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BEREICH DER ERFINDUNG
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diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen optische Spleiß-Verbindungen und betrifft
speziell eine Spleiß-Verbindung
mit niedrigem Verlust und ein Verfahren zum Verbinden einer mikrostrukturierten
optischen Faser mit einer dotierten optischen Siliziumfaser.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Mikrostrukturierte
optische Fasern sind optische Wellenleiter- bzw. Lichtwellenleiter-Fasern, welche typischerweise
aus Silizium gebildet sind, welche ein periodisches Feld von Löchern im
Maßstab
bzw. in der Größenordnung
der optischen Wellenlängen beinhalten,
welche sich entlang der Achse der Faser ausbreiten. Die Löcher sind
symmetrisch innerhalb der Faser angeordnet, um eine lichtführende Mikrostruktur
oder einen derartigen Kern zu bilden. Die resultierende Mikrostruktur
liefert ein Feld von Luft-Glas-Schnittstellen, welche das Licht
entlang der optischen Achse der Faser durch interne Totalreflexion
führen.
Während
derartige Fasern schwieriger herzustellen sind als herkömmliche
optische Fasern (einige werden durch Stapeln, Schmelzen und Ziehen
eines Bündels
von Siliziumkapillarröhren
gebildet), besitzen sie den Vorteil in der Lage zu sein, einen weiten
Bereich unterschiedlicher optischer Wellenlängen in einem Single-Mode entlang
der Länge der
Faser zu übertragen,
wodurch das Rauschen zwischen den Moden auf Grund der Dispersion
in den übertragenen
optischen Signalen minimiert wird.
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Eines
der Hindernisse, welche die praktische Anwendung derartiger mikrostrukturierter
Fasern blockieren, ist das effiziente Ein- und Auskoppeln des Lichtes
in diese Art von Wellenleiter. Ein derartiges Koppeln wird gewöhnlicher
Weise durch Spleiße
implementiert, welche optisch und mechanisch ein Paar von optischen
Fasern miteinander verbinden. Derartige Spleiße werden typischerweise durch
einen Schmelz-Spleiß-Vorgang
geschaffen, wobei ein elektrischer Lichtbogen benutzt wird, um die
Enden der optischen Fasern, welche verbunden werden, miteinander
zu verschmelzen.
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Unglücklicherweise,
wenn das Schmelz-Spleißen
benutzt wird, um eine optische Mikrostrukturfaser mit einer herkömmlichen
optischen Faser zu verbinden, verursacht die sich ergebende Verbindung
hohe Verluste von 1,5 dB oder mehr in der verbundenen Faser. Derartige
Verluste sind weit höher
als die Verluste, welche in einer Spleiß-Verbindung zwischen zwei
herkömmlichen
optischen Fasern auftreten, welche typischerweise ungefähr nur 0,02
dB betragen, was ungefähr
einem Signalverlust von 0,5% entspricht. Um das Verlustproblem in
einer noch größeren Rahmen
zu sehen, entspricht der minimale Verlust von 1,5 dB, welcher zu
einem einzelnen mikrostrukturierten optischen Faser-Spleiß gehört, wenigstens
einem Verlust von 25% im Signal.
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Klarerweise
gibt es eine Notwendigkeit für
einen Spleiß-Vorgang,
welcher in der Lage ist, eine zuverlässige und beständige Spleiß-Verbindung
zwischen einer mikrostrukturierten optischen Faser und einer herkömmlichen
optischen Faser herzustellen, ohne die übermäßigen Verluste, welche mit
dem Stand der Technik verbunden sind. Idealerweise würde der
sich ergebende Spleiß nicht
nur Verluste besitzen, welche beträchtlich geringer als 1,5 dB
sind, welche zum Stand der Technik gehören, sondern würde auch
einen hohen Grad an mechanischer Festigkeit besitzen, um dem Bruch
oder dem Beschädigen
der Faser standzuhalten, wenn diese innerhalb eines optischen Netzwerks
installiert oder modifiziert wird. Schließlich wäre es wünschenswert, wenn ein derartiger
Spleiß mit
niedrigem Verlust und hoher Festigkeit schnell, leicht und nicht
teuer erstellt werden könnte,
ohne die Notwendigkeit für
eine speziell gestaltete und hergestellte Schmelz-Spleiß-Maschine.
Entsprechend dem Stand der Technik wird die Aufmerksamkeit auf die
folgenden Dokumente gerichtet, in welchen ein Prozess für das Bilden
einer optischen Spleiß-Verbindung
entsprechend der Präambel
des Anspruchs 1 von hier veröffentlicht
wird.
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Spezieller
ausgedrückt,
in der
WO 00/49435 für Russel,
et al., wird ein Schmelz-Spleißen
einer Photonischen Kristallfaser (PCF), welche eine Vielzahl von
Löchern
besitzt, welche um eine optische Achse der PCF herum angeordnet
sind, an eine optische Standard(d.h. fester Kern und Ummantelung)-Faser,
veröffentlicht.
Russel beschreibt das Variieren des Querschnitts der PCF und der
Standardfasern, um passende Mode-Feld-Durchmesser zu erhalten. Russel
veröffentlicht
auch ein Kollabieren der Löcher
des PCF, wenn das Spleißen
des PCF an eine Standardfaser durchgeführt wird, um, unter anderem,
zu verhindern, dass die Löcher
während
des Schmelz-Spleiß-Prozesses
explodieren. Van Eijkelenborg, et al., ("Optimizing holey fibre characteristics", Lasers and Electro-Optics,
2001, Cleo/Pacific Rim 2001. Die 4. Pacific Rim Conference vom 15.-19. Juli
2001, Piscataway, NJ, USA, IEEE, Band 1, 15. Juli 2001, Seiten I436-I437,
XP010566197) veröffentlicht
das Optimieren von Spleißen
zwischen einer durchlöcherten
Faser und einer Standardfaser durch Optimieren des Variierens der
Anordnung der Löcher in
der durchlöcherten
Faser. Choi, et al., ("A
new mode converter based an hollow optical fiber for gigabit LAN
communication",
Optical Communication, 2001. ECOC '01.27
th European
Conference vom 30. September-4. Oktober 2001, Picataway, NJ, USA, IEE,
Band 3, 30. September 2001, Seiten 326-327, XP010583406 ISBN: 0-7803-6705-7)
bezieht sich auf das Schmelz-Spleißen einer optischen Standard-Singlemode- Faser
mit einer hohlen optischen Faser zum Zweck des Wandelns des Grundmodes
in einen ringförmigen
Mode.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung liefert ein Verfahren zum Bilden eines optischen Spleißes zwischen
(i) einem Endteil einer mikrostrukturierten optischen Faser, welche
einen Licht leitenden Mikrostrukturbereich besitzt, welcher eine
Vielzahl von Löchern
aufweist, welche um und parallel zu einer optischen Achse der mikrostrukturierten
optischen Faser angeordnet sind, wobei die Anordnung der Löcher eine
radiale Weite besitzt, welche der maximalen Entfernung zwischen der
optischen Achse und der Vielzahl der Löcher entspricht, wobei der
Mikrostrukturbereich durch einen Mantel umgeben ist, und (ii) einem
Endteil einer optischen Faser, welche einen Kern beinhaltet, welcher durch
eine Ummantelung umgeben ist, wobei das Verfahren das Schmelz-Spleißen in der
mikrostrukturierten optischen Faser und der optischen Faser beinhaltet,
wobei das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist von:
Ausrichten
der Endbereiche in gegenüberliegender Beziehung
zueinander; Erzeugen eines ersten Lichtbogens von einer elektrisch
betriebenen Fusions- bzw. Schmelz-Spleiß-Einrichtung mit einem Strom in einem
Bereich von etwa 8 bis 12 mA; Aussetzen der Endbereiche dem ersten
Lichtbogen für
eine Zeit zwischen 0,2 und 0,4 Sekunden, wobei ein Ende der mikrostrukturierten
optischen Fasern, welche dem ersten Lichtbogen ausgesetzt ist, entlang
der optischen Achse der mikrostrukturierten optischen Faser von einem
Zentrum des ersten Lichtbogens aus um einen Abstand zwischen 25 μm und 300 μm versetzt
ist; Bewegen der gegenüberliegenden
Endbereiche in Berührung,
um die mikrostrukturierte optische Faser und die optische Faser
zu verbinden, und um eine Spleiß-Verbindung
zu bilden; und
Aussetzen der Spleiß-Verbindung einem zweiten Lichtbogen
mit einem Strom im Bereich von etwa 8 bis 12 mA für 0,4 und
0,6 Sekunden; wobei der Mantel bzw. die Umhüllung eine radiale Breite entsprechend
der Differenz zwischen dem Abstand von der optischen Achse zu einer
Außenoberfläche der
Ummantelung und der radialen Breite des mikrostrukturierten Bereichs
aufweist, wobei die radiale Breite der Umhüllung zumindest 1,6 mal die
radiale Breite des Mikrostrukturbereichs beträgt und wobei die Reduzierung
im Querschnittsbereich der Löcher
während des
Bildens der Spleiß-Verbindung
geringer als etwa 50% nach dem Aussetzen bzw. der Belichtung der Spleiß-Verbindung
mit dem zweiten Lichtbogen ist, relativ zu einem anfänglichen
Querschnittsbereich der Löcher.
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Der
optische Verlust, welcher zu dem verschmolzenen Bereich gehört, ist
kleiner als 1 dB und vorzugsweise kleiner als 0,30 dB. Das erfinderische Spleißen und
der Vorgang dazu stammen von der Beobachtung durch die Erfinder,
dass hohe Verluste, welche zu mikrostrukturiertem optischen Faser-Spleißen entsprechend
dem Stand der Technik gehören,
durch das im Wesentlichen Kollabieren der Löcher in der Mikrostruktur während der
Schmelzschritte des Spleiß-Prozesses
bzw. Vorgangs verursacht wurden. Im Gegensatz dazu sind die Löcher in der
Mikrostruktur in einem Spleiß der
Erfindung nur teilweise um weniger als ungefähr 50% kollabiert und in bevorzugterer
Weise um nur ungefähr
35%. Die wesentliche Reduzierung in dem Kollabieren der Löcher führt zu weit
kleineren Verlusten, als bei jenen, welche entsprechend zum Stand
der Technik gehören.
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Der
Durchmesser der Modenfelder, sowohl der mikrostruturierten optischen
Faser, als auch der optischen Faser, sind vorzugsweise im Wesentlichen gleich
und der geschmolzene Bereich, welcher die Spleiß-Verbindung bildet, besitzt
eine Zugfestigkeit von wenigstens 2,1 μ × 108 N/m2 (30 Kpsi) und in bevorzugterer Weise eine
Zugfestigkeit gleich oder größer als
3,4 × 108 N/m2 (50 Kpsi).
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Die
radiale Breite der Umhüllung
der mikrostrukturierten optischen Faser beträgt vorzugsweise ungefähr zweimal
die radiale Breite der Mikrostruktur. Die optische Faser ist vorzugsweise
eine dotierte Siliziumfaser und mehr bevorzugt eine 2% hohe Deltafaser,
da der Modenfelddurchmesser derartiger Fasern ungefähr die gleiche
Größe besitzt,
wie der Modenfelddurchmesser einer mikrostrukturierten Faser (d.h.
ungefähr
6 μm).
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In
dem Prozess bzw. Verfahren der Erfindung werden ein Endteil bzw.
-bereich einer mikrostrukturierten Faser und eine optische Faser
zuerst in gegenüberliegender
Beziehung in einer Schmelz-Spleiß-Einrichtung ausgerichtet,
wobei das Ende der mikrostrukturierten Faser entlang der Achse der
Fasern zwischen 25 und 300 μm,
bevorzugter Weise zwischen ungefähr
75 und 120 μm
vom Zentrum des Lichtbogens versetzt ist, welcher durch die Spleiß-Einrichtung hergestellt
ist, so dass die reguläre
Faser, vorzugsweise, um zusätzlich
75 bis 120 μm über dem
Lichtbogen ist. Ein derartiges Versetzen verhindert, dass die Mikrostruktur
in dem Faserende der übermäßigen Hitze
ausgesetzt ist. Ein Lichtbogen wird dann von der elektrisch betriebenen Schmelz-Spleiß-Einrichtung
mit einem Strom von zwischen 8 und 12 mA für eine Zeitperiode von zwischen
ungefähr
0,2 und 0,4 Sekunden erzeugt und die gegenüberliegenden Endbereiche werden
dann in Berührung
gebracht. Nach ungefähr
0,3 Sekunden werden dann die berührenden
Endbereiche dem Lichtbogen für
eine zusätzliche
Zeitdauer von zwischen ungefähr
0,3 und 0,7 Sekunden ausgesetzt. Die verhältnismäßig dicke äußere Umhüllung der mikrostrukturierten
optischen Faser zusammen mit dem Versatzpositionieren des mikrostrukturierten
optischen Faserendes und dem Zweistufenerwärmungsvorgang mit niedrigem
Strom verhindert ein wesentliches Loch-Kollabieren in der Mikrostruktur und
führt zu
einem Spleiß,
welcher durch einen Verlust von weniger als 0,65 dB und typischerer
Weise von ungefähr
0,20 dB zusammen mit einer hohen Zugfestigkeit gekennzeichnet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsseitenansicht einer mikrostrukturierten optischen
Faser, welche eine zentral angeordnete Mikrostruktur besitzt, welche von
einer Faserumhüllung
umgeben ist;
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2 ist
eine Querschnittsseitenansicht einer optischen Faser, welche einen
Kern besitzt (angezeigt als Körpermodell),
welche im Allgemeinen einen Moden-Felddurchmesser definiert;
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3A stellt
einen ersten Schritt in dem Prozess bzw. Verfahren der Erfindung
dar, wobei die Endbereiche der mikrostrukturierten optischen Faser, welche
in 1 dargestellt sind (und welche auf der rechten
Seite gezeigt werden) und die optische Faser, welche in 2 dargestellt
wird (und welche auf der linken Seite gezeigt wird) in gegenüberliegender Beziehung
innerhalb einer elektrisch betriebenen Schmelz-Spleiß-Einrichtung
ausgerichtet sind;
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3B zeigt
einen zweiten Schritt des Verfahrens, wobei ein Lichtbogen, welcher
durch die Schmelz-Spleiß-Einrichtung
erzeugt wird, die Enden der mikrostrukturierten optischen Faser
und der optischen Faser schmilzt;
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3C stellt
einen dritten Schritt des erfinderischen Verfahrens dar, wobei die
geschmolzenen Endbereiche der Fasern in Berührung miteinander bewegt werden,
um einen Spleiß zu
bilden;
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3D stellt
einen vierten Schritt des erfinderischen Verfahrens dar, wobei zusätzliche
Wärme an
die Spleiß-Verbindung
durch den Lichtbogen der Schmelz-Spleiß-Einrichtung angelegt wird;
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4 ist
eine Querschnittsseitenansicht eines später gespleißten Endteils einer mikrostrukturierten
optischen Faser, welche darstellt, wie die Wärme des Schmelzens nur ein
geringes Schrumpfen der Löcher
erzeugt, welche die Mikrostruktur bilden, und
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5 ist
ein Graph, welcher die optischen Verluste darstellt, welche zu jedem
von zehn Spleißvorgängen gehört, welche
durch das Verfahren der Erfindung gebildet sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Mit
Bezug nun auf 1 und 2, wobei die
gleichen Ziffern gleiche Komponenten innerhalb aller der verschiedenen
Figuren kennzeichnen, ist die Erfindung sowohl ein Spleißen als
auch ein Verfahren zum Verbinden einer Photonischen Kristallfaser 1 mit
einer herkömmlichen
optischen Faser 3. Die mikrostrukturierte optische Faser 1 beinhaltet
eine Mikrostruktur 5, welche aus einer Vielzahl von Löchern 7 in
dem Glas gebildet ist, welches die Faser 1 bildet. Die
Löcher 7 sind
parallel zu der zentralen optischen Achse A1 der Faser 1 und
liefern eine Vielzahl von Silizium-/Luft-Schnittstellen, welche
eine Licht leitende Funktion über
interne Totalreflexion bilden, wenn die Faser 1 in Gebrauch
ist. Die Mikrostruktur 5 ist durch eine ringförmige Umhüllung 9 umgeben,
welche, in diesem Beispiel, integral aus dem gleichen Silizium gebildet
ist, welches die Mikrostruktur bildet. In der bevorzugten Ausführungsform
ist die radiale Breite der Umhüllung
wenigstens 1,6-mal die radiale Breite der Mikrostruktur und ist
mehr bevorzugt ungefähr
2,0-mal diese radiale Breite. In dem Beispiel, welches in 1 dargestellt
ist, ist die radiale Breite der mikrostrukturierten optischen Faser 1 gleich
62,5 um, wobei die Mikrostrutur 5 eine radiale Breite von
ungefähr
2,8 μm besitzt,
während
die Umhüllung 9 eine
radiale Breite von 41,7 μm
besitzt. Demnach ist in dem Beispiel, welches in 1 dargestellt
ist, die radiale Breite der Umhüllung
geringfügig
größer als
2,0-mal der radialen Breite der Mikrostruktur 5. Wie nachfolgend
mehr offensichtlich wird, ist eine derartige Proportionalität zwischen
der Mikrostruktur 5 und der Umhüllung 9 wichtig, da
diese hilft, ein wesentliches Kollabieren der Löcher 7 zu verhindern,
welche die Mikrostruktur 5 bilden, wenn die Spleiß-Verbindung
der Erfindung gebildet wird.
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Mit
speziellem Bezug auf 2 beinhaltet die optische Faser 3,
mit welcher die mikrostrukturierte optische Faser 1 verbunden
wird, einen Kern 11, welcher durch eine Ummantelung 13 umgeben
ist. Sowohl der Kern 11 als auch die Ummantelung 13 sind
integral aus Silizium gebildet, wobei der Unterschied darin liegt,
dass der Kern 11 einen höheren Brechungsindex als die
umgebende Ummantelung 13 besitzt. Ein derartiger Unterschied
im Brechungsindex wird gewöhnlich
durch das Vorsehen einer höheren
Konzentration an Dotieratomen, wie z.B. Germanium, in dem Kern 11 erreicht.
In der bevorzugten Ausführungsform
besitzt die optische Faser 3 einen Modenfelddurchmesser
D2, welcher etwas größer als
der Durchmesser des Kernes 11 ist und der gleiche ist,
wie der Durchmesser des Modenfelddurchmessers D1 der mikrostrukturierten
optischen Faser 1. Da der Modenfelddurchmesser D1 der mikrostrukturierten
optischen Faser nahezu 6 μm
bei der Wellenlänge
1550 nm ist, ist die optische Faser 3, welche in der bevorzugten
Ausführungsform
benutzt wird, eine 2% hohe optische Delta-Faser, da derartige Fasern
typischerweise auch einen Modenfelddurchmesser von ungefähr 6 μm bei der
Wellenlänge 1550 nm
besitzen. Während
die Erfindung Spleiß-Verbin-dungen
und ein Spleiß-Verfahren
umfasst, in welchem der Modenfelddurchmesser der optischen Faser 3 etwas
unterschiedlich von dem Modenfelddurchmesser D1 der mikrostrukturierten
optischen Faser 1 ist, wird eine derartige Ausführungsform
nicht vorgezogen, da die geometrische Fehlanpassung der Modenfelddurchmesser
zu unerwünschten
Verlusten in der endgültigen
Spleiß-Verbindung
führt.
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Da
der Modenfelddurchmesser einer 2% hohen Deltafaser signifikant geringer
als der Modenfelddurchmesser einer gewöhnlich benutzten optischen
Faser wie z.B. einer SMF-28
®-Optischen-Singlemode-Faser ist, welche
von Corning Incorporated, von Corning, New York, hergestellt wird,
gibt es eine Notwendigkeit für
eine wirtschaftliche und effiziente Weise, um optische Fasern, welche
verhältnismäßig kleine
Modenfelddurchmesser (d.h. in der Größenordnung von 6 μm) besitzen,
mit mehr gewöhnlich genutzten
Fasern, wie z.B. SMF-28
®-Optischen-Singlemode-Fasern,
zu spleißen,
welche größere Modenfelddurchmesser
(d.h. in der Größenordnung
von ungefähr
10 μm) besitzen.
Glücklicherweise
wurde dieses Problem bereits in einer Patentanmeldung mit dem Titel "An Optical Fiber
Having an Expanded Mode Field Diameter and Method for Expanding
the Mode Field Diameter," erfunden
von Qui Wu, mit der PCT-Seriennummer
US
99/21828 , zugeteilt an Corning, Incorporated, gelöst. Diese
Patentanmeldung wurde unter der internationalen Veröffentlichungsnummer
WO 00/19256 veröffentlicht.
Diese Anmeldung liefert eine vollständige Beschreibung, auf welche
Weise eine Überbrückungsfaser
hergestellt werden kann, welche einen sich erweiternden Modenfelddurchmesser
zwischen 6 μm
an einem Ende und 10 μm
an dem anderen Ende besitzt, welche benutzt werden kann, um effizient
eine Spleiß-Kopplung
eines Segmentes einer Hoch-Delta-2%-Faser an eine SMF-28
®-Optische-Singlemode-Faser
durchzuführen.
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3A-3D stellen
das Verfahren und die sich ergebende Spleiß-Verbindung der Erfindung dar.
In dem ersten Schritt des Verfahrens, welches in 3A dargestellt
wird, wird ein Endbereich 15 einer mikrostrukturierten
optischen Faser 1 gegenüber
einem Endbereich 17 der optischen Faser 3 innerhalb einer
kommerziell erhältlichen
Schmelz-Spleiß-Einrichtung 18 platziert.
Die Spleiß-Einrichtung 18 kann z.B.
eine kommerziell erhältliche Schmelz-Spleiß-Einrichtung
sein, wie z.B. ein Modell Nr. FSU-975 einer Schmelz-Spleiß-Einrichtung, welche
von Ericsson Cable AB hergestellt wird, erhältlich von Amherst FiberOptics
aus Brentwood, Tennessee. Es ist wichtig, dass die optischen Achsen
A1 und A2 (in 1 und 2 gezeigt)
kollinear während des
Ausrichtschrittes sind, so dass die Modenfelddurchmesser der Fasern
präzise
ausgerichtet sind. Wie über
die 3A-3D gezeigt wird, beinhaltet die
Schmelz-Spleiß-Einrichtung 18 ein
Paar von gegenüberliegenden
Nadelekeltroden 19a, b. Es ist außerdem während des Schrittes der Anfangsausrichtung,
welche in 3A gezeigt wird, wichtig, dass das
Ende 15 der mikrostrukturierten Faser 1 über einen
Abstand d1 von der Mittellinie C versetzt ist, welche zwischen den
Punkten dieser Elektroden 19a, b definiert ist. In dem
Verfahren der Erfindung reicht der Abstand d1 zwischen ungefähr 25 bis
300 μm und
ist vorzugsweise 100 μm.
Vor dem Anwenden eines Lichtbogens von den Elektroden 19a,
b wird eine Karbon-Beschichtung 21 am Ende 15 der
mikrostrukturierten optischen Faser 1 angelegt, wie gezeigt.
Diese Beschichtung 21 ist an Erde angelegt, um die Anwendung
eines Lichtbogens an dem Endbereich 15 zu erleichtern.
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In
dem zweiten Schritt des Spleiß-Verfahrens,
welches in 3B dargestellt ist, wird die Schmelz-Spleiß-Einrichtung 18 betrieben,
um einen Lichtbogen 23 zu erzeugen, um die verschmolzenen Endbereiche 25a,
b zu erzeugen. In der bevorzugten Implementierung dieses Verfahrensschrittes
wird der Lichtbogen von einem Strom von zwischen ungefähr 8 und
12 mA erzeugt, und am meisten bevorzugt mit ungefähr 10 mA.
Außerdem
werden die Enden 25a, b der Fasern 1 und 3 dem
resultierenden Lichtbogen 23 für eine Zeitdauer von zwischen
ungefähr
0,2 und 0,4 Sekunden ausgesetzt und am meisten bevorzugt 0,3 Sekunden
lang. Die Versatzanordnung des Endes 25a der mikrostrukturierten
optischen Faser 1, der zuvor beschriebene Abstand d1, verhindert
dass der heißeste
Bereich des Lichtbogens 23 das Ende 25a berührt. Dies
ist ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung, da ein derartiger
indirekter Kontakt mit dem Lichtbogen 23 in vorteilhafter
Weise ein außergewöhnliches
Schrumpfen der Löcher 7 verhindert, welche
die Mikrostruktur 5 bilden.
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Der
dritte Schritt des Verfahrens wird in 3C dargestellt.
Hier ist die Schmelz-Spleiß-Einrichtung 18 deaktiviert
und die zwei Enden 25a, b der Fasern 1, 3 werden
zur Berührung
zueinander bewegt um die Spleiß-Verbindung 27 zu
bilden. In diesem Schritt werden die Enden 25a, b auf Berührung zueinander
für einen
Abstand d2 von zwischen ungefähr
6 und 10 μm
und am meisten bevorzugt von ungefähr 8 μm bewegt. Eine derartige "überlappende" Berührung
ist möglich,
da die Enden 25a, b der Fasern 1, 3 sofort
nach dem zweiten Verfahrensschritt in einem plastischen Zustand
sind.
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Der
vierte Schritt des Spleiß-Verfahrens
wird in 3D dargestellt. Hier, zwischen
ungefähr
0,2 und 0,5 Sekunden nachdem die beiden Enden 25a, 25b in
Berührung
zueinander gebracht wurden, um den Spleiß 27 zu bilden, wird
die Schmelz-Spleiß-Einrichtung 18 wieder
mit dem gleichen Strombetrag reaktiviert, welcher mit Bezug auf den
zweiten Verfahrensschritt beschrieben wurde, aber für eine etwas
längere
Schmelzzeit von zwischen ungefähr
0,4 und ungefähr
0,6 Sekunden, und am meisten bevorzugt, für ungefähr 0,5 Sekunden. Das zusätzliche
Erwärmen
sichert die Herstellung eines festen Spleißes, speziell zwischen der
Umhüllung 9 der
mikrostrukturierten optischen Faser 1 und der Ummantelung 13 der
optischen Faser 3.
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4 stellt
den Betrag des Öffnungenkollabierens
oder Schrumpfens dar, welcher typischerweise in der Mikrostruktur 29 einer
mikrostrukturierten optischen Faser 1 bei der Spleiß-Verbindung 27 auftritt.
Während
es ein gewisses Schrumpfen als Ergebnis des anfänglichen Schmelzschrittes gibt,
welcher mit Bezug auf 2 beschrieben wurde, werden
die Flächen
der Öffnungen 7,
welche die Mikrostruktur bilden, nur um ungefähr 30% gegenüber ihren
Anfangsquerschnittsflächen
reduziert. Die Anmelder glauben, dass der verhältnismäßig kleine Betrag des Kollabierens
der Öffnungen 7 herrührt von: dem
Versetzen des Endes 15 der mikrostrukturierten optischen
Faser 1 bezüglich
des Lichtbogens, welcher durch die Schmelz-Spleiß-Einrichtung 18 während des
anfänglichen
Schmelzschrittes erzeugt wurde, dem Gebrauchen von verhältnismäßig kleinen Strombeträgen für kurze
Zeitbeträge
in einer Zweistufenanwendung der Schmelzwärme und der Auswahl einer mikrostrukturierten
optischen Faser, welche eine äußere Umhüllung von
ausreichender Dicke besitzt, um die Mikrostruktur 6 vor übermäßiger Wärme während der
Schmelzschritte zu isolieren.
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5 stellt
Beispiele optischer Versuche dar, in Dezibel, welche zehn unterschiedlichen Spleiß-Verbindungen 27 zuordenbar
sind, welche entsprechend mit dem Verfahren der Erfindung hergestellt
wurden. Wie aus dem Graphen offensichtlich wird, erreichen diese
Verluste zwischen 0,63 dB und 0,10 dB. Bedenkt man die Tatsache,
dass Spleiße entsprechend
dem Stand der Technik Verluste von 1,5 dB, entsprechend einem Signalverlust
von ungefähr
25% hatten und dass die Dezibelskala logarithmisch ist, führt die
Erfindung zu einer wahrhaft dramatischen Verbesserung. Der höchste Verlust
unter den beispielhaften Spleißen
von 0,63 dB entspricht einem Verlust von nur ungefähr 10%,
während
der niedrigste Verlust von 0,10 dB nur ungefähr einem 1%-igen Signalverlust
entspricht, welcher vergleichbar zu den Verlusten ist, welche zu
Spleißen
zwischen herkömmlichen
optischen Fasern gehören. Demnach
wird eine Verbesserung von zwischen 250% und 2500% realisiert.
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Während diese
Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden
verschiedene Hinzufügungen,
Modifikationen und Veränderungen
der Erfindung für
ordentliche Fachleute offensichtlich werden. Alle derartigen Hinzufügungen,
Modifikationen und Variationen sollen innerhalb des Umfanges dieses
Patentes umfasst sein, welches nur durch die hier angehängten Ansprüche begrenzt
ist.
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- 1
- mikrostrukturierte
optische Faser
- 3
- herkömmliche
optische Faser
- 5
- Mikrostruktur
- 7
- Löcher
- 9
- Umhüllung
- 11
- Kern
- 13
- Ummantelung
- 15
- Endbereich
(der mikrostrukturierten optischen Faser)
- 17
- Endbereich
(der optischen Faser)
- 18
- Schmelz-Spleiß-Einrichtung
- 19
- Elektroden
a, b
- 21
- Karbon-Beschichtung
- 23
- Lichtbogen
- 25
- verschmolzene
Endbereiche a, b
- 27
- Spleiß
- 29
- Mikrostruktur
nach dem Schmelzen