DE69412263T2 - Steckerstift, faseroptischer stecker mit einem solchen steckerstift und verfahren zur vorbereitung dieses steckerstiftes - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft generell Vorrichtungen zur gegenseitigen Verbindung von Telekommunikationsleitungen und insbesondere eine Anschlußhülse für einen Optikfaser-Konnektor, einen Optikfaser-Konnektor und ein Verfahren zum Ausbilden einer Anschlußhülse für einen Optikfaser-Konnektor.
• Als bevorzugtes Medium zum Führen von Telekommunikationssignalen sind in den vergangenen Jahren Kupferfasern durch optische Fasern ersetzt worden. Wie im Falle von Kupferfasern muß auch bei optischen Fasern bei Installierung, Reparatur oder Ersetzen von Fasern eine gegenseitige Verbindung der Fasern hergestellt werden. Generell existieren zwei Arten von Verbindungsvorkehrungen, und zwar Spleißungen und Konnektoren. Der Ausdruck "Spleißung" bezieht sich üblicherweise auf eine Vorrichtung, die eine permanente Verbindung zwischen einem Paar optischer Fasern herstellt. Der Ausdruck "Konnektor" hingegen bezieht sich üblicherweise auf eine Vorrichtung, die wiederholt in Eingriff gebracht und gelöst werden kann, was oft mit einem unterschiedlichen Stecker oder Buchsenanschluß erfolgt. Die Erfindung steht im Zusammenhang mit einer derartigen Vorrichtung; jedoch ist der Ausdruck "Konnektor" nicht im Sinn einer Einschränkung zu verstehen, da die Erfindung inhärent zur Herstellung einer dauerhaften sowohl einer vorübergehenden Verbindung in der Lage ist.
• Es existieren zwei Haupttypen handelsüblicher Faseroptik-Konnektoren, und zwar Anschlußhülsen-Konnektoren und Doppelkonus- Konnektoren. Bei Anschlußhülsen-Konnektoren wird ein - typischerweise keramisches - zylindrisches Ausrichtungsteil verwendet, das eine zentrale Bohrung aufweist, die eine einzelne optische Faser aufnimmt. Bei Doppelkonus-Konnektoren wird ein Stecker in Form eines sich verjüngenden Kegels verwendet. Bei beiden Konnektoren wird üblicherweise ein Paar von Steckern kombiniert, die in eine gemeinsame Buchse oder Aufnahme passen, um eine fertige Verbindung herzustellen. Im Stand der Technik ist bekannt, daß die über einen Konnektor erfolgende Signalübertragung verbessert werden kann, indem die Endfläche der Fasern mit einem winklig verlaufenden Endbereich versehen wird. Diese Ausgestaltung bewirkt eine Reduzierung der Innenreflektionen der Signale an der Endfläche (siehe z. B. US-A- 5,062,682 und US-A-5,066,094, EP-A-194 325 und JP-A-1- 121805).
• Die Notwendigkeit einer extrem niedrigen Reflektivität bei Konnektoren wird immer dringender, insbesondere bei Hochgeschwindigkeits Einmoden-Fasern, bei denen Laserquellen verwendet werden. Die Betreiber von Kabelfernsehen (CATV) verlangen derzeit eine Reflektivität von weniger als -50 dB, und dieser Standard wird möglicherweise auch von sämtlichen Telefon-Anbietern übernommen. Ferner muß die Reflektivitätsleistung konsistent, wiederholbar und unter extremen Umgebungsbedingungen stabil sein. Gleichzeitig darf der Einführungsverlust nicht mehr als 0,5 dB betragen. Der frühere Stand der Technik konzentrierte sich auf das Reduzieren von Reflektionen unter Inkaufnahme eines höheren Einführungsverlustes (Dämpfung), indem ein Luftspalt zwischen den winklig verlaufenden Konnektorfaser-Enden vorgesehen wurde; siehe U. S.-A-4,695,126. Bei den Anschlußhülsen-Ausgestaltung gemäß JP-A-59-38707 ist der Luftspalt minimiert, indem nur ein Teil der Anschlußhülsen-Endfläche winklig ausgebildet ist; dies jedoch vergrößert den Verlust um mindestens 0,35 dB, und aufgrund resonanter Fresnelscher Reflektionen sind die Stabilität und die Wiederholbarkeit der Verbindung gering.
• Bei der in US-A-4,615,581 gezeigten Ausgestaltung entfällt dieser Luftspalt, wobei gemäß dieser Ausgestaltung jedoch eine Kapillare verwendet wird, die mehrere neue Probleme nach sich zieht. Erstens muß die Faser relativ scharfe Biegungen überstehen können, die während des Einführens- sowie langfristig aufgrund statischer Ermüdung - eine Beschädigung der Faser verursachen könnten. Zweitens ist der Einsatz nur unter Schwierigkeiten zuverlässig herstellbar, und die erzeugte Konnektorvorrichtung ist ziemlich kostenaufwendig. Schließlich kann immer eine leichte End-Spaltbildung entstehen, falls die Anschlußhülsen-Endflächen nicht äußerst eng an der 90º-Grenzfläche gehalten werden. Bei einem weiteren Design (U. S.-A- 4,978,193) versucht man die Faser-Spaltbildung zu beseitigen, indem man die winklig verlaufende Ebene in einem Präzisionsvorgang im Werk herstellt und dann vor Ort nur die im voraus winklig ausgebildete Fläche poliert und dazu ein hartes keramisches Anschlußhülsenmaterial als Anschlag verwendet. Dieses Design verlangt strenge Toleranzen beim Zusammenfügen der paarweise angeordneten Konnektoren; falls die Zusammenfügungstoleranzen nicht extrem eng sind oder sich einhergehend mit Axial- und Drehstörungen verändern, dann entsteht ein Luftspalt mit sämtlichen entsprechenden Nachteilen.
• Bei herkömmlichen winklig ausgebildeten Konnektoren sind Verlustwerte von weniger als 0,25 dB typischerweise dadurch erzielt worden, daß Anschlußhülsen verwendet wurden, deren Enden eine winklig verlaufende, sphärische Form aufwiesen, um einen zwangsweise herbeiführbaren physischen Kontakt (PC) zwischen den miteinander verbundenen Faser-Endflächen zu erzeugen, wie in U. S.-A-5,140,660 gezeigt. Dieses Design beseitigt ferner ein früheres Problem, das beim Ausbilden einer winklig verlaufenden sphärischen Fläche an einer Anschlußhülse auftritt, deren Ende angeschliffen oder abgeschrägt ist. Die Anschluß hülsen sind geschrägt, um das Ausmaß des Schleifens und Polierens zu minimieren, das zum Fertigstellen des Anschlußhülsen- Endes erforderlich ist, und um die korrekte Ausrichtung der Anschlußhülsen innerhalb des Konnektor-Gehäuses zu erleichtern. Jedoch stimmt gemäß Fig. 1 beim Ausbilden einer winklig verlaufenden sphärischen Endfläche an einer derartig abgeschrägten Anschlußhülse 10 der Scheitelpunkt 12 der erzeugten sphärischen Fläche 14 nicht mit der Faserachse 16, d. h. der radialen Mitte der Anschlußhülse, überein (vgl. Fig. 3 von US- A-5,140,660). In diesem Zusammenhang bezeichnet der hier verwendete Ausdruck "Scheitelpunkt" denjenigen Punkt an der sphärischen Fläche 14, dessen Tangente generell parallel zu dem Neigungswinkel θ der sphärischen Fläche 14 verläuft. Der Neigungswinkel θ kann ferner generell in bezug auf die Linie definiert werden, die zwischen den einander diametral gegenüberliegenden Punkten A und B verläuft, an denen die sphärische Fläche 14 die abgeschrägte Fläche 18 schneidet. Dem Fachmann wird jedoch ersichtlich sein, daß die Fläche 14 nicht vollkommen sphärisch zu sein braucht und in der Tat nahe den Punkten A und B oft nichtsphärisch ist, obwohl sie an ihrer Mitte sehr stark an eine sphärische Fläche angenähert ist. Somit braucht die Tangente an dem Scheitelpunkt 12 nicht vollkommen parallel zu der Linie zwischen den Punkten A und B zu sein; entsprechend sollte der Ausdruck "sphärisch" nicht im Sinn einer Einschränkung aufgefaßt werden.
• Die Nichtübereinstimmung des Scheitelpunktes 12 und der Faserachse 16 verursacht einen Spalt zwischen den Faserenden. (Dieser Effekt ist in Fig. 1 aufgrund der involvierten mikroskopischen Dimensionen übertrieben dargestellt.) U. S.-A-5,140,660 betrachtet dieses Problem als unvermeidbar, falls die winklig verlaufende Ebene nahe an der umfangsmäßigen Schrägung angeordnet ist, und beseitigt dieses Problem, indem die Anschlußhülse mit einem im Durchmesser kleineren Ende versehen wird, das sich über die Schrägung hinaus erstreckt. Das Design gemäß U. S.-A-5,140,660 hat jedoch immer noch mehrere Nachteile. Das Design erfordert unabdingbar eine scharfe Vorderkante an der winklig verlaufenden Endfläche, aufgrund derer Schnitte, Abspanungen oder Kratzeinwirkungen an den verschiedenen Typen von Ausrichtungshülsen und Gehäusen verursacht wird, da die für die Ausrichtungskomponenten verwendeten Materialien im Vergleich mit den typischerweise zum Herstellen der Anschlußhülsen verwendeten Zirconiumoxid- und Aluminiumoxid-Keramiken weich sind. Dies kann Verunreinigungen erzeugen, die sich zwischen den Anschlußhülsen-Endflächen festsetzen kann und folglich die Übertragung verschlechtern kann. Ferner kann möglicherweise die abgestufte zylindrische Form des Designs gemäß U. S.-A-5,140,660 nicht zuverlässig mit den Aufnahmen existierender oder zukünftiger elektrooptischer Vorrichtungen - z. B. LEDs (Leuchtdioden) und Lasern - zusammenpassen, so daß die Möglichkeit einer Beschädigung dieser Vorrichtungen besteht.
• Aus EP-A-0 529 939 ist eine zur Verwendung in einem Optikfaser-Konnektor vorgesehene Anschlußhülse bekannt, die einen im wesentlichen zylindrischen Körper mit einem vorderen Endteil und einer zentralen Längsbohrung aufweist, um darin eine optische Faser aufzunehmen. Der vordere Endteil des Körpers weist eine abgeschrägte Fläche und eine im wesentlichen sphärische Endfläche nahe der abgeschrägten Fläche auf. Die sphärische Endfläche der bekannten Anschlußhülse in bezug auf die Normale der Achse der Längsbohrung des Körpers geneigt, so daß ihre Mitte außerhalb der Achse angeordnet ist.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ausbildung einer winklig verlaufenden Oberflächenausgestaltung an der Endfläche einer Anschlußhülse anzugeben, bei dem es nicht erforderlich ist, daß sich das im Durchmesser kleinere Ende über die Schrägung hinaus erstreckt, und bei dem dennoch der Scheitelpunkt der winklig verlaufenden Fläche sehr nahe an der Faserachse angeordnet ist, um einen möglichen Spalt zwischen den Faserenden zu minimieren.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mittels einer Anschlußhülse, eines Optikfaser-Konnektors und eines Verfahrens zum Ausbilden einer Anschlußhülse gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 4 bzw. 5 gelöst.
• Somit schafft die Erfindung eine Anschlußhülse mit einem zylindrischen Körper, der ein abgeschrägtes Ende und eine zentrale Bohrung zur Aufnahme einer optischen Faser aufweist, wobei die winklig verlaufende Endfläche der Anschlußhülse im wesentlichen sphärisch ist und einen Scheitelpunkt hat, der im wesentlichen mittig an der Bohrung angeordnet ist (mindestens innerhalb 50 um und typischerweise innerhalb 10 um). Der Scheitelpunkt der sphärischen Endfläche ist der Punkt, an dem die Tangente zu der sphärischen Endfläche im wesentlichen parallel zu der Ebene verläuft, die sich durch den Verlauf der Punkte erstreckt, an denen die sphärische Endfläche die abgeschrägte Fläche schneidet. Es werden mehrere Verfahren zum Herstellen einer derartigen Anschlußhülse angegeben. Bei den meisten dieser Verfahren ist das Ausbilden einer vorläufigen schrägverlaufenden Endfläche an der Anschlußhülse nahe der Schrägung und ein anschließendes Nachpolieren vorgesehen, um die sphärische Fläche mit dem mittigen Scheitelpunkt zu bilden.
• Bei dreien dieser Verfahren ist die vorläufige Fläche flach und ist unter dem gewünschten Neigungswinkel (normalerweise im wesentlichen 8º) geneigt. Bei dem ersten dieser drei Verfahren wird nach dem Ausbilden der flachen, schrägverlaufenden Fläche eine neue, gleichförmige Schrägung erzeugt, indem das Ende der Anschlußhülse nochmals geschliffen wird. Dann wird die Anschlußhülse einem herkömmlichen Poliervorgang (gegen ein nachgiebiges Pad) unterzogen, wodurch aufgrund der neudefinierten Schrägung der Scheitelpunkt an der Faserachse zentriert wird. Bei dem zweiten der drei Verfahren, bei denen die vorläufige flache Fläche erforderlich ist, wird die sphärische Fläche unter einem Winkel poliert, der geringfügig steiler ist als der gewünschte Neigungswinkel, wobei der Scheitelpunkt zu der Faserachse hin verlagert wird. Bei dem dritten dieser Verfahren wird eine zylindrische Fläche über der flachen Fläche ausgebildet.
• Bei einem vierten Verfahren wird eine sphärisch ausgebildete vorläufige Fläche erzeugt, indem ein konkaves Erzeugungswerkzeug verwendet wird, das die Anschlußhülse schleift, während es in einer Spindel rotiert. Bei einem weiteren Verfahren existiert keine vorläufige Fläche, d. h. es ist nur ein einziger Polierschritt vorgesehen, bei dem die Anschlußhülsen- Endfläche unter einem Winkel poliert wird, der geringfügig steiler ist als der gewünschte Neigungswinkel. Dieses Verfahren verlangt eine strikte Steuerung des Ausgangs-Durchmessers der Endfläche, des Polierwinkels und des Krümmungsradius der sphärischen Fläche. Bestimmte Schritte bei jedem dieser Verfahren können durch Formen der Anschlußhülse vor Ort ersetzt werden. Die erzeugten Konnektoren bieten eine sehr niedrige Reflektivität (typischerweise -70 bis -80 dB) und eine niedrige Dämpfung (~ 0,2 dB) bei ausgezeichneter Stabilität (± 0,2 dB).
• Die Erfindung selbst jedoch ist am besten anhand ihrer bevorzugten Ausgestaltungen ersichtlich, die in den zugehörigen Zeichnungen gezeigt sind.
• Fig. 1 zeigt eine überakzentuierte Seitenansicht zweier winklig ausgebildeter Anschlußhülsen für physischen Kontakt (APC), die gemäß dem Stand der ausgebildet sind;
• Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht zweier gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeter APC-Anschlußhülsen, wobei der mit der Faserachse übereinstimmende Scheitelpunkt der sphärischen Fläche gezeigt ist;
• Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines gemäß der Erfindung ausgelegten Verfahrens zur Ausbildung einer Anschlußhülse, bei dem nach dem Ausbilden der vorläufigen flachen, winklig verlaufenden Fläche nachträglich eine gleichförmige Schrägung erzeugt wird;
• Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht zur Veranschaulichung eines weiteren gemäß der Erfindung ausgelegten Verfahrens zur Ausbildung einer Anschlußhülse, bei dem die Anschlußhülse unter einem Winkel poliert wird, der steiler ist als der gewünschte Neigungswinkel;
• Fig. 5 und 6 zeigen Seitenansichten zur Veranschaulichung eines weiteren gemäß der Erfindung ausgelegten Verfahrens zur Ausbildung einer Anschlußhülse, bei dem ein konkaves Erzeugungswerkzeug eine vorläufige Fläche bildet, die dann unter einem Winkel poliert wird, der steiler ist als der gewünschte Neigungswinkel;
• Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines gemäß der Erfindung ausgelegten Verfahrens zur Ausbildung einer Anschlußhülse, bei dem eine zylindrische Fläche über der vorläufigen flachen Fläche ausgebildet wird; und
• Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht zur Veranschaulichung eines gemäß der Erfindung ausgelegten Verfahrens zur Ausbildung einer Anschlußhülse, bei dem die sphärische Fläche in einer einzigen Polieroperation ausgebildet wird.
• Wie die Figuren und insbesondere Fig. 2 zeigen, betrifft die vorliegende Erfindung generell eine Anschlußhülse 20 für einen Optikfaser-Konnektor (einschließlich der Konnektor-Formate ST, SC, FC etc.), wobei die Anschlußhülse 20 einen im wesentlichen zylindrischen Körper mit einer zentralen Bohrung zur Aufnahme der Faser, ein abgeschrägtes Ende 22 und eine winklig verlaufende sphärische Endfläche 24 aufweist. Obwohl die sphärische Endfläche 24 nahe der Schrägung angeordnet ist, zentriert die Anschlußhülse 20 dennoch den Scheitelpunkt 26 der winklig verlaufenden Fläche 24 an der Faserachse 28. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind zur Herstellung dieser Ausgestaltung mehrere Verfahren vorgesehen, mittels derer der Scheitelpunkt innerhalb 50 um von der Faserachse zentriert wird. Wie weiter unten ausgeführt, sind aufgrund dieser Ausgestaltung die Reflektivität und der Einführungsverlust ausgezeichnet, und die Stabilität und die Wiederholbarkeit der Konnektor- Betriebseigenschaften werden verbessert.
• Bei einem Verfahren zum Ausbilden der Anschlußhülse, das in Fig. 3 veranschaulicht ist, werden die unregelmäßigen Rand-zu- Mitte-Abstände der winklig verlaufenden Fläche ausgeglichen, indem eine gleichförmige Schrägung um den gesamten Umfang der winklig verlaufenden Fläche hinzugefügt wird. Fig. 3 zeigt den distalen Abschnitt einer Anschlußhülse 20a, der in einem distalen Ende 30 endet, das einen angeschliffenen oder abgeschrägten Umfangsbereich 32 aufweist, der im voraus durch herkömmliche Mittel gebildet wird, z. B. durch vor Ort erfolgendes Formen der Anschlußhülse oder Schleifen des distalen Endes 30. Zuerst wird eine winklig verlaufende flache Endfläche 34 an dem distalen Ende 30 ausgebildet, wozu eine modifizierte Poliervorrichtung verwendet wird, etwa eine der in U. S- A-4,831,784 und U. S.-A-4,979,334 beschriebenen Vorrichtungen; der Polierfilm sollte jedoch eine starre Trägerschicht z. B. aus Glas oder Metall aufweisen, statt daß nachgiebige Trägerschichten wie bei den genannten Veröffentlichung verwendet werden. Beim Durchführen des Polierens ist die Anschlußhülse 20a unter dem geeigneten Winkel in bezug auf die Normale zu dem Polierfilm angeordnet (im Bereich von 2º-20º, jedoch ty pischerweise um 8º). Die die Anschlußhülse haltende Einspannvorrichtung ist unter dem geeigneten Winkel ausgerichtet, statt rechtwinklig zu dem Pad angeordnet zu sein. Die Einspannvorrichtung sollte eine Verriegelungsvorrichtung aufweisen, um zu verhindern, daß sich die Anschlußhülse verdreht, während sie poliert wird. Das Polieren mit einer harten Trägerschicht erzeugt eine Endfläche 34, die zunächst flach ist; auf dieser Stufe des Ausbildens der Anschlußhülse ist der in Fig. 3 dunkel markierte Bereich 36 Teil der Endfläche 34, obwohl er in dem nächsten Schritt entfernt wird, wie noch beschrieben wird. Somit ist das Ende 30 der Anschlußhülse 20a auf dieser Stufe des Ausbildungsvorgangs dem in U. S.-A-4,978, 193 gezeigten Ende sehr ähnlich.
• Nach der Ausbildung der flachen, winklig verlaufenden Oberflächenausgestaltung wird durch Nachschleifen des Endes 30 eine gleichförmige Schrägung um den gesamten Umfang der Fläche 34 ausgebildet; der in Fig. 3 schraffierte Bereich 38 geht in die ursprüngliche Schrägung 32 über, um die neudefinierte Schrägung zu bilden. Das dunkel markierte Material 36 wird bei diesem Vorgang entfernt. Bei diesem Verfahren werden die Abstände x (von der Faserachse zum Rand der Fläche 34) einander gleich, wenn das dunkel markierte Material entfernt wird; wie noch erläutert, ist es jedoch zur Ausbildung der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 nicht erforderlich, daß diese Abstände einander gleich sind, und in der Tat sind, wenn die Anschlußhülse gemäß einigen der übrigen Verfahren ausgebildet wird, diese Abstände einander nicht gleich. Nachdem die Schrägung neudefiniert worden ist, wird die Endfläche 34 zu einer sphärischen Fläche ausgestaltet, indem die starre Trägerschicht der Poliervorrichtung durch ein herkömmliches (nachgiebiges) Rubber-Pad mit Läpp-Film ersetzt wird (oder, weniger bevorzugt, durch ein starres Pad, welches konkav ist) und der Poliervorgang wiederholt wird (wobei die Anschlußhülse 20a unter dem gleichen Winkel angeordnet ist wie in dem ersten Polierschritt). Es hat sich empirisch erwiesen, daß der Scheitelpunkt der anschlie ßend ausgebildeten sphärischen Fläche sich natürlicherweise von selbst auf der Faserachse der Anschlußhülse 20a zentriert.
• Ferner ist anzumerken, daß, obwohl bei einigen der offenbarten Verfahren der Scheitelpunkt zu der Faserachse hin "verschoben" wird, der Neigungswinkel der Fläche 34 relativ konstant bleibt. Bei einem Versuch, der an zwanzig gemäß diesem Verfahren ausgebildeten Anschlußhülsen vorgenommen wurde, erhielt man Konnektoren mit einem durchschnittlichen Einführungsverlust von -0,2 dB ± 0,02 dB und einer Reflektivität von -82 dB ± 0,5 dB.
• Gemäß Fig. 4 wird gemäß einem weiteren Verfahren der Scheitelpunkt über die optische Mitte gedrückt oder vorgespannt, indem die Endfläche mittels eines nachgiebigen Polier-Pads unter einem steileren Winkel poliert wird. Zuerst wird der Anschlußhülse 20b wie bei dem vorhergehenden Verfahren unter dem gewünschten Neigungswinkel θ eine flache Oberflächenausgestaltung verliehen. Die Schrägung bleibt uneben und wird in der Zweitoperation nicht korrigiert, d. h. die Abstände AF und BF sind nicht gleich (AF und BF sind die Abstände von dem Rand der Schrägung zu der Bohrung entlang der Hauptachse der im wesentlichen elliptischen Form, die durch die Anschlußhülsen- Endfläche definiert ist). Die Zweitoperation umfaßt einfach das Ersetzen der starren Trägerschicht und des Polierfilms durch eine nachgiebige Trägerschicht mit Polierfilm, und das Polieren unter einem Winkel φ, der geringfügig steiler ist als θ. Insbesondere hat sich empirisch erwiesen, daß in der zweiten Polieroperation die Anschlußhülse 20b unter einem schrägen Winkel φ gemäß der folgenden Gleichung orientiert sein sollte:
• φ = BF/AF · θ.
• Dieses Verfahren wird besonders an einer Anschlußhülse praktiziert, bei der die anfangs ausgebildete Endfläche einen kleineren Durchmesser (z. B. 1,4 mm) hat. Das Schleifen einer klei neren Endfläche macht es leichter, den Scheitelpunkt zu "verschieben" und spart 30%-40% an Verarbeitungszeit ein. Auf der Basis dieser Bemessung betragen die Abstände AF und BF 0,7069 mm bzw. 0,8317 mm. Nimmt man einen Neigungswinkel θ von 8º an, so führt dies zu einer Zweitpolieroperation unter Ausrichtung der Anschlußhülse 20b unter einem Winkel
• Durch das Polieren mit dem Zweitwinkel φ wird der Scheitelpunkt wirksam an der Faserachse zentriert, indem eine größere Kraft auf die Endfläche entlang des Bereiches zwischen den Punkten O und B aufgebracht wird. Ein an zehn gemäß diesem Verfahren ausgebildeten Anschlußhülsen vorgenommener Versuch hatten die erzeugten Anschlußhülsen einen durchschnittlichen Einführungsverlust von -0,23 dB ± 0,015 dB, eine Reflektivität von -82,4 dB ± 0,5 dB und eine Zentrierung des mittleren Radius (Scheitelpunkt) von 13 um mit 6 um sigma.
• Gemäß einem dritten Verfahren wird ein Hochgeschwindigkeits- Spindelkurvengenerator zum anfänglichen Ausbilden und Zentrieren des konvexen Radius verwendet, wie Fig. 5 zeigt. Mit einem konkaven Erzeugungswerkzeug 40, wie z. B. den industriellen Diamant-Werkzeugen, die von General Industrial Diamond Tool Co., Inc. in Whippany, New Jersey vertrieben werden, kann man leicht eine sphärische, winklig verlaufende Endfläche erzeugen, deren Scheitelpunkt fest an der optischen Achse gehalten wird, und zwar unbeeinflußt von dem aufgrund der Schrägung vorhandenen unebenen Material um die Endfläche. Die Anschlußhülse 20c wird unter dem gewünschten Neigungswinkel in einer Spindel 42 gehalten, deren Achse mit dem Punkt 44 übereinstimmt, an dem die optische Achse der Anschlußhülse 20c deren Endfläche schneidet. Die Spindel 42 rotiert mit einer Drehzahl von 500-1000 upm, während das Werkzeug mit 8000-12000 upm rotiert. Da bei diesem Vorgang eine in der Anschlußhülse 20c gehaltene Faser beschädigt werden kann, wird die optische Faser nach diesem anfänglichen Schleifschritt in die Anschlußhülse 20c eingeführt (und verbondet). Schließlich erfolgt ein physischer Kontakt (PC) mit einem nachgiebigen Pad 46, wobei die Anschlußhülse 20c in der durch die obige Gleichung gegebenen steileren Orientierung φ gehalten wird. Dieses Verfahren bietet sich zur Automatisierung an und ermöglicht dennoch eine leichte, vor Ort durchgeführte Installierung unter Verwendung einer einfachen, einzelnen handbetätigbaren Hohlraum-Fixierungsvorrichtung 48 gemäß Fig. 6. Wie bei den übrigen hier offenbarten Verfahren wird mit diesem Poliervorgang eine optische Faser ausgebildet, deren abschließender Endbereich im wesentlichen sphärisch ist und glatt in die sphärische Endfläche der Anschlußhülse übergeht.
• Im Zusammenhang mit Fig. 7 wird ein wiederum weiteres Verfahren zum Zentrieren des Scheitelpunktes beschrieben. Zuerst wird wie bei den vorherigen Verfahren eine flache, winklig verlaufende Fläche an dem abgeschrägten Ende 50 einer Anschlußhülse 20d ausgebildet. Bei diesem Verfahren jedoch wird anschließend eine zylindrische Fläche 52 ausgebildet, wie z. B. durch Schleifen des Endes 50 gegen eine zylindrisch konkave Trägerschicht, die ein geeignetes Abrasivmaterial hält, z. B. ein Abrasivmaterial in Form loser Partikeln oder eines Läpp- Films. Die Achse 54 der zylindrischen Fläche verläuft parallel zu dem Gradienten der Fläche gemäß dem Stand der Technik, d. h. parallel zu der Neigungsachse. Diese Ausgestaltung steht im Zusammenhang mit der zum Stand der Technik gegebenen Erläuterung der Definition des Ausdrucks "Scheitelpunkt" und der Bedeutung einer "sphärischen" Fläche. Die Fläche 52 ist nicht strikt sphärisch, jedoch ist die zylindrische Form der Fläche 52 einer sphärischen Fläche hinreichend angenähert, um dem Fachmann das Lokalisieren ihres Scheitelpunktes zu ermöglichen, d. h. desjenigen Punktes, an dem die Tangente der Fläche im wesentlichen parallel zu dem Auftreffwinkel verläuft. Somit ist der Ausdruck "sphärisch" dahingehend zu verstehen, daß er auch derartige zylindrische Flächen umfaßt.
• Während die Ausgestaltung gemäß Fig. 7 eine höhere Stabilität gegenüber Drehkräften bietet, da die Oberflächenausgestaltung rechtwinklig zu der Neigungsachse verläuft, stellt diese Ausgestaltung höhere Anforderungen an die Genauigkeit des Neigungswinkels. Ein Ansatz zur Reduzierung diese Anforderungen besteht darin, die Oberflächenausgestaltung mit flachen Winkeln auszubilden, wie durch die dunklen Bereiche in Fig. 7 gezeigt ist. Diese Bereiche der Oberflächenausgestaltung können durch Formung statt durch spanabhebende Bearbeitung an dem Ende 50 erzeugt werden. In der Tat wird dem Fachmann ersichtlich sein, daß zahlreiche der bereits aufgeführten Ausgestaltungen theoretisch durch Formung der betreffenden Stelle erzeugt werden können, jedoch ist es im Stand der Technik derzeit nicht möglich, die entsprechende Präzision bei der Formung zu gewährleisten. Die Konzentrizität des Faserloches zu dem Außendurchmesser müßte innerhalb 1,0 um liegen, und der Außendurchmesser selbst müßte innerhalb 1,0 um liegen.
• Das letzte nun hier offenbarte Verfahren erfüllt die Aufgabe, den Scheitelpunkt der winklig verlaufenden Endfläche an der optischen Achse zu zentrieren und dabei dennoch während des gesamten Poliervorgangs eine nachgiebige Rubber-Trägerschicht zu verwenden. Bei diesem Vorgang müssen der Ausgangs-Durchmesser der Endfläche, der gewünschte Krümmungsradius und der Polierwinkel sämtlich in engen Grenzen gesteuert werden, um wiederholbare Ergebnisse zu erzielen. In Fig. 8 bezeichnet θ wiederum den gewünschten Neigungswinkel, r bezeichnet den gewünschten Krümmungsradius der fertiggestellten sphärischen Endfläche, a bezeichnet die Höhe der Schrägung und b deren Breite, VR bezeichnet den Ausgangs-Durchmesser der Endfläche, und VQ bezeichnet den effektiven Durchmesser der schrägen Fläche. Es hat sich gezeigt, daß der Scheitelpunkt der endgültigen sphärischen Fläche in einem einzigen Polierschritt an der Faserachse zentriert werden kann, indem die Anschlußhülse unter einem Winkel ψ poliert wird, der etwas größer ist als θ, insbesondere
• y = θ + fθ,
• wobei
• und
• Die Anwendung dieser Gleichungen für eine typische Anschlußhülse (VR = 1,41 mm, a = 0,93 mm, b = 0,55 mm) führt zu den folgenden Berechnungen:
• und
• Nimmt man einen Krümmungsradius von 6 mm an, dann
• und
• ψ = 8º + 0.62º = 8.62º.
• Gemäß dem bei diesem Verfahren angewandten Prinzip wird der erwartete Betrag der Verlagerung des Scheitelpunktes erzielt, indem ein steilerer Winkel appliziert wird, und zwar derart, daß der resultierende Winkel über der optischen Mitte (Faser achse) θ beträgt, wenn ein bestimmter Radius verwendet wird. Dies kann möglicherweise eine gewisse Schwierigkeit verursachen, wenn der Versuch unternommen wird, mehrere Anschlußhülsen gleichzeitig mittels einer Mehrfach-Anschlußhülsen-Bohrvorrichtung zu polieren, da bei einer derartigen Konstellation der Druck nicht gleichförmig auf jede Anschlußhülse aufgebracht wird, wodurch unterschiedliche effektive Krümmungsradien erzeugt werden. Nimmt man z. B. an, daß der Radius 10 mm (statt 6 mm) beträgt, dann beträgt der entsprechende Polierwinkel 8,37º statt 8,62º, und bei einem Polieren mit dem Winkel von 8,62º wird der Scheitelpunkt nicht hinreichend zentriert. Es kann jede beliebige Maschine verwendet werden, vorausgesetzt, daß die auf jede Anschlußhülse aufgebrachte Polierkraft unabhängig gesteuert werden kann und somit die effektiven Radien gesteuert werden können; die in dem U. S.-Patent Nr. 5,107,627 beschriebene Maschine kann derart modifiziert werden, daß mehrere Anschlußhülsen gleichzeitig hergestellt werden können. Die Kraft, die zum Erzeugen eines vorgegebenen Krümmungsradius aufgebracht werden muß, muß empirisch bestimmt werden.
• Sämtliche der oben aufgeführten Verfahren erzeugen eine sehr niedrige Reflektivität (typischerweise -70 bis -80 dB) und eine niedrige Dämpfung (-0,2 dB) bei ausgezeichneter Stabilität (± 0,2 dB); diese Ergebnisse basieren auf einer Lichtquelle von 1300 nm. Die Scheitelpunkte sämtlicher Endflächen lagen innerhalb von 50 um der Faserachse, und die meisten lagen innerhalb 10 um. Die Leistungsniveaus sind im Gegensatz zu herkömmlichen Konnektoren im wesentlichen unbeeinflußt durch Staub, thermische Veränderungen, Axial- und Radialkräfte und wiederholtes Zusammenfügen. Die Anschlußverbindungen vor Ort sind problemlos mit kostengünstigen Werkzeugen herstellbar. Die erzeugten Konnektoren sind voll anpaßbar an das Konnektor- Design gemäß U. S.-5,140,660, wobei jedoch die gemäß der Erfindung erzeugten Konnektoren sehr viel weniger dazu tendieren, die Aufnahmeverbindungshülse zu zerkratzen und besser geeignet zur Anpassung an elektrooptische Vorrichtungen sind.
• Obwohl die Erfindung anhand bestimmter Ausgestaltungen beschrieben wurde, ist diese Beschreibung nicht im Sinne einer Beschränkung zu verstehen. Beispielsweise ist die Erfindung nicht nur zur Erzeugung von Konnektoren, sondern auch zur Erzeugung von Dämpfungselementen verwendbar.

Claims (10)

1. Anschlußhülse zur Verwendung in einem Optikfaser-Konnektor, mit:

einem im wesentlichen zylindrischen Körper mit einem Vorderendteil und einer Längsmittelbohrung zur Aufnahme einer optischen Faser,

- wobei der Vorderendteil des Körpers eine abgeschrägte Fläche (22) und eine einzelne, im wesentlichen sphärische Endfläche (24) nahe der abgeschrägten Fläche (22) aufweist, und

- die sphärische Endfläche (24) in bezug zu der Normalen der Achse (28) der Längsbohrung derart geneigt ist, daß ihr Krümmungsmittelpunkt außerhalb der Achse (28) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Endfläche (24) und die abgeschrägte Fläche (22) relativ zueinander derart angeordnet sind, daß der Scheitelpunkt (26) der sphärischen Endfläche (24), d. h. der Punkt, an dem die Tangente der sphärischen Endfläche (24) annähernd parallel zu der Ebene verläuft, die sich durch den Verlauf der Punkte (A, B) erstreckt, an denen die sphärische Endfläche (24) die abgeschrägte Fläche (22) schneidet, im wesentlichen auf der Achse (28) der Längsmittelbohrung liegt.

2. Anschlußhülse nach Anspruch 1, bei der der Scheitelpunkt (26) der sphärischen Endfläche (24) innerhalb 50 um von der Bohrung liegt.

3. Anschlußhülse nach Anspruch 1, bei der die sphärische Endfläche (24) einen Neigungswinkel (θ) im Bereich von 2º bis 20º aufweist.

4. Optikfaser-Konnektor mit

- einer Anschlußhülse (20) mit

- einem im wesentlichen zylindrischen Körper mit einem Vorderendteil und einer Längsmittelbohrung zur Aufnahme einer optischen Faser,

- wobei der Vorderendteil des Körpers eine abgeschrägte Fläche (22) und eine einzelne, im wesentlichen sphärische Endfläche (24) nahe der abgeschrägten Fläche (22) aufweist und

- die sphärische Endfläche (24) in bezug auf die Normale zu der Achse (28) der Längsbohrung derart geneigt ist, daß ihr Krümmungsmittelpunkt außerhalb der Achse (28) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die sphärische Endfläche (24) derart angeordnet ist, daß sie an der Bohrung eine Tangente definiert, die im wesentlichen parallel zu der von dem Neigungswinkel (6) der sphärischen Endfläche (24) abgeleiteten Schräglinie (A, B) verläuft.

5. Verfahren zum Ausbilden einer Anschlußhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen einer Ausgangs-Anschlußhülse mit einem im wesentlichen zylindrischen Körper, der eine Längsmittelbohrung und einen Vorderendteil mit einer abgeschrägten Fläche und einer an diese angrenzende Endfläche aufweist, und Ausbilden einer geneigten sphärischen Oberfläche (24) an der Endfläche der Anschlußhülse (20) nahe der abgeschrägten Fläche (22), wobei die sphärische Endfläche (24) unter einem Neigungswinkel (θ) zu der Normalen zur Bohrung geneigt ist, und die sphärische Endfläche (24) ferner an der Bohrung eine Tangente definiert, die im wesentlichen parallel zu der von dem Neigungswinkel (θ) der sphärischen Endfläche (24) abgeleiteten Schräglinie (A, B) verläuft.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die sphärische Endfläche der Anschlußhülse erzeugt wird durch

- Ausbilden einer ebenen, geneigten Fläche an dem Vorderende der Anschlußhülse unter Entfernung eines Teiles der abgeschrägten Fläche,

- Schleifen des Vorderendes der Anschlußhülse zur Bildung einer Schrägung um den Umfang der ebenen, geneigten Fläche, und

- Polieren der ebenen, geneigten Fläche gegen ein anpassungsfähiges Kissen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die sphärische Endfläche der Anschlußhülse erzeugt wird durch

- Ausbilden einer ebenen Fläche an dem Vorderende der Anschlußhülse, wobei die ebene Fläche relativ zu der Normalen zur Bohrung unter dem Neigungswinkel ausgerichtet wird, und

- Polieren der ebenen Fläche gegen ein anpassungsfähiges Kissen, während die Anschlußhülse in bezug auf das Kissen unter einem schiefen Winkel gehalten wird, der größer ist als der Neigungswinkel.

8. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die sphärische Endfläche der Anschlußhülse erzeugt wird durch

- Ausbilden einer konvexen Fläche an dem Vorderende der Anschlußhülse, wobei die konvexe Fläche relativ zu der Normalen zur Bohrung unter dem Neigungswinkel ausgerichtet ist, und

- Polieren der konvexen Fläche gegen ein anpassungsfähiges Kissen, während die Anschlußhülse in bezug auf das Kissen unter einem schiefen Winkel gehalten wird, der größer ist als der Neigungswinkel.

9. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die sphärische Endfläche der Anschlußhülse erzeugt wird durch

- Ausbilden einer ebenen Fläche an dem Vorderende der Anschlußhülse, wobei die ebene Fläche relativ zu der Normalen zur Bohrung unter dem Neigungswinkel ausgerichtet ist, und

- Polieren der ebenen Fläche zu einer zylindrischen Oberfläche, die eine parallel zu dem Gradienten der ebenen Fläche verlaufende Achse hat.

10. Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit den folgenden Schritten:

- Ausbilden einer geneigten sphärischen Oberfläche an der Endfläche der Anschlußhülse nahe der abgeschrägten Fläche,

- Ausbilden einer vorläufigen Oberfläche an der Endfläche der Anschlußhülse nahe der abgeschrägten Fläche, wobei die vorläufige Oberfläche in bezug auf die Normale zur Bohrung geschrägt ist und einen Neigungswinkel aufweist, und

- Umgestalten der vorläufigen Oberfläche zu einer sphärischen Oberfläche, die an der Bohrung eine Tangente definiert, welche im wesentlichen parallel zur der von dem Neigungswinkel (θ) der sphärischen Endfläche abgeleiteten Schräglinie (A, B) verläuft.