DE69011311T2

DE69011311T2 - Wiederverwendbarer faseroptischer mechanischer Verbinder.

Info

Publication number: DE69011311T2
Application number: DE69011311T
Authority: DE
Inventors: Jack P Blomgren; Michael A Meis
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1990-01-05
Filing date: 1990-12-19
Publication date: 1995-02-02
Anticipated expiration: 2010-12-20
Also published as: DK0438898T3; JPH04218005A; IL96727A; CN1027013C; FI906176A; BR9006667A; EP0438898B1; AU6815590A; ATE109572T1; NO905640D0; CZ282418B6; IL96727A0; PL288602A1; IE904571A1; CN1053130A; HU908237D0; EP0438898A1; HU213333B; KR910014725A; ES2057451T3

Description

Hintergrund der Erfindung:

Gebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft faseroptische Verbinder, z.B. wie sie zwei optische Fasern koaxial miteinander oder eine optische Faser mit einem optoelektronischen Element verbinden können. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Verbinden polarisierender oder eine Polarisierung aufrechterhaltender optischer Fasern.

Beschreibung des verwandten Standes der Technik:

Frühere faseroptische Verbinder sind eher teuer, da sie häufig erfordern, mechanische Elemente an den Fasern zu befestigen und dann jedes solche Element entweder an einem komplementären Element oder an einem Halter festzulegen. Ein derartiges Vorgehen kann spezielle Werkzeuge erforderlich machen.
Ein verhältnismäßig billiger faseroptischer Verbinder kann nach der Lehre des US-Patents Nr. 4,470.180 (Blomgren) ausgebildet werden. Ein bevorzugter Blomgren-Verbinder besitzt einen länglichen Träger mit im wesentlichen gleichmäßigem elliptischen Querschnitt, welcher von einem elastisch verformbaren Gehäuse umgeben ist, das in seinem relativ unverformten Zustand ein freies Ende einer optischen Faser gegen mindestens eine gerade Längsnut in der Oberfläche des Trägers klemmen kann. Nach einem Verformen des Gehäuses durch Zusammendrücken kann ein freies Ende einer zweiten optischen Faser eingeführt werden, um mit der ersten koaxial verbunden zu werden, wie in Fig. 6C des Blomgren-Patents gezeigt ist.
Ein derzeit auf dem Markt befindlicher faseroptischer Verbinder (der mechanische Spleißverbinder "Dorran" von 3M) ist nach der Lehre des Blomgren-Patents ausgebildet und besitzt weiters einen Entlastungsblock, der eine Dämpferschicht festklemmt, die die optische Faser außer an ihrem freien Ende, das blank ist, schützt. Typisch ist die Dämpferschicht ihrerseits von einem Mantel und einer Zwischenschicht aus "Kevlar"-Fasern umgeben, welche zurückgestreift werden können, um die Dämpferschicht freizulegen.

Zusammenfassung der Erfindung:

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein wiederverwendbarer mechanischer Verbinder für eine optische Faser vorgesehen, welcher Verbinder (a) einen länglichen Träger, in dessen Oberfläche mindestens eine gerade Längsnut ausgebildet ist, und (b) ein den Träger umgebendes verformbares Gehäuse, das im unverformten Zustand im wesentlichen zylindrisch ist und ein entsprechendes blankes Ende einer optischen Faser gegen die Nut klemmen kann, umfaßt wobei der Verbinder dadurch gekennzeichnet ist, daß
- der genannte Verbinder geeignet ist, mit einer einen dämpfenden Schutzmantel aufweisenden optischen Faser verwendet zu werden;
- die genannte Nut einen einheitlich relativ seichten Abschnitt für ein blankes Ende der optischen Faser aufweist; und
- die genannte Nut einen einheitlich relativ tiefen Abschnitt für einen benachbarten Abschnitt des Mantels der optischen Faser aufweist, sodaß die äußersten Oberflächen des blanken Endes und des Mantels der optischen Faser eine im wesentlichen gerade Linie bilden, womit dem verformbaren Gehäuse erlaubt wird, die optische Faser und den Mantel gleichzeitig gegen den Träger zu klemmen.
Es wird somit ein wiederverwendbarer mechanischer Verbinder für eine einen dämpfenden Schutzmantel aufweisende optische Faser geoffenbart. Wie der Verbinder nach dem Blomgren-Patent ist der neue Verbinder billig in der Ausführung und umfaßt (a) einen länglichen Träger, in dessen Oberfläche mindestens eine gerade Längsnut ausgebildet ist, und (b) ein den Träger umgebendes verformbares Gehäuse, das im unverformten Zustand im wesentlichen zylindrisch ist und ein blankes Ende einer optischen Faser gegen die Nut klemmen kann. Wie der längliche Träger nach dem Blomgren-Patent besitzt jener nach der Erfindung vorzugsweise einen im wesentlichen gleichmäßigen elliptischen Querschnitt.
Der neue faseroptische Verbinder unterscheidet sich von dem nach dem Blomgren-Patent darin, daß die Nut in den Träger einen einheitlich seichten und einen einheitlich tiefen Abschnitt aufweist, welche Abschnitte ein blankes Ende einer optischen Faser bzw. den angrenzenden Abschnitt des Mantels derart aufnehmen, sodaß die äußersten Oberflächen des blanken Endes und des Mantels in einer im wesentlichen geraden Linie liegen. Dies erlaubt dem verformbaren Gehäuse, die optische Faser und den Mantel gleichzeitig gegen den Träger zu klemmen.
Mit einem "blanken Ende" ist der Abschnitt der optischen Faser gemeint, von dem der Mantel abgestreift ist, z.B. ein Kernüberzug. Dort wo eine nicht abstreifbare Schutzschicht unter dem Mantel vorhanden ist, ist diese Schutzschicht Teil des blanken Endes.
Im Vergleich mit dem mechanischen Spleißverbinder "Dorran" können optische Fasern rascher und leichter in dem neuen Verbinder montiert werden, weil sowohl das blanke Ende der optischen Faser als auch deren Mantel in einer einzigen Bewegung festgelegt werden können.
Zwecks Verwendung des neuen Verbinders zum Verbinden zweier optischer Fasern miteinander weist die in dem Träger ausgebildete Nut einen mittigen seichten Abschnitt und äußere tiefe Abschnitte, wobei durch das genannte verformbare Gehäuse die blanken Enden beider Fasern und deren Mäntel gleichzeitig eingeklemmt werden können, wenn die blanken Enden in dem seichten Abschnitt der Nut aneinanderstoßen. Der neue Verbinder eignet sich besonders für das gegenseitige Verbinden von polarisierenden oder eine Polarisierung aufrechterhaltenden optischen Fasem, weil die Verbindung geprüft, durch Faserdrehung neu eingestellt und neuerlich geprüft werden kann, bis die gewünschte Übertragung erreicht ist.
Der Träger des neuen Verbinders kann aus einem einzigen Stück bestehen, das vorzugsweise ein Keramikblock ist, weil (1) Keramik an die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Glas, dem Material, aus dem die meisten optischen Fasern hergestellt sind, nahe herankommen kann und (2) ein Keramikblock mit Geometrie- und Oberflächenpräzision hergestellt werden kann. Andere Materialien, die ähnliche Eigenschaften besitzen, sind u.a. gewisse Metallegierungen und ein Flüssigkristallpolymer, wie es als "Xydar" bei Amoco Performance Products erhältlich ist.
Weil optische Fasern ein- und derselben Größe derzeit mit Dämpfermänteln mehrerer unterschiedlicher Größen vertrieben werden, kann es wünschenswert sein, den Träger aus einzelnen Teilen für jede der optischen Fasern und deren Dämpfermäntel zu bilden, welche Teile dann auf solche Weise miteinander verbunden werden, daß ihre Nuten in einer geraden Linie liegen. Da die Dämpfermäntel nicht so genau fluchten müssen wie die blanken Enden der optischen Fasern, können die die Dämpfermäntel abstützenden Trägerteile (hier "Anbaublöcke" genannt) billiger, z.B. aus Kunstharz, ausgeführt werden. Die Verwendung eines Kunstharzes, macht es leicht, den neuen Verbinder durch Farben zu kennzeichnen. Ein bevorzugtes Kunstharz ist Polycarbonat, das ein zähes, maßbeständiges und im wesentlichen chemisch inertes thermoplastisches Harz ist.

Detaillierte Beschreibung:

Um optische Fasern mit Dämpfermänteln unterschiedlicher Durchmesser aufzunehmen, kann die Nut eines erfindungsgemäßen Verbinders ihre tiefen Abschnitte so ausgebildet haben, daß die äußersten Abschnitte nicht zusammenpassender Dämpfermäntel eine im wesentlichen gerade Linie bilden. Der mittige seichte Abschnitt einer Nut eines neuen Verbinders kann ebenso zwei unterschiedliche Tiefen aufweisen, um die Verbindung von optischen Fasern zu ermöglichen, deren blanke Enden unterschiedliche Größe haben.
Obwohl der neue Verbinder wiederverwendbar ist, kann er auf eine Weise verwendet werden, die seine Wiederverwendung verhindert. So kann z.B. bei Verwendung des neuen Verbinders zum Verbinden zweier optischer Fasern ein aushärtbares Harz eingesetzt werden, um die blanken Faserenden permanent zusammenzukleben. Eine solche Vorgangsweise könnte einen hermetischen Abschluß bewirken und auch die Ausziehfestigkeit erhöhen. Besitzt das ausgehärtete Harz einen Brechungsindex, der dem der optischen Fasern entspricht, kann es die Lichtübertragung über die Verbindung erhöhen.
In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, ein Harz auszuwählen, das zu einer gewünschten Abweichung der Brechungsindices aushärtet, womit die Verbindung "verstimmt" wird, um übertragene Signale zu dämpfen. Eine "Verstimmung" ist immer dann wünschenswert, wenn Gefahr besteht, daß die übertragenen Lichtsignale so intensiv sind, daß bewirkt wird, daß ein Detektor in Sättigung geht.
Eine "Verstimmung" kann in dem neuen Verbinder auch dadurch erreicht werden, daß zwischen den verbundenen Fasern ein gewünschter Abstand eingehalten wird oder die Längsnut in dem Träger mit einer mittigen Diskontinuität ausgebildet wird, um die aneinanderstoßenden Fasern leicht außerhalb einer perfekten koaxialen Fluchtung zu positionieren. Wenn das übertragene Licht von einem Halbleiter-Laser herrührt, dessen Ausgangsleistung allmählich schwächer wird, kann der Träger zur Reduzierung der Dämpfung von Zeit zu Zeit rasch und mit geringen Kosten ausgewechselt werden, um damit die übertragenen Signalpegel im wesentlichen konstant zu halten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung leichter verständlich, deren sämtliche Figuren schematische Darstellungen sind. Jede Figur der Zeichnung zeigt einen faseroptischen Verbinder nach der Erfindung, der zwei optische Fasern miteinander verbinden kann, mit der Ausnahme, daß der Verbinder der Fig. 2 eine optische Faser mit einem optoelektronischen Element verbindet. Bei einigen der gezeigten Verbinder sind Teile weggebrochen, um Details sichtbar zu machen. In den Zeichnungen sind:
Fig. 1 eine isometrische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen faseroptischen Verbinders;
Fig. 2 ein Längsschnitt durch einen zweiten erfindungsgemäßen faseroptischen Verbinder;
Fig. 3 eine isometrische Darstellung eines dritten erfindungsgemäßen faseroptischen Verbinders;
Fig. 4 eine isometrische Darstellung eines vierten erfindungsgemäßen faseroptischen Verbinders;
Fig. 5 ein vergrößerter Querschnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 4;
Fig. 6 ein Querschnitt durch einen fünften erfindungsgemäßen faseroptischen Verbinder und
Fig. 7 ein Querschnitt durch einen sechsten erfindungsgemäßen faseroptischen Verbinder.
Der faseroptische Verbinder 10 der Fig. 1 weist einen länglichen Träger auf, der aus einem Keramikblock 11 von im wesentlichen gleichmäßigem Querschnitt, der einer Ellipse nahekommt, besteht und in dessen Oberfläche eine gerade V-förmige Längsnut 13 ausgebildet ist, die sich an einer Hauptachse der Ellipse über die volle Länge des Blocks erstreckt. Die Längsnut weist einen einheitlich seichten Mittelabschnitt, in dem die blanken Enden 14 und 14A eines Paares optischer Fasern aufgenommen werden können, und einheitlich tiefere äußere Abschnitte auf, in die sich die angrenzenden Dämpfermäntel 16 und 16A so einfügen können, daß die äußersten Oberflächen sowohl der eingefügten blanken Enden als auch der Dämpfermäntel eine im wesentlichen gerade Linie bilden, die in der von der Hauptachse des elliptischen Trägers bestimmten Ebene liegt.
Der Keramikblock ist von einem verformbaren Gehäuse 18 umgeben, das im unverformten Zustand im wesentlichen zylindrisch ist. Wenn das Gehäuse 18 in Richtung der Nebenachse des Blocks 11 zusammengedrückt wird, können die optischen Fasern frei eingeführt oder herausgenommen werden. An jedem ihrer Enden öffnet die Nut 13 in eine trichterförmige Mündung 19,19A, um das Einfädeln von optischen Fasern in die Nut zu erleichtern. Nachdem die optischen Fasern aneinandergestoßen sind, wird das Gehäuse freigegeben, um in seinen im wesentlichen zylindrischen Zustand zurückzukehren und jedes der blanken Enden 14 und 14A sowie jeden der Dämpfermäntel 16 und 16A gegen die Längsnut 13 zu klemmen.
Vorzugsweise ist das verformbare Gehäuse 18 genügend transparent, um zu erlauben, daß man nachsieht, ob jedes der blanken Enden 14 und 14A sich ungefähr bis zur Mitte des Verbinders 10 erstreckt. Ist eine der optischen Fasern so eingesetzt, daß sie bis in die Mitte des Verbinders reicht, so wirkt sie als Anschlag für die andere optische Faser.
Wie in Fig. 2 zu sehen, erlaubt ein faseroptischer Verbinder 20, der im Aufbau mit einer Hälfte des faseroptischen Verbinders der Fig. 1 identisch ist, eine einzelne optische Faser 25 in ihrem von einem verformbaren Gehäuse 28 geklemmten Zustand mit einem optoelektronischen Element 27 zu verbinden.
Der faseroptische Verbinder 30 der Fig. 3 weist einen länglichen Träger auf, der aus einem mittigen Keramikblock 31 und einem Paar von Kunststoff-Anbaublöcken 32 und 32A besteht und einen im wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt aufweist, der einer Ellipse nahekommt. An der Hauptachse des elliptischen Trägers ist eine gerade V-förmige Längsnut 33 ausgebildet, die sich in einer geraden Linie über die Länge des Trägers erstreckt, weil der Block und die Anbaublöcke (a) so ausgebildet sind, daß sie gegen Relativdrehung verriegelt sind, (b) von einem verformbaren Gehäuse 38 in ausgerichteter Stellung gehalten werden und (c) durch in dem Block und den Anbaublöcken bei 37 ausgebildete Arretiermittel lösbar miteinander verbunden sind. Der in dem Block 31 ausgebildete Abschnitt der Nut 33 ist einheitlich seicht und die in den Anbaublöcken 32 und 32A ausgebildeten Abschnitte sind bis zu trichterförmigen Mündungen 39 bzw. 39A an den Enden des Trägers einheitlich tief. Wird ein Paar optischer Fasern in den Raum zwischen dem Gehäuse 38 und dem Träger eingefädelt, liegen die äußersten Oberflächen sowohl der eingesetzten blanken Faserenden 34 und 34A als auch der eingesetzten Dämpfermäntel 36 und 36A in einer im wesentlichen geraden Linie.
Wenn auch die Länge des Gehäuses 38 annähernd der Länge des Trägers entspricht, könnte sie aus verschiedenen Gründen kürzer sein, z.B. um die Enden der Anbaublöcke 32 und 32A zwecks Herausnahme leicht erfassen zu können oder um zu ermöglichen, daß die Enden der Anbaublöcke in (nicht gezeigte) Verbinder-Montagemittel eingreifen.
Der faseroptische Verbinder 40 der Fig. 4 und 5 weist einen länglichen Träger auf, der aus einem mittigen Keramikblock 41 besteht, der in einen sattelförmigen Anbaublock 42 eingefügt ist. Wenn derart eingefügt haben der Block 41 und der Anbaublock 42 einen im wesentlichen einheitlichen Querschnitt, der einer Ellipse nahekommt. An der Hauptachse des elliptischen Trägers ist eine gerade V-förmige Längsnut 43 ausgebildet. Der Block wird in der dargestellten Position von einem verformbaren Gehäuse 48 gehalten, das die blanken Enden 44 und 44A und die Dämpfermäntel 46 und 46A eines Paares optischer Fasern auf dieselbe Weise wie in Fig. 3 einklemmt.
Der faseroptische Verbinder 60 der Fig. 6 weist einen länglichen Träger auf, der aus einem mittigen Keramikblock 61 besteht, der auf ähnliche Weise wie beim Verbinder 40 der Fig. 4 und 5 in einen sattelförmigen Anbaublock 62 eingefügt ist. Über die Länge der zusammengesetzten Blöcke (Block 61 und Anbaublock 62) erstreckt sich eine gerade V-förmige Längsnut 63. Der Block wird von einem verformbaren Gehäuse 68 in der dargestellten Position gehalten, das normalerweise die blanken Enden (eines bei 64 gezeigt) und Dämpfermäntel (nicht gezeigt) eines Paares optischer Fasern einklemmt.
Der faseroptische Verbinder 70 der Fig. 7 weist einen länglichen Träger auf, der aus einem mittigen Keramikblock 71 besteht, der in einen sattelförmigen Anbaublock 72 eingefügt ist und von einem verformbaren Gehäuse 78 dort gehalten wird. Die zusammengesetzten Blöcke (Block und Anbaublock) haben zusammen eine gerade V-förmige Längsnut 73. Ein blankes Ende 74 einer optischen Faser ist in seinem von dem verformbaren Gehäuse 78 eingeklemmten Zustand gezeigt.

Beispiel:

Es wurde, ein Prototyp des in Fig. 3 dargestellten Verbinders hergestellt, um ein Paar optischer Fasern zu verbinden, deren jede einen Glaskernüberzug von 125 um Durchmesser und einen Dämpfermantel von 250 um Durchmesser aufweist. Der Block 31 war aus Keramik und die Anbaublöcke 32 bestanden aus Polycarbonat. Die wesentlichen Abmessungen des Prototyps waren;
Großer Durchmesser des Blocks 11 3,3 mm
Kleiner Durchmesser des Blocks 11 2,9 mm
Winkel der V-förmigen Nut 13 75º
Höhe der Faser über der V-förmigen Nut
am blanken Ende (Kernüberzug) 35 um
am Dämpfermantel 50 um
Durchmesser des Gehäuses 18 in unverformten Zustand 3,9 mm
Die Höhen wurden mit einem Mikrometer gemessen. Der Unterschied in den Höhen des blanken Endes und des Dämpfermantels über der V-förmigen Nut ist teilweise auf die größere Breite der Nut an der Stelle, wo sie den Dämpfermantel aufnimmt, zurückzuführen. Weiters ist der Dämpfermantel nachgiebig und wird daher von dem Gehäuse leicht zusammengedrückt, aus welchem Grund die Ausziehfestigkeit erhöht ist.
Nach dem Testen des Prototyps bei 1300 nm betrug der durchschnittliche Einfügungsverlust 0,1 dB. Die Ausziehfestigkeit war größer als 4,5 N.

Claims

1. Wiederverwendbarer mechanischer Verbinder für eine optische Faser, welcher Verbinder (a) einen länglichen Träger, in dessen Oberfläche mindestens eine gerade Längsnut ausgebildet ist, und (b) ein den Träger umgebendes verformbares Gehäuse, das im unverformten Zustand im wesentlichen zylindrisch ist und ein entsprechendes blankes Ende einer optischen Faser gegen die Nut klemmen kann, umfaßt wobei der Verbinder dadurch gekennzeichnet ist, daß

- der genannte Verbinder geeignet ist, mit einer einen dämpfenden Schutzmantel aufweisenden optischen Faser verwendet zu werden;

- die genannte Nut einen einheitlich relativ seichten Abschnitt für ein blankes Ende der optischen Faser aufweist; und

- die genannte Nut einen einheitlich relativ tiefen Abschnitt für einen benachbarten Abschnitt des Mantels der optischen Faser aufweist, sodaß die äußersten Oberflächen des blanken Endes und des Mantels der optischen Faser eine im wesentlichen gerade Linie bilden, womit dem verformbaren Gehäuse erlaubt wird, die optische Faser und den Mantel gleichzeitig gegen den Träger zu klemmen.

2. Faseroptischer Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Nut einen mittigen seichten Abschnitt und äußere tiefe Abschnitte aufweist, und durch das genannte verformbare Gehäuse die blanken Enden zweier optischer Fasern und deren Mäntel gleichzeitig eingeklemmt werden, wenn die Fasern in dem seichten Abschnitt der Nut aneinanderstoßen.

3. Faseroptischer Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger einen im wesentlichen gleichmäßigen elliptischen Querschnitt besitzt und die genannte Nut sich an der Hauptachse des elliptischen Trägers über die volle Länge des Trägers erstreckt.

4. Faseroptischer Verbinder nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einem einzigen Block besteht.

5. Faseroptischer Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger einen Block, in dem der genannte seichte Abschnitt ausgebildet ist, und mindestens einen Anbaublock, in dem ein tiefer Abschnitt ausgebildet ist, aufweist, wobei Block und Anbaublock so ausgebildet sind, daß sie gegen Relativdrehung verriegelt sind.

6. Faseroptischer Verbinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er einen einzigen Anbaublock aufweist, der für den genannten Block einen Sattel bildet.

7. Faseroptischer Verbinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Anbaublöcke aufweist, deren jeder an einem Ende des genannten Blocks festlegbar ist.