DE2516858A1

DE2516858A1 - Loesbare steckverbindung fuer lichtleitfasern

Info

Publication number: DE2516858A1
Application number: DE19752516858
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Deserno; Christian Dipl Phys Gerndt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-04-17
Filing date: 1975-04-17
Publication date: 1976-10-28
Also published as: DE2516858C2

Description

Lösbare Steckverbindung für Lichtleitfasern Die vorliegende Erfindung betrifft eine lösbare Steckverbindung für Lichtleitfasern, insbesondere Multimoden-Lichtwellenleiter.
Für die verlustarme Verbindung von Lichtleitfaserpnden sind leicht lösbare Steckverbindungen erforderlich. Bei der Kopplung von Multimode-Fasern mit kreisförmigem Querschnitt und stufenförmigem Brechzahlprofil sind hinsichtlich der folgenden Parameter bestimmte Toleranzen einzuhalten: hDstand der Faserstirnflächen, gegenseitige Verkippung der Faserenden, seitlicher Versatz der Faserachsen und Oberflächenbeschaffenheit der Faserstirnflächen, sowie Normalität der Stirnflächen zur Faserachse. Dabei besteht eine Abhängigkeit der Transmission der Faser-Faser-Kopplung von den vorstehenden Parametern, sowie von den Faserparametern Kernradius und Skzeptanzwinkel.
In ungünstigen Fällen bei gleichzeitiger Ausnutzung aller Toleranzen würde sich eine Kopplungsdämpfung von etwa 0,5 dB entsprechend einer Transmission des Koppelelementes von etwa 0,89 ergeben.
Bei bekannten Steckverbindungen werden die mechanischen Toleranzforderungen dadurch erfüllt, daß die freien mit möglichst guten Stirnflächen versehenen Faserenden in eng tolerierten Nuten oder Bohrungen gegeneinander geführt werden. In der Praxis ergeben sich dabei jedoch einige Nachteile. So sind schwierig zu fertigerlde, eng tolerierte tiefe Bohrungen mit dem Durchmesser der Faser notwendig oder ein feinfühliges Zusammenführen der Faserenden von Hand, eventuell sogar unter Zuhilfe- -nahme eines Mikromanipulators. In anderen Fällen ist vor deS Koppeln mindestens ein freies Faserende von etwa 0,1 mm Durchmesser vorhanden, das beim Manipulieren leicht beschädigt oder beschmutzt werden kann.
Insbesondere besteht beim Zusammenführen der Faserenden in enge Nuten oder Bohrungen die Gefahr, daß in den Führungselementen vorhandene Staubteilchen aufgesammelt werden und auf die Faserenden gelangen, so daß die Koppelverluste unkontrolliert erhöht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine lösbare Steckverbindung für Lichtleitfasern anzugeben, die die obigen Nachteile vermeidet und die keine mikroskopischen Führungselemente erfordert und damit einfach zu fertigen und robust und unkritisch in der Handbabung ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Steckverbindung aus die zu verbindenden Fasern umgebenden Steckern und aus einer zylindrischen metallischen Paßhülse besteht, die mit Federn und/oder Schraubmuffen versehen ist.
Vorteilhafterweise weist die Paßhülse eine Bohrung für die Zuführung einer geeigneten Immersionsflüssigkeit auf, während die Stecker an ihren Stirnseiten mit einer Staubfangrille versehen sind.
Die vorgeschlagene Steckverbindung läßt sich vorteilhaft zu einer linearen Anordnung von Parallel steckern erweitern, wobei die Stapelung solcher Parallel stecker weiterhin eine sehr kompakte Verbindung für eine größere Zahl von Einzelfasern ergibt. So läßt sich leicht ein Koppelelement für 100 Einzelfasern mit den Abmessungen von 60 . 60 . 32 mm realisieren.
Durch die identische Konfektionierung der Einzelfasern ist weiterhin der Vorteil gegebene daß jede Faser einzeln ausgewechselt oder umgesteckt werden kann, ohne die übrigen Verbinaungen zu trennen.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß bei stufenförmigem Brechzæhlprofil durch Ausleuchtung der Faser eine Zentrierung direkt auf die Kern-Mantel-Grenzfläche der Faser vorgenommen werden a-J1, so daß FertigungsWs W etrien der Faser nicht eingehen.
Die erfindungsgemäße lösbare Steckverbindung eignet sich daher besonders gut für Einmaterialfasern, bei denen die exakte Zentrierung des Faserkerns zum Außenmantel erfahrungsgemäß schwieriger ist, als bei kompakten Kern-Mantel-Fasern.
I: folgenden wird die Erfindung anhand der Figur beispielsweise beschrieben, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steckverbindung schematisch dargestellt ist.
In der Figur sind mit 1 und 11 zwei zu verbindende Lichtleitfasern, beispielsweise Multimodelichtwellenleiter vom Kernantel-Typ, bezeichnet. Jede Faser 1, 1i ist von einem Stecker 2, 12 umgeben, die mit ihren Stirnflächen zusammenstoßen. Die Enden der Lichtleitfasern 1, 11 sind mittels Klebungen 6, 13 in den entsprechenden Steckern 2, 12 befestigt. Mit 5 ist eine Staubfangrille bezeichnet, die die Stirnflächen der Stecker umgibt.
Mit 3 ist eine zylindrische metallische Paßhülse bezeichnet, die die beiden Stecker 2, 12 konzentrisch umgibt. Zusätzlich dient eine geeignete Feder 4 und/oder eine geeignete Schraubmuffe zur Halterung der Stecker in der Hülse. Mit 7, 8 sind Bohrungen für die Zuführung einer geeigneten Immersionsflüssigkeit bezeichnet, durch die eine Sicherung der Faser im Stecker durch Vergrößerung der Klebefläche und eine teilweise Zugentlastung der Faser erreicht wird.
Die einzige kritische Forderung der Realisierung der angegebenen Steckverbindung ist die Zentrierung des Faserendes in den Stecker.
Hierzu sind zwei Verfahren für eine kostengünstige Massenfertigung geeignet.
1. Der zylindrische Steckerteil, der die Passung in der Paßhülse vermittelt, wird zunächst mit ca. 0,2 mm Übermaß gefertigt.
Das Faserende wird dann in die dafür vorgesehene Bohrung eingeführt, und zwar ohne weitere radiale Positionierung, und dort durch Klebung oder Quetschung befestigt. Soll der Stecker später mit einem optischen Immersionsmittel gefüllt werden, so genügt es, sauber abgebrochene Faserenden auf Anschlag bis auf die Höhe der Steckerstirnfläche einzuführen. Andernfalls muß das Faserende zusammen mit der Stirnfläche überschliffen und poliert werden.
Das so vorbereitete gefaßte Faserende wird dann am zylindrischen Führungsteil zentrisch zur jeweiligen radialen Faserposition auf Passung nachgearbeitet, z.B. derart, daß die Stecker auf dem Koordinatentisch einer Universalfräsmaschine befestigt werden und die Spindel mit dem Werkzeug mit Hilfe eines Zentriermikroskops auf die Fasermitte eingerichtet wird. Werkstattübliche Maschinen dieser Art liefern bereits eine Genauigkeit von + 5 /um.
2. Für ein zentrisches Anbringen der Faserenden wird der Führungszylinder bereits auf Passung gearbeitet. Unter einem Auflichtmikroskop, dessen Okular zwei zueinander senkrechte Okularmikrometer enthält, werden Stecker und Faser axial positioniert und mit Hilfe zweier unabhängiger 3-Koordinaten-Mikromanipulatoren zueinander zentriert und anschließend durch Klebung oder Quetschung miteinander verbunden. Je nach Objektfeldgröße und Auflösung des Mikroskopes ist die Zentriergenauigkeit bei diesem Verfahren + 2 Die in beiden Fällen notwendige optische Zentrierung kann bei größerem Stückzahlbedarf automatisiert werden mit Hilfe der in der Halbleiterfertigung üblichen optoelektronischen Positioniermethoden. Der Aufwand für die Toleranzen der Paßhülse ist dagegen vergleichsweise klein. So sind Passungen mit einem radialen Versatz von maximal 4 /um und einer Begrenzung des Kippwinkels auf + 5,5 ohne Schwierigkeiten erzielbar. Der axiale Kraftschluß der Stirnflächen wird dadurch Federkraft oder Schraubmuffen gewährleistet.
Die Vorteile dieser Steckverbindung werden besonders deutlich, wenn es möglich ist, fabrikvorgefertigte Faserlängen zu verwenden. Die Faserenden brauchen dann bei der Steckermontage nicht mehr präpariert und optisch kontrolliert zu werden, wenn sie nach der Herstellung beispielsweise mit einer versiegelten Schutzkappe versehen sind. Verschmutzte Faserenden können durch die robuste Metallfassung gefahrlos gereinigt wc den. Das Problem, daß beim Zusammenfügen der Steckerbindung Staub aus der Paßhülse auf das Faserende gelangt, tritt bei der erfindungsgemäßen Steckverbindung nicht auf. Aus der im Verhältnis zur Gesamtfläche sehr kleinen Lichtdurchtrittsfläche folgt nämlich eine sehr geringe statistische Wahrscheinlichkeit für das Vorhandensein eines Fremdpartikels im optischen Strahlengang. Diese Gefahr kann weiterhin durch das Anbringen von Staubrillen völlig vermieden werden.
Für Einmaterialfasern mit azimutal unsymmetrischem, z.B. linsenförmigem Kernquerschnitt ist noch eine Berücksichtigung der Unsymmetrie beim Zusammenfügen der Steckverbindung erforderlich.
Durch einfaches Verdrehen der beiden Stecker gegeneinander kann die Verbindung auf maximalen Lichtdurchgang justiert werden.
3 Patentansprüche 1 Figur

Claims

P a t e n t a n s p rü c h e 1. Lösbare Steckverbindung für Lichtleitfasern, insbesondere Multimode-Lichtwellenleiter, dadurch g e k e n n z e i c hn e t , daß sie aus die zu verbindenden Fasern umgebenden Steckern und aus einer zylindrischen metallischen Paßhülse besteht, die mit Federn und/oder Schraubmuffen versehen ist, so daß Faserachse und Stecker beim Zusammenfügen oder danach zueinander zentriert sind.
2. Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Paßhülse eine Bohrung für die Zuführung einer geeigneten Immersionsflüssigkeit aufweist.
3. Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Stecker an ihrer Stirnseite mit einer Staubfangrille versehen sind.