SE531871C2 - Fiberoptiskt kontaktdon - Google Patents

Description

l5 20 25 30 531 B71 lager av skyddsmantlar, vars uppgift är att få den optiska fibem mekaniskt stabil. Dessa lager brukar benämnas ”buffer” och ”jacket”. Dessa yttre lager är optimerade för mekaniska prestanda, och har inte nödvändiga optiska prestanda för att hantera högre optiska effekter. Då strålning träffar fibems cladding kommer denna strålning att ledas i claddingen fram till det läge där de omgivande lagren ansluter till claddingen. Det är ett kritiskt läge för fibem, och det är där det ofta sker skador.

Ett annat kritiskt läge for fibem där det kan ske skador är i de positioner som fibem av konstruktionstekniska skäl berörs och där strålning som transporteras i claddingen kan läcka ut och orsaka skador. l samband med att fibem byggs in i en kontakt måste fibem nämligen hållas på plats och centreras i kontaktdonet av någon mekanisk komponent.

Det finns flera olika metoder för att ta hand om törlusteffekteina och skydda sig mot dessa typer av skador. Kontaktdon för höga effekter hanterar detta genom att leda bort strålningen från claddingen med hjälp av s.k. modestripping , se exempelvis EP 0619508. Claddingen beläggs i detta fall med ytterligare skikt som kan ruggas upp för att se till att strålning som leds in i claddingen skall spridas bort till omgivningen. Genom att göra kontakten stor, och ytan mot omvärlden stor, kan törlusteffekten kylas bort, se exempelvis DE 43053 l 3. Det finns också lösningar där en inre Vattenkylning i kontakten leder bort fórluststrålningen, se EP 0910810.

I SE 0600263-8 ges ytterligare ett exempel på kontaktdon för höga optiska effekter. I detta fall är fibems ändyta i optisk kontakt med en kropp av transparent material, exempelvis en stav eller kurts av kvartsglas, varvid kroppen i anslutning till den optiska fiberänden har en yta vars storlek överstiger kontaktytan hos den optiska fibem och har en konisk utformning.

Genom en sådan utformning av ytan hos den transparenta kroppen åstadkoms god strömningsgeometri runt fiberänden, en ökning av den yta där förluststrålrting träffar, samt en avvinkling av sådan forluststrälning mot ñberkontaktdonets optiska axel.

De ovan beskrivna lösningarna fungerar bra även vid mycket höga effekter, men nackdelen är att kontaktdonen blir komplicerade och därmed dyra, och även stora. Det finns ett behov av ett kontaktdon för moderata effekter, typiskt 50-SOOW, som inte är alltför komplicerat, och som kan hållas till små dimensioner. 10 l5 20 25 30 531 ST! Enligt uppfinningen är kontaktdonet transparent i sin främre del, så att íörluststrålning inte leder till uppvärmning av kontaktdonet utan lämnar detsamma i form av optisk strålning.

Enligt en fóredragen utföringsforrn omges kontaktdonets främre del av en transparent, rörforinad del, företrädesvis gjord i ett likartat material som fibems cladding. Den rörforrriade delen sträcker sig en viss sträcka utefter claddingens yttre cylindriska yta och omsluter och ansluter till claddingeri utefter denna sträcka.

Enligt ytterligare en föredragen utiöringsforrn smälts röret och tibern samman i framkanten för att bilda en mekanisk enhet.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar, varvid Figur 1 visar vad som händer i ett typiskt fiberkontaktdon vid överhettning, Figur 2 schematiskt visar ett tiberkontaktdon enligt uppfinningen, där kontaktdonets främre del omges av en transparent rörforrnad del, Figur 3 visar ett altemativt utförande med en icke-transparent, men ljus-spridande del anordnad i kontaktdonets bakre del, Figur 4 visar en första monteringsvariant för kontaktdonet, Figur 5 visar en andra monteringsvariant, och Figur 6 visar en anordning för minimering av tillbakareflexer.

I figur 1 visas en principskiss över en konventionell optisk fiber vid infallande förluststrålning och områden i fibern som riskerar att bli överhettade och skadade vid sådan strålning. Den optiska fibem består av en inre kärna l, exempelvis av kvartsglas, vilken leder strålningen, och en omgivande cladding 2, exempelvis av glas eller någon polymer, och med ett högre brytningsindex för att leda strålningen i kärnan utan förluster. Utanför claddingen finns sedan ett eller flera lager 3 av skyddsmantlar, buffer och jacket, för fiberns mekaniska stabilitet.

Dessa lager är optimerade för mekaniska prestanda, och har inte nödvändiga optiska prestanda 10 15 20 25 30 530 B71 för att hantera höga optiska effekter. l samband med att fibern byggs in i en kontakt måste också fibem hållas på plats av någon mekanisk komponent. Dessa yttre stödelement för den mekaniska stabiliteten är för enkelhets skull ej visade i figur l.

Då strålning 4 träffar fiberns cladding 2 kommer denna strålning att ledas i claddingen, indikerat med 5 i figuren, fram till det läge där de omgivande lagren 3 ansluter till claddingen, läge 6 i figuren. Detta är ett kritiskt läge för tibern, och det är där som överhettning och skador ofta sker. Altemativa skadepositioner är de positioner där de nämnda yttre stödelementen av konstruktionstekniska skäl berör fibern. Där kan strålning som transporteras i claddingen läcka ut och orsaka skador. Ett skäl till att beröra ñbern är att den måste hållas centrerad i kontaktdonet. l figur 2 visas en fiberkontakt enligt uppfinningen, där kontaktdonet gjorts transparent i sin främre del 7. Därvid leder törluststrålning inte till någon uppvärmning av kontaktdonet utan lämnar detsamma i form av optisk strålning. Fibern med sin käma 1 och cladding 2 är införd i ett transparent rör 8 företrädesvis gjort i likartat material som fibems cladding, dvs av glas eller någon polymer, och med samma brytningsindex, eller något högre, som claddingen. Det transparenta röret 8 omsluter claddingen utefter en väsentlig del av kontaktdonet, i figuren markerat med en sträcka 10. Det transparenta röret 8 ansluter med god, eller åtminstone hyfsad passform, med sin inre cylindriska yta mot claddingens ytteryta utefter nämnda sträcka 10. I frainkanten är röret och fibern lämpligen sarnmansmälta för att bilda en mekanisk enhet 9.

På claddingen 2 anordnas vidare en modestripper, schematiskt indikerad med strecklinjen 2' i figur 2, antingen genom att claddingen matteras, eller genom att den förses med ytterligare ett skikt, med brytningsindex lika med eller något högre än claddingens brytningsindex.

Strålning som av någon anledning kommer in i claddingen kommer således utefter sträckan 10 att gradvis lämna claddingen. Sträckan 10 väljs så lång att den strålning som återstår i claddingen inte längre har förmåga att skada omgivande skikt eller detaljer. Minst en av det yttre rörets cylindriska ytor, lämpligen dess ytteryta, kan dessutom på samma sätt som claddingen ruggas upp, matteras, för att detta rör i sig inte heller skall leda strålningen till kontaktens bakre delar. Även i detta fall väljs sträckan 10 så lång att strålningsnivån i det transparenta röret 8 har blivit så låg att komponenter och limfogar i kontaktens bakre del inte skadas. Därför kan limfogar ll och icketransparenta mekaniska komponenter såsom 10 l5 20 25 30 ET! ETS låsmuttrar 12 och ringar 13 vara anbringade i dessa bakre delar, eftersom strålningsnivåerna här minskat till så låga effekter att några skador ej uppstår. Det transparenta rörets längd ligger typiskt på 30-100 mm, medan dess ytterdiameter typiskt är l-5 mm.

Centreringen av ñbems ändyta görs mot det transparenta rörets 8 ytterdiameter i kontaktdonets främre del 7. Vid behov kan denna yta centreringsslipas.

I figur 3 visas ett alternativt utförande av kontaktdonet. I enlighet med uppfinningen är också i detta fall fibem med sin käma 1 och cladding 2 införda i ett transparent rör 8 företrädesvis gjort i ett likartat material som fiberns cladding, dvs av glas eller någon polymer. I frarnkanten är röret och fibem samrnansmälta för att bilda en mekanisk enhet 9. I kontaktdonets bakre del är en icke-transparent, ickeabsorberande men ljus-spridande, rörforrnad del 14 ansluten, som ytterligare skyddar den bakomliggande limfogen ll. Med en sådan lösning kan längden 10 göras kortare. Den icketransparenta, ickeabsorberande men ljusspridande delen 14 kan vara tillverkad av exempelvis Aluminiumoxidkeramik (AlzOg) eller liknande, och ha samma yttre diameter som det transparenta röret 8 så att det också omsluter claddingen och bildar en förlängning av det transparenta röret. För övrigt kan också här icketransparenta mekaniska komponenter såsom låsmuttrar 12 och ringar 13 vara anbringade i de bakre delama av kontaktdonet.

I figurerna 4 och 5 visas några föreslagna monteringsvarianter för kontaktdonet. I figur 4 visas en lösning där kontaktdonets främre del styrs av ett stödelement 15 med konisk apertur 16. I kritiska fall kan detta stödelement 15 göras i ett icke-absorberande material. Mekaniken mellan fiberkontaktens främre del och dess bakre del är så utförd att ett hålrum 17 bildas mellan ñberkontaktens yttre, transparenta rör 8, ett cylindriskt hölje 18, det främre stödelementet 15 och bakre ringar 12, 13.. Genom detta hålrum 17 fördelas törlusteffekten över en större yta, och därmed minimeras risken för överhettning och haveri.

I figur 5 visas en alternativ monteringsvariant där kontaktdonet är anordnat i en mer eller mindre cylindrisk styrning 19 i ett omgivande block 20 av ett värmeledande material. Vid behov kan detta block vara försett med kanaler 21 för Vattenkylning.

I de fall då fiberkontakten används tillsammans med utrustning som är känslig för tillbakareflexioner kan framkanten 22 hos fiberkontakten vara snedslipad och polerad, se figur 10 15 20 25 30 533% BT! 6. Eventuell tillbakareflekterad strålning kommer på så sätt att avvinklas av den snedställda och polerade ändytan hos fiberkontakten.

Uppfinningen är inte begränsad till de exempel som visas ovan utan kan varieras inom ramen for de efterföljande patentkraven.

Claims (11)

10 15 20 25 30 531 El-Tl k; PATENTKRAV

1. l. Fiberoptiskt kontaktdon för överföring av måttligt höga optiska effekter, företrädesvis effekter av storleksordningen 50-500 W, och innefattande en optisk fiber med en inre kärna (1) och en omgivande cladding (2) for att leda den optiska strålningen i käman, samt ytterligare omgivande lager (3) för att mekaniskt stabilisera den optiska fibem, och varvid kontaktdonets främre del (7) omsluts av en transparent, rörformad del (8), företrädesvis gjord i ett likartat material som fiberns cladding (2), och som sträcker sig en viss längd (10) utefter claddingens yttre cylindriska yta, samt en på claddingen (2) anordnad modestripper (2') för att sprida strålning som hamnat i claddingen (2) k ä n n e t e c k n a t a v att minst en av den rörforrnade dclens (8) cylindriska ytor är matterade.

2. Fiberoptiskt kontaktdon enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att modestrippem (2“) utgöres av en mattering på claddingen (2).

3. Fiberoptiskt kontaktdon enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att modestrippem (2') utgöres av ett på claddingen (2) anordnat ytterligare lager av transparent material försett med en mattering.

4. Fiberoptiskt kontaktdon enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att den transparenta, rörformade delen (8) ansluter till claddingen (2) utefter nämnda längd (10).

5. F iberoptiskt kontaktdon enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n at a v att den transparenta rörformade delen (8) och fibern är sammansmälta i framkanten av kontaktdonets främre del (7) för att bilda en mekanisk enhet (9).

6. Fiberoptiskt kontaktdon enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att den transparenta rörforrnade delen (8) har en ytterdiameter på 1-5 mm och en längd på 30-100 mm. 10 15 20 531 87"!

7. Fiberoptiskt kontaktdon enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t a v att en icke-transparent, ickeabsorberande men ljus-spridande, rörforrnad del (14) är ansluten till kontaktdonets bakre del så att det omsluter claddingen (2) och bildar en förlängning av det transparenta röret (8).

8. Fiberoptiskt kontaktdon enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t a v att den icke-transparenta, ickeabsorberande men ljus-spridande delen (14) är tillverkad av aluminiumoxidkeramik (AlgOg) eller liknande, och har väsentligen samma yttre diameter som det transparenta röret (8).

9. Fiberoptisktlkontaktdon enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att kontaktdonets främre dell (7) styrs av ett främre stödelement (15) med konisk apertur (16) varvid mekaniken mellan lfiberkontaktens frärnre del (7) och dess bakre del är så utförd att ett hålrum (17) bildas rnellanl fiberkontaktens yttre, transparenta rör (8), ett cylindriskt hölje (18), det främre stödelementet 5) och ett bakre ringformat stödelement (l2,13).

10. Fiberoptisktlkontaktdon enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n at a v att det främre stödelementel (15) är gjort i ett icke-absorberande material.

11. ll. Fiberoptiskt kontaktdon enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a t a v att frarnkanten (22) hos ñberkontakten är snedslipad och polerad, for att medge avvinkling av tillbakareflekterad strålning.