DE3740414C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ankuppeln eines aus optischen Fasern gebildeten, an seinem Ankuppelende eine angeformte Linse tragenden Lichtleiters an einen weiterführenden Lichtleiter, in einer vorzugsweise gleichen Vorrichtung oder an ein optisches Element, insbesondere eine Lichtquelle oder einen Fotodetektor, mit einem Kontaktteil mit einer Bohrung zur Aufnahme des Lichtleiters mit der Linse, wobei sich die Bohrung vom vorderen Ende zum hinteren Ende des Kontaktteils erstreckt. Aus der US-PS 41 91 477 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt geworden.

Wenn man einen Lichtleiter mit einem zweiten Lichtleiter verlängern will, so werden die beiden einander zugeordneten Enden der beiden Lichtleiter nicht direkt miteinander verbunden, vielmehr befindet sich an jedem eine Linse und diese Linsen werden einander in vorgegebenem Abstand zugeordnet. Bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung sind die Linsen jeweils unmittelbar am Lichtleiterende ausgebildet. Zu diesem Zwecke bringt man Lichtleiterende in den Zwischenraum zwischen zwei Elektroden, an welche man eine elektrische Spannung anlegen kann. Dies führt zum Schmelzen der Glasfasern des Lichtleiters und gleichzeitiger Ausbildung der Linse. Bei einem Lichtleiter vorgegebener Stärke lassen sich Linsen mit sehr genau festgelegtem Durchmesser anformen.

Es gibt Lichtleiter mit einem Durchmesser x von bspw. 125 oder 140 Mikrometer. An das freie Ende eines solchen Lichtleiters kann man eine kugelförmige Linse mit einem Durchmesser y von 200 Mikrometer +/-5 Mikrometer anformen.

Um das Licht von einer Linse auf die benachbarte Linse des nächsten Lichtleiters direkt übertragen zu können, müssen sich die beiden Linsen in einem vorbestimmten Abstand befinden und sie müssen einander auch koaxial zugeordnet sein. Aus diesem Grunde muß jede Linse in ihrer Vorrichtung eine genau vorbestimmte Lage einnehmen. Entsprechendes gilt beim Anschluß eines Lichtleiters, bspw. an eine Lichtquelle.

Wenn man die Linse an das Lichtleiterende anformt, so zieht man den Lichtleiter aus der Vorrichtung um ein vorbestimmtes Maß hinaus, damit dieses Lichtleiterende in den Bereich der beiden Elektroden gelangt. Nach dem Ausbilden der Linse, muß der Lichtleiter infolgedessen wieder zurückgezogen werden. Bei der vorbekannten Vorrichtung wird der Lichtleiter soweit zurückgezogen, bis die gebildete Linse im Inneren der Vorrichtung an einer Anschlägfläche zur Anlage kommt. Damit die Linse in der Vorrichtung einen sicheren Halt bekommt, wird sie dort fest gegen die Anschlagfläche gezogen. Infolgedessen wird der Linsenansatz, also die Verbindungsstelle von Linse und Lichtleiter, stark zugbelastet. Es leuchtet ohne weiteres ein, daß der geringe Querschnitt des Lichtleiters nicht stark belastbar ist. Es kommt infolgedessen häufig zu einem Abreißen der Linse. Eine Gefahr der Beschädigung ist auch dann gegeben, wenn durch Wärme verursachte Dehnungen auftreten.

Durch die DE-OS 30 12 118 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, bei welcher man auf ein Anformen der Linse am Lichtleiter verzichtet. Die genaue Positionierung der separaten Linse erreicht man mit Hilfe eines durchsichtigen Haltestücks, welches vom Lichtstrahl durchdrungen werden muß. Um den Kontakt von Lichtleiter und Linse zu gewährleisten muß man nicht nur letztere sondern auch den Lichtleiter selbst im Bereich der Linse klemmend festhalten. Dies geschieht bei der bekannten Vorrichtung in der bei Spannhülsen bekannten Weise.

Diese Vorrichtung ist infolgedessen recht aufwendig und zum Abfangen von Wärmedehnungen wenig geeignet.

In der älteren Anmeldung gemäß DE-OS 36 37 014 ist es vorgeschlagen worden, die Koppelstelle zwischen einer Quelle oder Senke und einer rotationsunsymmetrischen Monomodefaser eines Lichtleiters in einem Schutzrohr unterzubringen. Dieser Lichtleiter trägt an seinem freien Ende ein Stück rotationssymmetrische Monomodefaser mit angeformter Linse. Zugbeanspruchungen können dort nicht auftreten, weil die Verbindung mit dem Lichtleiter außerhalb des Schutzrohres erfolgt. Wie man mögliche Druckbeanspruchungen vermeidet, ist nicht erläutert.

Es liegt deshalb die Aufgabe vor, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine problemlose Ausbildung der Linse am freien Lichtleiterende sowie eine schonende, einfach und rasche Positionierung der Linse in der Vorrichtung möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechend dem kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs gebildet ist.

Die Linse wird in bekannter Weise an den Lichtleiter angeformt. Anschließend zieht man den Lichtleiter über die korrekte Position hinaus zurück. Nunmehr kann man den Einstellanschlag am Kontaktteil anlegen und bei korrekter Anlage bildet das freie innere Zapfenende des Einstellanschlages eine richtig positionierte Anschlagfläche. Der Lichtleiter wird daraufhin wiederum nach außen verschoben, bis die Linse an dieser Anschlagfläche des Zapfens auftrifft. Sie hat nunmehr vom vorderen Ende des Kontaktteils bzw. der Vorrichtung den korrekten Abstand. Die Linse ist dabei weder in Zug- noch in Druckrichtung belastet. Aufgrund des engen Spiels zwischen der Bohrung und der darin befindlichen Linse ist letztere in radialer Richtung fixiert, weswegen sie insgesamt die verlangte Position einnimmt.

Weitere Ausgestaltungen dieser Vorrichtung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei stellen dar:

Fig. 1 einen abgebrochenen Längsschnitt durch die Vorrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Vorrichtungsende an der Stelle 2-2;

Fig. 3 eine abgebrochene Darstellung der Verbindung zweier Vorrichtungen der Fig. 1;

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich des größeren Bohrungsdurchmessers;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch das rechte Vorrichtungsende mit einer anderen Längsbohrung.

Die Vorrichtung 10 weist ein Kontaktteil 12 mit sich in Richtung von dessen Längsachse 16 erstreckender Bohrung 14 auf. Sie liegt zwischen dem hinteren Ende 17 und dem vorderen Ende 30 des Kontaktteils 12 und nimmt den Lichtleiter 18 auf. Letzerer ist Teil einer optischen Glasfasereinheit 20, die auch einen Puffer 22 umfaßt, dessen äußeres Ende nicht dargestellt ist. Das Kontaktteil 12 besteht aus einem Metallrohr 24 und einer an dessen vorderem Ende befestigten Lagerschale 26. Um das vordere Ende des aus optischen Glasfasern gebildeten Lichtleiters wirkungsvoll mit einem ähnlichen anderen aus optischen Fasern gebildeten Lichtleiter verbinden zu können, wird an seinem vorderen Ende eine Verdickung in Form einer Kugel oder Linse 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, den Lichtleiter soweit vorzuschieben, bis die Spitze 18t über das vordere Ende 30 des Kontaktteils hinausragt. Das Elektrodenpaar 32, 34 wird gegenüberliegenden Seiten des vorderen Faserendes zugeordnet. Dann wird eine elektrische Spannung zur Erzeugung eines elektrischen Lichtbogens an die Elektroden angelegt, wodurch die Fasern aufgeheizt werden. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Aufheizmethode zu nahezu sphärischen Linsen führt, deren Durchmesser innerhalb von 3% vorherbestimmbar ist. Zwei bekannte optische Lichtleiter haben z. B. einen Durchmesser x (Fig. 4) von 125 bzw. 140 Mikrometer. Es hat sich gezeigt, daß bei derartigen Lichtleitern Linsen mit einem Durchmesser y von 200 ±5 Mikrometer hergestellt werden können. Nach Ausbildung der Linse 28 wird der Lichtleiter längs der Achse 18 (Fig. 1) nach hinten gezogen, bis sein vorderes Ende in einem festgelegten Abstand D hinter dem vorderen Ende 30 des Kontaktteils 12 zu liegen kommt.

Die Linse 28 wird in ihrer Montage-Endstellung in lateraler Richtung L und in axialer Richtung längs der Achse 16 getrennt fixiert. Sie wird der Achse 16 lateral so zugeordnet, daß das vordere Ende 40 der Bohrung 14 die Linse 28 eng umschließt. Wie oben erwähnt, läßt sich die Linse 28 mit einer Abweichung bis ca. 5% vom gewünschten Durchmesser herstellen. Das vordere Ende 40 der Bohrung ist 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 vordere Ende 40 im wesentlichen zylindrisch ist, kann es auch eine Vielzahl von abgewandelten Querschnitten aufweisen, sofern sie die Linse eng umfassen.

Der Abstand der Spitze 28t der Linse 28 vom vorderen Ende 30 des Kontaktteils 12 wird durch einen Einstellanschlag 44 eingestellt (Fig. 4). Der Einstellanschlag 44 besteht aus dem der Linse 28 zugeordneten zapfenartigen Teil 46 mit einer stirnseitigen Anschlagfläche 46 und dem äußeren Teil mit der an den Kontaktteil 12 anlegbaren Anschlagfläche 48. Das Teil 46 greift in das vordere Ende 40 der Bohrung 14 ein.

Der Lichtleiter 18 wird zunächst in die Stellung 18t verschoben (Fig. 1). Anschließend wird an die Elektroden 32, 34 zur Ausbildung der Linse 28 für eine bestimmte Zeit eine bestimmte Spannung angelegt. Der Lichtleiter wird dann vorsichtig zurückgezogen bis die Linse 28 mindestens teilweise in das vordere Ende 40 der Bohrung 14 eingetreten ist. Der Einstellanschlag 44 kann jetzt gemäß Fig. 4 an das Kontaktteil 12 angesetzt werden, um entweder die Linse 28 nach innen zu schieben oder als Anschlag für die innen befindliche Linse zu dienen. Der Lichtleiter 18 wird in letzterem Falle in Richtung F vorwärtsgeschoben, bis die Linse am Teil 46 des Einstellanschlages 44 anliegt. Die Glasfasereinheit 20 kann dann an Ort und Stelle durch Epoxyharz 50 (Fig. 3), durch Zusammenpressen des Kontaktteils 12 um die Glasfasereinheit herum oder durch andere bekannte Mittel fixiert werden. Vorsichtiges Schieben des Lichtleiters, das nur eine geringe Druckbelastung am vorderen Ende bewirkt, führt weniger zur Beschädigung von Lichtleiter und Linse 18, als eine durch Ziehen am Lichtleiter verursachte Zugspannungsbelastung, welche den Ansatz der Linse am Lichtleiter belasten kann.

Die Bohrung 14 (Fig. 1) der Lagerschale 26 kann einen Durchmesser M aufweisen, der gerade groß genug ist, um den Lichtleiter 18 leicht aufzunehmen. Das vordere Ende der Bohrung kann als Senkbohrung ausgebildet sein, um so das vordere Ende 40 zu bilden, dessen Ausbildung bzgl. Durchmesser und Zentrierung zur Außenfläche 52 der Lagerschale 26 genau festliegt.

Es ist jedoch möglich die gesamte Länge der Bohrung 14 so auszubilden, daß sie einen gleichmäßigen Durchmesser aufweist (14a in Fig. 5), wobei dieser etwas größer ist als der Durchmesser der Linse 28, so daß diese eng umfaßt wird. In jedem Fall liegt die Linse 28 in ihrer Endstellung vor der am weitesten zurückgeschobenen Stellung, die sie in der Bohrung 14 einnehmen kann. Weil der Linsenansatz 28r in der Montage-Endstellung der Linse 28 im Abstand zur Übergangsfläche 36 liegt, vermeidet man thermisch erzeugte Spannungen und Zerstörungen, wenn sich der Lichtleiter 18 und das Kontaktteil 12 bei Temperaturwechseln ausdehnen oder zusammenziehen.

Sobald die Linse 28 gebildet und die Glasfasereinheit im Kontaktteil 12 fixiert ist, kann die Vorrichtung 10 optisch mit einer anderen Vorrichtung 60 (Fig. 3) durch Einschieben der beiden Vorrichtung in eine Hülse 62 verbunden werden, wobei ihre vorderen Enden 30 und 30A aneinanderstoßen. Man kann auch eine Vielzahl von Kontaktteilen ähnlich dem Kontaktteil 12, zu einem Anschluß für das Ankoppeln einer Vielzahl von Lichtleitern miteinander kombinieren. Die Lichtleiter 18 können an unterschiedliche Arten von optischen Elementen, wie z. B. einen anderen Lichtleiter, eine Lichtquelle oder einen Fotodetektor angeschlossen werden.

Es ist möglich, die Spitze der optischen Fasern zu einer Linse zu verschmelzen, während sie sich innerhalb der Bohrung befindet. Man erhält jedoch eine genauere Linsenausbildung bei Verwendung eines elektrischen Lichtbogens außerhalb der Bohrung. Besteht die Lagerschale 26 aus Metall, wie z. B. aus rostfreiem Stahl, der mit verhältnismäßig geringen Kosten bearbeitet werden kann und eine große Festigkeit aufweist, so ist es erwünscht, daß die Spitze 18t des Lichtleiters in ausreichendem Abstand vom vorderen Ende 30 der Lagerschale 26 liegt um zu vermeiden, daß der Lichtbogen zwischen den Elektroden 32 und 34 auf der Lagerschale überspringt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet eine genaue Einstellung der Linse am Lichtleiter sowohl in lateraler wie in axialer Richtung ohne das es erforderlich ist so an der Faser zu ziehen, daß der Ansatz der Linse fest an einer Paßfläche liegt oder sie in dieser Stellung verbleibt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Ankuppeln eines aus optischen Fasern gebildeten, an seinem Ankuppelende eine angeformte Linse (28) tragenden Lichtleiters (18), an einen weiterführenden Lichtleiter in einer vorzugsweise gleichen Vorrichtung oder an ein optisches Element, insbesondere eine Lichtquelle oder ein Fotodetektor, mit einem Kontaktteil (12) mit einer Bohrung (14) zur Aufnahme des Lichtleiters (18) mit der Linse (28), wobei sich die Bohrung (14) vom vorderen Ende (30) zum hinteren Ende (17) des Kontaktteils (12) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrungsdurchmesser (z) zumindest am vorderen Bohrungsende (40) einen die Linse (28) in radialer Richtung (L) führenden Sitz für die Linse bildet, und am vorderen Ende (30) des Kontaktteils (12) ein Einstellanschlag (44) mit einem in das vordere Bohrungsende (40) hineinragenden Zapfen mit einer stirnseitigen Anschlagfläche (46) anlegbar ist, wobei die Zapfenlänge dem Abstand (D) des vorderen Linsenendes (28t) vom vorderen Bohrungsende (30) entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite des vorderen Bohrungsendes (40) höchstens 20%, vorzugsweise aber nur 10%, größer ist als der Nenndurchmesser (y) der Linse (28).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (14) des Kontaktteils (12) mittels einer Übergangsfläche (36) absatzartig verengt ist, wobei der engere Teil (M) der Bohrung (14) lediglich den Lichtleiter (18) aufnimmt, und sein Durchmesser etwa dem Durchmesser (x) des Lichtleiters (18) entspricht, aber kleiner ist als der Durchmesser (y) der Linse (28).

4. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktteil (12) aus einem Metallrohr (24) und einer Lagerschale (26) mit dem vorderen Bohrungsende (40) besteht, wobei das lagerschalenferne Ende des Metallrohres (24) das hintere Ende (17) des Kontaktteils (12) bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Inneren des Metallrohres (24) am Lichtleiter (18) ein Puffer (22) befindet.