DE69213504T2

DE69213504T2 - Herstellungsmethode eines faseroptischen Kopplers

Info

Publication number: DE69213504T2
Application number: DE69213504T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Arimoto; Hiroshi Suganuma; Hiroaki Takimoto; Hiroshi Yokota
Original assignee: Sumiden Opcom Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumiden Opcom Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-02-19
Filing date: 1992-02-14
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2012-02-15
Also published as: EP0499978A3; KR950003437B1; EP0499978A2; CA2061516C; US5176730A; CN1064356A; AU1105692A; ES2094245T3; AU645394B2; CA2061516A1; KR920016860A; CN1027193C; JPH055815A; DE69213504D1; EP0499978B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Faserkopplers, der beispielsweise bei der optischen Kommunikation oder bei Lichtmessungen verwendbar ist.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein Koppier eines Fasertyps ist eine Vorrichtung zum Verzweigen/Koppeln von Licht zwischen einer Vielzahl von optischen Fasern. Derzeit wird ein Schmelzstreckverfahren als am besten geeignet zum Herstellen eines Einmodenfaserkopplers angesehen ("The Latest Technique of Optical-Fiber Coupler", OPTRONICS, Nr. 5, 1988, Seite 125). Ein derartiges Schmelzstreckverfahren beinhaltet ein teilweises Entfernen der entsprechenden Überzüge von zwei optischen Fasern zur Bildung freiliegender Abschnitte, Verdrehen der freiliegenden Abschnitte, um somit in engen Kontakt zueinander zu kommen, oder eine Fixierung, um in engen und parallelen Kontakt miteinander zu kommen, und Strecken dieses gebündelten Abschnitts unter Erhitzung und Verschmelzung des gebündelten Abschnitts mit einem Brenner oder ähnlichem.
Zugleich wird Licht, das in ein Ende der optischen Fasern eintritt, an den anderen Enden der optischen Fasern gemessen, um somit das Lichtverzweigungsverhältnis festzustellen. Das Strecken wird beendet, wenn ein vorbestimmtes Verzweigungsverhältnis erhalten wird. Schließlich werden die optischen Fasern fixiert und zur Anhaftung an einem Schutzteil gebracht, wodurch ein Koppler eines Fasertyps hergestellt wird.
In dem vorhergehenden herkömmlichen Verfahren werden optische Fasern gestreckt während lediglich das Verzweigungsverhältnis überwacht wird. In einem derartigen Verfahren nehmen jedoch die Durchmesser der optischen Fasern mit fortschreitendem Strecken ab, wodurch die Streckgeschwindigkeit sich erhöht, so daß es schwierig ist, das Strecken anzuhalten, wenn das Verzweigungsverhältnis einen gewünschten vorbestimmten Wert erreicht hat. Im schlechtesten Fall nehmen die optischen Fasern Schaden.
Weiter unterscheidet sich der Brechungsindex des erhitzten Glases von dem des fertigen Produkts. Dies macht es unmöglich, das Verzweigungsverhältnis des erhitzten Produkts zu messen zur Schaffung eines fertiggestellten, abgekühlten Produkts mit einem vorbestimmten Verzweigungsverhältnis. Dies macht es unmöglich, einen Koppler mit einem Verzweigungsverhältnis mit einem gewünschten Endwert zu erhalten.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, in dem die Probleme des zuvor beschriebenen herkömmlichen Verfahrens überwunden sind und ein optischer Faserkoppler mit dem gewünschten Verzweigungsverhältnis mit hoher Genauigkeit auf gleichbleibende Weise hergestellt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in dem abhängigen Anspruch dargestellt.
Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung gemäß einer Ausführungsform ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Faserkopplers, in dem ein Teil einer Vielzahl von optischen Fasern in engen Kontakt miteinander gebracht werden, um somit einen den Koppler bildenden Abschnitt zu bilden. Der den Koppler bildende Abschnitt wird erwärmt und gestreckt. Die optischen Fasern werden durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung unter einer Streckgeschwindigkeit gestreckt, während eine konstante Spannung vorliegt und während die Flußrate eines entzündlichen Gases, das zur Wärmequelle gefördert wird, um eine zu einem Unterschied zwischen der Streckgeschwindigkeit und einer voreingestellten Streckgeschwindigkeit proportionale Größe erhöht/verringert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren schafft ein Computerrückkopplungsschleife zur Einstellung der Erwärmungsrate als Funktion der Streckgeschwindigkeit und des gemessenen Verzweigungsverhältnisses.
Zur Erzielung der Effekte der vorliegenden Erfindung wird ein Verzweigungsverhältnis eines Kopplers während des Erhitzens und Streckens gemessen, so daß die voreingestellte Streckgeschwindigkeit zu einer Funktion des Verzweigungsverhältnisses gemacht wird, wobei die Funktion so bestimmt wird, daß die Streckgeschwindigkeit sich Null annähert, wenn das Verzweigungsverhältnis sich einem Endzielwert annähert, und wobei die Wärmequelle ein Brenner ist mit einer Vielzahl von Gasausstoßauslässen, die entlang der Axialrichtung der optischen Faser angeordnet sind, wobei der Brenner während des Erhitzens fixiert ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Bestimmte Bauteile in den Figuren werden in weiteren Einzelheiten durch die ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erläutert werden und sollen folglich hier nicht wiederholt werden. In den begleitenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines optischen Faserkopplers zur Verwendung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Graphik, die ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Verzweigungsverhältnis SR und der voreingestellten Streckgeschwindigkeit Vφ zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Brenners zur Verwendung in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens; und
Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in bezug auf Fig. 1 gekennzeichnet, wobei die Streckgeschwindigkeit V von zwei optischen Fasern während des Streckens der optischen Fasern gemessen wird und die Menge W von Gas des Flammbrenners um die Gasmenge ΔW proportional zu einem Unterschied zwischen der gemessenen Streckgeschwindigkeit und einer voreingestellten Streckgeschwindigkeit Vφ (W = W ± ΔW) erhöht/verringert wird.
Die Streckgeschwindigkeit der optischen Faser ist eine Funktion des Querschnitts der optischen Faser, der Streckspannung und der Erwärmungstemperatur.
Erfindungsgemäß wird die Streckspannung, die auf zwei einen Koppler bildende Fasern wirkt, konstant gemacht, so daß die Streckgeschwindigkeit sich immer einem eingestellten Wert annähern wird. Ein Steuern der Flußrate des Gases verhindert, daß die optischen Fasern durch die rasche Erhöhung der Streckgeschwindigkeit Schaden nehmen, wenn die optischen Fasern erhitzt und gestreckt werden, was verursacht, daß die optischen Fasern dünn werden.
Aus den Ergebnissen der Experimente hat sich herausgestellt, daß die folgende Beziehung aufgestellt werden mußte, um die Gasflußrate zu ändern, und dadurch die Streckgeschwindigkeit auf einem eingestellten Wert zu halten.
= ΔW = gi (Vφ - V) (1)
Hier stellt ΔW die Größe der Änderung der Gasflußrate (cc/min) dar.
Vφ stellt eine eingestellte Streckgeschwindigkeit (mm/min) dar.
V stellt eine Streckgeschwindigkeit (mm/min) dar.
stellt eine Konstante dar.
g1 : Vφ - V ≥ 0
g2 : Vφ - V < 0
wobei gilt: g2 ≥ g1 > 0
Dies hat seinen Grund darin, daß die Gasflußrate schnell erhöht wird, um somit zu verhindern, daß die optischen Fasern Schaden nehmen, wenn die Streckgeschwindigkeit höher als der eingestellte Wert wird.
Weiter läßt man Licht von einer Lichtquelle auf eine der beiden optischen Fasern einfallen und das herauskommende Licht aus den beiden optischen Fasern wird zur Messung des Verzweigungsverhältnisses SR während des Streckens der beiden optischen Fasern überwacht, so daß ein festes Verhältnis zwischen der eingestellten Streckgeschwindigkeit Vφ und SR erzielt werden kann.
Vφ = F(SR) (2)
Die Funktion F(SR) kann man wählen zu e-SR, SR-n oder ähnlichem, um dadurch die Streckgeschwindigkeit V zu erhöhen, wenn das Verzweigungsverhältnis sich einem gewünschten Wert SR* annähert, wie in Fig. 2 gezeigt ist. In diesem Zustand wird die Streckgeschwindigkeit niedrig, wenn das Verzweigungsverhältnis sich dem Endzielwert annähert, so daß das Verzweigungsverhältnis einfach mit hoher Genauigkeit erhalten werden kann.
Als Beispiel für die Nützlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde ein Koppler mit einem Verzweigungsverhältnis von 50 % unter Verwendung eines Geräts zum Erzeugen eines optischen Faserkopplers, das in Fig. 1 gezeigt ist, hergestellt. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Tisch 1; 2a und 2b Streckeinrichtungen; 3 Befestigungen; 4a und 4b optische Fasern; 5 freiliegende Abschnitte der optischen Fasern; 6 einen Brenner; 7a und 7b Steuerungen zum Steuern der Flußrate des Brenngases; 8a und 8b Gewichte zum Anwenden einer konstanten Spannung an den optischen Fasern; 9 eine Lichtquelle; 10a und 10b Fotodetektoren; 11a und 11b Detektoren zum Messen einer Bewegungsstrecke der Streckvorrichtungen; und 12 einen Computer.
An dem Tisch 1 ist über den Streckvorrichtungen 2a und 2b ein Paar von Halterungen 3 vorgesehen, die sich einander gegenüberliegen, und die beiden optischen Fasern 4a und 4b, die die freiliegenden Abschnitte 5 aufweisen, in denen die jeweiligen Umhüllungen der optischen Fasern teilweise entfernt sind, werden an den Halterungen 3 fixiert. Die freiliegenden Abschnitte 5 sind so fixiert, daß sie zwischen den Halterungen 3 und 3 angeordnet sind, und der Brenner 6, der als Wärmequelle dient, ist gerade unterhalb der freiliegenden Abschnitte 5 angeordnet. Die freiliegenden Abschnitte 5 der optischen Fasern werden durch den Brenner 6 erwärmt und die Streckvorrichtungen werden in einander entgegengesetzte Richtungen gezogen, um somit die Länge der freiliegenden Abschnitte 5 zu vergrößern, um dadurch einen vorbestimmten Koppler zu bilden.
Unter Verwendung eines Brenners mit einer Vielzahl von Gasaustoßauslässen 6b, die entlang der Axialrichtung der optischen Fasern angeordnet sind, wie in Fig. 3 für den Brenner 6 gezeigt ist, war es möglich, eine feste Temperatur über dem gesamten zu erhitzenden Gebiet zu verwirklichen. Deshalb war der Brenner zur Durchführung der Erwärmung fixiert.
Eine konstante Spannung wurde auf die freiliegenden Abschnitte 5 angewendet durch die Gewichte 8a und 8b, die jeweils an den Streckvorrichtungen 2a und 2b gemäß der Figur 1 angebracht sind. Propangas und Sauerstoffgas, das als Brenngas in den Brenner 6 fließt, wird jeweils durch die Flußratensteuerungen 7a und 7b bereitgestellt, die durch den Computer 12 gesteuert werden.
Weiter empfängt der Computer Ausgaben von den Detektoren 11a und 11b zum Feststellen der Bewegungsstrecke der Streckvorrichtungen und Ausgaben von den Fotodetektoren 10a und 10b zum Feststellen der Lichtintensität, die von der Lichtquelle 9 emittiert wird und die zum Austritt aus den optischen Fasern 4a und 4b durch die freiliegenden Abschnitte 5, die einen Koppler darstellen, veranlaßt wird. Der Computer 12 berechnet die Streckgeschwindigkeit V und das Verzweigungsverhältnis SR auf der Grundlage dieser Eingaben in den Computer. Darüber hinaus berechnet der Computer 12 ΔV unter Verwendung des vorhergehenden Ausdrucks (1), um dadurch die Flußratensteuerungen 7a und 7b zu betreiben.
Nach Herstellung von 100 optischen Faserkopplern, die ein Verzweigungsverhältnis von 50 % aufweisen sollten, wiesen alle Koppler ein Verzweigungsverhältnis auf, das in einem Bereich von 50 ± 3 % fiel, und die Streckgeschwindigkeit pro Koppler betrug eine Minute.
Zusammenfassend ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, auf gleichbleibende Weise optische Faserkoppler mit Verzweigungsverhältnissen innerhalb eines gewünschten Bereichs mit einem hohen Genauigkeitsgrad herzustellen.

Claims

1. Ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Faserkopplers mit den folgenden Schritten:

laterales Inberührungbringen angrenzender Längen einer Vielzahl von optischen Fasern (4a, 4b) zur Bildung eines einen Koppler bildenden Abschnitts;

Erhitzen des den Koppler bildenden Abschnitts mit einer Gasflamme aus einer Wärmequelle (6);

Strecken der optischen Fasern (4a, 4b) unter konstanter Spannung; und

Messen des Verzweigungsverhältnisse (SR) des Kopplers kontinuierlich während des Streckens;

gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:

Messen der Streckgeschwindigkeit (V); und

Regeln der der Flamme gelieferten Gasmenge in Proportion zu dem Unterschied zwischen der gemessenen Streckgeschwindigkeit und einer gewünschten Streckgeschwindigkeit (V ), wobei die gewünschte Streckgeschwindigkeit (V ) als Funktion des gemessenen Verzweigungsverhältnisses (SR) variiert, und

wobei die Funktion derart ist, daß die Streckgeschwindigkeit sich Null annähert, wenn das Verzweigungsverhältnis sich einem Endzielwert (SR*) nähert.

2. Verfahren zum Herstellen eines optischen Faserkopplers gemäß Anspruch 1, wobei der Erwärmungsschritt den Schritt des Erwärmens mit einer Vielzahl von Gasauslässen (6b) umfaßt, die entlang des den Koppler bildenden Abschnitts angeordnet sind.