DE2800392A1

DE2800392A1 - Anordnung zur herstellung einer optische signaluebertragungsverbindung zwischen den stosseitigen enden von zwei optischen fasern

Info

Publication number: DE2800392A1
Application number: DE19782800392
Authority: DE
Inventors: Malcolm Hellyer Hodge
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Globe Motors Inc
Priority date: 1977-01-10
Filing date: 1978-01-05
Publication date: 1978-07-13
Also published as: SE438918B; CA1119859A; JPS5395050A; BR7800085A; FR2377049A1; GB1595244A; FR2377049B1; NL7800252A; SE7800208L

Description

TRW, INC.
10880 Wilshire Blvd., Los Angeles, Kalifornien, V.St.A.

Anordnung zur Herstellung einer optischen SignalUbertragungsver— bindung zwischen den stoßseitigen Enden von zwei optischen Fasern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Herstellung einer optischen Signalübertragungsverbindung zwischen den stoßseitigen Enden von zwei optischen Fasern.

Die Technologie der Datenübertragung über optische Fasern hat in den letzten Jahren eine rasche Entwicklung erfahren und ist soweit fortgeschritten, daß faseroptische Systeme auf vielen Anwendungsgebieten, z.B. in der Telefontechnik, bei Gemeinschaftsantennenanlagen, bei Lang- und Kurzstrecken-Datenübertragungen, in der industriellen Prozeßrechnung, in Flug- und Seefahrtsnachrichtensystemen vielfach eingeführt wurden.

Es gibt gegenwärtig zwei Arten von optischen Leitungen, nämlich Bündelleitungen mit Mehrfasernleitern, die alle das gleiche optische Signal führen, und Einzelfaserleitungen, bei denen jede einzelne Faser (bei Verwendung mehrer Fasern) einen getrennten Signalkanal bildet.

Da bei Faseroptiken häufig Verbindungen zwischen den signalfUhrenden Fasern benötigt werden, müssen Verbindungsstücke zur raschen und einfachen Verbindung der stoßseitigen Enden von optischen Fasern geschaffen werden. Außerdem muß die Ver—

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bindung genau und zuverlässig hergestellt werden, um die KopplungsVerluste (Lichtverluste an den Grenzflächen der Verbindung) zu minimalisieren, Bekanntlich gibt es verschiedene Ursachen für das Auftreten von KopplungsVerlusten in den Einzelfaserverbindungen, und diese Ursachen beziehen sich auf die Orientierung, Anordnung und Geometrie der zu verbindenden Enden der optischen Einzelfasern an ihren Berührungs- bzw. Grenzflächen. So führt beispielsweise eine seitliche Versetzung der Enden der Fasern relativ zueinander zu beträchtlichen SignalVerlusten an der Grenzfläche, und diese SignalVerluste nehmen mit zunehmendem Ausmaß der Querverschiebung bis zu etwa 4 db bei einer Querverschiebung von etwa der Hälfte des Faserdurchmesserε zu. Auch ein Axialabstand der Faserenden führt zu einem beträchtlichen Signalverlust, der ebenfalls mit zunehmendem Abstand bis au etwa 1,5 db bei einem Abstand von der Hälfte des Faserdurchmessers anwächst. Eine Axial- oder Winkelfehlausrichtung trägt ebenfalls zu den KopplungsVerlusten bei, wobei die Verluste auch mit zunehmendem Winkel zwischen den Endflächen der optischen Fasern größer werden; es tritt beispielsweise eine Verlust von angenähert 1 db bei einem Grenzflächenwinkel von 5° auf· Die durch Querverschiebung, Endabstand, axiale Fehlausrichtung sowie durch Fresnel-Reflexionen hervorgerufenen Verluste sind kumulativ.

Es ist daher von besonderer Wichtigkeit, eine Kopplunge- bzw. Verbindungsanordnung zu schaffen, bei der die Faserenden sowohl quer als auch axial genau zueinander ausgerichtet sind und stoßseitig satt aufeinanderliegen. Bekannte Verbinder- und

—en

Spleißvorrichtung sind, soweit sie diese Funktionen angemessen erfüllen können, relativ kompliziert und aufwendig aufgebaut und können nicht in geeigneter Weise wiederverwendet werden. Bei einer bekannten Spleißkupplung wird beispielsweise ein quadratisches Glasrohr verwendet, das mit einem Epoxyharz eines angepaßten BrechungsIndexes gefüllt ist. Die miteinander zu verbindenden Faserenden werden in das Rohr ein-

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geschoben und gebogen, wodurch sich das Rohr dreht, worauf die Fasern In eine Ecke gedrängt und axial ausgerichtet werden. Die Fasern werden dann stoßseitig zusammengefügt. Wenn der Epoxyharz ausgehärtet ist, ergibt sich eine dauernde Verbindung oder eine Spleißstelle· Bei . einer anderen Kupplungsmethode wird ein Rohr aus rostfreiem Stahl mit einer Zentralbohrung verwendet, in die eine Flüssigkeit mit angepaßtem Brechungsindex eingeführt wird. Die optischen Faserenden werden von einander entgegengesetzten Enden des Rohrs aus eingeschoben und das Rohr umgebogen bzw· gekröpft, um eine dauernde Verbindung herzustellen·

Wenn auch die oben beschriebenen Verbindungsanordnungen Übertragungsverluste im Bereich der Grenz- bzw. Kupplungsflächen wirksam zu begrenzen vermögen, sind rohrformige Verbindungsstücke schwer zu verwenden und kostspielig herzustellen. Außerdem ist die mit ihrer Hilfe hergestellte Kupplung eine permanente Verbindung, also eine Spleißstelle, und kann ohne Zerstörung des Kupplungsstuckes nicht gelöst werden·

Verschiedene lösbare Verbindungen sind im Stande der Technik beschrieben. So ist beispielsweise eine optische Verbindungsanordnung, bei dar verschiedene Arten von Faserpositionier— und -ausrichtvorrichtungen verwendet werden, in einem Artikel mit der Bezeichnung "Demountable Connectors For Optical Fiber Systems" von M.A. Bedgood, O. Leach and H. Matthews in Electrical Communication, Vol. 51, Nr. 2, 1976 beschrieben. Zu den dort angegebenen Vorrichtungen sum Positionieren und Ausrichten der Faserenden gehören (1) ein Praxisionsendring aus korrosionsfreiem Stahl, in dessen «ine« Ende eine Edel— steinbohrung eingesetzt ist, um die im Endring befestigten optischen Faserenden auszurichten, (2) «in· Doppelringverbindung, bei der «ine optisch· Faser in einem Innenring durch Epoxyharz befestigt ist und der Innenring in einest Außenring aufgenommen ist, und (3) X-Edelstein-Verbindungen, bei denen ein X-Edelstein in einem Ende eines Endringe befestigt ist und

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eine in ihn eingekittete optische Paser ausgerichtet hält, wobei ein Paßring mit einem von der optischen Faser durchgriff enen Silikongummikonus vorgesehen ist, dessen Konus in den X-Edelstein passend eingreift, wenn die beiden Ringe zusammengesetzt sind.

Es hat sich gezeigt, daß eine runde optische Faser am besten durch Angreifen an über den Umfang gleichmäßig verteilten Stellen ausgerichtet werden kann. Aus einem Artikel mit der Bezeichnung "Optical Wave Guide Cable Connection" von F.L. Thele und R.M. Hawk in Applied Optics, November 1976, ist eine Verbinderanordnung mit einer die Faser ausrichtenden und haltenden Führung bekannt, welche an gleichmäßig verteilten Stellen des Faserumfangs angreift« Zu diesem Zweck weist die Führung drei aus Kunststoff bestehende oder mit einem Kunststoffmantel versehene Stäbe übereinstimmenden Durchmessers auf· Der Durchmesser der Stäbe ist so gewählt, daß die auszurichtende und zu haltende optische Faser genau in die Stabanordnung paßt, wobei die Stäbe an ihren Kontaktstellen mit der Faser leicht deformiert werden, wodurch die Faser in Stellung gehalten wird. Wenn auch die aus einer Stabanordnung bestehende bekannte Führung die Fasern in Ausrichtung hält, so macht doch der Reibschluß durch den festen Kontakt der Kunststoffstäbe mit der Faser die axiale Positionierung der Faser schwierig. Außerdem kann das relativ weiche Material des Stabes an seiner Oberfläche während des Befestigungsvorgangs beschädigt werden, wodurch Lichtverluste entstehen können.

Eine Dreistab-Ausrichtvorrichtung oder -führung ist zusammen mit einem rohrförmigen Verbinder in einer Druckschrift mit der Bezeichnung "Connecting The Thread Of Light" von Kenneth J. Fenton und Ronald L. McCartney aus Anlaß des Ninth Annual Connectors Symposium vom 20. und 21. Oktober 1976 veröffentlicht worden. Diese Veröffentlichung beschreibt eine aus drei Kunststoffstäben bestehende oder deformierbare Führung,

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die zur Ausrichtung eines Faserendes innerhalb eines Faseroptikanschlusses oder eines Verbindungsabschnitts dient. Das anzuschließende andere Faserende wird innerhalb einer anderen Dreistab-Führung ausgerichtet und festgehalten, wobei die andere Dreistab-FUhrung in einem passenden Faseroptik-Verbindungsabschnitt angebracht ist· Die Verbindungsabschnitte sind über ein Rohr aus elastomerem Material miteinander verbunden, wobei die passenden Abschnitte in einen Zentralkanal in Form eines "Stundenglases" eingesetzt sind. Diese Konstruktion ist zwar geeignet, die optischen Faserenden bei geringen Llchtverlusfcn im Verbindungsbereich fest zusammenzuschließen, ist jedoch relativ kompliziert und erfordert einen relativ großen Aufwand beim Zusammenbau.

Verschiedene andere Arten von Verbindern für optische Fasern sind in den USJ-PS'n 3 944 327 (Larsen), 3 944 328 (Kent u.a.), 3 947 182 (McCartney), 3 948 582 (Martin), 3 950 075 (Cook u.a.), 3 947 088 (French), 3 951 514 (Medina, Jr.) und 3 951 515 (Allard) beschrieben.

Allen bekannten Verbinderanordnungen haftet wenigstens einer, in der Regel jedoch mehrere der oben geschilderten Nachteile an· Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Herstellung einer optischen SignalUbertragungsverbindung zwischen den stoßseitigen Enden von zwei optischen Fasern zur Verfügung zu stellen, welche die geschilderten Nachteile vermeidet· Erfindungsgemäß soll eine Anordnung der genannten Art geschaffen werden, die von einfacher Konstruktion ist, leicht zusammengebaut und beschädigungsfrei wieder gelöst werden kann und eine genau koaxiale Ausrichtung der zu verbindenden Fasern an ihren stoßseitigen Enden mit sehr niedrigen Verlusten im Verbindungsbereich gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Herstellung einer optischen SignalUbertragungsverbindung zwischen den stoßseitigen Enden von zwei optischen Fasern zeichnet sich durch eine Führung

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mit wenigstens drei Glasstäben in einer vorgegebenen Länge aus. Die Glasstäbe sind Seite an Seite und parallel zueinander derart zusammengestellt, daß benachbarte Stäbe rait longitudinal Umfangsabschnitten miteinander in Kontakt «tehen und verbunden sind, wobei ein zwickeiförmiger Kanal zwischen den Stäben gebildet ist, der sich über die volle Länge der Stäbe erstreckt· Die Stabenden haben kleineren Durchmesser als der Mittelteil der Stäbe» so daß die Öffnung an jedem Ende des zwickeiförmigen Kanals einen größeren Öffnungsquerschnitt als Mittelteil des zwickeiförmigen Kanals hat» Die Führung ist in einem aus zwei zusammenpassenden Bauteilen gebildeten Verbinder angeordnet· Jedes der Verbinderbauteile ist mit einer axialen Durchgangsöffnung versehen, in der die zugehörige Faser aufgenommen ist· Jedes Verbinderbauteil endet in einem hohlen Abschnitt. Die beiden Verbinderbauteile sind an diesem Ende derart zusammengefügt, daß in ihren hohlen Abschnitten ein Hohlraum zur Aufnahme der Führung entsteht. Die Durchgangsöffnungen sind an ihren anderen oder äußeren Enden erweitert, derart, daß sie zum Eingang des Hohlraums hint einen verjüngten Öffnungsquerschnitt haben· Der Öffnungsquerschnitt der Durchgangsöffnung ist am Eingang zum Hohlraum nur etwas größer als der Querschnitt der/Durchgangsöffnung durchgreifenden und in die Führung eingreifenden optischen Faser· Eine Positioniervorrichtung gewährleistet, daß jede Faser mit einer vorgegebenen Länge in den Hohlraum eingreift, damit die su verbindenden Faserenden in der Führung zur Erzielung guter optischer SignalUbertragungseigenschaften im Verbindungsbereich bündig zusammenstoßen.

Im folgenden wird die ^Erfindung anhand von In der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher, erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Verbinderanordnung in der zweckentsprechenden Stellung bei der Verbindung der Enden von zwei optischen Einzelfaserleitungen;

Fig. 2 eine Explosionsansicht auf die Verbinderanordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 3-3 der Fig. 1;

Fig. 4 eine noch stärker vergrößerte Ansicht entlang der Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig· 5 eine wiederum vergrößerte Teilschnittansicht eines Teils der Anordnung gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Ansicht auf ein Ende der zur Verbinderanordnung gehörigen Führung gemäß Fig. 2;

Fig· 7 eine Schnittansicht ähnlich derjenigen gemäß Fig.

auf ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8 eine vergrößerte Schnittansicht einer alternativen AusfUhrungsform der Führung; und

Fig· 9 eine vergrößerte Schnittansicht auf eine zweite Alternative der Führung.

Bei 20 ist in Fig. 1 eine Verbinderanordnung für optische Fasersysteme gezeigt, die zum Zeitweiligen oder permanenten Verbinden von zwei optischen Signalübertragungsfasern dient*.

Wie nachfolgend noch genauer erlXutert werden wird, kann die Verbinderanordnung 20 rasch und leicht zusammengebaut werden und ist zum stoßseitigen Verbinden optischer Einzelfasern von Mantelleitungen bei geringen Verlusten und niedriger Kreuzkopplung der Fasern besonders geeist _# ^A«ß«rdea »acht

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es die Verbinderanordnung 20 möglich, die Fasern entweder in Art einer Spleißung permanent oder in geeigneter Weise lösbar miteinander zu verbinden.

Die Verbinderanordnung weist grundsätzlich ein FUhrungsbauteil 22 auf, das in einem weiter» unten noch genauer beschriebenen Hohlraum eines zusammenst eckbaren Gehäuses oder Verbinders 24 angeordnet und gehalten ist. Das Führungsbauteil ist so ausgebildet, daß es die genaue axiale Ausrichtung und das Gegeneinanderstoßen der Enden 26 (Fig. 2) von zwei optischen Einzelfasern 28 einer herkömmlichen Mantelleitung 27 erleichtert, derart, daß sich gute Lichtübertragungseigenschaften (niedrige Verluste) im Verbindungsbereich ergeben.

Das Führungsbauteil weist wenigstens drei identisch ausgebildete, langgestreckte Glasstäbe 30 auf, welche Seite an Seite entlang längsverlaufender Umfangsstreifen zusammengestellt und an den BerUhrungsstreifen zu einer integralen Einheit verbunden sind. Die Glasstabanordnung bildet einen zentralen Innenraum oder —kanal 34 (Fig. 5 und 6) zwischen den Stäben, der sich über die gesamte Länge der Führung erstreckt.

Der Innenraum 34 ist ein zentraler Kanal mit mehreren, im dargestellten Ausführungsbeispiel 3 zwickeiförmigen Hohlräumen 36, die sich über die volle Länge des Kanals erstrecken und jeweils zwischen einem benachbarten Paar von zusammengefügten Glasstäben gebildet sind. Der Kanal 34 nimmt die Enden der zu verbindenden und koaxial miteinander auszurichtenden optischen Fasern auf· Der spezielle Durchmesser der Stäbe ist so gewählt, daß der Durchmesser des Zentralbereichs des Kanals zwischen den Stäben gerade etwas größer als der Durchmesser der miteinander zu verbindenden Fasern ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Führung 22 ggfs. aus mehr als drei Stäben 30 bestehen kann. Bei einer derart abge-

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wandelten Konstruktion weist der zentrale Kanal eine der Anzahl der Stäbe der Anordnung entsprechende Zahl von Zwickelräuraen auf·

Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung besteht das Führungsbauteil 22 aus Glas und ist durch Ausziehen von Glasstäben größeren Durchmessers auf die gewünschte Querschnittsgröße hergestellt, wobei die gezogenen Glasstäbe noch in heißen, Zustand miteinander in Kontakt gebracht werden_t so daß die in gegenseitiger Berührung stehenden Längsstreifen der Stäbe zusammenschmelzen.

Die Verwendung von Glas als Material der Führung 1st sowohl vom Gesichtspunkt der Herstellung (Glas läßt sich gut ziehen) als auch vom funktioneilen Gesichtspunkt von besonderer Bedeutung. Glas schrumpft weniger und gewährleistet dadurch eine besondere Formbeständigkeit der Führung. Außerdem bildet Glas eine harte und glatte Zwickeloberfläche, die abrasions- und korrosionsbeständig ist. Diese Eigenschaften beseitigen die Gefahr von Verletzungen und Beschädigungen der Oberflächen der optischen Fasern 26 bei deren Einsetzen/^dIe FUhrung und außerdem eine Beschädigung der Führung selbst; derartige Beschädigungen würden zu einem unnötigen Lichtverlust durch die beschädigte Oberfläche führen. Außerdem ermöglicht die Transparenz der Glasführung die Beobachtung der Positionierung der Faserenden in der Führung, wodurch das Verbinden der Fasern erleichtert wird.

Die Zwickelform das Zentralkanals 34 ist für das Einsetzen einer optischen Faser von erheblicher Bedeutung, da beim Einsetzen nur die drei am weitesten innen gelegenen strichförmigen Abschnitte 38 der Stäbe 30 mit der einzusetzenden Faser in Berührung kommen· Der Dreipunkt-Tangentialkontakt des Führungsbauteils 22 vermindert die Reibung zwischen der Faser und dem Führungsbauteil beim Einsetzen der Faser. Da

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die streifenförmlgen Angriffsstellen 38 der Führung an den Fasern gleichmäßig über den Umfang der Fasern verteilt sind« werden die Faserenden in der Führung genau axial ausgerichtet und zentriert in Stellung gehalten·

Um das Einsetzen von optischen Fasern mit kleinen Durchmessern in dem Kanal 34 des Führungsbauteils 22 zu erleichtern! hat jedes offene Ende 40 des Kanals einen größeren Öffnungsquerschnitt als der restliche Abschnitt des Kanals (vgl. Fig. 6)· Sie Vergrößerung der öffnungen 38 im Führungsbauteil 22 wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß die Enden des Führungsbauteils in ein Säurebad, z.B. eine Fluorwasserstoffsäure eingetaucht werden, um die freien Enden der Stäbe konisch abzuätzen»-

Die zwischen den Führungsstäben gebildeten Zwickelräume 36 dienen verschiedenen nützlicßⁿFunktionen. So bilden beispielsweise die Zwickelräume 36 Kammern, in welche Abfallelemente der Fasern ausweichen können, so daß sie nicht stoßseitig vor der Faser bis zur Grenzfläche der Verbindung vorgeschoben werden müssen· Außerdem kann eine Flüssigkeit mit einem passenden Brechungsindex an der Grenzfläche zur Verringerung von Lichtverlusten verwendet werden (eine herkömmliche Technik)· Wegen der Form der Zwickelräume kann eine solche Flüssigkeit mit angepaßtem Brechungsindex die Seiten von aufeinander zu geschobenen Faserenden in den Zwickelräumen umspülen, ohne dabei die Annäherung der Faserenden zu behindern, wie dies der Fall wäre, wenn der Kanal eine kreisförmige und an die Fasern genau angepaßte Form hätte.

Es ist In diesem Zusammenhang hervorzuheben, daß die Führung 22 für verschiedene optische Einzelfasern (ζ·Β. Kunststoff- oder Glasmantelfasern) verwendet werden kann· Die Faser 28 der Leitung 27 hat ein Mantelmaterial 42, z.B. «us Glas »it einem niedrigeren Brechungsindex als der Faserkern, um Lichtverluste entlang der Faser zu verringern·

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Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Glas des Führungsbauteils 22 vorzugsweise so gewählt, dall es denselben Brechungsindex wie der Mantel der Faser hat| wodurch die Verluste auch im Verbindungsbereich niedrig gehalten werden.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Verbinder 24 zur Halterung der Führung 22 und zum gegenseitigen Festlegen der Enden 26 der Fasern 28 unter stoßseitiger Zusammenstellung gezeigt. Bei den¹, in den FIg. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Verbinder 24 zwei hermaphrodisische Verbindungsstücke 50 und 52 auf. Diese Verbindungsstücke 50 und 52 haben identische Größe und Form. Jedes Verbindungsstück hat eine längliche Gestaltung und zwei Endabschnitte 54 und und eine entlang der Mittelachse jedes Verbindungsstücks verlaufende Durchgangsöffnung· Die Durchgangsöffnung hat einen erweiterten Zylinderabschnitt 59 am Ende 54, der sich relativ weit in den Verbindungsabschnitt hineinerstreckt. Die Enden 56 der beiden Verbindungsteile bestehen aus zwei längsverlaufenden Fingern oder Zungen 60. Die Zungen 60 sind in gleichem gegenseitigen Umfangsabstand angeordnet und umschließen eine zylindrische Kammer. Die zylindrische Kammer 62 weist Stirnwände 64 {Fig. 3) mit Zentralöffnungen 66 auf. Der Durchmesser jeder Zentralöffnung ist etwas größer als der Außendurchmesser der optischen Faser 28. Die Durchgangsöffnungen 58 enthalten einen konisch verjüngten Abschnitt zwischen den erweiterten Öffnungsabschnitten 59 und der engen Öffnung 66.

Die Verbindungsstücke 50 und 52 können derart miteinander verbunden werden, daß beim Ineinandergreifen der Zungen der beiden Verbindungsstücke 50 und 52 deren Durchgangsöffnungen 58 koaxial zueinander ausgerichtet sind. Die Zungen der beiden Verbindungsstücke haben die gleiche Länge und einen gebogenen Querschnittsverlauf, so daß sie gemeinsam die Zylinderwand eines zylindrischen Hohlraums 70 bilden, wenn die Ver-

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bindungsstücke 50 und 52 ineuiandergor.tecl'.t sind- Her 2iylindrische Hohlraum 70 ist so ausgebildet, daß er das Führungsbauteil 22 und die in diesem angeordneten Faserenden aufnehmen und halten kann.

Die Leitung 27 ist herkömmlicher Ausbildung und weist eine optische Einzelfaser in einem Schutzmantel 72 auf. Die zylindrische öffnung 59 in jedem der Verbindungsstücke 50 und 52 hat einen etwas größeren Durchmesser als der Außen— durchmesser des Mantels 72, so daß dieser in der zylindrischen öffnung Aufnahme finden kann.

Um ein festes Zusammenstoßen an den Endflächen 26 der miteinander zu verbindenden Fasern in den zugehörigen Verbindungsstücken 50 und 52 zu gewährleisten, weist jedes Verbindungsstück entsprechend den Darstellungen in den Figuren 1 bis 4 zwei in Längsrichtung ausgerichtete Ausnehmungen 74, welche sich durch die gegeneinander gerichteten Zungen 60 erstrecken· Die Ausnehmung 74 in jeder Zunge 60 erstreckt

der
sich im Beuefch/halbei Distanz von der Rückwand 64. Wenn die Verbindungsstücke 50 und 52 in der in Fig. 3 dargestellten Weise zusammengesteckt sind, sind die Ausnehmungen 74 in allen vier Zungen 60 in Längsrichtung zueinander ausgerichtet, und ihre Achsen verlaufen radial zur Achse des von den Verbindungsstücken 50 und 52 gebildeten zylindrischen Hohlraums 70· Jede Ausnehmung 74 dient als Sichtöffnung, die es möglicht macht, das Ende 26 der Faser in Ausrichtung mit der Ausnehmung zu positionieren. Wenn jedes Ende 26 der Fasern mit den Ausnehmungen 74 des zugehörigen Verbindungsstücks ausgerichtet ist und die beiden Verbindungsstücke aneinander befestigt sind, stoßen die Enden 26 der Fasern zusammen. Um eine gute Verbindung selbst bei geringfügigen Unebenheiten an den Endflächen der Faserenden 26 sicherzustellen, werden die Faserenden vorzugsweise so angebracht, daß ihre Endflächen jeweils etwas über den Mittelpunkt der Ausnehmung 74 hinausreichen, d.h. jedes Faserende etwas

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raehr als halb in den zylindrischen Hohlraum 70 hineinreicht. Wenn daher die Verbindungsstücke 50 und 52 zusammengesteckt sind, stoßen die Enden 26 fest gegeneinander, und die Fasern 22 biegen sich im konischen Yhschnitt 60 der Durchtfangsöffnung 58 (vgl. F;g. 5) leicht. Das Durchbiegen der Fasern führt zu einer Vorspannkraft, welche die geoeneinanderstoßenden Faserenden 26 fest zusammendrückt.

Um eine feste Verbindung zwischen den iftisarnnenr,tonenden Fasern herzustellen, ist eine gebogene Ausnehmung 76 in jeder der Zungen 60 vorgesehen, welche in Längsrichtung Mit den Ausnehmungen 74 ausgerichtet ist und Ln diese übergeht. Wenn die Verbindungsstücke 50 und 52 zusammengefügt sind, hat die Ausnehmung 76 die Form einer Ringnut, die sich über den ges imten Umfang des zusammengesetzten Verbinders 24 erstreckt. Ein O-Ring 78 wird danach in die Ringnut eingesetzt und bedeckt die Ausnehmung 74. Aunerden trägt der O-Ring 78 dazu bei, die Verbindungsstücke des Verbinders 24 zusammenzuhalten.

Das Verbinden von zwei optischen Einzelfaserleitungen verläuft wie folgt. Der Hantel 72 wird von den zu verbindenden Enden der beiden Leitungen entfernt, wobei die optische Einzelfaser 28 Lm Endbereich jeder Leitung freigelegt wird. Bei herkömmlichen Leitungen gibt es keine Zwischenschicht zwischen dem Hantel und der optischen Faser. Daher wird bei herkömmlichen Leitungen ein Epoxykitt oder -klebstoff auf das Ende des Mantels 72 jeder Leitung aufgebracht, damit die aus dem Mantel vorstehende Länge der optischen Faser fest bleibt. Nach dem Trocknen des Epoxykitts bzw. —klebstoffs wird ein Leitungsende mit der freigelegten Faser in die Durchgangs— öffnung 58 des Verbinders 24 eingeschoben, wobei der mit dem Mantel 72 versehene Endabschnitt der Leitung im erweiterten Öffnungsabschnitt 59 des Verbindungsstücks sitzt und die optische Faser den konisch verjüngten Abschnitt der Durchgangsöffnung 58 und die enge Mittelöffnung 66 durchgreift und in den zylindrischen Hohlraum 62 zwischen den Zungen eingreift.

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Das Faserende 26 wird unter Beobachtung durch die Ausnehmung bzw. Öffnung 74 axial soweit in den Hohlraum 62 geschoben, bis das Faserende 26 etwas über den Hittelpunkt der Ausnehmung bzw. öffnung 74 vorsteht. Das Kabel wird sodann durch Einführen eines Epoxykitts bzw. -klebstoffs 80 zwischen Kabelmantel und Innenwand der erweiterten Öffnung 59 in dieser Stellung festgelegt. Das Ende der anderen Faser 28 der anderen Leitung wird entsprechend in Stellung gebracht und mit dem Verbindungsstück 52 verbunden.

Wenn eine lösbare Verbindung hergestellt werden soll, so wird der Kanal im Bereich des Führungsbauteils 22 vorzugsweise mit üblichem Öl gefüllt, dessen Brechungsindex demjenigen der optischen Fasern angepaßt ist. Um eine dauernde Spleißung herzustellen, wird der Kanal der Führung vorzugsweise mit einem Epoxykitt bzw. -klebstoff gefüllt, dessen Brechungsindex demjenigen der optischen Faser angepaßt ist.

Das Führungsbauteil 22 wird sodann über ein Ende der ersten Faser geschoben, wobei das Ende in die erweiterte Öffnung 40 des Führungsbauteils 22 geschoben wird. Das Führungsbauteil wird dann axial zum Faserende verschoben, so daß das im Hohlraum 70 befindliche Faserende über seine volle Longe in das Führungsbauteil 22 eintritt. Bei dieser Operation wird das Faserende 26 automatisch mit der erweiterten Öffnung 40 des Führungsbauteils 22 aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Führungsbauteil und den Zungen 60 des Verbindungsstücks 52 ausgerichtet. Das Verbindungsstück 52 wird sodann mit dem Verbindungsstück 50 vereinigt, wobei die Zungen 60 des Verbindungsstücks 52 zwischen die Zungen 60 des Verbindungsstücks 50 geschoben werden. Das Ende 26 der mit dem Verbindungsstück 50 verbundenen Faser wird automatisch mit der erweiterten Öffnung 40 des bereits im Hohlraum 70 des Verbindungsstücks 52 befindlichen FUhrungsbauteils 22 ausgerichtet, und zwar durch die Wechselwirkung zwischen den Zungen 60 der Verbindungsstücke 50 und 52. Die

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to

Verbindungsstücke 50 und 52 werden dann gegeneinander in die in Fig. 3 dargestellte Stellung geschoben, worauf die Enden 26 der beiden Fasern 28 stoßseitig zusammengefügt werden und eine ausgezeichnete optische Übertragungsverbindung geringer Verluste bilden. Der O-Ring 78, der zuvor über den zylindrischen Abschnitt eines der Verbindungsstücke 50 oder 52 geschoben wurde, wird sodann in seine Sollage in der Nut 76 verschoben oder gerollt und schließt den Verbinder 24.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, daß die beschriebene Verbinderanordnung eine rasche und wirksame stoßseitige Verbindung von zwei optischen Einzelfasern ermöglicht. Eine solche Verbindung ist ohne Schwierigkeiten lösbar, intern der O-Ring 78 von der Umfangsnut 76 entfernt wird, wodurch die beiden Verbindungsstücke 50 und 52 des Verbinders 24 entriegelt werden. Die Verbindungsstücke 50 und 52 werden dann getrennt, wobei die Faserenden 26 voneinander abgerückt werden. Eine Wiederverbindung der Faserenden kann in der oben beschriebenen Weise beliebig häufig erfolgen.

Es ist auch einzusehen, daß die im Prinzip lösbare Verbinderanordnung auch zur Herstellung einer permanenten Verbindung oder Spleißung zwischen den Fasern verwendet werden* wobei ein Klebstoff, z.B. ein hinsichtlich des Brechungsindexes angepaßter Epoxyharz anstelle eines Öls mit angepaßtem Brechungsindex im FUhrungsbauteil 22 verwendet wird, um die Faserendenim Führungsbauteil festzulegen.

Ein anderer Vorteil der beschriebenen Verbindungsstücke ist deren hermaphrodisischer Aufbau, der es möglicht macht, daß beide Verbindungsstücke identische Ausführung haben. Dadurch wird die Herstellung des Verbinders verbilligt und der Zusammenbau gegenüber ungleichen, komplementär geformten Verbindungsstücken vereinfacht.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Verbinderanordnung

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liegt in der Ausbildung der beiden Zungen an jedem Verbindungsstück, welche die Ausrichtung des Kanals des Führungsbauteils mit dem Faserende erleichtern. Die über die Ausrichtöffnung vorstehenden Abschnitte der Zungen nehmen das Führungsbauteil auf und richten gleichzeitig den Kanal des Führungsbauteils mit dem Faserende 26 aus, wenn die Zungen über das FUhrungsbauteil geschoben werden.

In Fig. 7 ist eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des Verbinders gezeigt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 weist jedes Verbindungsstück 50 und 52 drei achsparallel verlaufende Zungen oder Finger auf. Die Zungen 90 sind in gleichem gegenseitigen Urafangsabstand am Verbindungsstück 50 angeordnet, während die Zungen 92 ebenfalls in gleichem gegenseitigen Umfangsabstand am Verbindungsstück 52 angeordnet sind. Es ist zu sehen, daß die Wandstärke der Zungen 92 größer als diejenige der Zungen 90 ist. Wenn daher die Verbindungsstücke 50 und 52 unter Ineinandergreifen ihrer Zungen 90 und 92 (in der weiter oben beschriebenen Weise) zusammengesteckt werden, reichen die gekrümmten Innenflächen 94 der Zungen 92 weiter in den Hohlraum 70 hinein als die gebogenen Innenflächen 96 der Zungen 90. Die Stäbe 30 des Führungsbauteils 22 passen in den Raum zwischen benachbarten Zungen 92, wodurch das Führungsbauteil 22 beim Einbau in den Hohlraum 70 des Verbinders 24 drehfest gehalten wird.

Obwohl die Verbindungsanordnung 20 bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen nur die Verbindung eines Paars von optischen Einzelfasern erlaubt, ist einzusehen, daß das FUhrungsbauteil 22 derart abgewandelt werden kann, daß mehrere stabförmige Elemente in Parallelanordnung und mit gegenseitiger Linienberührung derart zusammengestellt werden können, daß mehrere zwickeiförmige Kanäle zwischen den Einzelstäben gebildet sind, in denen jeweils zw6i optische Einzelfasern stoßseitig zusammengefügt werden können. Der diesem FUhrungs-

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bauteil angepaßte Verbinder 24 weist mehrere Durchgangsöffnungen auf, die jeweils mit einer der zwickeiförmigen Kanäle im Führungsbauteil ausgerichtet sind. Eine derartige Verbindungsanordnung kann mehrere Paare von optischen Einzelfasern Miteinander verbinden.

Schließlich ist noch zu beachten, daß die die Führung bildenden Stäbe keinen übereinstimmenden Durchmesser zu haben brauchen. Mit unterschiedlichem Durchmessern können sowohl die Größe des Zwickelraums als auch die Zwickelraumabstände einer Anordnung oder einer Leitung aus Hehrfachfasern angepaßt werden.

Ein alternatives -Ausführungsbeispiel des Führungsbauteils ist im Querschnitt in Fig. 8 gezeigt. Die Glasstäbe 30 sind mit einem hohlen Glasrohr 100 umfangen. Der Innendurchmesser des Glasrohrs ist dem Außendurchmesser der drei verbundenen parallelen Stäbe 30 angepaßt. Dadurch wird das Führungsbauteil als Ganzes außen zylindrisch begrenzt, die Stabilität des Führungsnauteils erhöht und der Außenumfang des Führungs— bauteils der Innenform des im Verbinder 24 zwischen den Zungen gebildeten Hohlraums 70 angepaßt.

Eine zweite alternative Ausführungsform des Führungsbauteils ist in Fig. 9 gezeigt. Das in Fig. 9 dargestellte Führungsbauteil ist vor allem für optische Fasern mit extrem kleinem Durchmesser geeignet. Wenn optische Fasern mit einem Durchmesser von kleiner oder gleich 7,62 χ 10 cm miteinander verbunden werden müssen, so ist ein entsprechend den Fig. 4 bis 8 aufgebautes FührungsbauteB. von extrem kleinem Außendurchmesser und demzufolge von nur unzureichender Steifigkeit.

Um die Gesamtkonstruktion zu verstärken, weist das FUhrungsbauteil nicht nur mehrere parallele Stäbe, deren Querschnitt auf die Faserenden abgestimmt ist, sondern auch mehrere Außenstäbe mit wesentlich größerem Querschnitt auf, in deren zwickelförmigem Kanal das dünne FUhrungsbauteil aufgenommen ist.

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Demgemäß weist das alternative Ausfiihrungsbeispiel gemäß Fig. 9 nehrere äußere Glasstäbe 130 auf, welche gemeinsam eine Außenführung bilden, und hat außerdem dünne Glasstäbe 132, welche das innere Führungsbau1d.l bilden· Die Außenführung besteht gemäß Fig. 9 aus drei parallelen Stäben 130, welche zur Bildung eines Führungsbauteils ähnlich demjenigen bei 22 in Fig. 2 warm gezogen werden.

Das innere Führungsbauteil besteht aus ebenfalls drei warm gezogenen Stäben 132 und hat eine Konstruktion ähnlich derjenigen des äußeren Führungsbauteils· Die sowohl in den inneren als auch äußeren Führungsbauteilen gebildeten Kanäle sind an den Enden in der gleichen Weise wie das Führungsbau— teil 22 erweitert. Der Kanal im äußeren Führungsbauteil nimmt daher das aus den Stäben 132 zusammengesetzte innere Führungsbauteil auf, das in das äußere Führungsbauteil eingeschoben wird.

Das innere Führungsbauteil und das äußere Führungsbauteil haben im wesentlichen übereinstimmende Längen, und die optische Faser 28 paßt in den Kanal des aus den Stäben 132 bestehenden inneren Führungsbauteils. Die in Fig. 9 dargestellte Führung ist besonders zweckmäßig zum Verbinden von Fasern mit einem Durchmesser gleich oder kleiner als 7,62 χ 10~³ cm.

Wenn auch die vorhergehende Beschreibung auf stabförmige Elemente mit Vollprofil zur Bildung des Führungsbauteils gerichtet ist, bezieht sich die Definition "stabförmig" sowohl in der Beschreibung als auch in den Ansprüchen sowohl auf Vollprofile als auch auf HohlylInderprofile.

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-2,V-

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Claims

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 4300 ESSEN 1 · AM RUHRSTEIN 1 · TEL.: (02O1) 4126 Seite - yt - T 68

TRW, INC.

Ansprüche

1. Anordnung zur Herstellung einer optischen Signalübertragungsverbindung zwischen den stoßseitigen Enden von zwei optischen Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß eine die zu verbindenden Enden (26) der optischen Fasern (28) in Ausrichtung haltende Führung (22) aus wenigstens drei Glasstäben (30; 132, 130) von vorgegebener Länge vorgesehen ist, die Seite an Seite parallel zueinander zusammengestellt und entlang von streifen- odefc linienförmigen Berührungsstellen

(32) miteinander verbunden sind, daß zwischen den die Führung bildenden Glasstäben ein zwickeiförmiger Kanal (34) gebildet ist und daß die Enden der Glasstäbe gegenüber deren Mittel· abstand verjüngt ausgebildet sind, so daß die offenen Enden (40) des Kanals (34) gegenüber dessen Mittelabschnitt einen erweiterten Öffnungsquerschnitt haben.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Führung (22) bildenden Stäbe entlang ihren streifen- oder linienförmigen Berührungsstellen (32) miteinander verschmolzen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex der die Führung bildenden Glasstäbe (30) kleiner als derjenige der zu verbindenden optischen Fasern (28) ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in paralleler Anordnung zusamaenge-

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— C —

stellten Stäbe (30) der Führung (22) in ein zylindrisches Rohr (100) eingesetzt sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Glasstäbe (130) vorgegebener Länge mit einem wesentlich größeren Durchmesser als die die zu verbindenden Enden der optischen Fasern (28) ausrichtenden Glasstäbe (132) Seite an Seite parallel zueinander zusammengestellt und entlang von longitudinalen streifen- oder linienförralgen Stellen in gegenseitiger Berührung stehen und miteinander verbunden sind.und daß in den zwischen den Glasstäben größeren Durchmessers gebildeten zwickelförraigen Kanal die Glasstäbe kleineren Durchmessers eingesetzt sind (Fig.9).

6. Anordnung zur Herstellung einer optischen Signalübertragungsverbindung zwischen den stoßseitigen Enden von zwei optischen Fasern, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zwei Verbindungsstücke (50, 52) mit jeweils einer von einem ersten Ende (54) zu einem zweiten Ende (56) des Verbindungsstücks verlaufenden axialen Durchgangsöffnung aufweist, die von einer optischen Faser (28) durchgriffen ist, daß im Bereich des zweiten Endes (56) jedes der Verbindungsstücke ein hohler Abschnitt ausgebildet ist, daß die beiden Verbindungsstücke (50, 52) an ihren zweiten Ende (56) miteinander verbunden sind, wobei ihre hohlen Abschnitte (62) einen in Axialrichtung verlaufenden Hohlraum (70) zur Aufnahme einer die Faserenden (26) ausgerichtet haltenden Führung (22) bilden, daß die Durchgangsöffnung jedes Verbindungsstücks (50, 52) an dem ersten Ende (54? eine erweiterte öffnung (59) aufweist und von der erweiterten öffnung (59) aus mit sich zunehmend verjüngendem Querschnitt zu einer Eintrittsöffnung (66) zum Hohlraum (70) verläuft, wobei der Querschnitt der Durchgangsöffnung im Bereich der Eintrittsöffnung nur wenig größer als der Querschnitt der die Eintrittsöffnung (66) durchgreifenden und in die Führung (22) ein-

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greifend optischen Fasern(28) ist, und daß jedes Verbindungsstück (50, 52) Positionierungsraittel (74) zur axialen Einstellung der Eingriffslänge der Faserenden (26) in den Hohlraum (70) bzw. die Führung (26) aufweist, so daß die Faserenden (26) stoßseitig zur Herstellung einer guten optischen Signalübertragung im Verbindungsbereich beim Zusammenfügen der beiden Verbindungsstücke (50, 52) fest zusammenstellbar sind.

7« Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierungsmittel wenigstens eine Sichtöffnung (74) zu dem Bereich des Hohlraums (70) aufweisen, in welchem sich die Sollage des Faserendes (26) befindet.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstücke (50, 52) lösbar miteinander befestigt sind·

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstücke (50, 52)identische Ausbildung haben und eine hermaphrodisische Verbindung bilden.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Ende (SQ jedes der Verbindungsstücke (50, 52) wenigstens zwei längsverlaufende, beabstandete Zungen (60) ausgebildet sind, wobei im Verbindungszustand der beiden Verbindungsstücke die Zungen (60) des einen Verbindungsstücks (50) zwischen den Zungen (60) des anderen Verbindungsstücks (52) angeordnet und gehalten sind.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierungsöffnungen (74) in jeder der Zungen (60) ausgebildet sind·

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine die beiden Verbindungsstücke (50, 52)

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zusammenhaltende Vorrichtung (78) vorgesehen ist.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Verbindungsstücke (50, 52) zusammenhaltende Vorrichtung ein die Zungen (60) beider Verbindungsstücke umfassender O-Ring (78) ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Zungen (60) eine nutförmige Ausnehmung (76) vorgesehen ist und daß die nutformigen Ausnehmungen (76) in den Zungen bei zusammengesetzten Verbindungsstücken (50, 52) zusammen eine Ringnut bilden, in die der O-Ring (78) zum Zusammenhalten der beiden Verbindungsstücke (50, 52) eingesetzt ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede der optischen Fasern (28) in einer Mantelleitung (72) angeordnet ist und daß die erweiterte öffnung (59) in jedem Verbindungsstück (50, 52) eine zur Aufnahme des Mantelkabels geeignete Querschnittsgröße hat·

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstücke (50, 52) zwei längliche Zungen (60) aufweisen, welche sich über das Ende (26) der optischen Fasern (28) hinaus erstrecken und die Führung (22) ausgerichtet halten.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstücke (50, 52) im Bereich ihrer zweiten Enden (56) wenigstens drei längsverlaufende Zungen (90» 92) aufweisen, wobei die Zungen (90) eines Verbindungsstücks (50) bei zusammengebauten Verbindungsstücken zwischen den Zungen (92) des anderen Verbindungsstücks (52) angeordnet und gehalten sind, und daß in Jeder Zunge (90, 92) wenigstens eine der Positionieröffnungen (74) ausgebildet ist.

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18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (92) des einen Verbindungsstücks (52) eine dickere Wand als die Zungen (90) des anderen Verbindungsstücks (50) haben und daß die Anordnung so getroffen ist, daß die Glasstäbe (30) der in den Hohlraum (70) eingesetzten Führung (22) zwischen den Zungen (92) mit den dickeren Wänden liegen, so daß die Führung (22) drehfest in den zusammengesetzten Verbindungsstücken (50, 52) angeordnet ist.

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