DE69528937T2

DE69528937T2 - Verfahren zum Polieren der Endfläche eines optischen Steckers

Info

Publication number: DE69528937T2
Application number: DE69528937T
Authority: DE
Inventors: Okitsugu Furuya; Akihiro Miyachi; Masaaki Miyazawa
Original assignee: Whitaker LLC
Current assignee: Whitaker LLC
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1995-09-05
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2015-09-06
Also published as: US5687269A; DE69528937D1; EP0701151A2; KR960011462A; EP0701151A3; JPH0875952A; EP0701151B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren einer Endfläche eines LWL-Steckverbinders mit einem Lichtwellenleiter und einer Führungshülse.
Auf dem Gebiet der optischen Kommunikationstechnik erfolgt eine Verbindung oftmals durch Stoßkupplung eines Paars LWL-Steckverbinder, deren Enden kuppelförmig, nämlich als konvexe Flächen mit einem festen Krümmungsradius, ausgebildet sind. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Verbindungsverlust durch Stoßkupplung der Kuppeln, durch den zwischen den einander gegenüberliegenden Lichtwellenleitern ein Null-Spalt erzielt werden kann, auf ein Minimum reduziert ist.
Wenn jedoch die Normale der anstoßenden Kontaktfläche mit der Achse der Lichtwellenleiter zusammenfällt, kann die Reflexion an der Kontaktfläche nicht ignoriert werden. Zur Reduzierung des abträglichen reflektierten Lichts werden LWL-Steckverbinder mit einer geneigten Kuppel verwendet, wobei der Winkel zwischen der Normalen und der Achse der Lichtwellenleiter zum Beispiel 7º oder mehr beträgt.
Fig. 4 ist eine Seitenansicht, die das Ende eines durch das herkömmliche Verfahren polierten LWL- Steckverbinders zeigt. Gemäß dem herkömmlichen Verfahren wird zunächst das Ende eines LWL- Steckverbinders 1, das in der Mitte einer Führungshülse 2 mit einer abgeschrägten Spitze 4 einen Lichtwellenleiter 3 stützt, so poliert, dass seine Normale schrägt verläuft und den gewünschten Winkel θ zur Achse des Lichtwellenleiters 3 aufweist. Danach wird die Endfläche des LWL-Steckverbinders 1 durch Poliermaterial usw. zu einer kuppelförmigen Gestalt poliert. Der Zweck der abgeschrägten Spitze 4 des Steckverbinders 1 besteht darin, dass dadurch das Einführen des LWL-Steckverbinders 1 in eine (nicht gezeigte) ihn aufnehmende Ausrichtungshülse erleichtert und eine Beschädigung der Innenfläche der Ausrichtungshülse verhindert wird.
Da der gewünschte Winkel θ so eingestellt ist, dass er der schiefe Winkel für das Polieren bei diesem schrägen, sphärischen Polieren ist, weicht die Mitte der kuppelförmigen Fläche Q durch ein beträchtliches Maß S von der Achse des Lichtwellenleiters 3 ab.
Da der Punkt O auf der Achse, an dem sich die Lichtwellenleiter 3 mechanisch berühren, von der Mitte P der Kuppel Q abweicht, ist des Weiteren der Normalwinkel (oder Berührungsflächenwinkel) θ' am Punkt O immer kleiner als der Normalwinkel (das heißt, der schiefe Winkel) θ an der Mitte P. Selbst wenn der schiefe Winkel der Kuppel Q auf zum Beispiel 7º eingestellt ist, durch den das reflektierte Licht auf eine gewisse Stärke reduziert und ihr Polieren durchgeführt werden kann, ergibt sich ein Normalwinkel am Punkt O auf der Seite der Achse des Lichtwellenleiters 3 von weniger als 7º. Somit wird bei verschiedenen Steckverbindern, bei denen die Berührungsflächenwinkel von den konzipierten Werten abweichen und die durch Stoßkupplung aneinander angeordnet werden, der nachteilige Einfügungsverlust vergrößert, oder das erforderliche Reduzierungsmaß des reflektierten Lichts kann nicht erreicht werden.
Zur Lösung dieses Problems ist die Verwendung einer abgestuften Führungshülse 12 vorgeschlagen worden, bei der, wie in Fig. 5 gezeigt, an der Spitze ein zylindrischer Teil 15 kleineren Durchmessers konzentrisch hinter dem abgeschrägten Teil 14 ausgebildet ist, wie in der japanischen Veröffentlichung Nr. 3-210509 offenbart. Gemäß dieser abgestuften Führungshülse ist die Abweichung S der Mitte P der Kuppel Q vernachlässigbar klein, wenn der schiefe Winkel θ nicht sehr groß ist, da der Bereich des sphärischen Polierens beim schrägen, sphärischen Polieren den abgeschrägten Teil 14 nicht umfasst.
Deshalb liegt der Normalwinkel am Punkt O der Achse des Lichtwellenleiters 13 sehr nahe am schiefen Winkel θ der Kuppel Q.
Das die abgestufte Führungshülse verwendende oben erwähnte Verfahren erfordert jedoch eine zusätzliche Bearbeitung der handelsüblichen Führungshülse zur Bildung der abgestuften Führungshülse, und deshalb erhöhen sich nachteiligerweise die Herstellungskosten für den LWL-Steckverbinder. Wenn der schiefe Winkel groß ist oder wenn der Krümmungsradius der Kuppel klein ist, kann des Weiteren die Abweichung S kein vernachlässibarer Wert sein; deshalb entsteht das Problem, dass sich der Normalwinkel am Punkt O an der Achse des Lichtwellenleiters stark vom gewünschten schiefen Winkel unterscheidet.
Die US-A-5140660 nennt in ihrer Einführung einen Stand der Technik, bei dem ein Verfahren zum Polieren der Endfläche eines LWL-Steckverbinders mit einer abgeschrägten Spitze offenbart wird. Der LWL- Steckverbinder wird in einem Polierwinkel zur Polierscheibe gehalten, die gedreht wird, so dass am LWL-Steckverbinder ein kuppelförmiges Ende gebildet wird, wobei der Polierwinkel auf den gewünschten schiefen Winkel für die Kontaktstelle an der Kuppel eingestellt ist.
Folglich besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Polieren einer Endfläche eines LWL-Steckverbinders zur Lösung der oben genannten Probleme, wodurch das Herstellungsverfahren vereinfacht wird, die Herstellungskosten reduziert werden und gleichzeitig ein LWL-Steckverbinder bereitgestellt wird, bei dem der Normalwinkel der Kuppel auf der Achse mit dem gewünschten schiefen Winkel zusammenfällt.
Dazu besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Polieren einer Endfläche eines LWL-Steckverbinders zur Bildung einer kuppelförmigen Fläche nach Anspruch 1.
Hier zeigt die Kontaktfläche die Fläche an, an der zwei LWL-Steckverbinder bei Stoßverbindung in mechanischem Kontakt stehen.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen darin:
Fig. 1 ein Ende eines LWL-Steckverbinders, das gemäß der vorliegenden Erfindung sphärisch poliert wurde;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Endes des LWL- Steckverbinders nach Fig. 1;
Fig. 3 den Polierzustand;
Fig. 4 einen herkömmlichen LWL-Steckverbinder;
Fig. 5 einen anderen herkömmlichen LWL-Steckverbinder. In den Fig. 1 und 2 umfasst der LWL-Steckverbinder 20 eine Führungshülse 22 und einen (nicht gezeigten) Lichtwellenleiter, der mittels Klebstoff usw. in einem (nicht gezeigten) Durchgangsloch der Führungshülse 22 befestigt ist. Vor ihrem Polierprozess liegt die Führungshülse 22 in der durch die gestrichelte Linie 22' gezeigten und auf dem Markt erhältlichen Form vor, wobei beispielsweise eine Form mit einem Durchmesser D = 2,499 mm und einer Spitze 24, die um Ψ = 30º abgeschrägt ist, verwendet wird. Weiterhin wird der sphärische Bereich außerhalb einer Linie N als "Kuppel" bezeichnet, bei der die Linie N die Unterseite der Kuppel Q und θ der Winkel zwischen der Linie N und der senkrecht zur Achse des LWL-Steckverbinders 20 verlaufenden Achse ist. θ ist auch der Winkel zwischen der Normalen an der Mitte P der Kuppe Q und der Achse des LWL-Steckverbinders 20.
Hier wird die Beziehung zwischen dem Normalwinkel θ an der Mitte P der Kuppel Q und dem Normalwinkel (Berührungsflächenwinkel) θ' an Punkt O auf der Achse des LWL-Steckverbinders 20 (oder der Führungshülse 22) betrachtet. Der Abstand L in x-Richtung zwischen der Mitte τ des Radius der Kuppel Q zu Punkt P an der Kuppel Q beträgt unter Annahme eines Radius R der Kuppel Q:
L = R sin θ
Da die Mitte P der Kuppel Q um den Abstand S von der Achse der Führungshülse 22 abweicht, unter der Annahme, dass der Abstand in x-Richtung von der Mitte des Radius T zur Achse der Führungshülse 22 L' ist:
L' = (R sin θ') = L - S = R sin θ - S
Deshalb sin θ' = sin θ - S/R
oder sin θ - sin θ' = S/R
Folglich versteht sich, dass der gewünschte Normalwinkel θ' an Punkt O auf der Achse um den S/R entsprechenden Winkel kleiner ist als der schiefe Polierwinkel θ, wobei der Soll-Normalwinkel θ' an Punkt 0 auf der Achse erreicht werden kann, wenn der größere schiefe Polierwinkel θ den gewünschten Normalwinkel θ um den S/R entsprechenden Winkel ausgleicht. Des Weiteren wird S durch die folgende Gleichung dargestellt: S = α + β,
wobei α die Abweichung (x-Richtung) des Schnittpunkts der Geraden PT, die die Mitte P der Kuppel Q und die Mitte des Radius T miteinander verbindet, mit der Geraden N ist, die die Enden der Kuppel Q von der Achse des LWL-Steckverbinders 20 verbindet, und unter der Annahme, dass die Länge der x-Komponente der Geraden N w ist, die Höhe des abgeschrägten Teils 24 g ist und die Poliertiefe h ist:
α = w/2 + (g - h)tan Ψ - D/2
Des Weiteren ist β der Abstand in x-Richtung vom Schnittpunkt zur Mitte P der Kuppel Q, wobei angenommen wird, dass die Hälfte der Länge der Geraden N m ist.
In Fig. 3 kann durch Halten des LWL-Steckverbinders 20 mit einer Spannvorrichtung 30 in dem schiefen Winkel θ, der größer ist als der Soll-Berührungsflächenwinkel, das heißt der gewünschte Winkel θ' an Punkt O auf der Achse, und sein Kontaktieren mit der Polierfolie 34 am elastischen Körper 32 und sein Polieren auf die gewünschte Tiefe h (Fig. 2), bei der der Radius R ist, der gewünschte Berührungsflächenwinkel θ' an Punkt O auf der Achse erhalten werden.
Durch Überwachung des Polierausmaßes, das heißt der Poliertiefe, kann der gewünschte Kuppelradius erhalten werden. Beim Verfahren zur Überwachung des Polierausmaßes kann zum Beispiel die Polierzeit überwacht werden, indem zuvor der Korrelationskoeffizient zwischen dem Polierausmaß (der Poliertiefe) und der Polierzeit ermittelt wird, oder es kann beim Verfahren zur Überwachung des Polierausmaßes die an die Polier-Spannvorrichtung angelegte Spannung überwacht werden, indem zuvor der Korrelationskoeffizient zwischen dem Poliermaß und den Spannungswert ermittelt wird, usw.
Im Folgenden wird ein Versuchsbeispiel gemäß dem vorliegenden Verfahren gezeigt. Zunächst weist die verwendete Führungshülse 22' einen Durchmesser D = 2,499 mm auf, der Abschrägungswinkel Ψ = 30º, die Höhe g des abgeschrägten Teils 24 = 0,432 mm. Wenn diese Führungshülse 22' zum Erhalt einer geneigten Kuppel mit einem Kuppelradius R = 8,0 mm und einem Berührungsflächenwinkel θ' = 8,0º bearbeitet wird, wird zunächst die Führungshülse 22' in einem schiefen Winkel θ = 8,85º befestigt, und durch Flachpolieren durch Inberührungbringen des Polierfilms mit einem (nicht gezeigten) starren Körper, bis g = 0,424 mm erreicht ist, wird der schiefe Winkel θ = 8,85º erhalten. Dann wird unter Halten des schiefen Winkels θ = 8,85º mit der schrägen Spannvorrichtung 30, das sphärische Polieren durchgeführt. Da der Kuppelradius R durch die Poliertiefe h bestimmt wird, wie oben beschrieben, wird das sphärische Polieren durch die Poliertiefe überwacht, bis h = 0,076 mm bei R = 8,0 mm.
Nunmehr werden in folgender Tabelle verschiedene Date zum Erhalt verschiedener Berührungsflächenwinkel θ' gezeigt:
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird erreicht, dass der gewünschte Berührungsflächenwinkel an der Achse des LWL-Steckverbinders ohne Verwendung eines Spezialwerkzeugs leicht und zuverlässig erreicht werden kann. Da kein zusätzlicher Vorgang, wie zum Beispiel das Bilden einer Abstufung an der Führungshülse im voraus, nicht erforderlich ist, ergibt sich der Vorteil, dass sich der LWL-Steckverbinder mit einer geneigten sphärischen Fläche zu geringen Kosten herstellen lässt.

Claims

1. Verfahren zum Polieren einer Endfläche eines LWL- Steckverbinders (20) zur Bildung einer kuppelförmigen sphärischen Fläche (Q), wobei der Steckverbinder eine zylindrische Führungshülse (22) mit einer abgeschrägten Spitze (24), eine mittlere Achse und einen in der Mitte der Führungshülse gestützten Lichtwellenleiter umfasst, bei dem man:

die zylindrische Führungshülse mit dem darin gestützten Lichtwellenleiter in einer Spannvorrichtung (30) so festhält, dass sich die mittlere Achse in einem schrägen Polierwinkel θ zur Normalen einer Polierfläche eines Polierglieds (34) befindet, wobei der Polierwinkel θ so ausgewählt wird, dass ein gewünschter Winkel θ' zwischen der mittleren Achse und der Normalen zur kuppelförmigen Fläche (Q) am Punkt (O) darauf gebildet wird, der sich auf der mittleren Achse befindet, und durch die folgende Formel zu dem Polierwinkel θ in Beziehung steht:

sin θ = sin θ' + S/R

wobei R der Radius der kuppelförmigen Endfläche (Q) und S der Abstand zwischen der mittleren Achse und der Mitte (P) der kuppelförmigen Endfläche (Q) ist; und

die Kuppel durch Polieren mit dem Polierglied (34) bildet;

wobei

die Endfläche des LWL-Steckverbinders (20) vor ihrem Polieren zu einer kuppelförmigen Form zu einer Ebene poliert wird, die eine im Polierwinkel θ zur mittleren Achse angeordnete Normale aufweist.