DE3407820A1

DE3407820A1 - Verfahren zur herstellung eines fasertapers mit brechender linse

Info

Publication number: DE3407820A1
Application number: DE19843407820
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr.-Ing. 8000 München Keil; Konrad Dr.-Ing. 8011 Zorneding Mathyssek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1984-03-02
Publication date: 1985-11-07
Also published as: US4589897A

Description

Verfahren zur Herstellung eines Fasertapers mit
brechender Linse Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fasertapers mit brechender Linse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der optischen Nachrichtentechnik mit Monomodeglasfasern werden Sendemodule benötigt, die einen möglichst hohen Einkoppelwirkungsgrad des Halbleiterlaserlichts in die Monomodefaser aufweisen und gleichzeitig wenig Licht in den Laser zurückreflektieren. Diese Forderungen werden gut durch eine Ankoppeloptik erfüllt, die aus einem Fasertaper mit brechender Linse am verjüngten Ende des Fasertapers besteht, wobei die brechende Linse durch Anschmelzen, beispielsweise durch Rundschmelzen des verjüngten Endes des Fasertapers hergestellt werden kann (siehe beispielsweise H. Kuwahara, S. Sasaki, N. Tokoyo: Efficient coupling from semiconductor lasers into single-mode fibers with tapered hemispherical ends, Appl, Opt. 19 (1980) 2578-2583).
Zur Herstellung eines derartigen Fasertapers mit brechender Linse kann so vorgegangen werden, daß eine gespannte Faser lokal bis zum Erweichungspunkt des Glases erhitzt wird, so daß es zu einer bleibenden Einschnürung in der Faser kommt, wobei die Spannung vor dem Abreißen der Faser in der Einschnürung fortgenommen wird. Die eingeschnürte Faser wird in der Einschnürung an definierter Stelle mittels eines Trennwerkzeugs durchtrennt.
An das verjüngte Ende wenigstens eines der dabei ent-Ed 1 Sti/17.2.1984 standenen beiden getrennten Fasertaper wird in einem weiteren Arbeitsgang die brechende Linse angeschmolzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aufzuzeigen, wie ein Fasertaper mit brechender Linse relativ einfacher hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Einschnürung lediglich erhitzt, und die Erhitzung wird erst abgeschaltet, nachdem sich die Faser im niedrig viskosen erweichten Bereich von selbst durchtrennt und ein getrenntes Ende die gewünschte Linsenform annimmt, wobei durch richtige Wahl des Abschaltzeitpunktes eine asphärische oder eine sphärische Linse erhalten werden kann.
Der Vorteil einer asphärischen Linse besteht in der besseren Anpassung des Laserflecks an den Modus der Monomodefaser, wodurch sich eine wesentliche Erhöhung des Koppelwirkungsgrades ergibt.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Anspruch 2 angegeben.
Bevorzugterweise erfolgt gemäß Anspruch 3 das lokale Erhitzen im Lichtbogen.
Die Erfindung wird anhand der Figuren in der folgenden Beschreibung beispielhaft erläutert.
Von den Figuren zeigen: Figur 1 in schematischer Darstellung eine für das vorstehend beschriebene Verfahren besonders geeignete Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, und Figur 2 ein Ablaufdiagramm für das mit dieser Vorrichtung nach Figur 1 durchgeführte Verfahren zur Herstellung eines Fasertapers, wobei auch die in verschiedenen Zeitabschnitten entstehenden Zwischenstufen von der uneingeschnürten Faser bis zum fertigen Taper dargestellt sind.
Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des hier beispielhaften Verfahrens besteht vorteilhafterweise aus einer in der älteren Patentanmeldung P 33 34 565.1 (VPA 83 P 1716 DE) eingehend beschriebenen Vorrichtung zur Herstellung von Einschnürungen in Fasern. Sie besteht im wesentlichen aus zwei genau koaxialen Führungsnuten 3 und 4, in denen die einzuschnürende Faser 1 beispielsweise durch Magnete 32 und 42 gehalten ist.
Der Magnet 32 hält die Faser 1 in der Nut 3 klemmend fest, während der schwächere Magnet 42 die Faser in der Nut 4 gleiten läßt. Die Faser 1 wird mit Hilfe einer außerhalb der beiden Nuten 3 und 4 angeordneten Rutschkupplung bzw. eines entsprechenden Grenzkraft-Reibgesperres 5 axial zu den Nuten 3 und 4 mit einer begrenzten Reibkraft gespannt, die kleiner ist als die durch den Magneten 32 auf die Faser 1 ausgeübte Klemmkraft.
Die Rutschkupplung 5 besteht beispielsweise aus einer zur Nut 4 koaxialen Nut 51, in der die Faser 1 durch einen im Vergleich zum Magneten 32 schwächeren, aber zum Magneten 42 stärkeren Magneten 52 festgeklemmt ist.
Zum lokalen Erhitzen der Faser 1 ist die Heizeinrichtung 9 vorgesehen, welche die Faser 1 zwischen den genau koaxialen Führungsnuten 3 und 4 erhitzt. Die Heizeinrichtung 9 besteht beispielsweise aus einer Wechselstromlichtbogeneinrichtung, zwischen deren Elektroden 91 und 92 die Faser 1 anzuordnen ist.
Mit der Vorrichtung nach Figur 1 lassen sich rotationssymmetrische Einschnürungen (Taper) mit definierten Parametern reproduzierbar herstellen. Zur Herstellung solcher Einschnürungen wird diese Vorrichtung so betrieben, daß die Rutschkupplung 5 durch einen Zugmotor oder einen anderen geeigneten Antrieb von der Nut 4 fortbewegt wird, wobei die Faser 1 durch die Kupplung 5 rutscht, weil die Zugkraft des Zugmotors größer ist als die von der Rutschkupplung ausgeübte begrenzte Reibkraft.
Das Einschalten des Zugmotors erfolge zum Zeitpunkt t0 in Figur 2. Kurz danach wird zum Zeitpunkt t1 bei dem die Faser bereiets durch die Kupplung 5 rutscht, der Lichtbogen der Heizeinrichtung 9 eingeschaltet. Die Faser 1 erweicht dadurch zwischen den Nuten 3 und 4 lokal, was zur Folge hat, daß die Rutschkupplung 5 an der Faser wieder greift und dadurch die erweichte Faser im erweichten Bereich auseinandergezogen und eingeschnürt wird.
Beim Erreichen eines bestimmten Einschnürungsdurchmessers wurde bisher der Lichtbogen abgeschaltet, was zur Folge hatte, daß der erweichte Bereich der Faser schnell erkaltete, hart wurde und dadurch die Faser wieder durch die nach wie vor vom Zugmotor gezogene Rutschkupplung 5 hindurchrutschte. Das Resultat war eine Einschnürung in der Faser 1, wie sie in den Figuren unter Position 11 beispielhaft dargestellt ist.
Zur Herstellung des Tapers mit brechender Linse wird anders vorgegangen. Es wird nicht der Lichtbogen abgeschaltet, sondern der Zugmotor, der die Rutschkupplung 5 bewegt. Dieses Abschalten erfolgt ebenfalls dann, wenn die Einschnürung 11 im erweichten Bereich der Faser 1 einen gewünschten Durchmesser oder eine gewünschte Form angenommen hat, beispielsweise zum Zeitpunkt t2.
Durch dieses Abschalten des Zugmotors wird der erweichte te Bereich der Faser mit der Einschnürung 11 nicht mehr weiter auseinandergezogen, dafür wird aber die Einschnürung 11 durch das Weiterwirken des Lichtbogens auf eine so hohe Temperatur gebracht, bei der das erweichte Material eine so geringe Viskosität aufweist, daß die Oberflächenspannung des Materials verformend wirksam wird.
Diese Oberflächenspannung wirkt so, daß in der bereits vorhandenen Einschnürung 11 eine nochmalige lokale Einschnürung auftritt, die dazu tendiert, die Einschnürung quer zu durchtrennen. Die Einschnürung der Faser mit der sich ausbildenden nochmaligen lokalen Einschnürung ist in Position 12 angedeutet.
Die Phase der nochmaligen lokalen Einschnürung ist mit der vollständigen Querdurchtrennung der Einschnürung abgeschlossen, die zum Zeitpunkt t3 erfolge. Von diesem 3 Zeitpunkt an beginnt die Phase des Anschmelzens der brechenden Linse an die voneinander getrennten Taper. Dazu bleibt der Lichtbogen über den Zeitpunkt t3 hinaus eingeschaltet, so daß das Fasermaterial an den Enden der Taper eine so geringe Viskosität beibehält, daß die Oberflächenspannung des Fasermaterials verformend wirksam bleibt.
In dieser Phase des Anschmelzens der brechenden Linse ist die aus der Konfiguration 12 hervorgegangene Konfiguration 13 mit den beiden getrennten Tapern 131 und 132 entstanden, von denen jeder ein abgerundetes Ende aufweist. Wenn sich am Ende wenigstens eines der beiden Taper 131 bzw. 132 die gewünschte asphärische oder sphärische Wölbung 133 bzw. 134 eingestellt hat, wird der Lichtbogen abgeschaltet, beispielsweise zum Zeitpunkt t4.
Mit dem Abschalten des Lichtbogens ist die Herstellung des Tapers mit der angeschmolzenen brechenden Linse beendet.
Das vorstehend beschriebene Beispiel zeigt deutlich, daß und wie ein Fasertaper mit brechender Linse in einem einzigen Arbeitsgang in ein und derselben Vorrichtung hergestellt werden kann.
Die begrenzte Spannkraft, mit der die Faser während der Ausbildung der Einschnürung gezogen wird, muß nach Ausbildung der gewünschten Einschnürung nicht vollständig fortgenommen werden. Es kann eine schwache Spannung der Faser aufrechterhalten werden, beispielsweise eine Spannung, die kleiner ist als ein mN.
3 Patentansprüche 2 Figuren - Leereite -

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Fasertapers mit brechender Linse, wobei eine mit einer Einschnürung versehene Faser in der Einschnürung durchtrennt und an ein dabei entstandenes, verjüngtes Faserende eine brechende Linse angeschmolzen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Durchtrennung der Einschnürung und das Anschmelzen der Linse an das bei der Durchtrennung entstandene verjüngte Faserende in einem Arbeitsgang durch lokales Erhitzen der spannungsfrei oder allenfalls unter schwacher Spannung gehaltenen Einschnürung der Faser auf eine hohe Temperatur vorgenommen wird, bei der das erweichte Fasermaterial eine so niedrige Viskosität aufweist, daß die Oberflächenspannung des viskosen Fasermaterials verformend wirksam wird, wobei die Erhitzung so lange aufrecht erhalten wird, bis sich unter dem Einfluß dieser Oberflächenspannung die Faser im niedrigviskosen Bereich von selbst durchtrennt und sich an wenigstens einem der dabei entstandenen niedrigviskosen Faserenden eine gewünschte asphärische oder sphärische Wölbung ausgebildet hat, und wobei mit dem Erreichen der gewünschten Wölbung die Erhitzung beendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Einschnüren der Faser, die Durchtrennung der Einschnürung und das Anschmelzen der Linse an das bei der Durchtrennung entstandene verjüngte Faserende in einem Arbeitsgang durch lokales Erhitzen vorgenommen wird, indem die Faser zunächst mit einer begrenzten Zugkraft gespannt wird, bei der sie sich unter dem Einfluß der lokalen Erhitzung einschnürt, indem mit dem Erreichen eines gewünschten Einschnürungsdurchmessers die begrenzte Zugkraft fortgenommen oder wenigstens stark abgeschwächt wird, während die lokale Erhitzung so lange aufrecht erhalten wird, bis sich die Faser in der niedrigviskosen Einschnürung durchtrennt und sich die Wölbung an dem einen niedrigviskosen Faserende ausgebildet hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das lokale Erhitzen der Faser im Lichtbogen erfolgt.