DE2126338A1 - Verfahren zum Herstellen eines aus laugbaren Bundeis aus optischen Fasern - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines aus laugbaren Bundeis aus optischen Fasern

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Description

PATENTANWALT D-1 BERLIN 33 22.5.1971
KiAKirncn κ Atm ic FALKENRIED ♦
MANFRED MIEHE Telefon: (03l1) 7609SO
Diplom-Chemiker Telegramme: PATOCHEM BERLIN
AO-2065 US/02 -.1142
AMERICAN OPTICAL CORPORATION Southbridge, Mass. O155Q,USA
Verfahren zum Herstellen eines auslaugbaren Bündels aus optischen
Fasern
Es wird eine Mehrzahl an optischen Pasern/ deren jede einen Kernaus einem lichtdurchlässigen Material mit hohem Brechungsindex und eine Umkleidung aus einem Material mit einem kleineren Brechungsindex, sowie eine Anzahl länglicher, säurelöslicher Stäbe verschmolzen mit dem Äußeren der Umkleidung aufweist, in ein Bündel überführt, wobei die Stäbe die Fasern im Abstandsverhältnis halten und zwischen denselben Hohlräume belassen. Das Bündel wird vermittels Ziehen gestreckt und das gezogene Bündel mit Hohlräumen zwischen den Fasern desselben vorliegend, wird an jedem Ende eingebettet unter Anwenden eines säurefesten Materials und im Anschluß hieran erfolgt ein Auslaugen unter Entfernen von Stücken der Stäbe zwischen den stirnseitigen überzügen unter Ausbilden einer flexiblen, bildübertragenden Leitung.
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fiberoptiken und betrifft insbesondere flexible, fiberoptische Bildübertragungsvorrichtungen und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
Bei einem der bekannten Verfahren zum Hestellen einer ausgelaugten, flexiblen, bildübertragenden Leitung, d.h. einem Fiberskop, ist es erforderlich gewesen, ein säureauslaugbares Glas als zweite Umkleidung vollständig um die optische Umkleidung jeder Faser aufzubringen. Bei dem sich anschließenden Ziehen der Bündel derartig doppelt umkleideter Fasern werden Spalte zwischen den Fasern praktisch vollständig ausgeschaltet, so daß das Auslaugen radial bezüglich der Monofasern erfolgen mußte und nicht sowohl radial als auch axial längs der Leitung. Dies führt zu längeren Ätzzeiten und dem Ausbilden kegelförmiger, nicht geätzter Teile benachbart
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zu den Obergangsζonen zwischen den eingebetteten und nicht abgedeckten Abschnitten der Leitung. Diese kegelförmigen Teile haben die Wirkung einer Schwächung der fertigen Leitung.
Bei herkömmlichen Bild-übertragenden Leitungen führt ein Kernglas, das relativ zu der Umkleidung hart ist, zu einer besseren Fleckenqualität. Dies liegt teilweise daran, daß eingeschlossene Luft und Gase dazu neigen, Bläschen zu bilden, die in das weichere Material, d.h. die Umkleidung hineinwachsen. Dies ergibt einen geringeren Lichtverlust und somit bessere Fleckenqualität als dies der Fall sein würde, aufgrund eines Heineinwachsens in das Material des Faserkerns. In dem Fall, wo umkleidete Fasern eng benachbart " in Umfangsrichtung in einem Seite-an-Seite Verhältnis verbunden sind, wird jedoch eine in die weichere Umkleidung einer Faser hineinwachsende Blase die Umkleidung einer benachbarten Faser in den Kern der benachbarten Faser drücken. Unter Ausbilden einer Unregelmäßigkeit in der Grenzfläche zwischen Kern-Umkleidung der benachbarten Faser ergibt sich, daß diese Faser und die Leitung als Ganzes beide verschlechterte lichtleitende Eigenschaften besitzen.
Vermittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden umkleidete Fasern geschaffen, die jeweils mit wenigstens drei säurelöslichen Stäben versehen sind, die im gleichen Abstandsverhältnis um die Außenseite der Faserumkleidung herum befestigt sind. Nach dem Zu-" sammensetzen in ein Bündel und Ziehen unter Ausbildung einer Lichtleitung berühren die Umkleidungen benachbarter Fasern einander nicht, und es ergibt sich ein Raum zwischen denselben, in dem das Auslaugen sowohl in längsseitiger als auch in radialer Richtung bezüglich der Lichtleitung eintreten kann. Die säurelöslichen Glasstäbe längs der Seiten der Fasern bilden Lufträume zwischen den Fasern, die ausdehnende Teile der Faserumkleidungen aufnehmen, welche durch die Blasenbildung ausgebildet werden und meistenteils verhindern dieselben eine nachteilige Beeinflussung der Umkleidungsausdehnungen mit den benachbarten Fasern.
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Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Ausbilden einer verbesserten fiberoptischen Leitung zu schaffen.
Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer auslaugbaren Lichtleitung zu schaffen, vermittels dessen die Ausbildung oder nachteilige Beeinflussung von Luft und/oder Gasblasen zwischen den Fasern des Bündels verhindert wird.
Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Ausbilden einer verbesserten, flexiblen, fiberoptischen Vorrichtung (Fiberskop) zu schaffen, die eine wesentliche Verringerung von Fleckenbildung an den Fasern der Lichtleitung aufweist.
Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer ausgelaugten, fiberoptischen Leitung zu schaffen, die eine verbesserte Widerstandsfähigkeit bezüglich des Faserbruchs in der Übergangszone zwischen den getrennten Fasern und den miteinander verbundenen Enden derselben aufweist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer umkleideten optischen Faser, wie sie erfindungsgemäß in Betracht gezogen wird;
Fig. 2 eine allgemein schematisch im Querschnitt ausgeführte Ansicht einer Anordnung von Fasern, wobei die relative Lageanordnung der Fasern in erfindungsgemäßer Weise bezüglich der Ausbildung der faseroptischen Leitung wiedergegeben ist;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Faser der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Art;
Fig. 4 eine stark vergrößerte längsseitige Ansicht im Querschnitt einer optischen Faser, wobei eine Fleckenbildung in der Umkleidung der Faser und die Wirkung der Fleckenbildung auf
einen durch dieselbe hindurchgehenden Lichtstrahl wiedergegeben ist;
Fig. 5 eine stark vergrößerte längsseitige Ansicht im Querschnitt einer optischen Faser, wobei' die Wirkung eines Fleckenbildung gezeigt, ist, die sich in den Kern einer umkleideten Faser erstreckt;
Fig. 6 eine stark vergrößerte längsseitige Ansicht im Querschnitt eines Paares nebeneinander angeordneter Fasern, wobei die Wirkung einer Fleckenbildung auf eine Faser gezeigt ist, die in die andere Faser hineindrückt und der Grund für den Lichtverlust aufgezeigt ist, der an der Stelle der Fleckenbildung vorliegt. ■-....
Nach der in der Figur 1 wiedergegebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform weist eine Faser 3 eine Umkleidung 2 und mit der Umkleidung verschmolzen säurelösliche Glasstäbe la, Ib und lc auf. Der Zweck der Umkleidung besteht darin, eine im Inneren reflektierende Zwischenfäche längs der Faser 3 auszubilden, wodurch die Faser gegenüber Licht aufgrund der totalen inneren Reflektion leitfähig wird. Eine Mehrzahl derartiger miteinander verbündelter Fasern bildet eine optische Leitung, die dazu angewandt werden kann, Licht längs eines unregelmäßigen Laufwegs zu leiten. Um ein vernünftiges Lichtmuster (d.h. eine optische Abbildung eines Gegenstandes) an dem Auslaßende ψ einer derartigen Leitung zu erhalten, müssen die Fasern an den Austrittsende der Leitung das gleiche relative geometrische Verhältnis zueinander wie die Fasern an dem Eintrittsende des Bündels besitzen.
Bündel aus umkleideten Fasern, die erhitzt und auf verringerte Größen heruntergezogen werden müssen und für die Verwendung als ein flexibles. Fiberskop vorgesehen sind, müssen zwischen den Fasern ein Material aufweisen, das anschließend aus den zwischengeordneten Teilen der Länge der heruntergezogenen Anordnung entfernt werden kann, um so eine Durchbiegung zu ermöglichen. Allgemein wird säurelösliches Glas angewandt, und erfindungsgemäß wird das säurelösliche Glas als Stäbe auf das Äußere der Umkleidung jeder Faser aufgebracht. Nach dem Herunterziehen wird das abgekühlte Bündel mit seinen geschützten Enden in ein Säurebad eingetaucht, so daß die Säure das
säurelösliche Glas weglaugt.
Bisher führte das Anwenden eines vollständigen Überzuges des säurelös liehen Glases um die Faserumkleidungen herum zu einem Einschließen von Luft und/oder dem Ausbilden von Gasen zwischen den Fibergläsern,wodurfcth sich eine Neigung zur Ausbildung von Luftblasen in dem Bündel ergab. Die Wirkung derartiger Luftblasen auf die Umkleidete Faser ist in den Figuren 4 bis 6 wiedergegeben. Da die Blasen dazu neigen sich in dem wieheren der Materialien des Faserkerns und der Umkleidung auszubilden, ist es bevorzugt, daß die Faserumkleidungen aus weicheren Gläsern als die Kerne hergestellt werden, um so eine bessere Fleckenqualität zu erhalten. In dieser Hinsicht ergibt sich anhand der Figur 4, daß ein Lichtstrahl 20, der normalerweise durch totale Innenreflektion durch den Faserkern 21 fortgeleitet würde, durch eine Blase 24 in der Umkleidung 22 praktisch nicht beeinflußt wird, da die sich ergebende Grenzfläche Luft/Kernglas praktisch das Äquivalent der Grenzfläche Umkleidung 22/Kern 21 ist. Somit ergibt sich aufgrund des Vorliegens eines sehr erheblichen Raums zwischen den Fasern eines Bündels, in den Anteile der durch Luft- und Gasblasen ausgedehnten Umkleidungen eindringen können, daß keine Beeinflussung benachbarter Fasern in erfindungsgemäßer Weise erfolgt, so_daß„_ei,ne verbesserte Bildübertragung (bes-sere Fleckenqualität) erzielt wird.
Die sich in den Fasernkernen bildenden Blasen führen jedoch zu einer erheblichen Verringerung der Lichtdurchlässigkeit durch die Fasern und/oder Bündel derselben. Wie anhand der Figur 5 gezeigt, führt eine Blase 34, die in den Kern 30 einer Faser mit einer Umkleidung 32 gewachsen ist dazu, daß ein auf die Blase 34 auftreffender Lichtstrahl 36 aus dessen normalem Weg abgelenkt wird und als Streulicht verlorengeht. In denjenigen Fällen, wo eine Blase 46 die Umkleidung 42 einer Faser 40 in die Umkleidung 43 der benachbarten Faser 41, siehe die Fig. 6, drückt, bildet das deformierte Teil der Umkleidung 43 eine unregelmäßige Oberfläche an der Grenzfläche Kern/Umkleidung der oberen Faser, wodurch sich eine nachteilige Beeinflussung der lichtleitenden Eigenschaften der Faser
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41 in ähnlicher Weise zu der Wirkung des Lichtverlustes in der Faser 30, siehe Fig. 5, ergibt. In diesem Zusammenhang würde ein von der Oberfläche 47 reflektierter Lichtstrahl 48 dazu neigen, als Streulicht verlorenzugehen.
Erfindungsgemäß werden die Schwierigkeiten der Luftblasenbildnng dadurch überwinden, daß die Fasern in einem Äbstandsverhältnis angeordnet werden und es ergibt sich auch eine verbesserte Säureauslaugung des gezogenen Faserbündels.
Bei Durchführung der Erfindung werden einzelne Faserkerne mit einer optischen Umkleidung versehen, und es werden säureauslaugbare Stäbe an der äußeren Oberfläche der Umkleidung angeschmolzen. Ein Kern 30 aus einem Material mit hohem Brechungsindex, siehe die Figuren 1 und 3, wird mit einer optischen Umkleidung 2 aus einem Material mit geringerem Brechungsindex umkleidet und weiterhin werden längsseitige Stäbe la, Ib und Ic mit dieser Umkleidung in gleichem Abstandsverhältnis um die Faser herum verschmolzen. Die Fasern werden sodann unter Ausbilden einer Anordnung 5, wie in der Figur 2 gezeigt, gebündelt, wobei Luft die Zwischenhohlräume füllt. Diese Anordnung wird erhitzt und heruntergezogen, wddurch mit einer weichen Umkleidung die Blasen, die sich ggfs. an den Grenzflächen Kern/Umkleidung bilden, lediglibh die entsprechenden Umkleidungen in die mit Luft gefüllten Zwischenräume drücken. Somit wird eine Blase in der Umkleidung einer Faser nicht zu einer Vertiefung in dem Kern einer benachbarten Faser führen. Somit ergibt sich bezüglich der in der Figur 2 gezeigten Anordnung nach dem Erhitzen und Herunterziehen ein überlegenes, auslaugbares Mehrfaserbündel, das in einigen Fällen ein Mehrfachfaserbündel sein kann, wenn man sich . dazu entscheidet, Fasern anzuwenden, die als solche jeweils eine verschmolzene Anordnung aus einer Mehrzahl einzeln umkleideter Faserelemente darstellen. Mehrfachfasern als solche sind auf dem einschlägigen Gebiet allgemein bekannt.
Das säurelösliche Glas muß sodann aus dem Zwischenteil des heruntergezogenen Bündels entfernt werden unter Ausbilden einer flexiblen Lichtleitung. Somit werden gegenüberliegende Enden des herunterge-
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zogenen Bündels eingebettet unter Einschließen und Aufrechterhalten des geometrischen Musters der einzelnen Faserenden der Lichtleitung. Das Einbetten füllt die Lufträume zwischen den Fasern, bevor das Auslaugen durchgeführt wird. Wenn eine Epoxy-Kunstharz-Einbettmasse angewandt wird, wird die Lichtleitung ausreichend erwärmt, um ein Hereinfließen des Epoxykunststoffes in die Lufträume zu ermöglichen, und sodann wird das gesamte Ende der Lichtleitung mit dem Epoxy-Kunststoff bedeckt. Hierdurch wird ein Ätzen der äußersten Auslaugbaren Glasstäbe und auch innerer Teile derselben verhindert, was ansonsten aufgrund von Kapillarwirkung zu einem Auslaugen führen könnte. Nach dem Auslaugen können weiterhin diese Enden der Lichtleitung poliert werden, ohne daß die Poliermasse in die Räume zwischen den Fasern eintritt.
Nach Aufbringen des Epoxykunststoffes, Wachs oder anderen säurefesten Materials auf die Enden der Lichtleitung erfolgt ein Auslaugen vermittels Eintauchen in Säure. Unter Anwenden eines säurelöslichen Glases für die Stäbe 1, la und Ib (siehe Figuren 1 -3) , daß aus etwa 45% B3O3, etwa 45% BaO und etwa 8 oder 10% La3O3 besteht, kann das Auslaugen mit Salzsäure erfolgen.
Es wurde gefunden, daß ein derartiges Auslaugen dazu neigt, radial und nicht so sehr axial bei Verfahren nach dem Stand der Technik zu verlaufen, wodurch ein Kegel aus faserverbindendem Glas benachbart zu den eingebetteten Enden der Bündel verbleibt. Dieser zu einem Schwächen der Bündel führende Effekt wird erfindungsgemäß vermieden, wonach das Auslaugen axial in den Räumen zwischen den Fasern und auch radial erfolgt. Weiterhin wird die Aaslaügungszeit wesentlich in der erfindungsgemäßen Weise verringert.
Die säureausläugbaren Stäbe sind hier mit einem rechtwinkligen Querschnitt gezeigt, dieselben können jedoch auch kreisförmig sein oder jede beliebige andere Querschnittsform besitzen. Auch die Anzahl der Stäbe ist eine Sache der Wahl, solange deren entsprechende Fasern im Abstandsverhältnis zueinander gehalten werden. Unter be-
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stimmten Bedingungen können auch Fasern angewandt werden, die
verschmolzen zwei säurelösliche Stäbe an der Umkleidung aufweisen. Jedoch führt das Anwenden von drei oder mehr Stäben, üblicherweise nicht mehr als sechs, zu der wirksamsten Anordnung für die erfindungsgemäße Verarbeitung.
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Claims (10)

  1. Patentansprüche
    (lj Verfahren zum Herstellen eines Faserbündels für eine fiberoptische lichtübertragende Anordnung, gekennzeichnet durch die folgenden Arbeitsschritte:
    a) Einschließen eines Faserkerns in eine optische Umkleidung;
    b) Vrschmelzen einer Mehranzahl an im Abstandsverhältnis angeordneten Glasstäben längsseitig zu der Umkleidung, wobei der Kern, die Umkleidung und die Stäbe eine Anordnung bilden;
    c) Bündeln einer Mehrzahl der sich ergebenden Anordnungen in längssei tiger Weise dergestalt, daß jeder der umkleideten Faserkerne im Abstandsverhältnis zu seinem Nachbarn durch die Stäbe vorliegt und
    d) Erhitzen und Verschmelzen der Anordnungen miteinander in dem Bündel.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Glasstäbe bei der Ausbildung jeder der Anordntingen angewandt werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungen so gebündelt werden, daß die Räume zwischen denselben sich von einem zum anderen Ende des Bündels erstrecken.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Glasstäbe jeweils aus einem säurelösliehen Glas gebildet werden und der Arbeitsschritt des Erhitzens und Verschmelzens der Anordnungen miteinander weiterhin das Herunterziehen des Bündels der Anordnungen in längsseitiger Richtung auf eine verringerte Querschnittsabmessung einschließt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einbetten der gegenüberliegenden Enden des gezogenen Bündels in einem säurefesten Material erfolgt, wodurch Längen der säurelöslichen Glasstäbe zwischen den eingebetteten Enden selektiv aus dem Bündel herausgelaugt werden können unter überführen des Bündels in einen flexiblen Zustand.
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  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ ei chnet, daß die Enden des Bündels unmittelbar vor dem Einbetten erhitzt werden, so daß das Einbettmaterial in die Räume zwischen den umkleideten Faserkernen des Bündels eintreten kann.
  7. 7. Bündel aus lichtübertragenden Fasern geeignet für ein Herunterziehen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    a) eine Mehrzahl an Kernfasern (3) mit hohem Brechungsindex;
    b) eine optische Umkleidung (2) mit relativ niedrigem Brechungsindex, der die Faser (3) umgibt;
    c) eine Mehrzahl von im gleichen Abstandsverhältnis längsseitig an \ die äußere Oberfläche der Umkleidung (2) jeder der Fasern (3)
    verschmolzenen Stäben (la,Ib,Ic) und
    d) die Anordnung (5) aus der Faser (3), der Umkleidung (2) und den Stäben (la,Ib,Ic) in jedem Fall eine leichtleitende Einheit bildet, die Einheiten in längsseitiger Richtung nebeneinander in ein Bündel angeordnet sind, sowie die Stäbe (la,Ib,Ic) dazu führen, daß jede der umkleideten Fasern (3) im Abstandsverhältnis von ihrem Nachbarn vermittels der sich längsseitig erstreckenden Lufträume um dieselben herum vorliegt.
  8. 8. Bündel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Stäbe (la,Ib,Ic) rechtwinkligen Querschnitt besitzen.
  9. 9. Bündel nach^'Ahspruch 7, dadurch gekennzeichnet , " daß die im gleichen Abstandsverhältnis vorliegenden Stäbe (la,Ib, lc) jeder der Einheiten in einer Menge von drei vorliegen, so daß jede umkleidete Faser (3) von ihrem Nachbarn durch sechs derartige Stäbe (la,Ib,lc) im Abstandsverhältnis vorliegt.
  10. 10. Bündel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten alle miteinander verschmolzen und auf eine verringerte Querschnittsgröße heruntergezogen sind.
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DE2126338A 1970-07-02 1971-05-24 Verfahren zum Herstellen eines Faserbündels aus optischen Glasfasern und nach dem Verfahren hergestelltes Faserbündel Expired DE2126338C3 (de)

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