DE2708014B2 - Stecker zur Ankopplung eines Einzellichtwellenleiters an einen anderen Einzellichtwellenleiter oder an einen Lichtsender oder Lichtempfänger - Google Patents

Description

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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der gegenseitigen Ankopplung optischer Bauelemente und behandelt insbesondere das Problem der gegenseitigen justierung bei der Ankopplung eines Einzcllichtwellenleiters an einen anderen Einzellichtwellenleiter oder an einen Lichtsender oder Lichtempfänger.

Zur Herstellung von Einzellichtwellenleitersteckverbindungen sind Vorschläge bekannt, denen verschiedene Prinzipien zugrunde liegen. Ein Prinzip geht davon aus, daß die Lichtwellenleiter-Enden während des Steckvorganges in bezug auf Zentrizität, Achswinkel und Lage der Endfläche justiert und fixiert werden. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art erfolgt die Führung der Einzellichtwellenleiter in einem zylindrischen Kapillarrohr. Die Einzellichtwellenleiter werden so von beiden Seiten her in das Kapillarrohr bis zur gegenseitigen Berührung eingeschoben und an beiden Enden verklemmt (DE-OS 22 33 916).

Bei einem zweiten Prinzip werden die Lichtwellenleiter-Enden in einer Hilfsfassung justiert und fixiert und die endgültige Ankopplung der Lichtwellenleiter-Enden geschieht bei der Verbindung zweier Hilfsfassungen miteinander. Bei der hierzu bekannten Vorrichtung sind die Lichtwellenleiter-Enden in den Hilfsfassungen in einem festen Abstand um räumlich gegeneinander versetzte Achsen angeordnet, wobei die Hilfsfassungen in einer Ebene gegeneinander verdrehbar sind (DE-AS 21 59 327). Die Kontrolle der Justierung wird bei dieser Vorrichtung mit der Messung der Intensität eines über die Koppelstelle geleiteten Lichtstrahls vorgenommen. ^Μ

Bei einem weiteren Prinzip wird zur Ankopplung der Lichtwellenleiter ein optisches Hilfssystem, bestehend aus Linsen, verwendet, wobei die Lichtwellenleiter-Enden gegenüber diesem optischen System justiert und fixiert werden. Die Trennung der Verbindung erfolgt durch Auftrennen des optischen Systems. Euie entsprechende Anordnung ist in Form einer optischen Kopplung für transparente faserartige Lichtleiter bekannt (DE-OS 1941923,1 Als Kopplungselement dient eine Linse, die den gleichen Brechungsindexgradienten aufweist wie die Lichtwellenleiter, wobei diese Linse in bestimmten beidseitigen Abständen gegenüber den benachbarten Endflächen zweier Lichtwellenleiter angeordnet ist deren optische Achse in der optischen Achser der Linse liegt Wesentlich ist auch bei dieser Anordnung die bereits angedeutete Ausrichtung auf eine gemeinsame optische Achse.

Andere bekannte Konstruktionen zur lösbaren Verbindung zweier Einzel-Lichtwellenleiter sehen eine rohrförmige Außenhülse vor, in der zwei die anzukoppelnden Teile aufnehmende Steckerteile gleichachsig zueinander angeordnet sind; jedes Steckerteil weist eine axiale Bohrung zur Aufnahme der anzukoppelnden Teile auf (DE-OS 23 52 874, DE-OS 25 16 858, DE-OS 25 24 845). Bei diesen Konstruktionen müssen die Steckerteile entweder mit sehr genauen zentrischen Bohrungen versehen werden oder sie müssen nach dem Einführen des jeweiligen Lichtwellenleiter-Endes im Hinblick auf die zentrische Anordnung der Einzel-Lichtwellenleiter mechanisch bearbeitet werden.

Durch die DE-AS 25 42 606 ist weiterhin ein Verfahren zum Justieren von Einzellichtwellenleitern in Verbindungsanordnungen beschrieben. Hier geht es darum, daß ein in einem Steckerstift gefaßter Einzellichtwellenleiter innerhalb einer Hülse ausgerichtet und fixiert wird. Dabei ist der Einzellichtwellenleiter in einem Steckerstift eingeklebt, dessen Stirnfläche zusammen mit der Stirnfläche des Einzellichtwellenleiters poliert wird. Danach kann erst die Justierung und schließlich die Fixierung mit Hilfe von Gußmitteln erfolgen. Hierfür sind entsprechende Justiervorrichtungen bereitzustellen, die auf der Strecke kaum zu verwenden sind, so daß eine Montage eigentlich nur im Werk in Frage kommen dürfte.

Eine ähnliche Verbindungsanordnung ist durch die US-PS 39 02 784 bekannt. Auch hier werden die Einzellichtwellenleiter in Stiften gefaßt, die dann in entsprechenden hülsenartigen Fassungen justiert und fixiert werden. Die Ausrichtung von zwei zu verbindenden, derartig gefaßten Einzellichtwellenleitern auf eine gemeinsame optische Achse kann dann auf den Außendurchmesser der Fassungen erfolgen. Somit sind hier ähnliche Verhältnisse wie bei der vorhergehenden Ausführung gegeben.

Die bekannten Vorschläge führen also entweder aufgrund eines mit umfangreichen Messungen verbundenen Justiervorganges zu einer erschwerten Steckermontage, die nur in speziell ausgerüsteten Werkstätten möglich ist, oder gewährleisten bei geöffneter Verbindung der anzukoppelnden Bauteile nur einen ungenügenden Schutz gegen Verschmutzung oder Beschädigung oder führen zu einer mechanischen Beanspruchung der Oberflächen der anzukoppelnden Bauteile während der Steckermontage, besonders dann, wenn eine Verbindung »vor Ort« auf der Strecke hergestellt werden soll. Außerdem müssen die Enden der Einzeüichtwellenleiter bereits vorher in entsprechenden Stiften gefaßt werden, wobei meist noch eine Behandlung der Stirnflächen nötig ist.

Ausgehend von der bekannten Anordnung zur lösbaren optischen Ankopplung eines Einzellichtwellen-

leiters an einen anderen Einzellichtwellenleiter oder an einen Lichtsender oder -empfänger, die aus einer zylindrischen Außenhüise besteht, in der zwei die anzukoppelnden Teile aufnehmende Steckerteile gleichachsig zueinander angeordnet sind und hei der jedes Steckerteil eine achsiale Bohrung τα Aufnahme der anzukoppelnden Teile aufweist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Anordnung konstruktiv so auszugestalten, daß bei einfacher Herstellung der Anordnung nach Einführung des anzukoppelnden optischen Bauteils eine gegenseitige Justierung der optischen Bauteile nicht mehr notwendig ist, wobei zu gewährleisten ist, daß bei Montage vor Ort größtmöglicher Schutz vor Beschädigung und Verschmutzung des Lichtwellenleiters gegeben sein sollte.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung an einem Stecker der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die zur Aufnahme des Lichtwellenleiters bestimmte Bohrung ein Sackloch ist, dessen Stirnseite einen optischen transparenten Abschluß biluet.

Bei einem derart ausgebildeten Steckerteil ist durch die zentrische Anordnung der Aufnahmevorrichtung im Steckerteii die zentrische Führung des anzukoppelnden Teiles gewährleistet, ohne daß bei der Montage des Steckers noch besondere Maßnahmen zur Ausrichtung und Zentrierung der anzukoppelnden Bauteile erforderlich wären. Somit entfällt die bisher notwendige Kontrolle der zentrischen Lage der zu koppelnden Bauteile, insbesondere eines Einzel-Lichtwellenleiters, so daß das Einsetzen des Einzel-Lichtwellenleiters in den Steckerteil und die Verbindung der Steckerteile ohne weitere Hilfsmittel erfolgen kann.

Ein weiterer besonderer Vorteil liegt jedoch darin, daß die Bohrung zur Aufnahme des Einzel-Lichtwellenleiters ein Sackloch ist, wobei der Abschluß optisch transparent ausgebildet ist. Damit wird sichergestellt, daß ausreichender Schutz gegen Beschädigungen der Stirnflächen der Einzel-Lichtwellenleiter gegeben ist, wie in der Aufgabenstellung gefordert wird.

Das neue Steckerteil kann sowohl zur Aufnahme eines Lichtsenders oder Lichtempfängers als auch zur Aufnahme eines Einzel-Lichtwellenieiters ausgebildet sein. Im letzten Fall ist es besonders zweckmäßig, wenn die zentrische Führung von einem Führungskörper gebildet wird, der zentrisch in der Aufnahmevorrichtung « befestigt ist und der in seiner Achse eine Bohrung aufweist, die an der Stirnseite des Steckerteiles mit einem optischen Abschluß versehen ist. In diesem Fall wird mittels des optischen Abschlusses eine Verschmutzung der Lichtwellenleiter-Enden sowie eine Verlet- zung der Lichtwellenleiter-Oberflächen beim Steckvorgang ausgeschlossen. Außerdem macht der einseitige optische Abschluß der Bohrung die Bearbeitung der Stirnfläche der Steckerteile überflüssig. Darüoer hinaus sind die Enden des oder der Einzel-Lichtwellenleiter geschützt untergebracht und eine Montage vor Ort ist ohne zusätzlichen Meß- und Justieraufwand möglich.

Die in Weiterbildung der Erfindung vorgesehenen optischen Abschlüsse der Bohrung können unterschiedlich ausgebildet sein. Besonders einfache optische *>o Abschlüsse ergeben sich bei Verwendung eines Glaskapillarröhrchens, das an seinem Ende beispielsweise linsenförmig abgeschmolzen ist. Um besondere optische Übergangswerte für den optischen Abschluß zu erhalten, ist es notwendig, im Lichtdurchgangsbe- t>^r> reich an der Stirnfläche für das Material einen Brechungsindex auszuwählen, der dem des Einzel-Lichtwellenleiters entsDricht. So sind in diesem Bereich Einschmelzungen anderer Materialien oder sogar von Lichtwellenleiter-Abschnitten geeignet

Die zentrierende Bohrung selbst kann wie bereits erwähnt durch ein Kapillarröhrchen gebildet werden, oder sie entsteht durch zylindrische Führungselemente, die in Längsrichtung parallel verlaufend so gehalten werden, daß sie im Inneren die langgestreckte Bohrung bilden, die an einem Ende durch einen entsprechenden optischen Abschluß verschlossen wird.

Mit einer solchen Aufbauweise ist es möglich, den aufwendigen Justiervorgang für den Stecker sowie das Einfügen, Zentrieren und Fixieren der Einzel-Lichtwellenleiter in zwei Arbeitsgänge aufzuteilen, wobei der Zentrier- und Justiervorgang räumlich und zeitlich getrennt vom Vorgang des Einfügens und Fixierens des Einzel-Lichtwellenleiters erfolgen kann. Für den zweiten Vorgang, nämlich das Einfügen und Fixieren des Einzel-Lichtwellenleiters entfällt somit die Notwendigkeit umfangreicher Ausrüstung.

Die Trennung des Justier- und Zentriervorganges vom Vorgang des Einfügens und Fixierens wird dadurch möglich, daß eine ausreichend selbstjustierende Aufnahmevorrichtung für die anzukoppelnden Bauteile, insbesondere für das Ende eines Einzel-Lichtwellenleiters in dem Steckerteil bei dessen Herstellung so justiert und fixiert wird daß die nach dem späteren Einführen des optischen Bauteils, insbesondere des Lichtwellenleiter-Endes erzielte Qualität der Steckverbindung den geforderten Stand erreicht Die Justierung und Fixierung der Aufnahmevorrichtung erfolgt dabei gegenüber einem Führungselement der Steckerkonstruktion, das bei der späteren Herstellung der lösbaren Steckverbindung als positionsbestimmendes Element der Gesamtsteckerkonstruktion dient, also beispielsweise gegenüber einer konzentrischen Außenhülse mit ausreichend eng toleriertem Innendurchmesser.

Wie bereits erwähnt können anstelle eines Einzel-Lichtwel'lenleiters auch ein lichtsendendes oder lichtempfangendes Bauteil eingesetzt werden, so daß eine entsprechende Ankopplung erfolgen kann. Weitere Elemente der Gesamtsteckerkonstruktion, wie Abfangvorrichtung für Strukturelemente von Lichtwellenleiter-Kabeln oder Halteelemente für die Steckverbindung, können in weitgehend beliebiger Form der Kabelkonstruktion und dem Einsatzzweck der Stecker angepaßt werden.

Ausführungsbeispiele von gemäß der Erfindung ausgebildeten Steckerteilen sowie Einzelelemente eines solchen Steckerteiles sind in den F i g. 1 bis 7 dargestellt.

Die F i g. 1 bis 3 zeigen Führungselemente in Form einer zentrierenden Bohrung mit verschiedenartigem optischem Abschluß, beispielsweise einem linsenartigen Abschluß in Fig. 1, einem Abschluß in Form eines eingeschmolzenen Zylinders in F i g. 2 und einen Abschluß in Form eines eingeschmolzenen Abschnittes eines Einzel-Lichtwellenleiters in Fig.3. Fig.4 und F i g. 5 zeigen in Ansicht und im Querschnitt ein Steckerteil, bei dem die zentrierende Bohrung durch vier zylindrische Führungskörper gebildet wird.

F i g. 6 zeigt im Schnitt ein komplettes Steckerteil, in dem ein Einzel-Lichtwellenleiter angeordnet ist, während in Fig.7 ein Steckerteil dargestellt ist, das mit einem Sender oder Empfänger bestückt ist.

Der in F i g. 1 dargestellte Führungskörper 2 ist als einseitig geschlossenes Kapillarröhrchen mit der Borung 1 ausgebildet. Der Innendurchmesser des Kapillarröhrchens muß dem Durchmesser des einzuführenden Einzel-Lichtwellenleiters aneeDaßt sein, um bei ver-

nachlässigbarem Spiel die richtige Achslage zu gewährleisten. Der einseitige Abschluß des Kapillarröhrchen kann dabei als ebener, mechanischer Anschlag für das Ende des Einzel-Lichtwellenleiters ausgebildet sein. In dem gezeigten Falle ist die Bohrung 1 mit einem linsenartigen Abschluß 3 versehen, um die Lichtübertrittswerte zu verbessern. Das Kapillarröhrchen besteht zweckmäßigerweise aus Glas, Quarz oder ähnlichem. Das Ausführungsbeispiel eines Führungskörpers 2 mit eingeschmolzenem Abschluß 4 wird in der F i g. 2 wiedergegeben.

Dieser eingeschmolzene Abschluß 4 besteht aus einem lichtleitenden Zylinder, der einen höheren Brechungsindex aufweist als der Führungskörper 2. Die Einschmelzung des Führungskörpers 2 nach Fig.3 besteht aus einem Abschnitt 5 eines Einzel-Lichtwellenleiters. Auch in diesem Fall wird der Lichtübertritt zwischen den Enden der Einzel-Lichtwellenleiter, zwischen Sender und dem Ende des Lichtwellenleiters oder zwischen dem Ende eines Lichtwellenleiters und dem Empfänger begünstigt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit beinahe vernachlässigbarem Spiel wird in Fig.4 und 5 dargestellt. Bei diesem Beispiel werden drei oder — wie in F i g. 4 gezeigt — vier zylindrische Führungskörper 6 um einen den Abschluß der Bohrung 1 bildenden Abschnitt 5 eines Lichtwellenleiters so angeordnet, daß sich im Anschluß an diesen Abschnitt 5 in Längsrichtung die Bohrung 1 zum Einführen des zu verbindenden Einzel-Lichtwellenleiters anschließt. Die Längen dieser Führungskörper 6 müssen dabei selbstverständlich langer sein als der Abschnitt 5 des Lichtwellenleiters. Die Lage der Führungskörper 6 muß in geeigneter Weise fixiert sein und wird mit einer Quetsch- oder Federhülse oder einem Schrumpfschlauch 7 durchgeführt. Diese Anordnung wird schließlich in der Aufnahmevorrichtung 8 angeordnet, die wiederum innerhalb des Steckerteils zentrisch befestigt ist. Die Einführung des zu verbindenden Einzel-Lichtwellenleiters muß somit keiner weiteren Kontrolle unterzogen werden. Das Material der Führungskörper 6 muß so ausgewählt sein, daß eine Beschädigung der Oberfläche der einzuführenden Einzel-Lichtwellenleiter nicht eintritt. Solche Materialien sind zum Beispiel elastische Kunststoffe, geglühtes Kupfer, Blei und andere leicht fließende Metalle oder auch Kombinationen dieser Materialien.

In Fig.6 wird ein fertig montiertes Steckerteil 12 gezeigt, in dem die Aufnahmevorrichtung 11 durch eine geeignete Vergußmasse 13 oder dergleichen fixiert ist. Die Aufnahmevorrichtung 11 beinhaltet, ebenfalls durch Vergußmasse 13 oder dergleichen fixiert, den Führungskörper 2 mit der Bohrung 1 und dem linsenförmigen Abschluß 3 am stirnseitigen Ende des Steckerteils. Am anderen Ende des Steckerteils 12 ist eine erweiterte Bohrung 14 vorgesehen, in der eine entsprechende Abfangung des Einzel-Lichtwellenleiters bzw. dessen Umhüllung erfolgen kann. In Fi g. 7 ist ein entsprechender Steckerteil 15 dargestellt, der jedoch mit einem Sender- bzw. Empfängerteil 17 bestückt ist Dieses Sender- bzw. Empfängerteil 17 ist in einer Aufnahmevorrichtung 16 fixiert, aus der die Anschlußeinheiten 18 abgeführt werden. Die Aufnahmevorrichtung 16 wird auch in diesem Falle mit einer geeigneten Vergußmasse 13 oder dergleichen in zentrischer Position fixiert. Der Justiervorgang zwischen den Aufnahmevorrichtungen 11 bzw. 16 und dem positionsbestimmenden Führungselement der Steckerteile 12 bzw. 15 wird nun anhand der soeben beschriebenen F i g. 6 und 7 näher erläutert. Es geht dabei um den Ausgleich der Toleranzen von Lichtwellenleiter, Aufnahmevorrichtung und Führungskörper, sowie um die relative Positionierung zweier

ίο Steckerteile beim Steckvorgang, so daß optimaler Lichtübertritt zwischen den zu verbindenden Lichtwellenleitern oder zwischen einer Lichtquelle bzw. einem Lichtdetektor und einem Lichtwellenleiter erfolgen kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die Aufnahmevorrichtung 11 bzw. 16 gegenüber dem Steckerteil 12 bzw. 15 ais positionsbestimmendem Führungselement in bezug auf die Winkellage der Achsen und auf die achsiale Position justiert und fixiert wird. Das positionsbestimmende Führungselement des Steckerteils 12 bzw. 15 ist hier als zylindrische, äußere Führungshülse ausgebildet, so daß zwei solcher Steckerteile 12 bzw. 15 in einer gemeinsamen Außenhülse aufeinander ausgerichtet geführt werden können. Der Führungskörper 2 bzw. der Sende- oder Empfängerteil 17 wird zunächst in einer als Zwischenhülse ausgebildeten Aufnahmevorrichtung 11 bzw. 16 justiert und durch Löten, Vergießen mit Kunststoff oder durch Verkeilen fixiert. Anschließend wird die Aufnahmevorrichtung 11 bzw. 16 mit dem fixierten Führungskörper 2 bzw. Sende- oder Empfängerteil 17 in der in einer Justiereinrichtung eingespannten äußeren Führungshülse des Steckerteils 12 bzw. 15 positioniert. Die Justierung erfolgt nun so, daß die Lage der Aufnahmevorrichtung 11 bzw. 16 gegenüber der äußeren Führungshülse des Steckerteils 12 bzw. 15 so verändert wird, bis die zentrische Lage gesichert ist. Das Ermitteln der zentrischen Lage erfolgt durch einen Meßvorgang. Im Beispiel nach F i g. 6 wird in den Führungskörper 2 ein Einzel-Lichtwellenleiter eingeführt und an einen

to Lichtsender angeschlossen. Mittels eines in der Justiervorrichtung zentrisch angeordneten zweiten Einzel-Lichtwellenleiters wird dann das Optimum des Lichtübertritts gemessen, das ein Kriterium für die zentrische Lage des Führungskörpers 2 innerhalb des Steckerteils 12 darstellt. Das Optimum wird also zum Beispiel mit Hilfe einer in den Führungskörper 2 der zu justierenden Aufnahmevorrichtung 11 eingeführten Meßfaser gegenüber einem als normal dienenden Referenzstecker direkt ausgemessen oder auch durch mikroskopische Beobachtung der Lage der zu justierenden Aufnahmevorrichtung 11 festgestellt Die auf diese Weise gefundene, optimale relative Lage von Führungshülse des Steckerteils 12 und der Aufnahmevorrichtung 11 bzw. dessen Führungskörper 2 wird anschließend ebenfalls fixiert, zum Beispiel durch Vergießen mit Vergußmasse 13. Justiert man in einer gleichartigen Aufnahmevorrichtung 16, wie in Fig.7 gezeigt wird, eine Lichtquelle oder einen Lichtdetektor 17 auf die gleiche Weise wie einen Führungskörper 2, dann erhält

so man mit dem Lichtwellenleiter-Stecker kompatible, steckbare Anschlußteile für den Bau von Lichtsendern oder Lichtempfängern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Stecker zur Ankopplung eines Einzellichtwellenleiters an einen anderen Einzellichtwellenleiter oder an einen Lichtsender oder Lichtempfänger durch Einstecken des Steckers in eine muffenförmige Hülse, wobei der anzukoppelnde Lichtwellenleiter in einer eine Bohrung aufweisende Hülse grob zentrisch gefaßt ist, die ihrerseits in einer Bohrung des Steckers so zentriert und fixiert ist, daß der Lichtwellenleiter koaxial zur Achse des Steckers verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (1) ein Sackloch ist, dessen Stirnseite einen optisch transparenten Abschluß (3,4, S) bildet

2. Stecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Abschluß der Bohrung eben ist

3. Stecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Abschluß der Bohrung aus ekier angeschmolzenen linse (3) besteht

4. Stecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Abschluß der Bohrung aus einer lichtleitenden Einschmelzung (4,5) besteht

5. Stecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Abschluß der Bohrung aus einem eingeschmolzenen Abschnitt (5) eines Einzel-Lichtwellenleiters besteht

6. Stecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung durch den Zwickelraum zylindrischer Führungselemente (6) gebildet wird, die als optischen Abschluß einen Einzel-Lichtwellenleiter (5) fixieren.