CH627002A5

CH627002A5 - Connecting device for an optical system

Info

Publication number: CH627002A5
Application number: CH225978A
Authority: CH
Inventors: Andre Jacques Judeinstein
Original assignee: Int Standard Electric Corp
Priority date: 1977-03-02
Filing date: 1978-03-02
Publication date: 1981-12-15
Also published as: FR2382706B1; FR2382706A1; GB1568458A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine trennbare Anschlussvorrichtung für ein optisches System, bestimmt für die Kopplung zwischen einem Glasfaserkabel und einer Mischtube. The present invention relates to a separable connection device for an optical system, intended for the coupling between a glass fiber cable and a mixing tube.

Eine Mischtube dieser Art ist in der französischen Patentanmeldung Nr. 76 16805 beschrieben. Sie besteht aus einem zylindrischen Rohr, das an jedem Ende Flächen senkrecht zur Rohrachse aufweist und aus transparentem Material besteht, dessen Brechungsindex grösser ist als jener des Mediums, mit welchem seine Innen- und Aussenwände in Kontakt sind. Die Mischtube kann mit einem transparenten Material (Glas oder Kunstharz) belegt sein, welches eine optische Abschirmung bewirkt. Die Eigenschaften dieser Mischtube sind derart, dass, wenn sie genügend lang ist, die Lichtenergie, welche durch einen einfallen-5 den Strahl an irgendeinem Punkt der Eintrittsfläche angelegt wird, gleichmässig über die Austrittsfläche verteilt wird. A mixing tube of this type is described in French Patent Application No. 76 16805. It consists of a cylindrical tube with surfaces perpendicular to the tube axis at each end and made of transparent material whose refractive index is greater than that of the medium with which its inner and outer walls are in contact. The mixing tube can be covered with a transparent material (glass or synthetic resin), which provides an optical shield. The properties of this mixing tube are such that, if it is long enough, the light energy which is applied by an incident beam at any point on the entry surface is distributed uniformly over the exit surface.

Es ist nun ein Zweck der Erfindung, eine trennbare Anschlussvorrichtung für ein optisches System vorzusehen, welche eine Kopplung zwischen einem Lichtleitfaserkabel und einer io Mischtube bewirkt. It is now a purpose of the invention to provide a separable connection device for an optical system which effects a coupling between an optical fiber cable and an io mixing tube.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des ersten Anspruches genannten Merkmale gelöst. This object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of the first claim.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: 15 Fig. 1 eine Mischtube von der in der erwähnten französischen Patentanmeldung beschriebenen Art; Embodiments of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. In the drawing: Fig. 1 shows a mixing tube of the type described in the aforementioned French patent application;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Mischtubenhalterung; 2 shows a cross section through a mixing tube holder;

Fig. 3 eine Variante der Mischtubenhalterung nach Fig. 2 ; 3 shows a variant of the mixing tube holder according to FIG. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Verbinder gemäss der 20 Erfindung; 4 shows a cross section through a connector according to the invention.

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Mischtubenhalterung nach Fig. 2, welche mit dem Verbinder nach Fig. 4 verbunden ist; 5 shows a cross section through the mixing tube holder according to FIG. 2, which is connected to the connector according to FIG. 4;

Fig. 6 eine Darstellung des Verfahrens zum Anschluss der 25 Lichtleitfasern in der erfindungsgemässen Anschlussvorrichtung; und 6 shows a representation of the method for connecting the 25 optical fibers in the connecting device according to the invention; and

Fig. 7 a und 7b zwei mögliche Kernkonfigurationen, welche für die Anordnung der Lichtleitfasern in der erfindungsgemässen Anschlussvorrichtung verwendet werden. 7 a and 7 b two possible core configurations which are used for the arrangement of the optical fibers in the connecting device according to the invention.

30 Die in Fig. 1 gezeigte Mischtube ist in der bereits erwähnten französischen Patentanmeldung Nr. 76 16805 beschrieben. Diese Mischtube besteht aus einem zylindrischen Rohr der Länge L und der Dicke e, welches Rohr in zwei ebenen Flächen P und P' endet, die senkrecht zur Achse stehen, wobei das Rohr aus 35 transparentem Material hergestellt ist, das einen Brechungsindex nl aufweist. Die Innen- und Aussenwand des Rohres sind in Berührung mit einem Medium, welches den Brechungsindex n2 aufweist, welcher kleiner ist als der Index nl. Die Endflächen P und P' sind in Berührung mit Lichtleitfasern, welche in einem 40 rohrförmigen Bündel in einer einzigen Lage von Fasern angeordnet sind. Wenn die Länge L des Mischers hinreichend ist, wird die an der Endfläche P von einer Faser Fl erhaltene Lichtenergie gleichmässig über die Endfläche P' verteilt und daher auch gleichmässig auf alle Fasern F'k. Anderseits erhält eine 45 Faser F' 1 über den Mischer einen praktisch gleichen Anteil der Lichtenergie, welche durch alle Fasern Fk übertragen wird. 30 The mixing tube shown in Fig. 1 is described in the aforementioned French patent application No. 76 16805. This mixing tube consists of a cylindrical tube of length L and thickness e, which tube ends in two flat surfaces P and P ', which are perpendicular to the axis, the tube being made of 35 transparent material which has a refractive index nl. The inner and outer wall of the tube are in contact with a medium which has the refractive index n2, which is smaller than the index nl. The end faces P and P 'are in contact with optical fibers which are arranged in a 40 tubular bundle in a single layer of fibers. If the length L of the mixer is sufficient, the light energy obtained at the end face P from a fiber F1 is distributed uniformly over the end face P 'and therefore also evenly over all fibers F'k. On the other hand, a 45 fiber F '1 receives via the mixer a practically equal proportion of the light energy which is transmitted through all fibers Fk.

Eine Halterung für eine solche Mischtube ist in Fig. 2 gezeigt. Sie besteht aus einem Körper 1, welcher an jedem Ende je mit einem Kupplungsflansch 2 und einem Endstück 3 versehen so ist. Eine axiale Bohrung 6 verläuft längs durch die Halterung und ihr Durchmesser ist grösser als der Durchmesser der Mischtube. In den Enden der Endstücke 3 sind Ausnehmungen vorgesehen für die Aufnahme von Mischtubenführungsringen 4. Diese Ringe 4 sind vorzugsweise Uhrensteine. Die Bohrung im Uh-55 renstein wird auf das Mass des Aussendurchmessers der Mischtube durch irgendein bekanntes Verfahren hergestellt. Die Flansche 2 weisen Befestigungslöcher 8 auf. Die Mischtube wird durch Einkitten eines ihrer Enden auf der Innenseite eines Uhrensteines an Ort gehalten. Wenn die Mischtube über keine 60 optische Abschirmung verfügt, ist es am besten, ihre Aussenwand mit einem reflektierenden Film zu belegen, um einen Lichtverlust bei der Berührung mit dem Kitt oder mit dem Uhrenstein zu vermeiden. Eine Bohrung 7 ist im Körper 1 angebracht, damit ein Kunstharz in den freien Raum zwischen der 65 Mischtube 5 und dem Körper 1 eingegossen werden kann, um die Mischtube festzuhalten. Wenn die Mischtube keine optische Abschirmung hat, sollte ein transparentes Giessharz verwendet werden mit einem Brechungsindex n3, der klein genug ist, um A holder for such a mixing tube is shown in Fig. 2. It consists of a body 1, which is provided at each end with a coupling flange 2 and an end piece 3. An axial bore 6 runs longitudinally through the holder and its diameter is larger than the diameter of the mixing tube. Recesses are provided in the ends of the end pieces 3 for receiving mixing tube guide rings 4. These rings 4 are preferably watch stones. The bore in the Uh-55 renstein is made to the size of the outside diameter of the mixing tube by any known method. The flanges 2 have mounting holes 8. The mixing tube is held in place by cementing one of its ends on the inside of a watch stone. If the mixing tube does not have 60 optical shields, it is best to cover its outer wall with a reflective film to avoid loss of light when it comes into contact with the putty or the watch stone. A hole 7 is made in the body 1 so that a synthetic resin can be poured into the free space between the 65 mixing tube 5 and the body 1 to hold the mixing tube. If the mixing tube has no optical shielding, a transparent casting resin with a refractive index n3 that is small enough should be used

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als optische Abschirmung dienen zu können. Die numerische Apertur NA kann dann geschrieben werden mit: NA = Vn,--n32. Um keinen Lichtverlust zu haben, muss diese numerische Apertur grösser sein als jene der Lichtleitfasern, die in Berührung sind mit den Endflächen der Mischtube. Die Mischtubenhalterung wird vorzugsweise aus einem Material hergestellt, dessen Ausdehnungskoeffizient so nahe als möglich bei jenem des Mischtubenglases liegt. Nachdem die Mischtube eingekittet ist, werden ihre Enden abgeschnitten und die Flächen der Endstücke auf das genaue Mass gebracht und poliert. to be able to serve as an optical shield. The numerical aperture NA can then be written with: NA = Vn, - n32. To avoid loss of light, this numerical aperture must be larger than that of the optical fibers that are in contact with the end faces of the mixing tube. The mixing tube holder is preferably made of a material whose coefficient of expansion is as close as possible to that of the mixing tube glass. After the mixing tube has been cemented in, its ends are cut off and the surfaces of the end pieces are brought to the exact dimensions and polished.

Fig. 3 zeigt eine Variante der Halterung nach Fig. 2. Der Körper 1 der Halterung ist in zwei Teile 1 und 1' geteilt, damit die Länge der Halterung auf die Länge der Mischtube abgestimmt werden kann. Wenn einmal die Mischtube 5 eingebaut ist, werden die beiden Teile 1 und 1 ' der Mischtubenhalterung mit einer Hülse 10 miteinander verbunden. Die Anordnung wird mit Hilfe eines Epoxyharzes oder eines Zyanoacryl-Kle-bers zusammengehalten. FIG. 3 shows a variant of the holder according to FIG. 2. The body 1 of the holder is divided into two parts 1 and 1 ', so that the length of the holder can be matched to the length of the mixing tube. Once the mixing tube 5 is installed, the two parts 1 and 1 'of the mixing tube holder are connected to one another with a sleeve 10. The arrangement is held together with the help of an epoxy resin or a cyanoacrylic adhesive.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen Verbinder gemäss der Erfindung, welcher geeignet ist, um ein Glasfaserkabel an eine Mischtube anzukoppeln. Der Verbinder besteht aus einem Körper 11, einem Kupplungsflansch 12 und einem Endstück 13. Wie bei der Halterung gemäss Fig. 2 ist ein Führungsring 14 in eine Ausnehmung eingesetzt, welche zu diesem Zweck im Ende des Endstückes 13 vorgesehen ist. Der Führungsring 14 (oder Uhrenstein) ist auf den gleichen Durchmesser und die gleiche Präzision ausgebohrt, wie dies der Fall ist bei der Mischtubenhalterung. Ein Lichtleitfaserkabel 20 wird durch Einkleben in eine Hülse 21, z.B. aus einem duroplastischen Material, gehaltert. Die Hülse 21 kann mit dem Körper 11 verbunden werden, indem diese auf den randrierten Abschnitt 22 am Ende des Körpers 11 aufgeklebt wird. Die Lichtleitfasern sind in einem rohrförmigen Bündel 15 in einer oder mehreren Lagen angeordnet und mit der Innenwand des Uhrensteins 14 verkittet. Sie werden durch einen Kern 19 gehaltert, während die Kernfaseranordnung fest zusammengekittet wird. Wie dies bereits bei der Fig. 4 shows a cross section through a connector according to the invention, which is suitable for coupling a fiber optic cable to a mixing tube. The connector consists of a body 11, a coupling flange 12 and an end piece 13. As in the holder according to FIG. 2, a guide ring 14 is inserted into a recess which is provided for this purpose in the end of the end piece 13. The guide ring 14 (or watch stone) is drilled to the same diameter and the same precision as is the case with the mixing tube holder. An optical fiber cable 20 is glued into a sleeve 21, e.g. made of a thermosetting material. The sleeve 21 can be connected to the body 11 by gluing it onto the edge portion 22 at the end of the body 11. The optical fibers are arranged in a tubular bundle 15 in one or more layers and cemented to the inner wall of the watch stone 14. They are held by a core 19 while the core fiber assembly is cemented together. As already with the

Halterung in Fig. 2 der Fall war, wird die Endfläche des Verbinders auf das gewünschte Mass gebracht und poliert. Diese Endfläche muss parallel sein zur Frontfläche des Flansches 12. Im Flansch 12 sind Befestigungslöcher 18 vorhanden. 2 was the case, the end face of the connector is brought to the desired size and polished. This end surface must be parallel to the front surface of the flange 12. In the flange 12 there are mounting holes 18.

5 Die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt des Verbinders von Fig. 4 und der Halterung von Fig. 2, wenn die beiden zusammengebaut sind. Der Verbinder und die Halterung werden durch einen Zwischenring 23 axial ausgerichtet gehaltert, in welchem Zwischenring eine Bohrung vorhanden ist mit dem gleichen Durch-lomesser, wie der Aussendurchmesser der Endstücke des Verbinders und der Halterung. Der Zwischenring 23 weist Bohrungen auf für Schrauben 24, mit welchen der Verbinder der Zwischenring und die Mischtubenhalterung zusammen verbunden werden. In der Halterung und im Verbinder sind Nuten 25 vorgese-ishen, damit das Ganze mit Hilfe von O-Ringen 25a abgedichtet werden kann. Fig. 5 shows a cross section of the connector of Fig. 4 and the bracket of Fig. 2 when the two are assembled. The connector and the holder are held axially aligned by an intermediate ring 23, in which intermediate ring there is a bore with the same diameter as the outer diameter of the end pieces of the connector and the holder. The intermediate ring 23 has holes for screws 24, with which the connector of the intermediate ring and the mixing tube holder are connected together. Grooves 25 are provided in the holder and in the connector so that the whole can be sealed with the aid of O-rings 25a.

Fig. 6 zeigt ein Verfahren zur Positionierung der Lichtleitfasern in der Bohrung des Uhrensteins des Verbinders. Eine Nu-20 tenscheibe 26 hält die aus dem Verbinder vorspringenden Fasern in Position. Ein zugespitzter Kern 28, z.b. aus gezogenem Glas, wird durch ein Zentrumsloch 27 in der Scheibe 26 in den freien Raum in der Mitte der Fasern abgesenkt. Wenn eine einzige Lage von Fasern hinreichend ist, werden die Fasern ge-25 nau positioniert, indem der Kern während des Absenkens hin-und zurückgedreht wird. Die über das Verbinderendstück 13 vorspringenden Fasern werden mitsamt dem Kern abgetrennt und die Stirnseite des Endstückes wird bearbeitet und poliert, wie bereits erwähnt. Wenn mehrere Lagen von Fasern nötig 30 sind, ist es vorteilhaft, einen Kern zu verwenden, dessen Querschnitt in Fig. 7b gezeigt wird; er unterscheidet sich vom vorher verwendeten Kern, dessen Querschnitt in Fig. 7a gezeigt ist, darin, dass er mit Rippen versehen ist, welche dazu dienen, das Faserbündel in gleiche Teilbündel aufzuteilen. Die Fasern wer-35 den dann in gleicher Art wie bereits beschrieben in die richtige Lage gebracht. Fig. 6 shows a method for positioning the optical fibers in the bore of the watch stone of the connector. A Nu-20 disc 26 holds the fibers projecting from the connector in place. A tapered core 28, e.g. drawn glass, is lowered through a center hole 27 in the disc 26 into the free space in the middle of the fibers. When a single layer of fibers is sufficient, the fibers are positioned accurately by rotating the core back and forth as it is lowered. The fibers projecting over the connector end piece 13 are cut off together with the core and the end face of the end piece is machined and polished, as already mentioned. If several layers of fibers are required, it is advantageous to use a core, the cross section of which is shown in Fig. 7b; it differs from the core previously used, the cross section of which is shown in FIG. 7a, in that it is provided with ribs which serve to divide the fiber bundle into equal sub-bundles. The fibers are then brought into the correct position in the same way as already described.

C C.

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

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2nd

PATENT CLAIMS

1. Separable connection device for an optical system, intended for the coupling between a glass fiber cable and a mixing tube, characterized by a mixing tube holder consisting of a cylindrical body (1) and a coupling flange (2) and an end piece (3) at each end and provided with a first axial bore (6) extending from one end to the other, and with a second axial bore at each of the two ends, into each of which a ring (4) is inserted, the inner diameter of which is smaller than that of the first Bore and in which the mixing tube (5), the outer diameter of which is equal to the inner diameter of the ring, is cemented at one of its ends into the bore of the ring; by a connector which consists of a hollow cylindrical body (11) which is provided at one end with a coupling flange (12) and an end piece (13), the end piece having a bore for receiving a ring (14), the inside diameter of which is the same as that of the end ring of the holder, and the other end of which is provided with means (21) for fastening an optical fiber cable, the fibers of this cable being arranged in a tubular bundle, cemented in the inner bore of said ring and by a cylindrical core (19) cemented into the interior of the tubular bundle; by means (23) for aligning the axes of the mixing tube holder and the connector, which are designed to compress the outer surfaces of the flanges of the mixing tube and the connector, and the length of which is selected such that the surfaces of the end pieces of the mixing tube and the connector are very large can be brought close to each other; and by removable means (24) to hold together the coupling flanges of the connector, mixing tube holder and means (23) for axis alignment.

2. Connection device according to claim 1, characterized in that a bore (7) in the body (1) of the mixing tube holder extends from the outer wall to the inner bore (6) of the body.

3. Connection device according to claim 1, characterized in that the body of the mixing tube holder is divided into two adjustable parts (1, 1 ') which can be pushed into a sleeve (10).

4. Connection device according to one of claims 1 to 3, characterized in that said rings (4, 14) inserted into the end pieces (3, 13) of the mixing tube holder and the connector are watch stones.

5. Connection device according to one of claims 1 to 4, characterized in that said means for aligning the axes consist of an intermediate piece (23) which has a bore which is equal to the outer diameter of the end pieces (3, 13) of the mixing tube holder and of the connector.

6. Connection device according to one of claims 1 to 5, characterized in that said means for fastening an optical cable (20) consist of a sleeve (21) made of a thermosetting material, which sits on the cable and one end of the connector.