DD146109A1 - METHOD AND DEVICE FOR CONNECTING LIGHT GUIDES - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von Lichtleitern mittels Schweiszen, wobei eine geringe Daempfung bei groszer Bandbreite zu erzielen ist. Es ist eine Schweiszverbindung herzustellen, bei der die Struktur der Lichtleiterenden nicht zerstoert wird und mechanisch komplizierte Manipulatoren entfallen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaesz geloest, indem die Lichtleiterenden mittels bekannten Diffusionsschweiszens verbunden werden. Das geschieht mit einer Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch eine evakuierbare und/oder mit Schutzgas fuellbare Kammer 12, in der sich Fuehrungselemente sehr hoher Schmelztemperatur befinden, die die Schweiszstelle umgeben und zumindest teilweise abnehmbar sind. Diese Fuehrungselemente werden vorzugsweise durch drei beheizbare Wolframzylinder 5,6,7 gebildet, die in ihrer Mitte einen Fuehrungskanal 8 in Form eines gleichseitigen sphaerischen Dreiecks freilassen. Der fuer das Diffusionsschweiszen notwendige axiale Druck wird durch beiderseits der Fuehrungselemente befindliche verschiebbare Klemmvorrichtungen 3,4 fuer Lichtleiter 1,2 erzeugt. Die Fuehrungselemente koennen auch aus einem mit prismatischen Laengsnuten versehenen Koerper bestehen, ueber dem eine abnehmbare Abdeckplatte 13 angeordnet ist.The invention relates to a method and a device for connecting optical fibers by means of welding, wherein a low attenuation can be achieved with a large bandwidth. It is a Schweiszverbindung produce, in which the structure of the optical fiber ends is not destroyed and eliminates mechanically complicated manipulators. This object is achieved according to the invention by connecting the optical fiber ends by means of known diffusion bonding. This is done with a device which is characterized by an evacuable and / or inert gas fillable chamber 12 in which are Fuehrungselemente very high melting temperature, which surround the Schweiszstelle and are at least partially removable. These guiding elements are preferably formed by three heatable tungsten cylinders 5, 6, 7, which leave at their center a guiding channel 8 in the form of an equilateral spheroid triangle. The necessary for the Diffusionsschweiszen axial pressure is generated by both sides of the Fuehrungselemente displaceable clamping devices 3.4 for optical fiber 1.2. The Fuehrungselemente can also consist of a provided with prismatic Laengsnuten body over which a removable cover plate 13 is arranged.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Lichtleitern Anwendungsgebiet der Erfindung Method and device for connecting optical fibers Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von Lichtleitern, wobei die zu verbindenden Enden verschweißt werden. Auf diese Y/eise kann beispielsweise die nach dem Faserziehen zum Aufbringen des Plastmantels zur Verfügung stehende Gesamtlänge des Lichtleiters vergrößert oder es können Lichtleiterbrüche repariert v/erden.The invention relates to a method and a device for connecting optical fibers, wherein the ends to be joined are welded. In this way, for example, the total length of the light guide available after the fiber drawing to apply the plastic sheath can be increased or light conductor breaks can be repaired.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Schweißverbindungen von Lichtleitern sind neben Klebeverbindungen bereits bekannt. Sie zeichnen sich gegenüber Klebeverbindungen durch bessere Koppeldämpfung und, da keine Haltevorrichtungen zum Einkleben der Lichtleiter erforderlich sind, durch geringere Abmessungen aus. Es sind mehrere Schweißverfahren bekannt:Welded joints of optical fibers are already known in addition to adhesive joints. They are distinguished from adhesive bonds by better coupling damping and, since no holding devices for gluing the light guide are required by smaller dimensions. There are several known welding methods:

Auf der 2. Europäischen Konferenz über Lichtleitertechnik, Paris 1976, wurde die Herstellung von Schweißverbindungen mit Hilfe eines Knallgas- bzw. Mikroplasmabrenners beschrieben.The 2nd European Conference on Optical Fiber Technology, Paris, 1976, described the production of welded joints using an oxyhydrogen gas or micro plasma burner.

Weiterhin ist die Verwendung eines Lichtbogens (US-PS 4,049,414) bzw. eines COg-Lasers (БЕ-OS 2 640 422) bekannt. Allen genannten Schweißverbindungen ist gemeinsam, daß die Lichtleiterenden bei der Herstellung der Kopplung in einem großen Bereich aufgeschmolzen werden.Furthermore, the use of an arc (US-PS 4,049,414) and a COg laser (БЕ-OS 2,640,422) is known. All mentioned welded joints have in common that the optical fiber ends are melted in the production of the coupling in a large area.

So brennt der Lichtbogen Uo-PS 4,049,414 zwischen zwei 1 mm dicken V'olframelektroden, der Laserstrahl des COp-Lasers gemäß БЕ-03 2 640 422 ist ca. 300/um breit. Das breite Aufschmelzen дет Lichtleiternnden zerstört aufThus, the arc Uo-PS 4.049.414 burns between two 1 mm thick V'olframelektroden, the laser beam of the COp laser according to БЕ-03 2 640 422 is about 300 / um wide. Wide melting дет optical fibers destroys

einem großen Bereich die Lichtleiterstruktur, was insbesondere bei Gradientenfasern schädlich ist, weil die Werte für die Koppeldämpfung erhöht sowie die Modendispersion und damit die Bandbreite verschlechtert werden.a large area of the optical waveguide structure, which is harmful in particular with gradient fibers, because the values for the coupling loss are increased and the mode dispersion and thus the bandwidth are worsened.

Weiterhin ist bei allen bekannten Verbindungsverfahren für Lichtleiter durch Schweißen ein komplizierter Manipulator erforderlich, der die zu verbindenden Lichtleiter genau Stirnfläche an Stirnfläche justiert.Furthermore, in all known connection methods for optical fibers by welding a complicated manipulator is required, which adjusts the optical fiber to be connected exactly face to face.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Schweißverbindung, die eine geringe Dämpfung bei großer Bandbreite aufweist.The aim of the invention is a welded joint, which has a low attenuation at high bandwidth.

Darlegung des YZesens der ErfindungPresentation of the YZesens of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schweißverbindungen herzustellen, bei denen die Struktur der Lichtleiterenden möglichst nicht zerstört wird und dabei ohne mechanisch komplizierte Manipulatoren auszukommen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Lichtleiterenden mit Hilfe des an sich bekannten Diffusionsschweißens verbunden werden. Obwohl diese Schweißmethode auch bei optischem Glas bereits angewendet wurde, s. beispielsweise DD-PS 129 413, galt sie bisher als nicht durchführbar für Fügeflächen unter 1 mm (Mehlhorn, Günther, V/iesnerJ "Diffusionsschweißen", VEB Verlag Technik Berlin 1978, S.41).The invention has for its object to produce welded joints in which the structure of the optical fiber ends is not destroyed as possible and thereby manage without mechanically complicated manipulators. This object is achieved according to the invention by connecting the optical fiber ends with the aid of the diffusion welding known per se. Although this welding method has already been applied to optical glass, s. For example, DD-PS 129 413, it was previously considered not feasible for joint surfaces less than 1 mm (Mehlhorn, Günther, V / iesnerJ "diffusion welding", VEB Verlag Technik Berlin 1978, p41).

Durch die zur Erfindung gehörende Vorrichtung ist dieses Vorurteil der Fachwelt überwindbar. Sie ist gekennzeichnet durch eine evakuierbare und/oder mit Schutzgas füllbare Kammer, in der sich beheizbare Führungselemente sehr hoher Schmelztemperatur befinden, die die Schweißstelle umgeben und zumindest teilweise abnehmbar sind. Diese Führungselemente werden vorzugsweise durch drei beheizbare Y/olframzylinder gebildet, die in ihrer Mitte einen Führungskanal freilassen, dessen Querschnitt demzufolge die Form eines gleichseitigen sphärischen Dreiecks besitzt. Dabei ist der obere der drei Wolframzylinder abnehmbar.By belonging to the invention device this prejudice of the art is surmountable. It is characterized by an evacuable and / or fillable with inert gas chamber in which there are heatable guide elements very high melting temperature, which surround the weld and are at least partially removable. These guide elements are preferably formed by three heatable Y / Olframzylinder, which release a guide channel in its center, the cross section therefore has the shape of an equilateral spherical triangle. The upper of the three tungsten cylinders is removable.

Anstelle der zwei unteren Zylinder kann alternativ auch nur ein Körper mit einer prismatischen Wut für den eingelegten Lichtleiter eingesetzt werden, der mit einer Andruckplatte zu-Alternatively, instead of the two lower cylinders, only one body with a prismatic rage can be used for the inserted optical fiber, which is provided with a pressure plate.

sammenwirkt, die, ähnlich wie der obere Zylinder, abnehmbar gestaltet ist.cooperates, which, like the upper cylinder, is designed removable.

Grundgedanke der Erfindung ist, die zu verschweißenden Lichtleiter in an sich bekannte Führungen zu legen, die garantieren, daß Lichtleiterstirnfläche an Lichtleiterstirnfläche stößt. Die Führungen bestehen aus Materialien, die eine wesentlich höhere Schmelztemperatur als die der Lichtleiter besitzen.The basic idea of the invention is to place the optical waveguides to be welded in guides known per se, which guarantee that the optical waveguide end face abuts the waveguide end face. The guides are made of materials that have a much higher melting temperature than the optical fibers.

Die zu verbindenden Lichtleiter werden mit den Führungen in einer Kammer unter Vakuum oder Schutzgas auf das 0,6-0,8fache der Schmelztemperatur der Lichtleiter erwärmt und unterleichtem Druck von ca. 1 ... 10 ρ aneinandergepreßt. Nach- einer gewissen Zeit sind die Moleküle der Grenzschichten ineinander diffundiert und die Lichtleiter sind miteinander verschweißt. Das Verschmelzen der Führungen mit den Lichtleitern wird durch eine zweckmäßige Wahl der Werkstoffe für die Führung sowie durch eine entsprechende Abstimmung der Schweißparameter erreicht.The optical fibers to be connected are heated with the guides in a chamber under vacuum or inert gas to 0.6-0.8 times the melting temperature of the light guide and pressed together under a slight pressure of about 1 ... 10 ρ. After a certain time, the molecules of the boundary layers are diffused into each other and the optical fibers are welded together. The merging of the guides with the light guides is achieved by an appropriate choice of materials for the guide and by a corresponding vote of the welding parameters.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden:The invention will be explained below using an exemplary embodiment:

Fig.1 zeigt eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die zu verschweißenden Lichtleiter 1 und 2 sind in zv/ei Klemmvorrichtungen 3 und 4 festgespannt. Die Klemmvorrichtungen sind in Eichtung der Lichtleiterachsen verschiebbar und ermöglichen die Beauflogung der Stoßstelle der Lichtleiter mit dem erforderlichen Druck von ca. 10 ρ bei einer 150/um-Faser. Das für die Erfindung wesentliche Führungsteil besteht aus drei Zylindern (z.B. aus Wolfram) 5»6;7, die in ihrer Mitte einen Führungskanal 8 freilassen, dessen Querschnitt die Form eines gleichseitigen sphärischen Dreiecks besitzt. Der obere Wolframzylinder ist durch eine Führung 9 nach oben abnehmbar und ermöglicht ein leichteres Einlegen der Lichtleiter vor dem Diffusionsschweißen und ist Voraussetzung dafür, daß die verschweißten Lichtleiter aus der Führung entfernt werden können,1 shows a schematic diagram of the device according to the invention. The optical fibers 1 and 2 to be welded are clamped in zv / ei clamping devices 3 and 4. The clamping devices are displaceable in the direction of the light guide axes and make it possible to cover the joint of the light guides with the required pressure of approximately 10 ρ with a 150 μm fiber. The guide member essential to the invention consists of three cylinders (e.g., tungsten) 5, 6, 7 leaving at their center a guide channel 8 whose cross-section is in the shape of an equilateral spherical triangle. The upper tungsten cylinder is removable by a guide 9 upwards and allows easier insertion of the optical fiber before diffusion bonding and is a prerequisite that the welded optical fibers can be removed from the guide,

Бег Durchmesser der Wolframzylinder ist so gewählt, daß die Lichtleiter bzw. anderen zu verschweißenden zylindrischen Teile genau durch den Führungskanal in ihrer Mitte zentriert werden· Hierbei werden die Wärmeausdehnung der Wolframstäbe und der Lichtleiter berücksichtigt.The diameter of the tungsten cylinder is chosen so that the optical fibers or other cylindrical parts to be welded are precisely centered by the guide channel in their center. Here, the thermal expansion of the tungsten rods and the light guides are taken into account.

Die beiden unteren Wolframzylinder 6 und 7 befinden sich in einem gekühlten Ständer 10. Zwischen Zylinder 6 und 7 und Ständer 10 ist ausreichend Platz für eine Heizquelle, in Pig.1 als Heizwendel 11 dargestellt. Möglich ist auch, daß anstelle der beiden Zylinder б und 7 nur ein Zylinder mit einer prismatischen Nut verwendet wird, gegen die der Zylinder 5 drückt. Dabei kann anstelle des Zylinders 5 auch eine im Querschnitt konkav geformte Andruckplatte 13 verwendet werden (Pig.2).The two lower tungsten cylinders 6 and 7 are located in a cooled stand 10. Between cylinder 6 and 7 and stand 10 is sufficient space for a heating source, shown in Pig.1 as a heating coil 11. It is also possible that instead of the two cylinders б and 7, only one cylinder is used with a prismatic groove against which the cylinder 5 presses. In this case, instead of the cylinder 5 also a concave in cross-section formed pressure plate 13 are used (Pig.2).

Die Heizquelle muß so ausgewählt werden, daß sie die Lichtleiter auf das 0,5 - 0,8fache ihrer Schmelztemperatur erwärmt. Das geschieht beispielsweise durch Widerstandserwärmung von Wolfram, Tantal oder Molybdän.The heat source must be selected to heat the fibers to 0.5 to 0.8 times their melting temperature. This happens, for example, by resistance heating of tungsten, tantalum or molybdenum.

Aber auch eine andere Heizquelle wie z.B. HP-Erwärmung ist möglich. Kriterium ist allein, daß die Quarzlichtleiter auf eine Temperatur zwischen 1000 und 1600 C erwärmt werden.But also another heat source such. HP heating is possible. The only criterion is that the quartz light guides are heated to a temperature between 1000 and 1600 C.

Alle genannten Baugruppen befinden sich in einer Kammer 12, die vakuumdicht bzw. zur Aufnahme eines Schutzgases, z.B. Argon, vorgesehen ist. Die Kammer hat Durchführungen für die Lichtleiter und die Anschlüsse der Heizquelle. Der Diffusionsschweißvorgang läuft in folgenden Schritten abiAll these assemblies are located in a chamber 12, the vacuum-tight or for receiving a protective gas, e.g. Argon, is provided. The chamber has feedthroughs for the optical fibers and the connections of the heating source. The diffusion welding process takes place in the following steps

1. Die Lichtleiter 1;2 werden zwischen die Zylinder 6;7 gelegt, so daß sie aneinanderstoßen. Anschließend erfolgt das Spannen der Klemmvorrichtung 3j4.1. The optical fibers 1, 2 are placed between the cylinders 6, 7 so that they abut each other. Subsequently, the clamping of the clamping device 3j4 takes place.

2. Durch axiale Verschiebung der Klemmvorrichtungen 3j4 werden die Lichtleiter 1}2 mit dem erforderlichen Schweißdruck beaufschlagt. Der Druck bleibt bis zur Beendigung des Schweißvorganges aufrechterhalten.2. By axial displacement of the clamping devices 3j4 the optical fibers 1} 2 are subjected to the required welding pressure. The pressure is maintained until the completion of the welding process.

3. Es folgt das Aufsetzen des Zylinders 5 durch Absenken der Führung 9.3. It follows the placement of the cylinder 5 by lowering the guide. 9

4. Die Kammer 12 wird evakuiert bzw. mit Schutzgas gefüllt.4. The chamber 12 is evacuated or filled with inert gas.

5. Die Heizquelle 11 wird eingeschaltet.5. The heat source 11 is turned on.

Die Erwärmung wird so lange durchgeführt, bis die Moleküle der beiden aneinander stoßenden Lichtleiter 1;2 ineinander diffundiert sind. Die Dauer des Schweißprozesses ist e ine Funktion des Lichtleiterquerschnittes und der Erwärmungstemperatur.The heating is carried out until the molecules of the two abutting optical fibers 1, 2 are diffused into one another. The duration of the welding process is a function of the optical fiber cross section and the heating temperature.

6. Danach wird der Zylinder 5 abgehoben und die verschweißten Lichtleiter entnommen.6. Then the cylinder 5 is lifted and removed the welded optical fiber.

Der Nachteil der relativ längeren Schweißdauer gegenüber anderen Verfahren wird durch die besseren Eigenschaften der Schweißstelle ausgeglichen. Außerdem besteht die Möglichkeit, mehrere Vorrichtungen in der Kammer anzuordnen und somit mehrere Schweißungen gleichzeitig durchzuführen.The disadvantage of the relatively longer welding time compared to other methods is compensated by the better properties of the weld. It is also possible to arrange several devices in the chamber and thus perform several welds simultaneously.

Claims (4)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Verfahren zum Verbinden von Lichtleitern durch Verschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterenden mit Hilfe des an sich bekannten Diffusionsschweißens verbunden werden. 1. A method for connecting optical fibers by welding, characterized in that the optical fiber ends are connected by means of the known diffusion bonding. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in einer evakuierbaren
und/oder mit Schutzgas füllbaren Kammer (12) beheizbare
Führungselemente sehr hoher Schmelztemperatur befinden, die die Schweißstelle umgeben und zumindest teilweise abnehmbar sind und daß zur Erzeugung des erforderlichen Schweißdruckes beiderseits der Führungselemente axial verschiebbare Klemmvorrichtungen (3>4) für die Lichtleiter (1>2)
vorgesehen sind.2. Apparatus for carrying out the method according to item 1, characterized in that in an evacuated
and / or with inert gas fillable chamber (12) heated
Guide elements are very high melting temperature, which surround the weld and at least partially removable and that for generating the required welding pressure on both sides of the guide elements axially displaceable clamping devices (3> 4) for the light guide (1> 2)
are provided. 3. Vorrichtung nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente aus drei beheizbaren Volframzylindern
(5j6j7) bestehen, die in ihrer Mitte einen Führungskanal (8) in Form eines gleichseitigen sphärischen Dreiecks bilden.3. Device according to item 2, characterized in that the guide elements of three heated Volframzylindern
(5j6j7) which form in their middle a guide channel (8) in the form of an equilateral spherical triangle. 4. Vorrichtung nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß die4. Device according to item 2, characterized in that the Führungselemente aus einem mit prismatischen Längsnuten
versehenen Körper für die Aufnahme der Lichtleiter bestehen, über dem eine abnehmbare Abdeckplatte (13) angeordnet ist.Guiding elements from one with prismatic longitudinal grooves
provided body for receiving the light guide over which a removable cover plate (13) is arranged. - Hierzu 1 Blatt Zeichnung -- For this 1 sheet drawing -