RU2018161C1

RU2018161C1 - Device for spilcing fiber-optic couplers

Info

Publication number: RU2018161C1
Authority: RU
Inventors: А.Е. Семов; А.И. Долгов; Е.Я. Николаев; Г.Д. Басиладзе
Original assignee: Конструкторское бюро "Домен" при Симферопольском государственном университете им.М.В.Фрунзе
Priority date: 1991-11-12
Filing date: 1991-11-12
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: fiber optics. SUBSTANCE: device has two aligned drums for laying and fixing fibers, two mechanismsm for twisting and stretching fibers, heating unit movably mounted along the aixs of drums and including an electrode switch and holder on which four groups of electrodes are situated and arranged in pairs symmetrically relative to the plane orthogonal to the axis of the drums. Electrodes of each pair are disposed symmetrically relative to the axis of drums. Each group is composed of "n" electrodes each of which is connected to the switch capable of parallel connection of electrodes of pairs opposite with respect to the symmetry axis or electrodes of one of the pairs of electrode groups. EFFECT: improved quality. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к устройствам для изготовления компонентов волоконно-оптических систем передачи. The invention relates to fiber optics, in particular to devices for the manufacture of components of fiber optic transmission systems.

Известно устройство для сплавления волоконно-оптических разветвителей, на котором размещены два блока для укладки, фиксации, скрутки и растяжения оптических волокон, а также локальный нагревательный элемент в виде пары электродов с возможностью продольного перемещения вдоль волокон [1]. A device for fusing fiber-optic splitters is known, on which there are two blocks for laying, fixing, twisting and stretching optical fibers, as well as a local heating element in the form of a pair of electrodes with the possibility of longitudinal movement along the fibers [1].

Недостатком известного устройства является то, что при сплавлении скрученных волокон локальным источником нагрева существует вероятность расхождения волокон под действием сил упругости, возникающих при скрутке, что приводит к ухудшению качества разветвителей. A disadvantage of the known device is that when the twisted fibers are fused with a local heating source, there is a possibility of fiber divergence due to the elastic forces arising during twisting, which leads to a deterioration in the quality of the splitters.

Кроме того, ширина области дугового разряда локального нагревательного элемента в виде пары электродов сравнима с диаметром волокна и недостаточно широка для одновременного сплавления большого пучка оптических волокон в процессе изготовления многополюсных разветвителей. In addition, the width of the arc discharge region of the local heating element in the form of a pair of electrodes is comparable with the diameter of the fiber and is not wide enough for the simultaneous fusion of a large bundle of optical fibers during the manufacture of multipolar splitters.

Известно также устройство для изготовления многополюсного звездообразного разветвителя, содержащее основание, на котором размещены два блока для укладки, фиксации, скрутки и растяжения оптических волокон, а также пpотяженный стационарный нагревательный элемент [3]. It is also known a device for manufacturing a multipolar star-shaped splitter containing a base on which are placed two blocks for laying, fixing, twisting and stretching optical fibers, as well as an extended stationary heating element [3].

Основным недостатком такого устройства является низкое качество сплавляемых разветвителей, так как применение протяженного нагревательного источника не обеспечивает широкое варьирование геометрических параметров биконической области сплавления волокон для оптимизации оптических характеристик разветвителей. The main disadvantage of this device is the low quality of the fused splitters, since the use of an extended heating source does not provide a wide variation in the geometric parameters of the biconical region of fiber fusion to optimize the optical characteristics of the splitters.

Кроме того, применение известных протяженных нагревательных элементов для сплавления волоконно-оптических разветвителей имеет следующие недостатки. Резистивные печи и нагревательные элементы с косвенным нагревом, например, посредством кварцевой трубки, нагреваемой лазером или микрогорелкой, инерционны, что затрудняет оперативное управление их температурой, и не позволяет варьировать протяженность зоны нагрева для оптимизации условий сплавления. Большинство конструкций протяженных нагревательных элементов - закрытого или полузакрытого типа, что затрудняет контроль за процессом сплавления разветвителей, например, с помощью микроскопа, что приводит к ухудшению воспроизводимости их характеристик. In addition, the use of known extended heating elements for fusing fiber optic splitters has the following disadvantages. Resistive furnaces and heating elements with indirect heating, for example, by means of a quartz tube heated by a laser or a micro burner, are inertial, which complicates the operational control of their temperature, and does not allow varying the length of the heating zone to optimize fusion conditions. Most designs of extended heating elements are closed or half-closed, which makes it difficult to control the fusion process of the splitters, for example, using a microscope, which leads to a deterioration in the reproducibility of their characteristics.

Газовые горелки не обеспечивают варьирование протяженности зоны нагрева при неизменной температуре и наоборот варьирование температуры зоны нагрева при ее неизменной протяженности. К тому же, во всех газовых горелках осуществляется поддув газа под давлением, что может привести к искривлению волокон на участке сплавления волоконно-оптических разветвителей. Gas burners do not provide a variation in the length of the heating zone at a constant temperature, and vice versa, a variation in the temperature of the heating zone at a constant temperature. In addition, in all gas burners, gas is blown under pressure, which can lead to curvature of the fibers in the fusion section of the fiber optic splitters.

Устройство для сплавления волоконно-оптических разветвителей содержит основание, на котором размещены два блока для укладки, фиксации, скрутки и растяжения оптических волокон, и нагревательный блок, расположенный между ними на основании с возможностью продольного перемещения вдоль волокон. A device for fusing fiber-optic splitters contains a base on which are placed two blocks for laying, fixing, twisting and stretching optical fibers, and a heating block located between them on the base with the possibility of longitudinal movement along the fibers.

В предлагаемом устройстве нагревательный блок состоит из переключателя электродов и держателя, на котором установлены четыре группы электродов, расположенные попарно симметрично относительно плоскости, перпендикулярной оси барабанов, при этом каждая группа состоит из n (n = 1, 2 , 3,...,) электродов. Каждый из электродов соединен с переключателем с возможностью параллельного подключения электродов противоположных относительно оси симметрии пар или электродов одной из пар групп электродов. Группы электродов каждой пары расположены симметрично относительно оси барабанов. In the proposed device, the heating block consists of an electrode switch and a holder, on which four groups of electrodes are mounted, arranged in pairs symmetrically with respect to a plane perpendicular to the axis of the drums, each group consisting of n (n = 1, 2, 3, ...,) electrodes. Each of the electrodes is connected to a switch with the possibility of parallel connection of electrodes of pairs or electrodes opposite to the axis of symmetry of one of the pairs of electrode groups. The groups of electrodes of each pair are located symmetrically relative to the axis of the drums.

Такая конструкция нагревательного блока позволяет повысить качество сплавляемых разветвителей, так как сплавление скрученных волокон осуществляют посредством протяженной зоны нагрева: при параллельном подключении электродов противоположных относительно оси симметрии пар, что обеспечивает качественное соединение волокон друг с другом, а формирование биконической области сплавления разветвителя - посредством перемещающейся локальной зоны: при подключении электродов одной из пар прилежащих групп, что позволяет варьировать ее геометрические параметры для оптимизации оптических характеристик разветвителей [2]. This design of the heating unit allows to improve the quality of the fused splitters, since the fusion of twisted fibers is carried out by means of an extended heating zone: when the electrodes opposite to the axis of symmetry are connected in parallel, which ensures high-quality connection of the fibers with each other, and the formation of the biconical fusion region of the splitter - by moving local zones: when connecting the electrodes of one of the pairs of adjacent groups, which allows you to vary its geome tric parameters for optimizing the optical characteristics of the splitters [2].

Использование дугового разряда для создания протяженной зоны нагрева обеспечивает безынерционное регулирование температуры нагрева и варьирование протяженности зоны нагрева, позволяет упростить контроль за процессом сплавления разветвителей и повысить воспроизводимость их характеристик. Using an arc discharge to create an extended heating zone provides inertialess control of the heating temperature and varying the length of the heating zone, simplifies control over the fusion process of the splitters and improves the reproducibility of their characteristics.

Экспериментально установлено, что расположение групп электродов под углом друг к другу образует широкую зону нагрева с равномерным распределением энергии за счет возможности максимально приблизить острия электродов друг к другу без дополнительной изоляции и тем самым добиться максимального перекрытия областей дуговых разрядов. It was experimentally established that the location of the groups of electrodes at an angle to each other forms a wide heating zone with a uniform distribution of energy due to the ability to bring the tips of the electrodes as close as possible to each other without additional insulation and thereby achieve maximum overlap of the areas of arc discharges.

Кроме того, расположение электродов под углом друг к другу исключает вероятность формирования дугового разряда на боковых поверхностях электродов, прилегающих к остриям, и тем самым обеспечивает стабильность дугового разряда. In addition, the location of the electrodes at an angle to each other eliminates the possibility of the formation of an arc discharge on the side surfaces of the electrodes adjacent to the tips, and thereby ensures the stability of the arc discharge.

Поэтому для увеличения равномерности распределения энергии в зоне нагрева и повышения стабильности дугового разряда группы электродов расположены под углом друг к другу и при количестве электродов в группе n ≥ 2 их также располагают под углом друг к другу в плоскостях, перпендикулярных основанию. Therefore, to increase the uniformity of the energy distribution in the heating zone and increase the stability of the arc discharge, the groups of electrodes are located at an angle to each other and with the number of electrodes in the group n ≥ 2 they are also placed at an angle to each other in planes perpendicular to the base.

Конструкция нагревательного блока предлагаемого устройства позволяет варьировать число электродов, увеличивая ширину зоны нагрева в зависимости от количества и диаметров сплавляемых волокон, обеспечивая тем самым сплавление многополюсных разветвителей. The design of the heating block of the proposed device allows you to vary the number of electrodes, increasing the width of the heating zone depending on the number and diameter of the fibers being fused, thereby ensuring the fusion of multipolar splitters.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - схема исполнения переключателя. Figure 1 shows the proposed device, front view; figure 2 is the same, a top view; figure 3 - circuit design of the switch.

Устройство для сплавления многополюсных разветвителей с числом полюсов, не превышающим десяти, содержит основание 1, на котором размещены два блока 2, содержащих барабаны для укладки и фиксации и механизмы для скрутки и растяжения оптических волокон. Каждый блок 2 имеет подвижную каретку 3 с возможностью перемещения посредством микрометрического винта 4 и двигателя 5. На подвижной каретке 3 размещен барабан 6 с пазами 7 для укладки волокон, вращающийся с помощью двигателя 8. A device for fusing multipole splitters with a number of poles not exceeding ten comprises a base 1 on which two blocks 2 are placed, containing drums for laying and fixing and mechanisms for twisting and stretching the optical fibers. Each block 2 has a movable carriage 3 with the possibility of movement by means of a micrometer screw 4 and engine 5. On the movable carriage 3 there is a drum 6 with grooves 7 for laying fibers, rotated by engine 8.

Между блоками 2 на основании расположен нагревательный блок, включающий в себя держатель 9 с электродами с возможностью продольного перемещения вдоль волокон посредством подвижной каретки 10, микрометрического винта 11 и двигателя 12. На держателе 9 (фиг.2) закреплены электроды в виде четырех групп 13 - 16, расположенных под углом друг к другу попарно симметрично относительно оси, перпендикулярной оси волокон, при этом каждая группа состоит для данного конкретного случая из двух электродов, расположенных под углом друг к другу в плоскости, перпендикулярной основанию. Каждый из электродов с помощью высоковольтных проводов соединен с переключателем электродов, который вынесен на пульт управления устройством. Для данного конкретного примера переключатель электродов может быть выполнен, например, в виде спаренных тумблеров типа МТ-3 с дополнительной изоляцией контактов эпоксидным клеем по схеме, приведенной на фиг.3. Between the blocks 2, a heating block is located on the base, which includes a holder 9 with electrodes with the possibility of longitudinal movement along the fibers by means of a movable carriage 10, a micrometer screw 11 and an engine 12. On the holder 9 (figure 2) electrodes are fixed in the form of four groups 13 - 16, arranged at an angle to each other in pairs symmetrically with respect to the axis perpendicular to the axis of the fibers, each group for this particular case consisting of two electrodes located at an angle to each other in the plane, perp dikulyarnoy base. Each of the electrodes using high-voltage wires is connected to the electrode switch, which is placed on the control panel of the device. For this specific example, the electrode switch can be performed, for example, in the form of paired MT-3 type toggle switches with additional insulation of the contacts with epoxy adhesive according to the scheme shown in Fig. 3.

В одном из положений (фиг.3 - нормально замкнутое) переключатель посредством одних контактных групп соединяет напрямую каждый электрод с электродуговым блоком питания, при этом электрическая дуга подключается между противоположными относительно оси симметрии группами 13 и 14; 15 и 16 электродов, создавая тем самым протяженную объемную зону нагрева. В другом положении (на фиг. 3 - нормально разомкнутое) переключатель посредством других контактных групп отключает от блока питания группы 13, 14 и 16 электродов, оставляя подключенными электроды группы 15. Одновременно с этим электроды группы 13 соединяются с выходами блока питания, предназначенными для электродов группы 16, и таким образом электрическая дуга подключается между парой прилежащих групп 13 и 15 электродов, создавая тем самым локальную зону нагрева. In one of the positions (Fig. 3 — normally closed), by means of contact groups, each electrode directly connects each electrode to an electric arc power supply, while an electric arc is connected between groups 13 and 14, which are opposite with respect to the axis of symmetry; 15 and 16 electrodes, thereby creating an extended volumetric heating zone. In another position (in Fig. 3 - normally open), the switch, by means of other contact groups, disconnects the electrodes of groups 13, 14 and 16 from the power supply unit, leaving the electrodes of group 15 connected. At the same time, the electrodes of group 13 are connected to the outputs of the power supply unit for electrodes groups 16, and thus an electric arc is connected between a pair of adjacent groups 13 and 15 of the electrodes, thereby creating a local heating zone.

Переключатель электродов может быть реализован также на основе дистанционного магнитного переключателя, например, РПС 26, имеющего контактную систему, практически ничем не отличающуюся от описанной выше с той лишь разницей, что в первом варианте переключение осуществляется вручную, а во втором - посредством электрического сигнала. The electrode switch can also be implemented on the basis of a remote magnetic switch, for example, RPS 26, having a contact system that is practically no different from that described above with the only difference being that in the first embodiment, the switching is carried out manually, and in the second - by means of an electrical signal.

В общем случае количество электродов n в каждой группе варьируется n = 1, 2, 3 ... , в зависимости от количества и диаметров сплавляемых оптических волокон. В частном случае, при сплавлении Х-образного разветвителя из двух оптических волокон достаточно всего четырех электродов, распложенных в одной плоскости, параллельной основанию, под углом друг к другу попарно симметрично относительно оси, перпендикулярной оси симметрии волокон. In the general case, the number of electrodes n in each group varies n = 1, 2, 3 ..., depending on the number and diameter of the fused optical fibers. In the particular case, when fusing an X-shaped splitter of two optical fibers, only four electrodes are enough, located in one plane parallel to the base, at an angle to each other pairwise symmetrical with respect to the axis perpendicular to the axis of symmetry of the fibers.

Устройство работает слудующим образомю
Предварительно подготовленные волокна укладывают и фиксируют в пазах 7 вращающихся барабанов 6 блоков 2, а затем волокна скручивают посредством двигателей 8. С помощью каретки 10, распложенной на основании 1 и связанной с двигателем 12 посредством микрометрического винта 11, держатель 9 с электродами подводят под скручивание волокна, при этом ось симметрии электродов проходит через середину участка скрутки волокон.The device works as follows
The pre-prepared fibers are laid and fixed in the grooves 7 of the rotating drums 6 of the blocks 2, and then the fibers are twisted by the engines 8. Using the carriage 10, which is located on the base 1 and connected to the engine 12 by means of a micrometer screw 11, the holder 9 with electrodes is fed under the fiber while the axis of symmetry of the electrodes passes through the middle of the section of twisting of the fibers.

Затем с помощью переключателя электродов подключают электрическую дугу между противоположными относительно оси симметрии группами 13 и 14, 15 и 16 электродов, создавая тем самым протяженную, объемную зону нагрева, и осуществляют сплавление скрученных волокон друг с другом. Для формирования оптимального биконического перехода в области сплавления разветвителя подключают электрическую дугу между электродами одной из пар прилежащих групп: либо 13 и 15, либо 14 и 16, создавая тем самым локальную зону нагрева, которую затем перемещают вдоль волокон посредством подвижной каретки 10, одновременно осуществляя растяжения области сплавления волокон с помощью подвижных кареток 3, связанных с двигателями 5 микрометрическими винтами 4. Then, using the electrode switch, an electric arc is connected between groups 13 and 14, 15 and 16 of the electrodes, which are opposite with respect to the axis of symmetry, thereby creating an extended, volumetric heating zone, and twisted fibers are fused with each other. To form the optimal biconical transition in the fusion area of the splitter, an electric arc is connected between the electrodes of one of the pairs of adjacent groups: either 13 and 15, or 14 and 16, thereby creating a local heating zone, which is then moved along the fibers by means of the movable carriage 10, while simultaneously stretching areas of fusion of fibers using movable carriages 3 associated with engines 5 with micrometer screws 4.

Claims

1. A device for fusing fiber optic splitters, containing a base on which are coaxially arranged drums for laying and fixing optical fibers, mechanisms for twisting and stretching the fibers and a heating unit located between the drums with the ability to move along the axis of the drums, characterized in that the heating unit includes an electrode switch and a holder on which four groups of electrodes are arranged, arranged in pairs symmetrically relative to the plane, perpendicular ohm to the axis of the drums, and the groups of electrodes of each pair are located symmetrically with respect to the axis of the drums, with each group consisting of n (where n = 1, 2, 3 ...) electrodes, each of which is connected to the switch with the possibility of parallel connection of electrodes of opposite relative to the axis of symmetry of the pairs or electrodes of one of the pairs of groups of electrodes.

2. The device according to claim 1, characterized in that for n ≥ 2 each group consists of electrodes located at an angle to each other in planes perpendicular to the base.