PT97464B - Processo para a preparacao de um acoplador optico para condutores polimericos de radiacoes luminosas - Google Patents

Processo para a preparacao de um acoplador optico para condutores polimericos de radiacoes luminosas Download PDF

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Description

DESCRIÇÃO
A presente invenção refere-se a um processo economicamente favorável para a preparação de acopladores ópticos que possuem uma elevada estabilidade mecânica e que são muito resistentes em relação à influência da temperatura e das condições atmosféricas exteriores.
Nas redes de condutores de ondas luminosas passivas, os acopladores servem como elementos de construção ópticos para a distribuição dos sinais de luz de condutores de ondas luminosas que chegam para condutores de ondas luminosas que saem. Os acopladores deste tipo consistem num corpo transpjj rente que está ligado a condutores de ondas luminosas no U do de entrada da luz e no lado de saída da luz. Além dos acopladores que se obtêm por colagem conjunta ou por fusão conjunta de corpos moldados transparentes com condutores de ondas luminosas, conhecem-se também acopladores para cuja preparação se perfuram feixes de condutores de ondas , lumino
sas e se estiram nos sítios das perfurações £.veja-se Agarwal, Fiber Integr. Optics 6 ( 1 ), 27 - 53, 1987 ^A fabricação de acopladores unidos deste tipo é, no entanto, dispendiosa e cara; além disso, acontece que o amortecimento de passagem desses acopladores conhecidos dificilmente é reprodutível, de modo que a potência entre as diferentes fibras de saída varia mais do que 1 dB.
São ainda conhecidos acopladores nos quais os feixes de fibras dos condutores poliméricos de ondas luminosas são fundidos por meio de um tubo enrugado (memória descriU va da patente de invenção alemã DE-A-37 37 930, memória des_ critiva da patente de invenção da Organização Mundial da Propriedade Intelectual W0-89/02608). Num processo de acordo com a patente de invenção da Organização Mundial da Propriedade Intelectual W0-89/02608, verifica-se apenas o co£ tacto incompleto entre as fibras do núcleo fundidas, a mangueira enrugada e uma assim chamado haste de enchimento, de modo que se obtem uma camada limite núcleo-invólucro pe£ turbada que origina grandes perdás ópticas.
Um outro grande problema de muitos acopladores, por exemplo, do acoplador de inclinação bicónica (Biconical-Taper) ou também a ligação da técnica da mangueira enrugada com o processo da inclinação bicónica, origina uma esta/
bilidade mecânica insuficiente, especialmente nas regiões próximas da zona de mistura, que apenas pode ser atenuada por meio de medidas de apoio especiais. Para satisfazer os requisitos de estabilidade necessários impostos pela indústria de construção de automóveis, é preciso, até agora, fixar o acoplador fabricado em caixas especiais.
objectivo da presente invenção é portanto proporcionar um processo de acordo com o qual é possível fabricar, de maneira simples e favorável do ponto de vista de custos, acopladores mecanicamente estáveis, e os quais originam pequenos amortecimentos de saída e pequenas oscilações das potências entre as fibras de saída.
Neste processo, deve existir a possibilidade de, de acordo com cada domínio de utilização, ou se partir de condutores de ondas luminosas prontos que são isentos do material de invólucro que os rodeia somente na zona de mistura, ou também fabricar feixes de condutores de ondas luminosas compactos em que pode deixar de existir uma extirpa, ção do invólucro.
A requerente descobriu que, de maneira simples, se podem fabricar acopladores estáveis contra acções exteriores, com um mínimo de diferença de potência entre as fibras de saída individuais, desde que o condutor da onda luminosa,
na zona de mistura, seja rodeado por um pequeno tubo de plástico, sobre o qual se enfia uma mangueira enrugada numa fase subsequente.
Para o processo de acordo com a presente invenção, colocam-se entre 2 e 10 condutores poliméricos de ondas l]j minosas com a mesma finura e enfeixam-se, podendo os condutores de ondas luminosas eventualmente ser perfurados, aplj_ ca-se por cima da zona de mistura um pequeno tubo de plástj_ co e, em seguida, enfia-se uma peça de mangueira de plástico enrugada por cima do tubo. Por aquecimento da mangueira faz-se encolher esta última.
Por meio do tubo de plástico, reforça-se a estabil_i_ dade da zona de mistura, de modo que esta é protegida contra acções exteriores, por exemplo acções de choque, golpes ou amolgadelas. 0 tubo não deve ser totalmente rígido mas deve ser flexível em certa medida , de maneira a adaptar-se dessa forma aos condutores de ondas luminosas na zona de mis_ tura mediante encurvamento, mas deve proteger esta contra a ruptura.
No entanto, o tubo de plástico também protege a zona de mi^ tura contra as influências de temperatura e climatéricas e_x teriores de modo que os acopladores deste tipo, mesmo com grandes solicitações de temperatura, apresentam apenas muito pequenas variações de amortecimento.
Os materiais apropriados para os tubos de plástico deste tipo são geralmente polímeros muito transparentes, cjj jo índice de refracção é menor do que o índice de refracção das fibras, por exemplo polimetacri1 ato de metilo (PMMA), poli-4-meti1-penteno, politetrafluoroetileno ou polímeros f luorados.
Uma condição prévia para se realizar uma fusão com êxito é a determinação das propriedades mecânicas e termodinâmicas dos condutores de ondas luminosas e do tubo de plástico. Ao aquecer-se condutores de ondas luminosas e os tubos de plástico, estes passam do estado vítreo para um estado termoelástico. Ao estado termoelástico, segue-se um estado termoplástico. Ao aumentar-se a temperatura, primeiramente o tubo de plástico deve passar para o estado termoelástico, enquanto o condutor de ondas luminosas só realiza esta passagem a uma temperatura mais elevada. No entanto, antes de o tubo de plástico passar para o estado termoplástico, os condutores de ondas luminosas já devem estar no estado termoelástico. Desta forma, verifica-se uma bom contacto óptico de tubos de plástico e de condutores de ondas luminosas e, simultaneamente, evita-se que o material do invólucro atinja o espaço entre os condutores. Por meio da alteração da massa molecular dos condutores de ondas luminosas e dos tubos de plástico, podem determinar-se os diferentes intervalos de temperatura uns a seguir aos outros.
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Se a temperatura de enrugamento da mangueira enrugada ficar dentro do intervalo de temperatura termoelástica do tubo de plástico, então verifica-se um enfeixamento vedado do tubo e dos condutores. Durante a fusão, o feixe de tubos pode ser rodeado com a mangueira enrugada e o tubo de plástico duraia te ou depois do aquecimento ser estirado simétrica ou assimetricamente, de modo que se forme um perfil de cone duplo com uma cinta no meio (inclinação bicónica -biconical taper11). Este perfil cónico duplo pode também atingir-se sem estiramento aquecendo a parte média da mangueira enrugada mais fortemente do que as extremidades.
Pelo processo de enrugamento da mangueira enrugada, obtém-se a deformação do tubo de plástico, de tal maneira que o feixe de condutores poliméricos de ondas luminosas fundido é fechado de maneira hermética.
índice de refracção do tubo de plástico, no processo de acordo com a presente invenção, deve ser menor do que o índice de refracção das fibras dos núcleos porque ele serve como invólucro óptico para a zona de mistura. Neste caso, as fibras devem ser libertadas do material do invólucro original antes de se puxar o tubo para a zona de mistura.
Uma vantagem deste processo consiste no facto de que r-lé possível não se realizar uma eliminação da mangueira enrugada e a posterior pintura da zona de mistura porque o tjj bo de plástico realiza completamente a função do revestimeii to óptico.
Pode conseguir-se uma redução adicional das perdas por amortecimento, por exemplo, espelhando o tubo de plástico por vaporização com metal, em especial alumínio, ou por envolvimento do tubo não vaporizado com uma folha de plástj_ co espelhada.
No entanto, o processo descrito é também apropriado para a preparação de feixes de condutores de ondas luminosas compactos, para o que não é necessária a ablação prévia do revestimento óptico dos condutores de ondas luminosas.
tubo de plástico tem um comprimento compreendido entre 10 e 100 milímetros, de preferência entre 40 e 60 mm e um diâmetro interno compreendido entre 1 e 50 milímetros, de preferência entre 3 e 10 mm.
A espessura da parede, na forma de realização preferida, e_s tá compreendida entre 0,5 e 25 milímetros, de preferência entre 1 e 5 mm. No entanto, deve atender-se ao facto de que a superfície interior do tubo é o mais possível lisa.
As mangueiras enrugadas que são apropriadas para o / -8processo de acordo com a presente invenção são descritas, por exemplo, nas memórias descritivas da patente de invenção alemã DE-A-37 37 930 e da patente de invenção da Organização
Mundial da Propriedade Intelectual W0-89/02608.
A mangueira enrugada pode ser preta, transparente ou corada. Como a mangueira enrugada não serve de invólucro óptico, o índice de refracção do material da mangueira enrugada, neste tipo de acabamento, não desempenha qualquer papel. E também possível utilizar uma mangueira enrugada cuja parede interna está recoberta com um plástico termoplástico. A mangueira enrugada com revestimento interior consiste, em geral, em uma poli-olefina.
Para o processo de acordo com a presente invenção, podem também utilizar-se mangueiras de enrugamento duplo. Estas mangueiras consistem numa mangueira enrugada interior e numa mangueira enrugada exterior. Ao atingir-se a temperatura de enrugamento da mangueira exterior, a mangueira interior está já termoplástica. A pressão que a mangueira enrugada exterior exerce é suficiente para se obter uma boa ligação entre a mangueira enrugada, o tubo de plástico e as fibras.
A mangueira enrugada possui normalmente um comprimento compreendido entre 10 e 200 milímetros, de preferên-
cia entre 50 e 100 mm e tem um diâmetro compreendido entre 0,5 e 60 milímetros, em especial entre 1 e 20 milímetros.
Os materiais usuais empregados para a construção das mangueiras enrugadas, por exemplo poli-olefinas, fluoreto de vinilideno ou copolímeros com fluoreto de vinilideno ou borracha de silicone, começam a enrugar, em geral, a temperaturas compreendidas entre 100 e 300° C, pelo que a mangueira se encurta numa proporção de 1,2 : 1 até cerca de 4 : 1,o que depende do tipo de mangueira enrugada.
Os acopladores em que tanto as fibras de entrada como também as fibras de saída se encontram numa direcção, em que a zona de acoplamento está encurvada de modo a ter a forma de U, são, por exemplo, consumidos na indústria automóvel. Os acopladores encurvados deste tipo são especialmente fracos contra acções mecânicas exteriores em que sem elas a zona de mistura está já sujeita a solicitações.
Por meio do tubo de plástico, esses acopladores especialmente formados precisamente nessa zona obtêm um elevado reforço de modo que eles são espeeialmente resistentes contra solicitações de choque, compressão e torção.
Resumindo, pode dizer-se que, por intermédio do pr£ cesso de acordo com a presente invenção, se podem fabricar acopladores com uma estabilidade mecânica espeeialmente gran/-10de. Por meio do tubo de plástico que envolve os condutores das ondas luminosas, as fibras ópticas estão dotadas de uma protecção especialmente eficaz contra todas as influências exteriores, como, por exemplo, óleo, pó ou humidade e, além disso, possuem uma resistência muito boa contra a influência da temperatura e das condições climatéricas.
EXEMPLOS
Exemplo 1
Fabricação de um acoplador em estrela 7x7, com misturador de transmissão
Em sete condutores de ondas luminosas, de plástico, de policarbonato com 0,5 metro de comprimento e com o diâmetro de respectivamente 1 milímetro, eliminou-se o invólucro óptico numa zona de 5 centímetros, por meio de gasolina. Em seguida, puxou-se para cima desta zona um tubo de PMMA fino (n = 1,492).0 índice de refracção das fibras era igual a n = 1,585. 0 tubo de PMMA tinha um diâmetro interno de 3 milímetros, uma espessura de parede Igual a 1 mm e um com primento de 5 centímetros. Em seguida, colocou-se por cima do tubo de PMMA e das fibras uma mangueira enrugada transp_a rente com 7 centímetros de comprimento, de polifluoreto de
-Ri-
vinilideno, com um diâmetro interno de 6,4 milímetros.
para a separação do aquecimento e da mangueira enrugada, puxou-se um tubo de vidro com o comprimento de 7,5 cm por cima da mangueira enrugada, tubo de PMMA e fibras com um diâmetro interno de 7 milímetros e fixaram-se as f£ bras. Na zona da mangueira enrugada ou do tubo de PMMA, subiu-se a temperatura para 195° C. Ao atingir-se esta temperatura, a mangueira enrugada começou a enrugar-se e o tubo de PMMA com as fibras, cuja temperatura de amolecimento era inferior a 195° C, começou a fundir. A zona fundida (designada como haste de mistura) tinha uma forma redonda com um comprimento i/= 2,5 centímetros e um diâmetro d - 3 milímetros. Como o tubo de PMMA possui um índice de refracção menor do que as fibras de policarbonato (n = 1,585), o tubo de PMMA juntamente com a sua acção de estabilização actua simultaneamente como invólucro óptico.
Na camada limite haste de mistura/tubo de PMMA, a luz que chega ao misturador é totalmente reflectida de modo que quase nenhuma luz podia passar para fora. Depois de se retirar o tubo de vidro, obtém-se um acoplador de estrela mecanicamente mais estável.
Ensaiou-se o acoplador em estrela relatívamente à sua resistência contra solicitações cíclicas de temperatura. Para o efeito, montou-se o acoplador numa câmara
-12,α' /
\ de climatização e submeteu-se, durante uma semana, a ciclos * de oito horas entre -40° C e +100° C. A alteração do amorteciment foi igual a 0,5 dB.
acoplador em estrela 7x7 com o misturador de transmissão tinha uma perda do excesso de 2,0 dB, com uma diferença de potência entre quaisquer fibras de saída igual a 1,5 dB.
Exemplo 2
Analogamente ao Exemplo 1, preparou-se um acoplador de transmissão em estrela. A haste de mistura foi aque cida a 180° C por meio de uma corrente de ar quente renovada e dobrada de maneira a ter a forma de U.
A perda do excesso medida foi igual a 2,5 dB com uma oscilação de potência entre quaisquer fibras de saída igual a 2 dB.
A acoplador de transmissão em estrela foi ensaiado nas mesmas condições que o acoplador do Exemplo 1 relativamente à sua resistência ã temperatura.
Também neste caso as alterações do amortecimento foram pequenas : + 0,6 dB. Os acopladores deste tipo mostraram uma elevada capacidade de resistência à torção.
Procedendo de maneira análoga à que se descreveu no
Exemplo 1, preparou-se um acoplador em estrela 7x7. Para se obterem menores perdas por amortecimento, utilizou-se um tubo de polimetacri1 ato de metilo vaporizado com alumínio.
Exemplo 3 acoplador de transmissão em estrela com uma zona de mistura espelhada tinha um excesso de perda de 1,7 dB com uma oscilação de potência entre as fibras de saída igual a 1,5 dB.
A diferença de amortecimento depois de uma solicitação de temperatura, analogamente ao Exemplo 1 e ao Exemplo 2, foi igual a 0,6 dB.
Exemplo 4
De maneira semelhante à que se descreveu no Exemplo 1, preparou-se um acoplador em estrela (7 χ 7) à base de f_i_ bras de PMMA estiradas (PMMA : n = 1,492). De maneira diferente em relação ao Exemplo 1, o invólucro óptico foi el_i_ minado com uma solução de tolueno-acetona (2 : 1).
tubo de plástico consiste num polímero fluorado com um íjn dice de refracção n = 1,37. Aquece-se o conjunto assim obti
*► do, que consiste nas fibras, no tubo de plástico e na mangueira enrugada, de tal forma que a temperatura na parte média seja igual a cerca de 190° C, enquanto a temperatura na zona das margens é cerca de 10° C mais baixa. Por causa desta diferença de temperaturas,verifica-se o enrugamento axial das fibras ópticas poliméricas estiradas. Como a parte média das fibras fundidas se encontra no estado termoplástico e a zona exterior se encontra no estado termoelástico, chega-se à formação de uma forma bicónica dentro do tubo de plástico. 0 inchamento radial das fibras que normalmente se verifica na zona das margens é suprimido pela força de enrugamento da mangueira enrugada.
acoplador de transmissão em estrela assim fabricado possui uma oscilação de potência muito pequena igual a 1,3 dB. A perda do excesso é da ordem de grandeza de
1,5 dB.
Submetida a uma solicitação cíclica de temperatura (de -40° C a +85° C), a diferença do amortecimento foi apenas igual a 0,5 dB.

Claims (14)

  1. REIVINDICAÇOES
    1. - Processo para a preparação de um acoplador õptico para condutores poliméricos de radiações luminosas por colocação no mesmo sentido e enfeixamento dos condutores das radiações luminosas por meio de um tubo exterior de plástico enrugado, carac terizado pelo facto de se colocarem no mesmo sentido dois a 10^ condutores poliméricos de radiações luminosas, se tapar um tubo exterior de plástico sobre a zona mista, em seguida, se empurrar um troço de tubo de plástico enrugado por cima do tubo exterior de plástico e se aquecer o tubo exterior enrugado a uma tempera tura à qual se contrai.
  2. 2. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte· f -16 rizado pelo facto de se fazer passar para o estado termoelástico o tubo exterior de plástico antes dos condutores poliméricos das radiações luminosas mas se consumar esta transformação para o es tado termoelástico ainda antes da transformação do material do tubo exterior de plástico para o estado termoplástico.
  3. 3. - Processo de acordo com pelo menos uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de a temperatura de enrugamento do tubo polimérico enrugado ficar compreendida dentro do intervalo de temperatura de termoelasticidade do tubo exterior de plástico.
  4. 4. - Processo de acordo com pelo menos uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo facto de se distender o' feixe de condutores das radiações luminosas durante ou depois do aquecimento.
  5. 5. - Processo de acordo com pelo menos uma qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo facto de se aquecer o tubo exterior enrugado mais fortemente na parte central do que nas extremidades.
  6. 6. - Processo de acordo com pelo menos uma qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo facto de o índice de re fracção do tubo exterior de plástico ser menor do que o índice de refracção das fibras interiores.
  7. 7. - Processo de acordo com pelo menos uma qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo facto de os condutores das radiações luminosas,, no sítio da ligação, serem isentos de material de revestimento e o tubo exterior de plástico servir co mo revestimento óptico para a zona mista do acoplador.
  8. 8. - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de o tubo exterior de plástico ser espelhado intemamente.
  9. 9. - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de o tubo exterior de plástico ser ainda envol vido com uma folha de plástico espelhada.
  10. 10. - Processo de acordo com pelo menos uma qualquer das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo facto de o comprimento do tubo exterior de plástico estar compreendido dentro do intervalo de 10 a 100 mm, de preferência dentro do intervalo de 40 a
    60 mm.
  11. 11. - Processo de acordo com pelo menos uma qualquer das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo facto de o diâmetro interno do_ tubo exterior de plástico ficar compreendido den .w tro do intervalo de 1 a 50 mm, de preferência dentro do interva lo de 3 a 10 mm.
  12. 12. - Processo de acordo com pelo menos uma qualquer das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo facto de o tubo exterior de plástico ter uma espessura da parede compreendida dentro do intervalo de 0,5 a 5 mm, de preferência dentro do intervalo de 1 a 2 mm.
  13. 13. - Processo de acordo com pelo menos uma qualquer das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo facto de a zona mista do acoplador õptico obtido possuir uma elevada resistência mecânica e estabilidade e ser especialmente resistente à acção da temperatura e ãs condições atmosféricas.
  14. 14. - Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo facto de a zona mista do acoplador õptico obtido poder ter uma forma, encurvada.
PT97464A 1990-04-26 1991-04-24 Processo para a preparacao de um acoplador optico para condutores polimericos de radiacoes luminosas PT97464B (pt)

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