigte Faser 5 längs des Führungstrichters 26 durch die öffnung 27, den Ring 28 und einen Kanal 31 des Kolbens 30 eingeführt werden kann. Wenn eine Nylon- oder eine andere Weichbeschichtung auf der Faser vorgesehen ist, dann wird e>o diese Beschichtung vorteilhafterweise wenigstens im Bereich zwischen Hülse 4 und Kolben 3 im Hinblick auf möglichst genaue Zentrierung der Faser abgestreift. Der Ring 28 wird dann voll komprimiert, und die Anordnung, die den oberen Block 22, den unteren Block 21 und das Präzisionsformwerkzeug 20 umfaßt, wird im zusammengebauten Zustand auf Spritzgußtemperatur erhitzt.

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Anschlußkörpers ausgerichtet ist. Die hergestellten Anschlußkörper hatten die folgenden Abmessungen: 6,34 mm Zylinderkörper-Durchmesser, 10° Kegelscheitelhalbwinkel und 5.6 mm Kegellänge. Der gegossene Körper wird 5 Minuten lang ausgehärtet, zur Entspannung des Rings 28 abgekühlt, der Form entnommen, dann einer 4stündigen Nachaushärtung bei 150° C unterzogen.

Es versteht sich, daß zahlreiche Details des beschriebenen Gießverfahrens von den Eigenschaften der Gpeziell benutzten Vergußmasse abhängig sind und bei Verwendung anderer Vergußmassen und -verfahren entsprechend abzuändern sind.

In Fig. 6 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, mit der das Ende einer optischen Faser von einem Anschlußkörper umschlossen werden kann. Hierbei wird zunächst der Anschlußkörper 40 mit seinem Paßkegel 42 im Spritzgußverfahren hergestellt derart, daß er einen sich verjüngenden Kanal 43 aufweist, in den dann die Faser 41 eingeführt und befestigt werden kann. Der Kanal 43 hat eine breite Aufnahmeöffnung und einen Führungskonus für ein leichtes Einsetzen der Faser 41. auch wenn dieses im Feld erfolgt. Der Winkel 46 des sich verjüngenden Teils im Bereich des Paßkegels 42 ist klein gewählt, zweckmäßig 2°, so daß eine winkelmäßige Fehlausrichtung der Faserachse vernachlässigbar ist.

Der Kanal 43 wird durch Umgießen eines sich verjüngenden Domes anstelle der Hülse 4, ansonsten in ähnlicher Weise wie in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben, hergestellt. Der Dorn hat eine der Form des Kanals 43 entsprechende Form und ein drahtähn- ~> liches Ende, das nur Wenig größer ist als der Durchmesser der optischen Faser. Das Dornende erstreckt sich durch die Öffnung 27 in Fig. 5 und Wird vom Ring 28 während des Gießprozesses ergriffen.

Nach Beendigung des Gießprozesses wird der obere ι ο Körperblock 22 entfernt, werden das Präzisionsformwerkzeug 20 und der Anschlußkörper 40 vom unteren Block 21 abgehoben, wonach der Anschlußkörper 40 aus dem Hohlraum 24 des Formwerkzeuges 20 entfernt wird. Der Dorn, dessen dickeres Ende aus dem π Anschlußkörper 40 wie das eine Ende der Hülse 4 in Fig. I vorsteht, wird dann hieran ergriffen und her-

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Der Anschlußkörper 40 wird dann an der optischen Faser 41 zweckmäßig mit einem Klebstoff 44 hefestigt. Befriedigende Klebstoffe für einen Epoxy-Anschlußkörper und eine nylonbeschichtete Glasfaser sind unter anderem die schnellhärtenden Epoxy-Harze.

Wenn die plane und senkrecht orientierte Stimfläehe der optischen Faser nicht schon vorher präpariert worden ist, dann wird sie anschließend in der Nähe oder hei der Anschlußkörperstirnfläche erzeugt (siehe Fig. 2). Wenn beispielsweise der Anschlußkörper aus der Form nach Fig. 5 entnommen wird, dann steht das Ende der Faser 5 aus der Anschlußkörperstirnfläche um einige Zentimeter vor. Die Faser kann dann zum Erhalt einer senkrecht orientierten planen Stirnfläche in einem speziellen Verfahren abgebrochen werden wie dieses in Bell System Technical Journal ü (1973), 1579 bis 1588, beschrieben ist.

Fig. 7 zeigt ein Verfahren zum Aufbringen einer flexiblen Kontaktkuppe von domartiger Gestalt (47 in Fig. 4). Zu diesem Zweck wird eine Applikator-Spitze 50 in eine flüssige Kontaktsubstanz 51 eingetaucht, die sich in eine"! Behälter 52 befindet. Als nächstes wird die Applikatorspitze 50 zurückgezogen, so daß sie einen Tropfen der Substanz 53 hält, der dann in Richtung des Pfeils 54 bewegt wird. Der Tropfen 53 wird dann mit der Spitze 50 als domförmige Kontaktkuppe 55 auf die Stirnfläche 58 des Verbindungskörpers 59 appliziert, derart, daß sie die Stirnfläche 56 der Faser 57 und wenigstens einen Teil der Stirnfläche 58 bedeckt, um so die optische Anschlußeinheit zu vervollständigen. Andere Verfahren zum Aufbringen einer Kontaktkuppe sind gleichfalls möglich.

Die Kontaktkuppe 55 entsteht durch das Aufbringen des Tröpfchens 53 in konvexer domartiger Form, es können aber auch andere Formen für die Kontaktkuppen Verwendung finden. In diesem Zusammenhang ist jede Form befriedigend, die sich bei Berührung mit einer anderen Kontaktkuppe verformt, um einen durchgehenden optischen Weg ohne Lufteinschlüsse oder andere Diskontinuitäten zu erzeugen, eo

Als die Substanz 51 kann jegliches Material verwendet werden, das bequem appliziert werden kann, zu einem flexiblen Körper ausgehärtet und bei der Übertragungswellenlänge der Faser transparent ist, vorzugsweise im Brechungsindex an den Brechung»- index der Stirnfläche der benutzten Faser angepaßt ist und an der Anschlußkörperspitze haftet. Handelsübliche Mischungen, die in dieser Hinsicht befriedigend sind, umfassen Epoxy-Verbindungen und Siliconkautschuke.

Unter den Siriconkautschükmaterialien sind die bei Raumtemperatur vulkanisierenden (RTV) Kautschuk-Fertigmischungen von Vorteil, da hierbei keine Notwendigkeit besteht, getrennt abgepackte Produkte zu mischen, und da sie bequemerweise auch in feuchter Raumluft aushärten. Siehe Chemistry in Britain 6 (1970), 519 bis 524. Ein handelsübliches Produkt, das sich bei den Versuchen als befriedigend erwiesen hat, ist ein RTV-Siliconkautschuk, der in 24 bis 72 Stunden bei Raumtemperatur und bei 20% Luftfeuchtigkeit ohne korrosive Nebenprodukte aushärtet. Das ausgehärtete Produkt ist für Anwendungen im Feld gut geeignete, da es in einem Temperatu"·- bereich von -65 bis +200⁰C flexibel bleibt. Im ausgehärteten Zustand hat dieser RTV-Siliconkautsrhuk einen Brechungsindex von 1.46. der an den Brechungsindex von 1,458 der der in den Versuchen benutzten germaniumdotierten dämpfungsarmen Quarzfaser hervorragend angepaßt ist.

Beispiele anderer Materialien, die bei Fasern mit unterschiedlichem Brechungsindex Verwendung finden können sind:

1. ein RTV-Siliconkautchuk eines Brechungsindexes /i = 1,475

2. ein Epoxy-Vergußmaterial eines Brechungsindexes η = 1,477

3. ein transparentes Epoxy-Gel eines Brechungsindexes /i = 1,523.

Das vorliegende Prinzip kann bei der Herstellung zahlreicher Verbindungsvorrichtungen für optische Fasern angewandt werden. Eine Ausführungsform zum Herstellen einer optischen Verbindung zwischen einem Gestell und einem in dieses einzusetzenden Modul ist in Fig. 8 dargestellt.

Ein Modulabschlußgehäuse 61 und ein Gestellanschlußgehäuse 62 sind am Modul bzw. Gestell (wie dargestellt) mit Nieten oder Schrauben bei 63 und 64 festgelegt. Eine sendeseitige optische Faser 65, die vom Anschlußkörper 66 umgeben ist, ist in das ModulanschluLSgehause 6i über den Einführungstrichter 67 (siehe auch Fig.9) eingeführt, während die sendeseitige Faser 68, die vom Anschlußkörper 69 umgeben ist, in das Gestellanschlußgehäuse 62 in ähnlicher Weise eingesetzt wird. Die empfangsseitigen optischen Faser- und Anschlußkörper-Einheiten 65', 66' und 68', 69' sind in Einführungstrichter 67' in gleicher Weise eingeführt. Wenn der Modul in dem Gestell montiert wird, werden an der Spitze angeschrägte Führungsstifte 70 und 73, die seitlich zu den Achsen der optischen Fasern versetzt sind und nicht Bestandteil eines Lichtweges sind, in Führungsbohrungen 71 und 74 eingeführt, die gleichfalls mit Einführungstrichter 72 und 75 versehen sind.

Auf diese Weise wird eine Grobausrichtung der optischen Faserachsen vorab bewerkstelligt. Wenn die Führungsstifte in ihre Führungsbohrungen gleiten, treten sie in Eingriff mit federbelasteten Stößeln (nicht dargestellt), die innerhalb der Führungen sitzen, von denen jede in einem Schlitz 82 verlaufende Hebelzapfen 81 besitzt, die auf eine Staubabdeckung 79 stoßen. Der Eingriff beeinträchtig selbstverständlich in keiner Weise die vorher bewerkstelligte Grobausrichtung. Die Staubabdeckung 79 dreht sich am den Zapfen 80, der geeignet federbelastet ist. Wenn daher die Staubabdeckung79 angehoben wird, sind die Stirnflächen 95' und die flexible Kontaktkuppe 96' des Ver-

bindüngskörpers 69 im Kanal 77jri der Nähe des AufnahrnehöMkegels 76 freigelegt. Ähnliches gilt auch für den Anschlußkörper 69'. Ersichtlich können zahlreiche Abdeckanordnungen und Mechanismen zur Verwendung bei den vorliegenden Anschlußgliedern vorgesehen werden.

Fig. 9 und 10 zeigen eine Schnittansicht längs der Schnittebene 7A_} TA in Fig. 8. Die Figuren dienen zur Erläuterung von Einzelheiten der Anschlußkörper 66 und 69, die die optischen Fasern 65 und 68 umgeben, welche sich ihrerseits in grober Ausrichtung infolge des Eingriffs der Fiihrüngsstifte 70 Und 73, wie bereits beschrieben, befinden. Die Anschlußkörper 66 und 69 befinden sich im Modulanschlußgehäuse 61 bzw. Gesteilanschlußgehäuse 62 und werden dort in Stellung gehalten durch Kronenfedern 90 bzw. 90', die in die Einkerbungen 91 und 91' eingreifen und sich gegen die Schrägflächen 92 und 92' legen.

Der Ansf.hlußkörper 69 wird mit seinem Paßkegel 94' gegen den Aufnahmehohlkegel 98 im Kanal 97' durch auf die Schrägfläche 92' einwirkende Kraft der Kronenfeder 90' gedrängt und sicher in Stellung gehalten. Die Stirnfläche 95' auf der sich die Kontaktkuppe 96' befindet, ist so im Kanal 77 positioniert. Der Anschlußkörper 66 wird von der Kronenfeder 90 am Hals 91 lose gehalten, so daß der zylindrische Oberflächenteil 93 vom Kanal 97 umgeben ist und der Paßkegel 94 nebst Stirnflache 95 und Kontakt-Icuppe 96 zur Vervollständigung der optischen Verbindung vorbereitet ist.

Entsprechend Fig. 10 ist die optische Verbindung vervollständigt, wenn das Modulanschlußgehäuse 61 am Gesteilanschlußgehäuse 62 anliegt. Die Anschlußkörper 66 und 69 kommen zusammen, so daß die durchsichtigen flexiblen Kontaktkuppen 96 und

96' unter Deformierung einander berühren und die optische Verbindung vervollständigen. Die axiale Ausrichtung wird bewerkstelligt, wenn der Paßkegel 94 in den Aufnahmehohlkegel 76 gepreßt wird, was durch die Wirkung der Schrägfläche 92 erfolgt, die gegen die Kraft der Kronenfeder 90 nach hinten gedrängt wird. Der so über die Anschlußkörper erzeugte Federdruck hält die Kontaktkuppen 96 Und 96' zusammen und damit, die Faserenden optisch verbunden. Es sei bemerkt, daß der zylindrische Teil 93 im Kanal 97 ausweichbar gehaltert ist, so daß die axiale Ausrichtung in der dargestellten Weise erfolgen kann. Abrieb ist auf ein Mindestmaß herabgesetzt, da ein Vollflächenkontakt erst im letzten Moment der Verbindung erreicht wird.

Die eingeformten Aufnahmehohlkegel 76 und 98 der Anschlußvorrichtung können vorzugsweise mit radial verlaufenden seitlichen Nuten versehen sein, wie dieses für den Aufnahmehohlkegel 76 in Fig. 9

■20 dargestellt Ist. In diesen seitlichen Nuten sammelt sich der in den Eingriffsbereich möglicherweise gelangende Staub an, und diese Nuten ermöglichen eine Selbstreinigungswirkung, wenn der Anschlußkörper 66 wiederholt gesetzt und gelöst wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Oberfläche 94' des Anschlußkörpers 69 mit der Fläche 98 verschmolzen oder einstückig gegossen sein, so daß das Gehäuse 62 einer Anschlußbuchse gleicht, deren Aufnahmefläche 76 den Eingriffskonus 94 des Anschlußkörpers 66 aufnimmt. Weiterhin kann ein Bajonettverschluß oder dergleichen zur Begrenzung der Verdrehung des Anschlußkörpers um dessen Achse wünschenswert sein, so daß eine Verzerrung der Kontaktkuppen und ein Abrieb der aneinandergrenzenden Oberflächen auf ein Minimum gebracht wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verbindungselement für optische Fasern mit

— einem mit einem Paßstück versehenen Anschlußkörper zur fixierten Halterung in einem an das Paßstück angepaßten Fassungskörper,

— wobei der Anschlußkörper als Sockelung für eine optische Faser dient, die sich durch ihn koaxial hindurch erstreckt und bei seiner freien Stirnfläche endigt,

dadurch gekennzeichnet, daß

— das Paßstück des Anschlußkörpers (3) durch ein konisches Endteil (2) des Anschlußkörpers gebildet ist, das sich zu dessen freien Stirnfläche (12) hin verjüngt und zur Fixierung in einem entsprechenden Hohlkonus (10^ des Fassungskörpers (1) vorgesehen ist, und

— das freie Ende der optischen Faser (13) und ein Teil der Stirnfläche (12) von einer transparenten, flexiblen Kontaktkuppe (11) bedeckt sind.

2. Vorrichtung nach Am-pruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuntaktkuppe (11) domförmig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex der Konta-vikuppe an den des Faserkernmaterials angepaßt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, d-3 die Kontaktkuppe (11) aus einer Substanz aufgebaut ist, die aus der aus den Epoxy- und Siliconkautschukzusammensetzungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkörper (3) aus einem gießfähigen Material hergestellt ist, das aus der aus den gießbaren Polyester- und Epoxy-Zusammensetzungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Scheitelwinkel des konischen Endteils (2) etwa 10° beträgt.