PL233284B1 - Sposób wytwarzania konwertera polimerowego do łączenia włókien światłowodowych i polimerowy konwerter do łączenia włókien światłowodowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania konwertera polimerowego do łączenia włókien światłowodowych oraz polimerowy konwerter do łączenia włókien światłowodowych.

Wynalazek znajduje zastosowanie w przemyśle telekomunikacyjnym związanym z wdrażaniem sieci optycznych wykorzystujących włókna ze szkła krzemionkowego i z tworzyw sztucznych oraz technologii czujników światłowodowych wykorzystujących tego typu włókna.

Łączenie światłowodów to podstawowy proces technologiczny, jaki musiał być opracowany, aby technika światłowodowa mogła zmienić obraz telekomunikacji lat 70. XX wieku bazującej wówczas na przewodzie miedzianym. W chwili obecnej standardowymi włóknami stosowanym w telekomunikacji są włókna: jednomodowe dla długości fali powyżej 1270 nm o rdzeniu wielkości około 8 μπι i średnicy płaszcza 125 μπι oraz wielomodowe o średnicach rdzenia 50 μπι lub 62,5 μπι przy średnicy płaszcza 125 μπι. Dla tego typu włókien technologia wykonywania złączy stałych i rozłącznych jest w pełni opanowana i możemy bez trudu znaleźć w ofercie handlowej firm zajmujących się telekomunikacją urządzenia do wykonywania tego typu połączeń.

Jednakże nieustanny rozwój technologii telekomunikacyjnych ukierunkowany przede wszystkim na szybkość transmisji doprowadził do opracowania standardów FTTH (Fiber To The Flome) i FTTD (Fiber to the Desktop). W standardach tych usługa szerokopasmowego dostępu do Internetu zakłada instalację włókna światłowodowego w mieszkaniu lub tuż przed jego wejściem. Wdrożenie tych rozwiązań generuje duże koszty, a pojawiające się problemy techniczne nie są łatwe do rozwiązania. Dlatego też specjaliści skoncentrowali swoje wysiłki na opracowaniu metod wytwarzania włókien z tworzywa sztucznego, które mogą być stosowane w telekomunikacji o bliskim zasięgu do 300 m, a materiał włókna jak i sam proces technologiczny redukuje koszty wytworzenia włókna światłowodowego. Dodatkowo podstawową przewagą włókien z tworzyw sztucznych w stosunku do standardowych włókien ze szkła krzemionkowego są niskie straty zgięciowe, co daje możliwość ich efektywnego wykorzystania w instalacji wewnątrz pomieszczeń posiadających wiele naroży ścian, które pogarszają jakość prowadzonego sygnału optycznego w standardowym włóknie jednomodowym lub wielomodowym, wykonanym ze szkła krzemionkowego. Jako przykład można podać włókna serii GigaPOF oferowane przez firmę Chromis Fiberoptics, Inc. wytworzone na bazie perfluorowanego PMMA (polimetakrylan metylu), szkło akrylowe), które pozwalają na transmisję danych z szybkością do 10 GB/s na długości fali 850 nm, ale pracujące efektywnie również na długości fali 1310 nm. Firma ta oferuje włókna o następujących parametrach: średnice rdzenia 50 μπι, 62,5 μπι i 120 μπι oraz średnice zewnętrzne pokrycia 490 μπι i 750 μΠΊ. Mając to na uwadze, istnieje możliwość wykonywania hybrydowych sieci telekomunikacyjnych, w których konieczne jest opracowanie metody łączenia włókien o wyraźne różnych wymiarach geometrycznych włókna z tworzywa sztucznego i standardowego włókna wielomodowego ze szkła krzemionkowego.

Stosowanie włókien z tworzyw sztucznych w technologii czujników światłowodowych jak i telekomunikacji wymaga dopasowania się tego typu włókna do standardu złączy rozłącznych stosowanych w źródłach wiązki świetlnej czy też urządzeń pomiarowych takich jak analizatory widma, reflektometry optyczne, detektory. Dlatego wykonanie złącza stałego pomiędzy stosowanym włóknem z tworzywa sztucznego oraz włóknem ze szkła krzemionkowego zaopatrzonym w złącze rozłączne dopasowane do wejścia lub wyjścia urządzenia, z którego chcemy skorzystać, jest stale problemem do rozwiązania.

Podstawowym parametrem opisującym jakość złącza światłowodowego są straty obliczane jako stosunek wejściowej mocy optycznej P_we mierzonej przed złączem do mocy optycznej wyjściowej P_wy mierzonej po przejściu przez wiązkę świetlną złącza i wyrażane są one w decybelach:

a - 101og

P we

P wy 7 (1)

Rodzaje połączeń światłowodowych zostały sklasyfikowane pod względem wartości tego parametru. Straty złączy stałych spawanych są najniższe, a typowa ich wartość mieści się w zakresie 0,05 dB-0,1 dB przy łączeniu włókien wielomodowych. Dla złączy stałych mechanicznych typowa wielkość strat jest na poziomie 0,2 dB. Dla złączy rozłącznych, w zależności od rodzaju złącza i jego ceny, straty wahają się w granicach 0,5-1 dB. W związku z tym, parametrstraty został wykorzystany do oceny jakości wykonanego złącza, a jako poziom odniesienia dla proponowanego rozwiązania wykorzystano informacje zawarte na stronie internetowej firmy Chromis Fiberoptics Inc., która opracowała technologię

PL 233 284 B1 wykonywania złączy rozłącznych dla produkowanych przez siebie włókien, ale wielkość strat na takim połączeniu wynosi około 1,5 dB.

Proponowane rozwiązanie, mieszczące się w obszarze złączy stałych mechanicznych, umożliwia wytworzenie złącza stałego o stratach poniżej 1,0 dB przy łączeniu tych samych włókien. Istotną nowością przedstawionego rozwiązania jest możliwość wykonywania połączeń pomiędzy włóknami o różnych geometriach i wykonanych z różnych materiałów, tj. np. włókien ze szkła krzemionkowego i z tworzywa sztucznego za pomocą wytworzonego w procesie fotopolimeryzacji mikromostka polimerowego, który pełni funkcję konwertera modów łączonych włókien. Dotychczas opisane i wdrożone metody wykonywania złączy stałych mechanicznych były opracowane dla włókien o tej samej geometrii i wykonanych z tego samego materiału, i były przede wszystkim przeznaczone dla standardowych włókien jednomodowych i wielomodowych wykorzystywanych w telekomunikacji. Włókna te wymagały jedynie umieszczenia w precyzyjnie wykonanym uchwycie dopasowującym rdzenie łączonych włókien i wykonaniu ich połączenia i usztywnienia mechanicznego.

W przedstawionym wynalazku proponujemy metodę wytwarzania oraz mieszaninę monomerów pozwalającą na wykonanie konwertera polimerowego (1) przedstawionego na Fig. 1 będącego mikromostkiem polimerowym łączącym rdzenie pary włókien światłowodowych (2 i 3) odpowiednio ustawionych naprzeciw siebie. Włókna łączone mogą być wykonane z różnych materiałów i mieć odmienne geometrie rdzeni, apertury numeryczne czy też efektywne pola modowe, a zadaniem konwertera jest dopasowanie parametrów technicznych obu łączonych włókien, tak aby na połączeniu strata była jak najmniejsza. Element ten może być wykonany za pomocą łatwej i szybkiej metody wytwarzania mikrostruktur polimerowych na czole włókna światłowodowego opartej na procesie fotopolimeryzacji wolnorodnikowej.

Proces ten po raz pierwszy opisano w 2001 r. w publikacji „Integration of Micrometer-Sized Polymer Elements at the End of Optical Fibers by Free-Radical Photopolymerization”, autorstwa R. Bachelota i innych, opublikowanej w czasopiśmie Applied Optics. Autorzy pokazali w tym artykule, że wspomniany proces można wykorzystać do tworzenia mikrotipów polimerowych na końcach włókien światłowodowych.

W publikacji „Quasi-solitonic behaviour of self-written waveguides created by photopolymerization”, według Dorkenoo i innych, opublikowanej w Optics Letters (2002) przedstawiono wykorzystanie procesu fotopolimeryzacji do wytworzenia połączenia polimerowego między parą włókien światłowodowych. Autorzy przedstawili możliwość wykonania tą metodą połączenia polimerowego dla dwóch jednakowych włókien ustawionych w odległości 1 cm. Powstanie elementu łączącego było możliwe dzięki efektowi tzw. „samoprowadzenia” wiązki w mieszaninie fotopolimeryzującej.

Ta sama strategia wytwarzania połączeń polimerowych została zaproponowana w publikacji „Fabrication of polymer waveguides between two optical fibers using spatially controlled light-induced polymerization”, autorstwa S. Jradi i innych, opublikowanej w Applied Optics (2008), w której to przedstawiono możliwość utworzenia trwałych mechanicznie połączeń między dwoma jednakowymi światłowodami ze szkła krzemionkowego, dzięki wykorzystaniu efektu „samoprowadzenia”.

Proces tworzenia połączenia polimerowego między parą włókien światłowodowych został także opisany w publikacji „Light-Induced Self-Writing Welding of Optical Fibers” według C. Ecoffet i D. J. Lougnot opublikowanej w Journal of Lightwave Technology (2010). Autorzy przedstawili interpretację procesu tworzenia się mikromostka polimerowego powstającego z pary mikrotipów polimerowych zbudowanych z pary ustawionych naprzeciwko siebie włókien światłowodowych tego samego rodzaju. W tej publikacji opisano cały proces tylko dla jednakowych włókien ze szkła krzemionkowego.

W publikacji WO 2012/010776A1 francuskiej firmy Lovalite ujawniono mieszaninę na b azie: eozyny, koinicjatora (MDEA - metylodietanoloamina) oraz monomerów wielofunkcyjnych: triakrylanu pentaerytrytolu (PETA) i akrylanu heptafluorobutylu (HFBA). Na bazie wielostopniowej i długiej procedury zaprezentowano w dwóch konfiguracjach połączenia tego samego typu włókien. W pierwszej opcji łączono parę jednomodowych włókien typu SMF28e firmy Corning, a w drugiej łączono pary włókien wielomodowych o średnicach rdzeni 50 μm. W obu przypadkach mikromostek polimerowy wytwarzany pomiędzy włóknami składał się z rdzenia i płaszcza. Przygotowanie materiału rdzenia i płaszcza obejmowało kilka etapów, których łączny czas wynosił około 15 godzin, a kompozycje składników tworzących kolejno rdzeń i płaszcz były następujące: 64,5% PETA, 31% HFBA, 4,48% MDEA oraz 0,02% eozyna (rdzeń) i 54,5% PETA, 41% HFBA, 4,48% MDEA 0,02% eozyna (płaszcz). Uzyskane złącza miały straty na poziomie 0,01-0,04 dB.

PL 233 284 B1

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania konwertera polimerowego do łączenia włókien światłowodowych, który obejmuje:

- ustawienie obu włókien światłowodowych współosiowo naprzeciwko siebie w układzie pozycjonowania;

- wprowadzanie pomiędzy ich czołowe powierzchnie substancji fotopolimeryzującej, składającej się z Eozyny Y, koinicjatora (MDEA - metylodietanoloamina) oraz monomerów wielofunkcyjnych: triakrylanu pentaerytrytolu (PETA) i akrylanu heptafluorobutylu (HFBA);

- wprowadzanie do włókien światłowodowych wiązki świetlnej o ustalonej mocy ze źródła światła;

- oświetlanie substancji fotopolimeryzującej;

- połączenie mikrotipów w mikromostek pomiędzy włóknami światłowodowymi;

- kontrolowanie wzrostu mikromostka i kontrolowanie ilości zaabsorbowanej energii oraz odległości pomiędzy parą włókien i charakteryzuje się tym, że konwerter polimerowy tworzy się pomiędzy włóknami światłowo dowymi wykonanymi z różnych materiałów. Korzystnie uzyskuje się straty energii powstałego złącza mniejsze niż 1,0 dB.

Przedmiotem wynalazku jest także konwerter polimerowy z mieszaniny substancji fotopolimeryzującej, składającej się z Eozyny Y, koinicjatora (MDEA - metylodietanoloamina) oraz monomerów wielofunkcyjnych: triakrylanu pentaerytrytolu (PETA) i akrylanu heptafluorobutylu (HFBA) do połączenia włókien światłowodowych, który charakteryzuje się tym, że włókna światłowodowe są wykonane z różnych materiałów.

Korzystnie mieszanina zawiera dodatkowo HFBA.

Korzystnie współczynnik załamania wynosi 1,463 i konwerter dopasowuje optycznie materiały z włókna polimerowego z perfluorowanego PMMA o współczynniku załamania rdzenia 1,34 i z włókna ze szkła krzemionkowego o średnim współczynniku załamania rdzenia około 1,48.

Konwerter polimerowy będący przedmiotem wynalazku jest wytwarzany w procesie fotopolimeryzacji w układzie przedstawionym na rysunku, na którym na Fig. 2 przedstawiono co najmniej trzy moduły:

- pierwszy moduł to układ wprowadzania. Układ ten obejmuje źródło promieniowania optycznego (4), rozdzielacz wiązki świetlnej (5), parę tłumików optycznych (6 i 6') oraz dwa mikrometryczne stoliki translacyjne (7 i 7') do wprowadzania wiązki świetlnej do światłowodów, umożliwiające pozycjonowanie włókien. Źródło (4) jest laserem lub diodą laserową, a długość fali generowanej przez ten element pozwala na zainicjowanie procesu fotopolimeryzacji i zależy od rodzaju zastosowanej mieszaniny. Rozdzielacz wiązki świetlnej (5) to niepolaryzująca kostka światłodzieląca formująca dwie prostopadłe wiązki świetlne. Każda z powstałych wiązek przechodzi przez tłumik optyczny (6 i 6') pozwalający na regulowanie poziomu mocy optycznej wprowadzanej do poszczególnych włókien światłowodowych. Mechaniczne elementy pozycjonujące (7 i 7') pozwalają na wprowadzenie wiązki świetlnej do włókien światłowodowych (2 i 3);

- drugi moduł to układ pozycjonowania. Układ obejmuje nanometryczny stolik translacyjny (8) wraz z uchwytem na włókno 2 oraz nieruchomy uchwyt (9) na włókno 3. Włókna są ustawiane naprzeciw siebie z pożądaną precyzją i w zadanej odległości;

- trzeci moduł obserwacyjny składa się z kamery CCD (10) wraz z układem obiektywó w (11 i 11') do kontroli wizualnej ustawienia włókien oraz oceny geometrii wytworzonego mostka polimerowego. Moduł ten jest uzupełniony komputerem PC (12) zapewniającym obserwację obrazu z kamery CCD i ocenę odległości pomiędzy włóknami.

Sposób wytwarzania konwertera według wynalazku polega na tym, że pomiędzy dwoma włóknami światłowodowymi, 2 i 3, wykonanymi z różnych materiałów i o różnych geometriach, wytwarza się mikromostek polimerowy 1, łączący ich poprzeczne powierzchnie w okolicach rdzeni. Mikromostek ten wytwarza się tak, że dwa włókna ustawia się współosiowo na stolikach modułu pozycjonowania 8 i uchwytu 9 w odległości z zakresu 55-300 μm i z dokładnością +/- 5%, a pomiędzy ich czołowe powierzchnie wprowadza się kroplę substancji fotopolimeryzującej.

Substancja fotopolimeryzująca jest przygotowywana z co najmniej trzech składników: barwnika światłoczułego - soli disodowej Eozyny Y, koinicjatora (MDEA - metylodietanoloamina) oraz monomerów wielofunkcyjnych: triakrylanu pentaerytrytolu (PETA) i akrylanu heptafluorobutylu (HFBA) w proporcjach wskazanych w tabeli:

PL 233 284 Β1

Składnik	Procent wagowy
Czynnik fotouczulający: Eozyna Y, sól disodowa	0,1 - 1,0%
Koinicjator: metylodietanoloamina MDEA	7,0 - 9,0%
Monomer: triakrylan pentaerytrytolu PETA	45,0 - 85,0%
Monomer: akrylan heptafluorobutylu HFBA	5,0 - 45,0%

Uzupełnienie mieszaniny o ostatni składnik HFBA jest istotną modyfikacją mieszaniny monomerów przedstawianej wcześniej w literaturze. Monomer PETA ma katalogową wartość współczynnika załamania równą 1,483 natomiast po procesie polimeryzacji jego wartość rośnie do 1,52. W proponowanym przykładzie dokonano połączenia włókna z tworzywa sztucznego wykonanego na bazie perfluorowanego PMMA, którego współczynnik załamania rdzenia wynosi około 1,34, oraz standardowego włókna wielomodowego ze szkła krzemionkowego, którego wartość współczynnika załamania ma wartość 1,48, stąd też zastosowanie dodatkowego monomeru HFBA obniżającego wartość współczynnika załamania konwertera. Dla tego monomeru HFBA współczynnik złamania wynosi 1,331, a po polimeryzacji 1,367, co istotnie wpływa na możliwość obniżenia wartości współczynnika załamania wytwarzanego konwertera polimerowego. Biorąc pod uwagę skład procentowy mieszaniny spolimeryzowanych monomerów współczynnik załamania zmienia się w zakresie od 1,439 do 1,511. Obniżenie wartości tego parametru wpływa, przede wszystkim, na zmniejszenie strat, jakie pojawiają się na połączeniu i dlatego opracowując mieszaninę zawierającą dodatkowo monomer HFBA możliwe jest optymalizowanie strat złącza.

Następnie do światłowodów 2 i 3 wprowadza się wiązkę świetlną, z lasera lub diody laserowej 4, korzystnie o długości fali światła odpowiadającej pasmu absorbcji Eozyny Y z zakresu 450 nm-550 nm, np. 532 nm, dzieloną przez rozdzielacz 5 i oświetlającą kolejno tłumiki optyczne 6 i 6’, a następnie włókna światłowodowe 2 i 3.

Tłumiki optyczne pozwalają na dobór pożądanego poziomu mocy optycznej mierzonej na końcu włókien 2 i 3, natomiast odpowiednie ustawienie włókien za pomocą stolików translacyjnych zapewnia wprowadzenie światła do włókna światłowodowego.

Wychodzące z włókien 2 i 3 wiązki świetlne oświetlają substancję fotopolimeryzującą, w której barwnik światłoczuły absorbuje światło lasera, inicjując proces fotopolimeryzacji. Proces ten przebiega w czasie ekspozycji mieszaniny na światło. Z rdzeni obu włókien światłowodowych rosną mikrotipy polimerowe, które łącząc się, tworzą mikromostek polimerowy 1 pomiędzy światłowodami, co jest bezpośrednim następstwem zjawiska „samoprowadzenia” się wiązki światła w mieszaninie fotopolimeryzującej.

Po zakończeniu procesu fotopolimeryzacji strukturę polimerową obmywa się alkoholem w celu usunięcia pozostałej niespolimeryzowanej mieszaniny. W trakcie wykonywania konwertera prowadzi się kontrolę ilości zaabsorbowanej energii oraz odległości pomiędzy parą łączonych włókien. Zmieniając ilość energii i czas oświetlania mieszaniny można otrzymać mostki polimerowe o różnych średnicach, a zmiana odległości pomiędzy nimi pozwala na budowanie struktur do 0,3 mm.

Przedmiot wynalazku ilustrują poniższe przykłady wykonania.

Przykład 1

Sposób wytwarzania konwertera polimerowego 1 według wynalazku może być wykorzystany do połączenia włókna wielomodowego z tworzywa sztucznego GigaPOF 62SR (Chromis Fiberoptics) o średnicy rdzenia 62,5 μπι i pokrycia 490 μπι będącego włóknem 2 i włókna wielomodowego ze szkła krzemionkowego GIF625 (ThorLabs) będącego włóknem 3 o średnicy rdzenia 62,5 μπι i średnicy zewnętrznej płaszcza 125 μπι. Powstający w procesie fotopolimeryzacji konwerter polimerowy ma kształt ściętego stożka, co pokazano na Fig. 3.

Konwerter ten może być wykonany w procesie fotopolimeryzacji w układzie, który obejmuje moduły:

- moduł wprowadzania składający się z:

• lasera 4 generującego wiązkę o długości fali 532 nm, korzystnie o mocy 25 mW i wykonanego na bazie kryształu Nd YAG (Cobolt),

PL 233 284 Β1 • pary tłumików optycznych 6 i 6’ będących filtrami szerokopasmowymi korzystnie wykonanymi w postaci koła ze szkła kwarcowego z napyloną warstwą metalu o zmiennej grubości korzystnie elementu ND - 100 (ThorLabs) wraz ze standardowymi uchwytami, • rozdzielacza wiązki świetlnej 5 będącego niepolaryzującą kostką światłodzielącą o współczynniku podziału mocy 50 : 50 i działającej w zakresie światła widzialnego korzystnie element CM B013 (ThorLabs), • mikrometrycznych stolików translacyjnych do wprowadzania wiązki światła do światłowodów 7 i 7’, • korzystnie elementów FP-1A F - 915Y z uchwytami (Newport) i obiektywami DIN 20 C40 (Edmund Optics);

- moduł pozycjonowania włókien światłowodowych, który obejmuje:

• nanometryczny stolik translacyjny (8) wraz z uchwytem na włókno, • korzystnie układ nanomaxTS (ThorLabs) z uchwytem HFF001 (ThorLabs) oraz • zintegrowany z tym elementem nieruchomy uchwyt na włókno 3, • korzystnie elementy AM009/M i HFF001 (ThorLabs),

- moduł obserwacyjny, który obejmuje:

• kamerę CCD 10, korzystnie DMK72AUC02 (ImagingSource) z układem obiektywów 11 i 1T, korzystnie o powiększeniu 20x (Edmund Optics) do obserwacji ustawienia włókien i wytworzonego mostka polimerowego na ekranie komputera 12, korzystnie klasy PC.

Sposób wytwarzania konwertera polimerowego według wynalazku polega na tym, że na dwóch zestawionych ze sobą włóknach światłowodowych, polimerowego włókna GigaPOF 62SR (Chromis Fiberoptics) oraz standardowego włókna wielomodowego ze szkła krzemionkowego GIF625 (ThorLabs), wytwarza się łączący ich poprzeczne powierzchnie konwerter polimerowy 1. Element ten wytwarza się tak, że dwa włókna, 2 i 3, ustawia się współosiowo na stolikach modułu pozycjonowania 8 i 9 w odległości około 60 ąm, a pomiędzy ich czołowe powierzchnie wprowadza się kroplę substancji fotopolimeryzującej.

Substancja fotopolimeryzująca jest przygotowywana z czterech składników: barwnika światłoczułego - soli disodowej Eozyny Y, koinicjatora (MDEA - metylodietanoloamina) oraz monomerów wielofunkcyjnych: triakrylanu pentaerytrytolu (PETA) i akrylanu heptafluorobutylu (HFBA), w proporcjach wskazanych w tabeli.

Składnik	Procent wagowy
Czynnik fotouczulający: Eozyna Y, sól disodowa	0,5 %
Koinicjator: metylodietanoloamina MDEA	8,0 %
Monomer: triakrylan pentaerytrytolu PETA	56,5 %
Monomer: akrylan heptafluorobutylu HFBA	35,0 %

Dla tak przygotowanej mieszaniny współczynnik załamania po polimeryzacji wynosi 1,463.

Następnie, jak pokazano na schemacie z Fig. 2, z lasera światła zielonego 4 o długości fali 532 nm do światłowodów wprowadza się wiązkę świetlną, której moc ustala się poprzez tłumiki optyczne 6 i 6’ i którą dzieli się przez rozdzielacz wiązki świetlnej 5.

Poprzez włókna 2 i 3 oświetla się substancję fotopolimeryzującą, w której barwnik światłoczuły absorbuje światło lasera 4, inicjując proces fotopolimeryzacji. Proces fotopolimeryzacji przebiega w czasie ekspozycji mieszaniny na światło i z rdzeni obu włókien światłowodowych 2 i 3 rosną mikrotipy polimerowe o różnych średnicach, które łącząc się, tworzą między światłowodami mikromostek 1, co jest bezpośrednim następstwem zjawiska samoprowadzenia się wiązki światła w mieszaninie fotopolimeryzującej.

Po zakończeniu procesu fotopolimeryzacji strukturę polimerową obmywa się alkoholem w celu usunięcia pozostałej niespolimeryzowanej mieszaniny. Jednocześnie przez cały czas prowadzi się kontrolę ilości zaabsorbowanej energii oraz odległości pomiędzy parą włókien.

Zmierzone straty na połączeniu tej pary włókien tylko przy dosunięciu i pozycjonowaniu włókien wyniosły 0,55 dB i potraktowane zostały jako straty odniesienia. Po wykonaniu konwertera straty nie

PL 233 284 Β1 przekraczały 0,15 dB, a zatem uzyskano znacznie niższe straty niż dla komercyjnych spawów mechanicznych.

Przykład 2

Sposób wytwarzania konwertera polimerowego 1 według wynalazku może być wykorzystany do połączenia włókna wielomodowego z tworzywa sztucznego GigaPOF 62SR (Chromis Fiberoptics) o średnicy rdzenia 62,5 gm i pokrycia 490 gm będącego włóknem 2 i włókna wielomodowego ze szkła krzemionkowego GIF50C (ThorLabs) będącego włóknem 3 o średnicy rdzenia 50 gm i średnicy zewnętrznej płaszcza 125 gm. Konwerter polimerowy powstający w procesie fotopolimeryzacji ma kształt ściętego stożka, co zostało pokazane na Fig. 3.

Konwerter ten może być wykonany w procesie fotopolimeryzacji w układzie, który obejmuje moduły:

- moduł wprowadzania składający się z:

• lasera 4 generującego wiązkę o długości fali 532 nm, korzystnie o mocy 25 mW i wykonanego na bazie kryształu Nd YAG (Cobolt), • pary tłumików optycznych 6 i 6’ będących filtrami szerokopasmowymi korzystnie wykonanymi w postaci koła ze szkła kwarcowego z napyloną warstwą metalu o zmiennej grubości korzystnie elementu ND - 100 (ThorLabs) wraz ze standardowymi uchwytami, • rozdzielacza wiązki świetlnej 5 będącego niepolaryzującą kostką światłodzielącą o współczynniku podziału mocy 50 : 50 i działającej w zakresie światła widzialnego korzystnie element CM B013 (ThorLabs), • mikrometrycznych stolików translacyjnych do wprowadzania wiązki światła do światłowodów 7 i 7’, • korzystnie elementów FP-1A F - 915Y z uchwytami (Newport) i obiektywami DIN 20 C40 (Edmund Optics);

- moduł pozycjonowania włókien światłowodowych, który obejmuje:

• nanometryczny stolik translacyjny (8) wraz z uchwytem na włókno, • korzystnie układ nanomaxTS (ThorLabs) z uchwytem HFF001 (ThorLabs) oraz • zintegrowany z tym elementem nieruchomy uchwyt na włókno 3, • korzystnie elementy AM009/M i HFF001 (ThorLabs),

- moduł obserwacyjny, który obejmuje:

• kamerę CCD 10, korzystnie DMK72AUC02 (ImagingSource) z układem obiektywów 11 i 1T, korzystnie o powiększeniu 20 (Edmund Optics) do obserwacji ustawienia włókien i wytworzonego mostka polimerowego na ekranie komputera 12, korzystnie klasy PC.

Sposób wytwarzania konwertera polimerowego według wynalazku polega na tym, że na dwóch zestawionych ze sobą włóknach światłowodowych, polimerowego włókna GigaPOF 62SR (Chromis Fiberoptics) 2 oraz standardowego włókna wielomodowego ze szkła krzemionkowego GIF50C (ThorLabs) 3, wytwarza się konwerter polimerowy 1, łączący ich poprzeczne powierzchnie. Element ten wytwarza się tak, że dwa włókna ustawia się współosiowo na stolikach modułu pozycjonowania 8 i 9 w odległości około 60 gm, a pomiędzy ich czołowe powierzchnie wprowadza się kroplę substancji fotopolimeryzującej.

Substancja fotopolimeryzująca jest przygotowywana z czterech składników: barwnika światłoczułego - soli disodowej Eozyny Y, koinicjatora (MDEA - metylodietanoloamina) oraz monomerów: triakrylanu pentaerytrytolu (PETA) i akrylanu heptafluorobutylu (HFBA) w proporcjach wskazanych w tabeli.

Składnik	Procent wagowy
Czynnik fotouczulający: Eozyna Y, sól disodowa	0,5 %
Koinicjator: metylodietanoloamina MDEA	8,0 %
Monomer: triakrylan pentaerytrytolu PETA	56,5 %
Monomer : akrylan heptafluorobutylu HFBA	35,0 %

Dla tak przygotowanej mieszaniny współczynnik załamania po polimeryzacji wynosi 1,463.

PL 233 284 B1

Następnie, jak pokazano na schemacie z Fig. 2, do światłowodów wprowadza się wiązkę świetlną z lasera światła zielonego 4 o długości fali 532 nm, której moc ustala się poprzez tłumiki optyczne 6 i 6' i którą dzieli się przez rozdzielacz wiązki świetlnej 5.

Poprzez włókna 2 i 3 oświetla się substancję fotopolimeryzującą, w której barwnik światłoczuły absorbuje światło lasera 4, inicjując proces fotopolimeryzacji. Proces fotopolimeryzacji przebiega w czasie ekspozycji mieszaniny na światło i z rdzeni obu włókien światłowodowych 2 i 3 rosną mikrotipy polimerowe o różnych średnicach, które łącząc się tworzą między światłowodami mikromostek 1, co jest bezpośrednim następstwem zjawiska samoprowadzenia się wiązki światła w mieszaninie fotopolimeryzującej.

Po zakończeniu procesu fotopolimeryzacji strukturę polimerową obmywa się alkoholem w celu usunięcia pozostałej niespolimeryzowanej mieszaniny. Jednocześnie przez cały czas prowadzi się kontrolę ilości zaabsorbowanej energii oraz odległości pomiędzy parą włókien.

Straty na połączeniu tej pary włókien nie były jeszcze mierzone, a dane zostaną przekazane po optymalizacji połączeń.

P r z y k ł a d 3

Sposób wytwarzania konwertera polimerowego 1 według wynalazku może być wykorzystany do połączenia włókna wielomodowego z tworzywa sztucznego GigaPOF 50SR (Chromis Fiberoptics) o średnicy rdzenia 50 gm i pokrycia 490 gm, będącego włóknem 2, i włókna wielomodowego ze szkła krzemionkowego GIF50C (ThorLabs), będącego włóknem 3, o średnicy rdzenia 50 gm i średnicy zewnętrznej płaszcza 125 gm. Powstający w procesie fotopolimeryzacji konwerter polimerowy ma kształt ściętego stożka, co zostało pokazane na Fig. 3.

Konwerter ten może być wykonany w procesie fotopolimeryzacji w układzie, który obejmuje moduły:

- moduł wprowadzania składający się z:

• lasera 4 generującego wiązkę o długości fali 532 nm, korzystnie o mocy 25 mW i wykonanego na bazie kryształu Nd YAG (Cobolt), pary tłumików optycznych 6 i 6' będących filtrami szerokopasmowymi, korzystnie wykonanymi w postaci koła ze szkła kwarcowego z napyloną warstwą metalu o zmiennej grubości, korzystnie z elementu ND - 100 (ThorLabs) wraz ze standardowymi uchwytami, • rozdzielacza wiązki świetlnej 5 będącego niepolaryzującą kostką światłodzielącą o współczynniku podziału mocy 50 : 50 i działającej w zakresie światła widzialnego, • korzystnie elementu CM B013 (ThorLabs), • mikrometrycznych stolików translacyjnych do wprowadzania wiązki światła do światłowodów 7 i 7', • korzystnie z elementów FP-1A F - 915Y z uchwytami (Newport) i obiektywami DIN 20 C40 (Edmund Optics);

- moduł pozycjonowania włókien światłowodowych, który obejmuje:

• nanometryczny stolik translacyjny (8) wraz z uchwytem na włókno, • korzystnie układ nanomax TS (ThorLabs) z uchwytem HFF001 (ThorLabs) oraz • zintegrowany z tym elementem nieruchomy uchwyt na włókno 3, • korzystnie elementy AM009/M i FIFF001 (ThorLabs),

- moduł obserwacyjny, który obejmuje:

• kamerę CCD 10, korzystnie DMK72AUC02 (ImagingSource) z układem obiektywów 11 i 11', korzystnie o powiększeniu 20-krotnym (Edmund Optics), do obserwacji ustawienia włókien i wytworzonego mostka polimerowego na ekranie komputera 12, korzystnie komputera klasy PC.

Sposób wytwarzania konwertera polimerowego według wynalazku polega na tym, że na dwóch zestawionych ze sobą włóknach światłowodowych, polimerowego włókna GigaPOF 50SR (Chromis Fiberoptics) 2 oraz standardowego włókna wielomodowego ze szkła krzemionkowego GIF50C (ThorLabs) 3, wytwarza się konwerter polimerowy 1, łączący ich poprzeczne powierzchnie. Element ten wytwarza się tak, że dwa włókna ustawia się współosiowo na stolikach modułu pozycjonowania 8 i 9 w odległości około 60 gm, a pomiędzy ich czołowe powierzchnie wprowadza się kroplę substancji fotopolimeryzującej.

Substancja fotopolimeryzująca jest przygotowywana z czterech składników: barwnika światłoczułego - soli disodowej Eozyny Y, koinicjatora (MDEA - metylodietanoloamina) oraz monomerów:

PL 233 284 Β1 triakrylanu pentaerytrytolu (PETA) i akrylanu heptafluorobutylu (HFBA) w proporcjach wskazanych w tabeli.

Składnik	Procent wagowy
Czynnik fotouczulający: Eozyna Y, sól disodowa	0,5 %
Koinicjator: metylodietanoloamina MDEA	8,0 %
Monomer: triakrylan pentaerytrytolu PETA	56,5 %
Monomer: akrylan heptafluorobutylu HFBA	35,0 %

Dla tak przygotowanej mieszaniny współczynnik załamania po polimeryzacji wynosi 1,463.

Następnie, jak pokazano na schemacie z Fig. 2, do światłowodów wprowadza się wiązkę świetlną z lasera światła zielonego 4 o długości fali 532 nm, której moc ustala się poprzez tłumiki optyczne 6 i 6’ i którą dzieli się przez rozdzielacz wiązki świetlnej 5.

Poprzez włókna 2 i 3 oświetla się substancję fotopolimeryzującą, w której barwnik światłoczuły absorbuje światło lasera 4, inicjując proces fotopolimeryzacji. Proces fotopolimeryzacji przebiega w czasie ekspozycji mieszaniny na światło i z rdzeni obu włókien światłowodowych 2 i 3 rosną mikrotipy polimerowe o różnych średnicach, które łącząc się tworzą mikromostek 1 pomiędzy światłowodami, co jest bezpośrednim następstwem zjawiska samoprowadzenia się wiązki światła w mieszaninie fotopolime ryzującej.

Po zakończeniu procesu fotopolimeryzacji strukturę polimerową obmywa się alkoholem w celu usunięcia pozostałej niespolimeryzowanej mieszaniny. Jednocześnie przez cały czas prowadzi się kontrolę ilości zaabsorbowanej energii oraz odległości pomiędzy parą włókien.

Straty na połączeniu tej pary włókien nie były jeszcze mierzone, a dane zostaną przekazane po optymalizacji połączeń.

Przykład 4

Sposób wytwarzania konwertera polimerowego 1 według wynalazku może być wykorzystany do połączenia włókna wielomodowego z tworzywa sztucznego GigaPOF 120SR (Chromis Fiberoptics) o średnicy rdzenia 120 μπι i pokrycia 490 μπι, będącego włóknem 2, i włókna wielomodowego ze szkła krzemionkowego GIF625 (ThorLabs), będącego włóknem 3, o średnicy rdzenia 62,5 μπι i średnicy zewnętrznej płaszcza 125 μΠΊ. Konwerter polimerowy powstający w procesie fotopolimeryzacji ma kształt ściętego stożka, co pokazano na Fig. 3.

Konwerter ten może być wykonany w procesie fotopolimeryzacji w układzie, który obejmuje moduły:

- moduł wprowadzania składający się z:

• lasera 4 generującego wiązkę o długości fali 532 nm, korzystnie o mocy 25 mW i wykonanego na bazie kryształu Nd YAG (Cobolt), • pary tłumików optycznych 6 i 6’ będących filtrami szerokopasmowymi korzystnie wykonanymi w postaci koła ze szkła kwarcowego z napyloną warstwą metalu o zmiennej grubości korzystnie elementu ND - 100 (ThorLabs) wraz ze standardowymi uchwytami, • rozdzielacza wiązki świetlnej 5 będącego niepolaryzującą kostką światłodzielącą o współczynniku podziału mocy 50 : 50 i działającej w zakresie światła widzialnego korzystnie element CM B013 (ThorLabs), • mikrometrycznych stolików translacyjnych do wprowadzania wiązki światła do światłowodów 7 i 7’, • korzystnie elementów FP-1A F - 915Y z uchwytami (Newport) i obiektywami DIN 20 C40 (Edmund Optics);

- moduł pozycjonowania włókien światłowodowych, który obejmuje:

• nanometryczny stolik translacyjny (8) wraz z uchwytem na włókno, • korzystnie układ nanomaxTS (ThorLabs) z uchwytem HFF001 (ThorLabs) oraz • zintegrowany z tym elementem nieruchomy uchwyt na włókno 3, • korzystnie elementy AM009/M i HFF001 (ThorLabs),

PL 233 284 Β1

- moduł obserwacyjny, który obejmuje:

• kamerę CCD 10, korzystnie DMK72AUC02 (ImagingSource) z układem obiektywów 11 i 11’, korzystnie o powiększeniu 20 (Edmund Optics) do obserwacji ustawienia włókien i wytworzonego mostka polimerowego na ekranie komputera 12, korzystnie klasy PC.

Sposób wytwarzania konwertera polimerowego według wynalazku polega na tym, że na dwóch zestawionych ze sobą włóknach światłowodowych, polimerowego włókna GigaPOF 120SR (Chromis Fiberoptics) 2 oraz standardowego włókna wielomodowego ze szkła krzemionkowego GIF625 (ThorLabs) 3, wytwarza się konwerter polimerowy 1, łączący ich poprzeczne powierzchnie. Element ten wytwarza się tak, że dwa włókna, 2 i 3, ustawia się współosiowo na stolikach modułu pozycjonowania 8 i 9 w odległości około 60 μπι, a pomiędzy ich czołowe powierzchnie wprowadza się kroplę substancji fotopolimeryzującej.

Substancja fotopolimeryzująca jest przygotowywana z czterech składników: barwnika światłoczułego - soli disodowej Eozyny Y, koinicjatora (MDEA - metylodietanoloamina) oraz monomerów: triakrylanu pentaerytrytolu (PETA) i akrylanu heptafluorobutylu (HFBA) w proporcjach wskazanych w tabeli.

Składnik	Procent wagowy
Czynnik fotouczulający: Eozyna Y, sól disodowa	0,5 %
Koinicjator: metylodietanoloamina MDEA	8,0 %
Monomer: tńakrylan pentaerytrytolu PETA	56,5 %
Monomer: akrylan heptafluorobutylu HFBA	35,0 %

Dla tak przygotowanej mieszaniny współczynnik załamania po polimeryzacji wynosi 1,463.

Następnie, jak pokazano na schemacie z Fig. 2, do światłowodów wprowadza się wiązkę świetlną z lasera światła zielonego 4 o długości fali 532 nm, której moc ustala się poprzez tłumiki optyczne 6 i 6’ i którą dzieli się przez rozdzielacz wiązki świetlnej 5.

Poprzez włókna 2 i 3 oświetla się substancję fotopolimeryzującą, w której barwnik światłoczuły absorbuje światło lasera 4, inicjując proces fotopolimeryzacji. Proces fotopolimeryzacji przebiega w czasie ekspozycji mieszaniny na światło i z rdzeni obu włókien światłowodowych 2 i 3 rosną mikrotipy polimerowe o różnych średnicach, które łącząc się, tworzą mikromostek 1 pomiędzy światłowodami, co jest bezpośrednim następstwem zjawiska samoprowadzenia się wiązki światła w mieszaninie fotopolimeryzującej.

Po zakończeniu procesu fotopolimeryzacji strukturę polimerową obmywa się alkoholem w celu usunięcia pozostałej niespolimeryzowanej mieszaniny. Jednocześnie przez cały czas prowadzi się kontrolę ilości zaabsorbowanej energii oraz odległości pomiędzy parą włókien.

Straty na połączeniu tej pary włókien nie były jeszcze mierzone, a dane zostaną przekazane po optymalizacji połączeń.

Lista oznaczeń:

- konwerter polimerowy,

- włókno pierwsze,

- włókno drugie,

- laser generujący wiązkę światła o długości fali 532 nm,

- rozdzielacz wiązki świetlnej o współczynniku podziału 50 : 50, i 6’ - tłumiki optyczne, i 7’ - mikrometryczne stoliki translacyjne do wprowadzania wiązki światła do światłowodów,

- nanometryczny stolik translacyjny wraz z uchwytem na włókno 2,

- nieruchomy uchwyt na włókno 3,

- kamera CCD, i 1T - układ obiektywów,

- komputer klasy PC.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania konwertera polimerowego do łączenia włókien światłowodowych, który obejmuje:

   - ustawienie obu włókien światłowodowych współosiowo naprzeciwko siebie w układzie pozycjonowania;

   - wprowadzanie pomiędzy ich czołowe powierzchnie mieszaniny fotopolimeryzującej, składającej się z Eozyny Y jako czynnika fotouczulającego, metylodietanoloaminy (MDEA) jako koinicjatora oraz monomerów wielofunkcyjnych: triakrylanu pentaerytrytolu (PETA) i akrylanu heptafluorobutylu (HFBA);

   - wprowadzanie do obu włókien światłowodowych wiązki świetlnej ze źródła światła o długości fali z zakresu 450 nm-550 nm;

   - oświetlanie mieszaniny fotopolimeryzującej;

   - łączenie rosnących mikrotipów polimerowych w mikromostek pomiędzy włóknami światłowodowymi;

   - kontrolowanie wzrostu mikromostka i kontrolowanie ilości zaabsorbowanej energii oraz odległości pomiędzy parą włókien, znamienny tym, że

   - Eozynę Y stosuje się w ilości 0,5% wagowego,

   - metylodietanoloaminę (MDEA) stosuje się w ilości 8,0% wagowego,

   - triakrylan pentaerytrytolu (PETA) stosuje się w ilości 56,5% wagowego, a

   - akrylan heptafluorobutylu (HFBA) stosuje się w ilości 35,0% wagowego, oraz tym, że konwerter polimerowy tworzy się pomiędzy włóknami światłowodowymi wykonanymi z różnych materiałów.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do oświetlania stosuje się wiązkę świetlną o długości fali 532 nm.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako źródło światła stosuje się laser albo diodę laserową.
4. 4. Konwerter polimerowy do łączenia włókien światłowodowych utworzony na drodze fotopolimeryzacji światłem o długości fali z zakresu 450 nm-550 nm mieszaniny fotopolimeryzującej, składającej się z Eozyny Y jako czynnika fotouczulającego, metylodietanoloaminy (MDEA) jako koinicjatora oraz monomerów wielofunkcyjnych: triakrylanu pentaerytrytolu (PETA) i akrylanu heptafluorobutylu (HFBA), znamienny tym, że mieszanina fotopolimeryzująca zawiera:

   - Eozynę Y w ilości 0,5% wagowego,

   - metylodietanoloaminę (MDEA) w ilości 8,0% wagowego,

   - triakrylan pentaerytrytolu (PETA) w ilości 56,5% wagowego, oraz

   - akrylan heptafluorobutylu (HFBA) w ilości 35,0% wagowego, oraz tym, że włókna światłowodowe są wykonane z różnych materiałów.
5. 5. Konwerter polimerowy według zastrz. 4, znamienny tym, że do fotopolimeryzacji stosuje się wiązkę świetlną o długości fali 532 nm.
6. 6. Konwerter polimerowy według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że jako źródło światła stosuje się laser albo diodę laserową.