PL204576B1 - Sposób łączenia włókien światłowodowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu łączenia włókien światłowodowych, w szczególności takiego sposobu, w którym końce łączonych włókien przycinane są względem osi włókien pod kątem innym niż kąt prosty.

Włókna światłowodowe mogą być połączone ze sobą na wiele różnych sposobów. Spawanie włókien obejmuje podgrzanie dwóch końców łączonych włókien w celu wytworzenia ciągłego ośrodka przejściowego. Złącze mechaniczne polega na zestyku końców włókien na odpowiedniej podstawie lub złączce. Ponieważ połączenie mechaniczne włókien nie wymaga stosowania ciepła, to jest ono preferowane w terenie. Urządzenia do połączeń mechanicznych muszą być zaprojektowane z dużą dokładnością która zapewni właściwe wyrównanie w linii końców włókien. Przykłady takich urządzeń do połączeń mechanicznych zawarte są w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych A. P. nr US 4687288 i US 5394496. Szczególnym rodzajem zwalnianego połączenia mechanicznego włókien jest łącznik włókien światłowodowych. Przykład takiego łącznika znajduje się w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych A. P. nr US 4705352. Łącznik ten zawiera mechanizm osadczy zapewniający, że w czasie powtarzanych sprzężeń włókien, łącznik ma zawsze to samo względne położenie, które zapobiega uszkodzeniu końca włókna. Jednak w opisie tym nie ma żadnej sugestii co do użycia tego mechanizmu do skośnego przycinania włókien. Opis ten sugeruje, że włókna mogą być łączone ze sobą w dowolnej względnej orientacji.

W celu połączenia włókien światłowodowych, ich końce przycinane są pod kątem prostym do osi włókien. Opis patentowy Stanów Zjednoczonych A. P. nr US 4229876 przedstawia nóż do przycinania włókien światłowodowych.

Włókna światłowodowe przycinane są tradycyjnie pod kątem prostym względem ich osi podłużnej. Zostało jednak znalezione, że przycięcie włókien pod kątem różnym od prostego znacząco redukuje straty światła na odbicie. Na przykład, międzynarodowe zgłoszenie patentowe PCT (nr publikacji WO 98/54608) przedstawia narzędzie do przycinania włókien pod pewnym kątem względem prostej prostopadłej do ich osi. Kąt, pod którym przycinane są włókna światłowodowe odchylony jest od kąta prostego o wielkość od 1° do 20°, korzystnie od 5° do 10°

Europejski opis patentowy EP 0419699 B1 i japoński opis patentowy JP 59038707 ujawniają łącznik włókien światłowodowych, których tuleje oraz umieszczone w nich włókna mają wypolerowane skośnie powierzchnie czołowe, które nie są prostopadłe do osi podłużnej włókien. Po złączeniu ze sobą dwóch tulei łącznika, powierzchnie czołowe tulei wchodzą w zestyk, podczas gdy między powierzchniami czołowymi włókien światłowodowych utworzona jest szczelina.

Z niemieckiego opisu patentowego DE 3701421 A1 znany jest wtykowy łącznik włókien światłowodowych, którego tuleje i włókna mają wypolerowane powierzchnie końcowe nachylone względem osi podłużnej włókien. Po złączeniu ze sobą dwóch tulei z włóknami, powierzchnie czołowe zarówno tulei łącznika, jak i włókien światłowodowych stykają się ze sobą w orientacji równoległej.

Chociaż lekko skośne powierzchnie czołowe końców włókien eliminują starty światła, to powstaje problem w czasie ich łączenia. Do właściwego zestyku skośnych powierzchni czołowych włókien, bez żadnej szczeliny między nimi, powierzchnie te muszą być równoległe do siebie. Oznacza to, że włókna światłowodowe w czasie umieszczania w korpusie złączki winny mieć określoną orientację. Zgodnie ze znanymi sposobami łączenia włókien, względna orientacja łączonych włókien jest dowolna. Oczywiście istnieje możliwość doświadczalnego określenia właściwej orientacji włókien przez umieszczenie ich w złączce i pomiar strat na odbicie dla różnych orientacji. Taki sposób orientacji włókien jest jednak kosztowny i czasochłonny, oraz może spowodować uszkodzenie powierzchni czołowych włókien. Alternatywnie może być zastosowany żel optyczny (żel o dopasowanym współczynniku załamania), który może zredukować szkodliwy wpływ niewłaściwej orientacji powierzchni czołowych włókien. Jednakże, nawet stosowanie żelu optycznego powoduje utratę zalet wynikających ze skośnego przycięcia końców łączonych włókien.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu łączenia włókien światłowodowych, które umożliwi pełne wykorzystanie zalet wynikających ze skośnego przycięcia końców włókien oraz będzie praktyczny i ekonomiczny w stosowaniu, a tym samym wyeliminuje niedogodności znanych dotychczas sposobów mechanicznego łączenia włókien światłowodowych.

Istotę wynalazku stanowi sposób łączenia włókien światłowodowych, który charakteryzuje się tym, że obejmuje etapy, w których: do pierwszego elementu osadczego mocuje się pierwsze włókno światłowodowe, którego część wystaje poza pierwszy element osadczy; umieszcza się pierwszy elePL 204 576 B1 ment osadczy w członie podtrzymującym w odpowiedniej orientacji promieniowej, określonej przez występ na pierwszym elemencie osadczym i współpracującą z nim szczelinę w członie podtrzymującym; przycina się przymocowane do pierwszego elementu osadczego i wystające z niego pierwsze włókno światłowodowe pod określonym, ostrym kątem nachylenia względem prostej prostopadłej do osi włókna światłowodowego i członu podtrzymującego; usuwa się pierwszy element osadczy z członu podtrzymującego; umieszcza się pierwszy element osadczy w korpusie urządzenia do łączenia włókien w odpowiedniej orientacji promieniowej, określonej przez występ na pierwszym elemencie osadczym i współpracującą z nim szczelinę w korpusie urządzenia; oraz powtarza się powyższe etapy dla drugiego włókna światłowodowego i drugiego elementu osadczego. Pierwsza i druga skośna powierzchnia czołowa końców włókien światłowodowych stykają się ze sobą w orientacji wzajemnie równoległej.

Przez skośne przycięcie włókien w określonej orientacji promieniowej oraz ich umieszczenie w tej orientacji, uzyskuje się przewidywalną orientację stykających się włókien. Dzięki temu uzyskuje się bardzo dobrą równoległość stykających się powierzchni czołowych włókien.

Należy zaznaczyć, że orientacja promieniowa włókien w czasie ich przycinania nie musi być taka sama jak ta w czasie ich umieszczania w korpusie urządzenia do łączenia włókien. Jeżeli stosowane jest urządzenie do przycinania włókien i człon podtrzymujący o tej samej orientacji, wtedy drugi element osadczy winien być, w czasie doprowadzania do zestyku powierzchni czołowych włókien, obrócony względem pierwszego elementu osadczego o kąt 180° (przy założeniu, że stosowane są identyczne elementy osadcze i ten sam człon podtrzymujący w czasie przycinania włókien).

Zgodnie z wynalazkiem, człon podtrzymujący, w którym umieszczane jest włókno w celu przycięcia, przymocowane jest korzystnie do urządzenia do przycinania włókien, co zapobiega przemieszczaniu się tego członu względem urządzenia. Człon podtrzymujący stanowi z urządzeniem do przycinania włókien korzystnie integralną całość.

Kąt nachylenia, pod którym przycina są włókna światłowodowe, wynosi korzystnie od 5° do 12° względem prostej prostopadłej do osi podłużnej każdego włókna światłowodowego. (Należy zaznaczyć, że kąt ten mierzy się zawsze względem prostej prostopadłej do osi podłużnej włókna, przy czym kąt 0° oznacza, że powierzchnia czołowa włókna jest prostopadła do jego osi podłużnej). W innych korzystnych rozwiązaniach wynalazku kąt nachylenia wynosi od 7° do 9°, chociaż mogą być zastosowane inne kąty.

W korzystnym rozwią zaniu wynalazku, mocowanie wł ókna ś wiatł owodowego do elementu osadczego obejmuje obkurczenie cieplne tulei wokół elementu osadczego. Elementy osadcze mogą składać się z dwóch części, które są dociśnięte do siebie przez odkształcaną cieplnie tuleję. W ten sposób uzyskuje się mocne dociśnięcie włókien, które może wspomóc w uzyskaniu naprężeń osiowych ułatwiających dociśnięcie do siebie powierzchni czołowych włókien.

W alternatywnym rozwiązaniu wynalazku, mocowanie włókna światłowodowego do elementu osadczego obejmuje obciśnięcie elementu osadczego. Również i w tym przypadku elementy osadcze mogą wspomóc w utworzeniu naprężeń osiowych włókien.

Korzystnym jest, jeżeli stykające się skośne powierzchnie czołowe końców włókien światłowodowych umieszcza się w członie wyrównującym. Taki człon wyrównujący, który jest jako taki znany, zapewnia boczne wyrównanie końców włókien. Człon wyrównujący składa się korzystnie z pierwszego i drugiego elementu, mię dzy którymi umieszczane są wł ókna ś wiatł owodowe, przy czym jeden z tych elementów zaopatrzony jest w rowek w przybliżeniu w kształcie litery V, który zostaje zakryty po złączeniu ze sobą obydwu tych elementów członu wyrównującego.

W korpusie urządzenia do łączenia włókien umieszcza się korzystnie łącznik włókien światłowodowych.

Pierwszy element osadczy umieszcza się w korpusie urządzenia do łączenia włókien korzystnie w czasie jego wytwarzania.

Korzystnie stosuje się korpus urządzenia do łączenia włókien wyposażony przynajmniej w jeden zatrzask do zatrzaśnięcia ze sobą obydwu elementów osadczych.

Na drugą powierzchnię czołową końca włókna stosuje się korzystnie żel optyczny.

Wynalazek w przykładowych rozwiązaniach konstrukcyjnych uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do łączenia włókien światłowodowych według wynalazku, w osiowym przekroju podłużnym, fig. 2 - urządzenie według fig. 1, w przekroju poprzecznym, fig. 3 włókna światłowodowe połączone sposobem według wynalazku, w widoku z boku, fig. 4 - urządzenie do przycinania włókien według wynalazku, w osiowym przekroju podłużnym, fig. 5 - odmianę urządze4

PL 204 576 B1 nia do łączenia włókien światłowodowych według wynalazku, w widoku perspektywicznym z częściowym przekrojem osiowym, a fig. 6 - inną odmianę urządzenia do łączenia włókien światłowodowych według wynalazku, w widoku perspektywicznym z częściowym przekrojem osiowym.

Przedstawione na fig. 1 przykładowe urządzenie 1 do mechanicznego łączenia włókien światłowodowych składa się z rurowego korpusu 2, członu wyrównującego 3 oraz dwóch końcowych elementów osadczych 4 i 5, w których umieszczone są włókna światłowodowe 20, 21, z części końcowych których usunięte są koszulki. Końce włókien umieszczane są i wyrównywane w linii w rowku 6 w kształcie litery V członu wyrównującego 3. Rowek 6 ma na końcach członu wyrównującego 3 poszerzone części 6], które umożliwiają wygięcie włókien w tych obszarach w celu utrzymania siły dociskowej stykających się powierzchni czołowych końców włókien.

Zgodnie z wynalazkiem, urządzenie 1 do mechanicznego łączenia włókien wyposażone jest w mechanizm do określania i utrzymywania orientacji kątowej włókien światłowodowych. Mechanizm ten wyposażony jest w krawędzie lub występy 7 znajdujące się na elementach osadczych 4, 5 oraz we współpracujące z nimi szczeliny 8 znajdujące się w korpusie 2. Kombinacja występów 7 i szczelin 8 zapewnia, że elementy osadcze 4, 5 mogą być wprowadzone do korpusu 2 tylko w jednej określonej orientacji kątowej (co jest widoczne również na fig. 2). Należy zaznaczyć, że włókna światłowodowe 20, 21 utrzymywane są w elementach osadczych 4, 5 mocno i nieruchomo, na przykład przez dociśnięcie elementów osadczych do włókien.

Elementy osadcze według fig. 1 po umieszczeniu w korpusie 2 utrzymywane są przez sprężyste zatrzaski, które zaczepiają się o krawędzie 10 elementów osadczych. Zatrzaski 9, które mogą być wykonane z metalu (na przykład z metalowego drutu), lub z tworzywa sztucznego, znajdują się w szczelinach 11. Końce włókien umieszczane są w elementach osadczych w taki sposób, że kiedy elementy te zostają zatrzaśnięte, wtedy końce włókien stykają się ze sobą a przynajmniej jedno z włókien zostaje nieznacznie wygięte w poszerzonej części 61 rowka 6. Zapewnia to dobry zestyk powierzchni czołowych końców włókien światłowodowych.

Drugi element osadczy 5 (fig. 1) obrócony jest względem pierwszego elementu osadczego 4 o kąt 180°. Takie zestawienie umożliwia zastosowanie jednej konstrukcji elementów osadczych w obydwu końcach urządzenia 1, oraz (co jest bardziej ważne) zapewnia właściwą orientację powierzchni czołowych włókien, co jest bliżej wyjaśnione w połączeniu z fig. 3.

Element osadczy 4 na fig. 4 (co jest również widoczne na fig. 1) przylega do końca 22 włókna światłowodowego 20, z którego usunięta jest koszulka. Element osadczy 4 z włóknem umieszczany jest następnie w członie podtrzymującym 29. Ze względu na obecność szczeliny 8 i występu 7, element osadczy 4 może być umieszczony tylko w jednej określonej orientacji kątowej. Wtedy przycinany jest koniec 22 włókna światłowodowego 20 pod określonym kątem względem prostej prostopadłej do osi podłużnej włókna, za pomocą urządzenia przycinającego 28, które jako takie jest znane, na przykład z międzynarodowego zgłoszenia patentowego PCT (nr publikacji WO 98/54608). Powierzchnia czołowa 24 końca 22 włókna, odchylona od kierunku prostopadłego o kąt nachylenia α, przedstawiona jest schematycznie na fig. 3, przy czym wielkość tego kąta α jest dla lepszej ilustracji przesadzona.

Po przycięciu końca 22 włókna światłowodowego 20, element osadczy usuwany jest z członu podtrzymującego 29 i umieszczany w korpusie 2 urządzenia do łączenia włókien. (Należy zaznaczyć, że korpus może zawierać zainstalowane fabrycznie jedno włókno, ale również obydwa włókna mogą być zainstalowane w terenie). Występ 7 i szczelina 8 korpusu 2 zapewniają że element osadczy 4 umieszczany jest w korpusie 2 w określonej orientacji, na przykład (jak w opisywanym przykładzie) w dokładnie takiej, jak w czasie przycinania końca włókna.

Powyższe etapy sposobu łączenia włókien powtarzane są dla drugiego elementu osadczego 5 i drugiego włókna światłowodowego 21. Jak przedstawiono na fig. 1, drugi element osadczy 5 umieszczany jest w korpusie 2 w orientacji kątowej obróconej względem pierwszego elementu osadczego 4 o kąt 180°. Taki układ sprawia, że powierzchnie czołowe 24 i 25 końców 22 i 23 włókien światłowodowych są równoległe względem siebie (fig. 3). Następnie, zatrzaśnięcie obydwu elementów osadczych powoduje zestyk powierzchni czołowych 24 i 25 końców 22 i 23 obydwu włókien światłowodowych 20 i 21. Wynikiem takiego sposobu i urządzenia według wynalazku jest złącze włókien światłowodowych o bardzo wysokiej jakości, mające bardzo małe straty światła na odbicie.

W rozwiązaniu urządzenia do mechanicznego łączenia włókien według fig. 5, między elementami osadczymi i ich uchwytami 18 znajdują się sprężyny 19, które generują skośny nacisk zapewniający bardzo dobry zestyk powierzchni czołowych łączonych włókien światłowodowych.

PL 204 576 B1

Natomiast urządzenie do mechanicznego łączenia włókien według fig. 6 pozbawione jest uchwytów na elementy osadcze. Zamiast tego, elementy osadcze wyposażone są w mechanizm zatrzaskowy 17, podobny do tego, jaki używany jest w długopisach. Oczywiście mogą być zastosowane inne konstrukcje urządzeń do łączenia włókien, w których mogą być uzyskane zalety wynikające ze sposobu łączenia włókien ze skośnymi powierzchniami czołowymi według wynalazku.

Claims (10)

1. Sposób łączenia włókien światłowodowych, znamienny tym, że obejmuje etapy w ramach których:

- do pierwszego elementu osadczego (4) mocuje się pierwsze włókno światłowodowe (20), którego część wystaje poza ten element osadczy (4);

- umieszcza się pierwszy element osadczy (4) w członie podtrzymującym (29) w odpowiedniej orientacji promieniowej, określonej przez występ na pierwszym elemencie osadczym (4) i współpracującą z nim szczelinę (8) w członie podtrzymującym (29);

- przycina się przymocowane do pierwszego elementu osadczego (4) i wystające z niego pierwsze włókno światłowodowe (20) pod określonym, ostrym kątem nachylenia (α) względem prostej prostopadłej do osi włókna światłowodowego (20) i członu podtrzymującego (29);

- usuwa się pierwszy element osadczy (4) z członu podtrzymującego (29);

- umieszcza się pierwszy element osadczy (4) w korpusie (2) urządzenia (1) do łączenia włókien w odpowiedniej orientacji promieniowej, określonej przez występ (7) na pierwszym elemencie osadczym (4) i współpracującą z nim szczelinę (8) w korpusie (2) urządzenia (1); oraz

- powtarza się powyższe etapy dla drugiego włókna światłowodowego (21) i drugiego elementu osadczego (5), przy czym pierwsza i druga skośna powierzchnia czołowa (24, 25) końców (22, 23) włókien światłowodowych (20, 21) stykają się ze sobą w orientacji wzajemnie równoległej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt nachylenia (α), pod którym przycina się włókna światłowodowe (20, 21), wynosi od 5° do 12° względem prostej prostopadłej do osi podłużnej każdego włókna światłowodowego (20, 21).

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mocowanie włókna światłowodowego (20, 21) do elementu osadczego (4, 5) obejmuje obkurczenie cieplne tulei (15) wokół elementu osadczego (4, 5).

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mocowanie włókna światłowodowego (20, 21) do elementu osadczego (4, 5) obejmuje obciśnięcie elementu osadczego (4, 5).

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stykające się skośne powierzchnie czołowe (24, 25) końców (22, 23) włókien światłowodowych (20, 21) umieszcza się w członie wyrównującym (3).

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się człon wyrównujący (3) mający pierwszy i drugi element (3a) i (3b), między którymi umieszcza się włókna światłowodowe (20, 21), przy czym przynajmniej jeden z tych elementów (3a, 3b) zaopatrzony jest w rowek (6) w kształcie litery V, który zostaje zakryty po złączeniu ze sobą obydwu tych elementów (3a, 3b) członu wyrównującego (3).

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w korpusie (2) urządzenia (1) do łączenia włókien umieszcza się łącznik włókien światłowodowych.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy element osadczy (4) umieszcza się w korpusie (2) urządzenia (1 do łączenia włókien w czasie jego wytwarzania.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się korpus (2) urządzenia do łączenia włókien wyposażony przynajmniej w jeden zatrzask do zatrzaśnięcia ze sobą elementów osadczych (4, 5).

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na drugą powierzchnię czołową (24) końca (23) włókna światłowodowego (21) stosuje się żel optyczny.