DE2714882A1

DE2714882A1 - Verfahren zum verbinden von glasgliedern

Info

Publication number: DE2714882A1
Application number: DE19772714882
Authority: DE
Inventors: Herman Melvin Presby
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1977-04-02
Publication date: 1977-10-20
Also published as: GB1574955A; US4033668A; DE2714882C2; FR2347319A1; CA1094322A; FR2347319B1; JPS52123955A

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH · BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 2 7 1 4 88 2

Patentconsull RadedcesIraOe 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Te'egramme Paleniconsuli Paten'consult Sonnenberger Strafte 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden eines Glasgliedes, beispielsweise einer optischen Faser, mit einem zweiten Glied, beispielsweise einem Glas- oder Metallglied, zur Herstellung von Verspleißungen für optische Fasern, Anschlüssen und hermetischen Abdichtungen und dergleichen.

Bisher ist die Verspleißung optischer Fasern nach verschiedenen Methoden bewerkstelligt worden. Nach einer ersten Methode erfolgt die Verspleißung der optischen Fasern innerhalb einer metallischen Hülse, die anschließend verpreßt wird, um die beiden Faserenden gegenseitig auszurichten und mechanisch zu sichern (vgl. US-PS 3 768 146).

Nach einer zweiten Methode wird ein Tropfen eines Epoxyharzes, eines Klebstoffes oder anderen Verbindungs- und Fixiermittels um die Verbindungsstelle herum plaziert, um die aneinandergrenzenden Enden der beiden zueinander ausgerichteten optischen Fa sern festzulegen (vgl. beispielsweise die US-PSen 3 779 628 und 3 900 245).

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München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. · H.P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbeden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W -Ing.

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Die beiden vorstehenden Methoden können auch kombiniert werden (vgl. US-PS 3 810 802). Hiernach werden zwei Fasern in einer hohlen Hülse kolinear zueinander ausgerichtet, wird niedrig schmelzendes transparentes thermoplastisches Material in die Hülse bei der Verbindungsstelle der beiden Fasern eingeführt und wird Wärme zugeführt, so daß das thermoplastische Material aufschmilzt und zur Bildung der Verspleißung um die ausgerichteten Faserenden herumfließt.

Es ist auch bekannt, im Wege einer Stumpfverschweißung die ausgerichteten Enden zweier optischen Fasern ausreichend zu erhitzen, so daß die Materialien zur Bildung der Verspleißung zusammenfließen.

Die bekannten Verbindungen, wie Epoxyharze oder brechungsIndexanpaßende Medien, haben sich als nicht alterungsbeständig und sich mit der Zeit eventuell verschlechternd erwiesen. Derartige Verbindungen haben deshalb nicht immer die geforderte ausreichende Langzeitstabilität, wie diese beispielsweise bei Nachrichtenübertragungsanlagen gewünscht wird. Das verbleibende Problem ist daher, Verfahren zum Anspleißen oder Anschließen von Glasgliedern, wie optische Fasern, bereitzustellen, mit denen Langzeitstabilität unter unterschiedlichen Temperatur und Feuchtigkeitsbedingungen erzielbar ist.

Diese Probleme werden nun durch ein Verfahren zum Verbinden

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eines ersten Glasgliedes mit einem zweiten Glied erfindungsge- mäß gelöst durch Erzeugen einer dünnen haftenden Metallschicht, deren Schmelzpunkt höher als der eines Lotes liegt, auf wenigstens einem Teil der Oberfläche des Glasgliedes, Anordnen des Glasgliedes mit seiner Metallschicht benachbart zu einer vom Lot haftend benetzbaren (lötbaren) Oberfläche des zweiten Gliedes, Fließenlassen von schmelzflüssigem Lot über die Metallschicht des ersten Gliedes und Über die lötbare Oberfläche des zweiten Gliedes und Abkühlenlassen des Lotes zur Herstellung einer Verbindung zwischen den beiden Gliedern.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß dieses auch im Außendienst ohne weiteres zum Anspießen von optischen Fasern unter Verwendung praktisch derselben Ausrüstung and Methode angewandt werden kann, wie diese derzeit zum Anspleißen üblicher Metalleiter benutzt werden. Die Faser wird hierzu durch Aufbürsten einer metallischen Schicht präpariert. Keine Erwärmung ist erforderlich. Nach Trocknen des Films werden die Fasern gegeneinander ausgerichtet und in der üblichen Weise verlötet.

Sonach liefert das vorstehend beschriebene Verfahren ein verbessertes und einfaches Mittel zum Verbinden eines Glasgliedes «it einem anderen Glasglied und eignet sich insbesondere für die Herstellung von Verspleißungen, Anschlüssen und hermetischen Ab-

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dichtungen für optische Fasern. Das Verfahren kann aber auch generell zur Verbindung eines Glasgliedes mit einem anderen Glied aus Glas oder Metall verwendet werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen im einzelnen beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer im vorliegenden Verfahren hergestellten Verspleißung zwischen zwei Glasgliedern,

Fig. 2 und 3 eine Vorrichtung zur Verspleißung zweier optischer Fasern im vorliegenden Verfahren,

Fig. 4 eine Schnittansicht einer im vorliegenden Verfahren hergestellten vakuumdichten Durchführung für eine optische Faser durch ein Metallgehäuse,

Fig. 5 eine Schnitt ansicht einer im vorliegenden Verfahren hergestellten vakuumdichten Durchfuhrung für eine optische Faser durch ein nichtmetallisches Gehäuse und

Fig. 6 eine Schnitt ansicht eines im vorliegenden Verfahren hergestellten typischen Anschlusses für eine optische Faser.

In den Figuren sind entsprechende Bauteile mit entsprechenden Bezugsziffern versehen.

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Die nachstehende Beschreibung erfolgt hauptsächlich anhand von Verspleißungen, Anschlüssen und hermetischen Durchfuhrungen für optische Fasern. Es versteht sich Jedoch, daß es sich hierbei nur um Beispiele handelt und daß das Verfahren nicht hierauf beschränkt ist. So kann das Verfahren gleichermaßen zur Verbindung von beliebigen Glasgliedern mit anderen beliebigen Glasgliedern oder metallischen Gliedern, Vorrichtungen usw. verwendet werden.

In Fig. 1 ist eine nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Verspleißung zwischen zwei aneinander angrenzenden und axial ausgerichteten optischen Fasern 10 und 11 dargestellt. Zur Herstellung der Verspleißung wird eine dünne metallische Beschichtung 13 und 14 auf dem Umfang Jeder Faser 10 bzw. 11 wenigstens benachbart den zu verspleißenden Faserenden erzeugt. Die metallischen Beschichtungen 13 und 14 können vor oder nach der Prä- parierung der Faserenden für die Verspleißung erzeugt werden. Werden die metallischen Schichten jedoch nach der Präparierung der Faserenden erzeugt, muß darauf geachtet werden, daß kein metallischer Belag auf den Stirnflächen der Fasern 10 und 11 aufgebracht wird, da er dort die Lichtenergieübertragung zwischen den Fasern 10 und 11 nach vervollständigter Vers£eißung stören würde.

Dl· Metallischen Beläge 13 und 14 können nach jeder Methode hergestellt werden, die zu einer Beschichtung führt, deren Schmelz-

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punkt oberhalb des benutzten Lotes liegt, und an der das Lot haften bleibt. Beispielsweise können die Schichten 13 und 14 hergestellt werden durch Niederschlagen einer Metallschicht auf dem Umfang längs der gesamten Länge der Faser während deren Herstellung oder nur im Bereich des beabsichtigten Verspleißungsgebietes unmittelbar vor der Herstellung der Verspleißung. Bevorzugt werden die metallischen Schichten 13 und 14 dadurch hergestellt, daß die Fasern 10 und 11 mit einer speziell für Haftung auf Glas entworfenen Paste bestrichen werden, beispielsweise mit der unter der Bezeichnung "Bright Platinum, 0.5X, Paste" vertriebenen Paste der Englehard Industries of Newark, New Jersey, USA. Diese Paste härtet in eine dauerhafte metallische Schicht eines Schmelzpunktes, der ausreichend oberhalb des Lotschmelzpunktes liegt. Eine solche Paste kann beispielsweise durch Eintauchen der Enden der Fasern 10 und 11 in die Paste aufgetragen und der Härtung überlassen werden, bevor die Faserenden für die Verspleißung präpariert werden.

Nachdem die Fasern 10 und 11 mit ihren metallischen Beschichtungen 13 und 14 versehen und an ihren Enden für die Verspleißung präpariert worden sind, werden die Fasern 10 und 11 aneinander angrenzend in axialer Ausrichtung zueinander mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung ausgerichtet und zusammen verlötet. Eine typische Apparatur zur Ausrichtung und Verspleißung der Fasern 10 und 11 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Hiernach sind eine Grundplatte 20 und eine Deckplatte 21 je mi-fcfeiner V-förmigen

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Nut 23 bzw. 24 auf den je einander zugekehrten Flächen der Platten versehen, wobei die Nuten so eingeschnitten sind, daß sie nach Zusammenfügung der beiden Platten 20 und 21 zusammen eine durchgehende Rechtecköffnung bilden. Außerdem sind die V-Nuten 23 und 24 durch Öffnungen 23 und 26 In der Grundplatte 20 bzw. der Deckplatte 21 je in zwei Hälften geteilt.

Zur Herstellung der Verspleißung werden die beiden beschichteten und präparierten Fasern 10 und 11 Ende-an-Ende in die Nut 23 der Grundplatte 20 so eingelegt, daß der Stoß zwischen den Fasern 10 und 11 im Gebiet der öffnung 23 liegt. Danach wird die Deckplatte 21 auf die Grundplatte 20 so gelegt, daß der Stoß zwischen den Fasern 10 und 11 von der öffnung 26 freigegeben lat (Fig. 3). Schließlich wird eine Lotschicht 15 (Fig. 1) über den metallischen Schichten 13 und 14 längs des Stoßes zwischen den Fasern 10 und 11 unter Verwendung einer geeigneten Wärmequelle (nicht dargestellt), beispielsweise eines Lötkolbens oder Kleinbrenners, erzeugt, um die Verspleißung zu vervollständigen. Die fertige Verspleißung kann dann aus den Platten 20 und 21 entnommen werden.

Wie bereits erörtert, können die metallischen Schichten 13 und 14 längs der gesamten Länge der optischen Fasern 10 und 11 erzeugt werden. Der Vorteil eines derartigen Aufbaues ist der, daß dadurch den optischen Fasern 10 und 11 ein elektrischer LeI-

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ter beigegeben ist, über den elektrische Signal- oder Speiseenergie gleichlaufend mit der sich in den Fasern 10 und 11 fortpflanzenden Lichtenergie übertragen werden kann. Die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Verspleißung gestattet daher nicht nur die übertragung von Lichtenergie von einer Faser auf die andere, sondern kann auch eine elektrische Verbindung zwischen den metallischen Schichten 13 und 14 vervollständigen, so daß über die Übertragungsstrecke eine Signal- oder Speiseleistungsübertragung in beiden Medien erfolgen kann. Es versteht sich, daß das Lot auch durch vorherige Verzinnung der Schichten 13 und 14 aufgebracht werden kann.

Fig. 4 zeigt eine vakuumdichte Durchführung für eine optische Faser 40 durch eine metallische Wand 41 eines Gehäuses, wie diese im vorliegenden Verfahren hergestellt ist. Zur Herstellung der hermetisch dichten Durchführung wird eine dünne metallische Schicht 42 auf dem Umfang der Faser 40 wenigstens im Gebiet der beabsichtigten Durchführung erzeugt. Sodann wird die Faser 40 durch die in der Wand 41 vorgesehene öffnung 43 , die einen etwas größeren Querschnitt als die Faser 40 besitzt, hindurchgeführt, bis die metallische Schicht 43 beidseits aus der Wand 41 vorsteht. Anschließend wird eine kontinuierlich um die Faser 40 umlaufende Verlötung 44 erzeugt, die an der metallischen Schicht 42 und an einer Seite der Metallwand 41 haftet und die Stoßfuge hierzwischen verschließt. Obgleich die Lötstelle 44 ausreicht, um eine vakuumdichte langze it stabile Durchfüh-

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rung zu erhalten, ist es auch möglich, eine zweite kontinuierliche Lötstelle 45 um die Faser 41 herumzulegen, um die Stoßfuge zwischen der metallischen Schicht 42 und der anderen Seite der Wand 41 zu verschließen. Die hermetische Durchführung kann auch dadurch hergestellt werden, daß man Lot in die Fuge zwischen metallischer Schicht 43 und der Begrenzungswandung der öffnung 43 einfließen läßt.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung ähnlich der in Fig. 4 dargestellten, zum Herstellen einer vakuumdichten oder hermetischen Durchführung zwischen einer optischen Faser 50 und einer nichtlötbaren Wand 31 eines Gehäuses. Zur Herstellung der Durchführung wird eine dünne metallische Beschichtung 52 auf dem Umfang der Faser 50 in einer Weise hergestellt, wie diese für die metallischen Schichten 13, 14 und 42 im obigen beschrieben worden ist. Die beschichtete Faser 50 wird durch eine metallische Hülse 54 hindurch eingeführt, deren öffnung 53 etwas größeren Querschnitt als die Faser 50 besitzt. Die Hülse 54 ist vorher vakuumdicht in die Wand 51 nach üblichen Methoden eingesetzt worden. Die metallische Schicht 52 ist so plaziert, daß sie aus der öffnung

53 vorsteht, und es kann eine kontinuierliche Lötstelle 55 um die Faser 50 herum gelegt werden, wodurch der Stoß zwischen der Metallischen Schicht 52 und der Stirnfläche 57 der Hülse 54 verschlossen wird. Falls gewünscht, kann eine zweite umlaufende Lötstelle 56 um die Faser 50 gelegt werden, um den Stoß zwischen der Metallischen Schicht 52 und der anderen Stirnfläche 58 der Hülse

54 zu verschließen. 709842/0831

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Fig. 6 zeigt eine beispielhafte Anordnung für den Anschluß einer optischen Faser 60 an ein metallisches Anschlußelement 61. Der Anschluß wird hergestellt durch Aufbringen einer dünnen metallischen Beschichtung 62 auf dem Umfang der optischen Faser, und zwar wenigstens im benachbart zua anzuschließenden Ende gelegenen Bereich. Die beschichtete Faser wird in eine öffnung 63, die durch das metallische Abschlußbauteil 61 axial verläuft, eingeführt, bis sich das Ende der Faser 60 in der gewünschten Lage befindet. Die metallische Schicht 62 steht dabei noch über die Stirnfläche 66 des Abschlußbauteils 61 auf der gegenüber dem Faserende anderen Seite vor. Es kann also eine durchgehende Lötstelle 64 auf der Metallschicht 62 um die Faser 60 herumgeführt werden, um die Metallschicht 62 und damit die Faser 60 mit dem Abschlußbauteil 61 zu verbinden und die Fuge zwischen der metallischen Schicht 62 und der Stirnfläche 66 des Abschlußbauteils 61 zu verschließen. Alternativ kann man in die Fuge zwischen der metallischen Schicht 62 und der Innenwandung der öffnung 63 das Lot einfließen lassen, um diese Fuge zu verschließen.

Das Abschlußbauteil 61 kann des weiteren eine mit Innengewinde versehene Mutter 67 aufweisen, die als Überwurfmutter das Abschlußbauteil 61 erfaßt und über das abschlußseitige Faserende vorsteht. In der Mittelbührung 70 eines Gewindestopfens 68 ist ein Anschlußbauelement 69, beispielsweise ein Photodetektor, angeordnet. Der Gewindestopfen wird in die Oberwurfmutter einge-

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dreht, bis das Anschlußbauelement 69 in Kontakt mit der Bndfläche der Faser 60 kommt. In dieser Lage wird sich von links nach rechts in der Faser 60 fortpflanzendes Licht am Detektor 69 festgestellt und in ein äquivalentes elektrisches Signal zur Weiterleitung an eine äußere Schaltung über Leitungen 71 umgesetzt.

Offensichtlich können auf eine Vielzahl optischer Fasern in der in Verbindung mit Fig. 6 beschriebenen Weise in einem mit entsprechend vielen öffnungen versehenen Abschlußbauteil ähnlich einem elektrischen Mehrfachstecker abgeschlossen werden.

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Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH · BREHM

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Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 88 3603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Pateniconsuli Paten'ronsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186 237 Telegramme Patentconsult

Western Electric Company, Incorporated Presby 6 New York, N.Y., USA

Verfahren zum Verbinden von Glasgliedern

Patentansprüche

1» Verfahren zum Verbinden eines ersten Glasgliedes mit einem zweiten Glied, gekennzeichnet durch

a) Erzeugen einer dünnen haftenden metallischen Schicht (13), deren Schmelzpunkt höher als der eines Lotes liegt, auf we nigstens einem Teil der Oberfläche des Glasgliedes (10),

b) Anordnen des Glasgliedes mit seiner Metallschicht (13) benachbart zu einer vom Lot haftend benetzbaren (lötbaren) Oberfläche (14) des zweiten Gliedes (11),

c) Aufbringen von schmelzflüssigem Lot (15) auf die Metall schicht (13) des ersten Gliedes und die lötbare Oberfläche (14) des zweiten Gliedes (11), und

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München: R. Kramer Oipl.-Ing. . W. Weser Dipl.Phys. Or. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. · H. P. Brehm Ciipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. - G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

ORIGINAL INSPECTED

d) Abkühlenlassen des Lotes zur Herstellung einer Verbindung zwischen den Gliedern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das erste und zweite Glied (10, 11) optische Fasern verwendet werden, daß eine metallische Schicht (13, 14) längs eines Endes Jeder Glieder erzeugt wird und daß die Glieder Ende-an-Ende längs einer gemeinsamen Achse ausgerichtet werden und ihre Metallschichten benachbart zueinander liegen, um eine Verspleißung hierzwischen zu bilden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß fUr das erste Glied eine optische Faser (40) und für das zweite Glied ein Metallglied (41) verwendet wird und daß das Lot (44) als hermetische Abdichtung hierzwischen ausgebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das zweite Glied ein hohles Rohr (54) verwendet und der zu verbindende Teil des ersten Gliedes (50) durch das Rohr eingeführt wird.
5. Verbindung zwischen einem Glasglied (10) und einem zweiten Glied (11), gekennzeichnet durch ihre Herstellung entsprechend dem Verfahren nach Anspruch 1.

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