Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Spleißen von Lichtwellenleitern, bei dem sich die beim Spleißen erzeugte Spleißtemperatur einstellen lässt. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zum Verspleißen von Lichtwellenleitern, bei der sich die bei einem Spleißen erzeuge Spleißtemperatur einstellen lässt.

Beim Spleißen von Lichtwellenleitern werden die Faserenden der zu verspleißenden Lichtwellenleiter erwärmt, so dass die Faserenden miteinander verschmelzen können. Bei einer qualitativ hochwertigen Spleißstelle wird gefordert, dass die Dämpfung, die das Licht beim Übertragen über die Spleißstelle erfährt, möglichst gering ist. Die Qualität der Spleißstelle hängt dabei insbesondere von der während des Spleißvorganges erreichten Spleißtemperatur ab. Des Weiteren ist für das Erzielen reproduzierbarer Ergebnisse beim Schmelzspleißen von Lichtwellenleitern das reproduzierbare Erreichen einer bestimmten Temperatur der Lichtwellenleiter während des Spleißvorgangs erforderlich.

Die tatsächliche Temperatur der Lichtwellenleiter ist im allgemeinen unbekannt, aber indirekt über die Leistung der Wärmequelle gegeben, die für das Verspleißen der Lichtwellenleiter eingesetzt wird. So ist für Spleißgeräte, die eine Glimmentladung zwischen zwei Elektroden als Wärmequelle verwenden, im allgemeinen die zwischen den Elektroden fließende Stromstärke das üblicherweise verwendete Maß für die Leistung der Wärmequelle. Der Zusammenhang zwischen Stromstärke und erreichter Spleißtemperatur hängt jedoch zum einen von Umwelteinflüssen, wie beispielsweise dem Luftdruck, der Umgebungstemperatur und der Luftfeuchte, ab, zum anderen kann der Zusammenhang zwischen verschiedenen Spleißgeräten gleicher Bauart durch Bauteil- und Fertigungstoleranzen variieren. Daher ist es schwierig, lediglich über das Vorgeben einer bestimmten Stromstärke, die gewünschte Spleißtemperatur einzustellen.

Da sich die Spleißtemperatur aber im allgemeinen lediglich durch Verändern der Stromstärke, die zwischen den Schweißelektroden fließt, verändern lässt, ist ein Kalibrierverfahren notwendig, das einen Zusammenhang zwischen eingestellter Stromstärke und Leistung der Wärmequelle beziehungsweise erreichter Spleißtemperatur herstellt.

Zum Einstellen der Spleißtemperatur sind verschiedene Verfahren bekannt:

In der Druckschrift EP 0320978 wird beispielsweise ein Verfahren beschrieben, bei dem ein blankes Faserende einer Wärmequelle ausgesetzt wird. Das Faserende wird dabei angeschmolzen und durch die Oberflächenspannung abgerundet. Dadurch zieht sich das Faserende im Vergleich zu seiner ursprünglichen Position zurück. Das Maß, in dem sich die Faser dabei verkürzt, korrespondiert zur Leistung der Wärmequelle. Durch das Messen der Faserverkürzung kann die Wärmeleistung annähernd ermittelt werden und auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Das Verfahren ist allerdings in einem gewissen Grade ungenau, da sich die Schmelzbedingungen beim Kalibriervorgang zu stark von den Bedingungen während eines tatsächlichen Spleißvorganges unterscheiden.

Ein ähnliches Verfahren wird in der Druckschrift JP 5150132 offenbart, bei dem das gemessene Volumen eines angeschmolzenen Faserendes als Maß für die Wärmeleistung verwendet wird. In der Druckschrift EP 0934542 wird ein Verfahren beschrieben, in dem ein Faserabschnitt einer definierten Zugkraft unterworfen wird, wobei er gleichzeitig durch Lichtbogenimpulse bestimmter Stromstärke und Dauer erwärmt wird. Dadurch verjüngt sich der Faserabschnitt. Die Verjüngung wird anschließend gemessen und mit einem vorgegebenen Sollwert der Verjüngung verglichen. Durch das Feststellen der Abweichung der tatsächlich gemessenen Verjüngung von dem Sollwert der Verjüngung kann die Stromstärke der Impulse oder deren Dauer und somit die Leistung der Wärmequelle geregelt werden. Das Verfahren ist allerdings sehr aufwändig, da es das Anwenden einer definierten Zugkraft erfordert und in der Praxis ein zusätzlicher Spleißvorgang für das Herstellen eines durchgehenden Faserabschnitts erforderlich ist.

In der Offenlegungsschrift DE 19746080 ist ein Verfahren beschrieben, in dem zwei Faserenden mit einem definierten seitlichen Versatz zueinander in Kontakt gebracht werden. Durch das Einschalten der Wärmequelle für eine definierte Zeitdauer werden die beiden Faserenden miteinander verbunden. Dabei reduziert sich aufgrund der Oberflächenspannung der Versatz der beiden Faserenden. Der resultierende Versatz ist ein Maß für die Leistung der Wärmequelle. Zum Einstellen einer vorgegebenen Leistung der Wärmequelle muss das Verfahren allerdings mehrmals wiederholt werden, was einen hohen Aufwand für das Vorbereiten der Faserenden erfordert. Außerdem ist das Anfertigen eines Spleißes notwendig. Ein ähnliches Verfahren ist in der Druckschrift US 5,772,327 beschrieben. Dabei wird anstelle des endgültigen Versatzes die Geschwindigkeit der Änderung des Versatzes bei einer Erwärmung bestimmt. Ein weiteres ähnliches Verfahren ist der Druckschrift US 6,294,760 zu entnehmen. Dabei werden zwei gegeneinander versetzte Faserenden durch Pulse erwärmt und nach jedem Puls die Änderung des Versatzes bestimmt, so dass während des gesamten Vorgangs eine Regelung der Wärmeleistung auf einen definierten Wert möglich ist.

Aus der Druckschrift WO 03/096088 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Lichtwellenleiter einer Wärmequelle ausgesetzt wird und die Leistung der Wärmequelle anhand einer beobachteten Reduktion des Durchmessers des Lichtwellenleiters bestimmt wird. Dieses Verfahren verspricht eine relativ hohe Genauigkeit, allerdings müssen für eine praktische Anwendung Stromstärken verwendet werden, die oberhalb der während eines normalen Spleißprozesses verwendeten Temperaturen liegen, so dass durch Extrapolation wiederum Ungenauigkeiten auftreten können.

Die Druckschrift US 5,909,527 gibt ein Verfahren an, bei dem eine Stromstärke bestimmt wird, indem zwei Faserenden unter Verwendung verschiedener Stromstärken erwärmt werden und jeweils die vom Faserende emittierte Intensität gemessen wird. Die dafür verwendeten Stromstärken sind geringer als die während des Spleißvorganges verwendeten Stromstärken. Aus den aufgenommenen Daten wird ein Zusammenhang zwischen Stromstärke und Intensität ermittelt, mit Hilfe dessen die gewünschte Stromstärke während eines Spleißvorganges extrapoliert wird. Bei dem Verfahren werden allerdings absolute Intensitätswerte verwendet, die aufgrund von Bauteil- und Fertigungstoleranzen zwischen verschiedenen Geräten variieren können. Somit muss bei diesem Verfahren ein Soll-Intensitätswert für jedes Gerät gesondert bestimmt werden. Zum anderen werden auch hier Stromstärken verwendet, die von den Stromstärken während des Spleißprozesses abweichen, so dass eine Extrapolation notwendig ist, was zu Ungenauigkeiten führen kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Spleißen von Lichtwellenleitern anzugeben, bei der sich die während eines Spleißvorgangs auftretende Spleißtemperatur möglichst zuverlässig einstellen lässt. Eine weitere Aufgabe der vorliegen Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verspleißen von Lichtwellenleitern anzugeben, bei der sich die während des Spleißvorganges auftretende Spleißtemperatur möglichst genau einstellen lässt.

Das Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Spleißen von Lichtwellenleitern sieht das Bereitstellung einer Erwärmungseinheit zum Erwärmen von mindestens einem Lichtwellenleiter, einer Aufnahmeeinheit zur Aufnahme einer Intensität einer von dem mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiter ausgesandten Wärmestrahlung und einer Auswerteeinheit zur Auswertung der aufgenommenen Intensität der Wärmestrahlung vor. Der mindestens eine Lichtwellenleiter wird in Längsrichtung in einer Haltevorrichtung angeordnet. Zum Erwärmen des mindestens einen Lichtwellenleiters wird die Erwärmungseinheit aktiviert. Intensitätswerte einer von dem mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiter längs einer ersten Querrichtung quer zu der Längsrichtung abgestrahlten Wärmestrahlung, die mindestens einer Intensitätsverteilung zugeordnet sind, werden mittels der Aufnahmeeinheit aufgenommen. Es wird mindestens ein Quotient aus den Intensitätswerten ermittelt. In Abhängigkeit von dem mindestens einen ermittelten Quotienten wird eine von der Erwärmungseinheit erzeugte Wärme verändert.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird eine erste Intensitätsverteilung einer von dem mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiter in der ersten Querrichtung abgestrahlten Wärmestrahlung mittels der Aufnahmeeinheit zu einer ersten Zeit nach der Aktivierung der Erwärmungseinheit aufgenommen. Ein erster Intensitätswert wird aus der ersten Intensitätsverteilung an einer ersten Position längs der ersten Querrichtung des mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiters ermittelt. Eine zweite Intensitätsverteilung einer von dem mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiter längs der ersten Querrichtung abgestrahlten Wärmestrahlung wird mittels der Aufnahmeeinheit zu einer zweiten Zeit nach dem Aufnehmen der ersten Intensitätsverteilung aufgenommen. Ein erster Intensitätswert wird aus der zweiten Intensitätsverteilung an der ersten Position längs der ersten Querrichtung des mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiters ermittelt. Eine erste Differenz wird aus den ermittelten ersten Intensitätswerten mittels der Auswerteeinheit ermittelt. Ein Quotient aus der ermittelten ersten Differenz und dem aus der zweiten Intensitätsverteilung ermittelten ersten Intensitätswert wird mittels der Auswerteeinheit ermittelt.

Bei einer anderen Ausgestaltungsform des Verfahrens wird ein zweiter Intensitätswert aus der ersten Intensitätsverteilung zu der ersten Zeit an einer zweiten Position längs der ersten Querrichtung des mindestens einen Lichtwellenleiters ermittelt. Ein zweiter Intensitätswert wird aus der zweiten Intensitätsverteilung zu der zweiten Zeit an der zweiten Position der ersten Querrichtung des mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiters ermittelt. Eine zweite Differenz aus den ermittelten zweiten Intensitätswerten wird mittels der Auswerteeinheit ermittelt. Aus der ermittelten zweiten Differenz und dem aus der zweiten Intensitätsverteilung ermittelten zweiten Intensitätswert wird ein weiterer Quotient ermittelt. Aus dem Quotienten und dem weiteren Quotienten wird ein Mittelwert ermittelt. In Abhängigkeit von dem ermittelten Mittelwert der Quotienten wird die von der Erwärmungseinheit erzeugte Wärme verändert.

Bei einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens wird mittels der Aufnahmeeinheit zu einer ersten Zeit nach der Aktivierung der Erwärmungseinheit eine erste Intensitätsverteilung einer von dem mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiter in der ersten Querrichtung abgestrahlten Wärmestrahlung aufgenommen. Aus der ersten Intensitätsverteilung wird an Positionen zwischen einer ersten und zweiten Position längs der ersten Querrichtung des mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiters eine erste Summe von Intensitätswerten ermittelt. Nach dem Aufnehmen der ersten Intensitätsverteilung wird mittels der Aufnahmeeinheit zu einer zweiten Zeit eine zweite Intensitätsverteilung einer von dem mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiter längs der ersten Querrichtung abgestrahlten Wärmestrahlung aufgenommen. Aus der zweiten Intensitätsverteilung wird an den Positionen zwischen der ersten und zweiten Position längs der ersten Querrichtung des mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiters eine zweite Summe von Intensitätswerten ermittelt. Aus der ersten und zweiten Summe der Intensitätswerte wird mittels der Auswerteeinheit eine dritte Differenz ermittelt. Aus der dritten Differenz und der zweiten Summe der Intensitätswerte wird ein Quotient ermittelt.

Eine andere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass aus der mindestens einen aufgenommenen Intensitätsverteilung an einer ersten Position längs der ersten Querrichtung des mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiters ein erster Intensitätswert ermittelt wird. Aus der mindestens einen aufgenommenen Intensitätsverteilung wird an einer zweiten Position längs der ersten Querrichtung des mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiters ein zweiter Intensitätswert ermittelt. Aus der mindestens einen aufgenommenen Intensitätsverteilung wird an einer dritten Position längs der ersten Querrichtung des mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiters ein dritter Intensitätswert ermittelt. Aus dem ersten und zweiten Intensitätswert wird eine Summe ermittelt. Aus der Summe aus dem ersten und zweiten Intensitätswert und dem dritten Intensitätswert wird ein Quotient ermittelt.

Im Folgenden wird eine Vorrichtung zum Verspleißen von Lichtwellenleitern angegeben, die die gestellte Aufgabe in Bezug auf die Vorrichtung löst. Die Vorrichtung zum Verspleißen von Lichtwellenleitern umfasst eine Erwärmungseinheit zum Erwärmen mindestens eines Lichtwellenleiters. Sie umfasst des Weiteren eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme von Intensitätswerten einer von dem mindestens einen erwärmten Lichtwellenleiter abgestrahlten Wärmestrahlung, die mindestens einer Intensitätsverteilung zugeordnet sind. Des Weiteren weist die Vorrichtung eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Intensitätswerte der mindestens einen aufgenommenen Intensitätsverteilung auf. Die Auswerteeinheit ist derart ausgebildet, dass sie aus den Intensitätswerten mindestens einen Quotienten ermittelt. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit zur Steuerung einer von der Erwärmungseinheit erzeugten Wärme. Die Steuereinheit ist dabei derart ausgebildet, dass sie die von der Erwärmungseinheit zur Erwärmung des mindestens einen Lichtwellenleiters erzeugte Wärme in Abhängigkeit von dem mindestens einen Quotienten verändert.

Weitere Ausführungsformen in Bezug auf das Verfahren und die Vorrichtung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Spleißen von Lichtwellenleitern, bei der sich die während einem Spleißvorgang auftretende Spleißtemperatur möglichst genau einstellen lässt,

2 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Spleißen von Lichtwellenleitern, mit der sich eine Intensität einer von einem Lichtwellenleiter abgestrahlten Wärmestrahlung aufzeichnen lässt,

3 eine Intensitätsverteilung einer von einem Lichtwellenleiter abgestrahlten Wärmestrahlung,

4 einen Lichtwellenleiter in einer Längsrichtung mit einem Bereich, in dem eine Intensitätsverteilung einer von dem Lichtwellenleiter abgestrahlten Wärmestrahlung aufgezeichnet wird,

5 eine Intensitätsverteilung einer von einem Lichtwellenleiter abgestrahlten Wärmestrahlung zu zwei verschiedenen Zeitpunkten,

6 eine weitere Intensitätsverteilung einer von einem Lichtwellenleiter abgestrahlten Wärmestrahlung,

7 eine Streuung von Quotienten von Intensitätswerten bei verschiedenen Stromstärken eines Schweißstromes.

1 zeigt eine Vorrichtung zum Spleißen von Lichtwellenleitern 111 und 112. Der Lichtwellenleiter 111 ist in einer Längsrichtung z des Lichtwellenleiters in einer Haltevorrichtung 121 angeordnet. Die Haltevorrichtung 121 ist in einer Querrichtung y quer zu der Längsrichtung z verschiebbar. Der Lichtwellenleiter 112 ist in einer Längsrichtung z des Lichtwellenleiters in einer Haltevorrichtung 122 angeordnet. Die Haltevorrichtung 122 ist in einer Querrichtung x quer zu der Längsrichtung z verschiebbar. Die Haltevorrichtung 122 ist auf einer Verschiebevorrichtung 123 montiert, mittels der der Lichtwellenleiter 112 in seiner Längsrichtung z verschiebbar ist. Durch die verschiebbaren Haltevorrichtungen 121, 122 und 123 werden die Lichtwellenleiter vor einem Spleißvorgang aufeinander ausgerichtet.

Zum Verspleißen der beiden Lichtwellenleiter ist eine Erwärmungseinheit vorgesehen, die die beiden Elektroden 131 und 132 umfasst. Anstelle der beiden Elektroden kann die Erwärmungseinheit auch als Glühwendel oder als ein Glühdraht ausgebildet sein. Zunächst werden die Stirnflächen der beiden Lichtwellenleiter mittels der Haltevorrichtungen 121, 122 und 123 in Verbindung gebracht. Die Erwärmungseinheit wird von einer Steuereinheit 170 aktiviert. Zum Erwärmen der Faserenden der beiden Lichtwellenleiter 111 und 112 wird zwischen den beiden Elektroden 131 und 132 der Erwärmungseinheit ein Lichtbogen gezündet. Dadurch verschmelzen die beiden Lichtwellenleiter miteinander.

Ein Maß für die Qualität der Spleißstelle ist die Dämpfung, die das Licht bei der Übertragung über die Spleißstelle erfährt. Die Qualität der Spleißstelle ist dabei insbesondere von der Spleißtemperatur abhängig, auf die die Faserenden während des Spleißvorgangs durch die Erwärmungseinheit erwärmt worden sind.

Die Temperatur, auf die die Faserenden der beiden Lichtwellenleiter durch die Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden erwärmt werden, lässt sich über den Schweißstrom, der zwischen den beiden Elektroden auftritt, variieren. Da die Spleißtemperatur jedoch von Umgebungseinflüssen wie beispielsweise dem Luftdruck, der Umgebungstemperatur und der Luftfeuchte abhängt, ist es im allgemeinen nicht möglich, die Spleißtemperatur durch das Vorgeben eines bestimmten Schweißstromes präzise einzustellen. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass bei verschiedenen Spleißgeräten gleicher Bauart durch Bauteil- und Fertigungstoleranzen die Spleißtemperatur trotz gleich eingestelltem Schweißstrom variieren kann.

Zur Beobachtung des Ausrichtevorgangs der beiden Lichtwellenleiter sind die Lichtquellen 151 und 152 sowie die zugehörigen Aufnahmesysteme 141 und 142 vorgesehen. Zur Beobachtung eines Ausrichtevorganges der beiden Lichtwellenleiter werden die beiden Lichtquellen 151 und 152 eingeschaltet. Von den Aufnahmeeinheiten 141 und 142 werden Bilder an der Verbindungsstelle der beiden Lichtwellenleiter aufgezeichnet und können einem Benutzer über eine in 1 nicht dargestellte Anzeigeeinheit angezeigt werden. Ebenso ist es möglich, über die Aufnahmeeinheit die Lichtwellenleiter während des Spleißvorganges zu beobachten. Dazu werden die beiden Lichtquellen 151 und 152 ausgeschaltet und die Wärmestrahlung der erwärmten Faserenden mittels der Aufnahmeeinheiten 141 beziehungsweise 142 aus zwei verschiedenen Richtungen aufgenommen.

2A zeigt in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt des Lichtwellenleiters 111 sowie die in orthogonalen Richtungen zueinander angeordneten Beobachtungssysteme, die aus der Aufnahmeeinheit 141 und der vorgeschalteten Linse 143 sowie aus der dazu orthogonal angeordneten Aufnahmeeinheit 142 und der vorgeschalteten Linse 144 bestehen. Die Aufnahmeeinheiten 141 und 142 können beispielsweise als Kameras ausgebildet sein. Wenn der Lichtwellenleiter 111 durch die Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden 131 und 132 erwärmt worden ist, gibt er eine Wärmestrahlung WS ab, die sowohl von der Aufnahmeeinheit 141 als auch von der Aufnahmeeinheit 142 aufgenommen wird.

3 zeigt eine Intensitätsverteilung P, die von der Aufnahmeeinheit 141 in der Querrichtung x aufgenommen worden ist. Wie in 3 zu erkennen ist, wird das Maximum in der Mitte der Verteilung durch die Strahlung des erwärmten Faserkerns erzeugt. Dieser besitzt eine andere Materialzusammensetzung als der Fasermantel. Üblicherweise besteht der Fasermantel aus reinem Quarzglas und der Faserkern aus GeO₂-dotiertem Quarzglas. Dadurch ist die temperaturabhängige spektrale Verteilung der Emission von Wärmestrahlung von Faserkern und Fasermantel unterschiedlich. Wie anhand von 3 zu erkennen ist, emittiert der Faserkern im allgemeinen bei Erwärmung mehr Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich als der Fasermantel. Sowohl für den Faserkern als auch den Fasermantel ist die Intensität der ausgesandten spektralen Verteilung der Wärmestrahlung temperaturabhängig und kann daher zur Bestimmung der Fasertemperatur und damit der Leistung der Wärmequelle ausgenutzt werden.

Gemäß der Erfindung wird das Faserende des Lichtwellenleiters 111 für eine definierte Zeitdauer von der Erwärmungseinheit erwärmt. Die Wärmeleistung entspricht dabei in etwa der für das Verspleißen notwendigen Leistung, wobei die Zeitdauer der Erwärmung mit etwa 100 ms bis 500 ms kürzer als die üblicherweise verwendete Spleißdauer von einigen Sekunden ist. Das auf diese Art erwärmte Faserende gibt Wärmestrahlung, unter anderem auch im sichtbaren Wellenlängenbereich, ab. Zu zwei bestimmten Zeitpunkten t₁ und t₂ nach dem Aktivieren der Erwärmungseinheit wird jeweils ein Bild des erwärmten Faserendes von der Aufnahmeeinheit 141 aufgenommen. Dazu sind die Aufnahmeeinheiten 141 beziehungsweise 142 von einer Zeitsteuereinheit zur den beiden Zeitpunkten t₁ und t₂ zur Aufnahme einer Intensitätsverteilung der von dem Lichtwellenleiter abgestrahlten Wärmeintensität aktiviert. Anschließend wird die Erwärmungseinheit ausgeschaltet. Die Beobachtungsrichtung, aus der die Aufnahmeeinheit 141 die Intensität aufnimmt, ist üblicherweise senkrecht zur Faserlängsachse z gewählt.

4 zeigt das Faserende des Lichtwellenleiters 111 in vergrößerter Darstellung. An einer definierten Position Z₁ in Faserlängsrichtung, die sich in einer Entfernung von ungefähr 20 bis 200 &mgr;m von dem erwärmten Faserende entfernt befindet, wird über den gesamten Querschnitt in Querrichtung x zu einer Zeit t₁ ein erstes Intensitätsprofil und zu einer Zeit t₂ ein zweites Intensitätsprofil aufgezeichnet.

5 zeigt eine Intensitätsverteilung P1, die zum Zeitpunkt t₁ von etwa 200 ms nach dem Einschalten der Erwärmungseinheit von der Aufnahmeeinheit 141 über den gesamten Querschnitt des Lichtwellenleiters in x-Richtung aufgenommen worden ist. Zum Zeitpunkt t₂, der etwa 140 ms nach dem Zeitpunkt t₁ liegt, ist die Intensitätsverteilung P2 von der Aufnahmeeinheit 141 aufgenommen worden. Die beiden Intensitätsverteilungen P1 und P2 werden in einer Speichereinheit 180 abgespeichert.

Zur Auswertung der in der Speichereinheit 180 abgespeicherten Intensitätsverteilung ist eine Auswerteeinheit 160 vorgesehen. Die Auswerteeinheit 160 wertet einen Intensitätswert I₁₁ an einer definierten Position X₁ in x-Richtung senkrecht zur Faserlängsachse aus. Ebenso wird ein Intensitätswert I₁₂ an der gleichen Position X₁ in der zweiten Intensitätsverteilung P2 von der Auswerteeinheit 160 ermittelt. Die Position X₁ befindet sich dabei in einem definierten Abstand d vom Faserrand r₁ des Lichtwellenleiters. Der Abstand d kann dabei entweder in Einheiten der verwendeten Kamera, also etwa bei einer CCD-Kamera in Pixeln, festgelegt sein, also auch relativ zum Durchmesser der Faser im aufgenommenen Bild.

Aus den so ermittelten Intensitätswerten I₁₁ und I₁₂ wird ein Quotient Q1 bestimmt, der ein Maß für den Temperaturanstieg &Dgr;T (T₁, T₂) zwischen den beiden-Zeitpunkten t₁ und t₂ darstellt. Der Quotient Q1 wird mittels der Auswerteeinheit 160 ermittelt zu Q₁ = (I₁₂ – I₁₁)/I₁₂. Durch das Bilden eines Quotienten werden Faktoren, die die gemessene Intensität mit der tatsächlichen Intensität verknüpft, eliminiert. So ist der ermittelte Quotient beispielsweise unabhängig von der Empfindlichkeit der verwendeten Kamera, die zwischen verschiedenen Spleißgeräten variieren kann.

Um Einflüsse von Asymmetrien der aufgenommenen Intensitätsverteilung auf die Messung zu verringern, werden vorzugsweise an einer zweiten Position X₂, die sich ebenfalls in einem Abstand d vom Faserrand r₂ befindet, weitere Intensitätswerte I₂₁ und I₂₂ von der Auswerteeinheit 160 ermittelt. Asymmetrien in der aufgenommenen Intensitätsverteilung können beispielsweise auftreten, wenn sich der erwärmte Lichtwellenleiter außerhalb der optischen Achse des Abbildungssystems befindet. Neben dem Quotienten Q1 lässt sich somit von der Auswerteeinheit 160 ein Quotient Q2 = (I₂₂ – I₂₁)/I₂₂ ermitteln. Vorzugsweise ermittelt die Auswerteeinheit 160 einen Mittelwert Qm der beiden Quotienten Q1 und Q2 zu Qm = (Q1 + Q2)/2.

Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung eines Quotienten von Intensitätswerten, der ein Maß für die Spleißtemperatur darstellt, besteht darin, die Summe von Intensitätswerten zwischen den Positionen X₁ und X₂ in der Intensitätsverteilung P1 und der Intensitätsverteilung P2 zu ermitteln. Anschließend wird die Summe von Intensitätswerten der Intensitätsverteilung P2 von der Summe der Intensitätswerte der Intensitätsverteilung P1 subtrahiert und durch die Summe von Intensitätswerten zwischen den Positionen X₁ und X₂ der Intensitätsverteilung P2 subtrahiert. Es ergibt sich somit ein Quotient Q = (&Sgr;I_P2 – &Sgr;I_p1)/&Sgr;I_P2.

Der zeitliche Verlauf der Temperatur bei einer Erwärmung des Lichtwellenleiters 111 ist in erster Näherung durch eine Exponentialfunktion gegeben zu T(t) = T_s – (T_s – T₀)exp(–kt). Dabei gibt T_s die Temperatur an, die sich im thermischen Gleichgewicht einstellt und der Temperatur während des Verschweißens der Fasern entspricht. T₀ ist die Temperatur der kalten Faser und k stellt eine Konstante dar, die vom Wärmeübergang zwischen dem Lichtwellenleiter und dessen Umgebung abhängt. Die Temperaturdifferenz &Dgr;T(t₁, t₂) zwischen den beiden Zeitpunkten t₁ und t₂ ist damit gegeben durch &Dgr;T(t₁, t₂) = T(t₂) – T(t₁) = (T_s – T₀)[exp(–kt₁) – exp(–kt₂)]. Wenn der Einfluss der Ausgangstemperatur T₀ vernachlässigt wird, so ist damit die zwischen den beiden definierten Zeitpunkten t₁ und t₂ ermittelte Temperaturdifferenz &Dgr;T(t₁, t₂), für die die Quotienten Q1, Q2 beziehungsweise Qm ein Maß sind, zugleich ein Maß für die Spleißtemperatur T_s und damit ein Maß für die Leistung der Erwärmungseinheit. Somit wird über den ermittelten Quotienten Q ein Rückschluss auf die Spleißtemperatur bei der Erwärmung des Lichtwellenleiters erhalten.

6 zeigt eine Möglichkeit der Ermittlung eines Quotienten Q3, bei der lediglich eine einzige Intensitätsverteilung zu einem bestimmten Zeitpunkt nach dem Aktivieren der Erwärmungseinheit in der Speichereinheit 180 abgespeichert wird. Erfindungsgemäß wird aus der abgespeicherten Intensitätsverteilung P3 zunächst die maximale Intensität I₃ sowie die dazugehörige Position X₃, die sich in etwa der Mitte des Intensitätsprofils P3 befindet, von der Auswerteeinheit 160 ermittelt. An einer Position X₁, die sich in einem definierten Abstand d zur Position X₃ befindet, wird die Intensität I₁ von der Auswerteeinheit 160 ermittelt. Der Abstand d ist dabei so definiert, dass der Intensitätswert I₁ im wesentlichen der Intensität der vom Fasermantel ausgesandten Strahlung entspricht. Der Abstand d kann auch hier wieder entweder fest in Einheiten der verwendeten Kamera, also etwa in Pixeln, festgelegt sein, als auch relativ zum Durchmesser der Faser im aufgenommenen Bild festgelegt sein. Um Einflüsse von Asymmetrien der aufgenommenen Intensitätsverteilung P3 auf die Messung zu verringern, wird an einer weiteren Position X₂, die sich ebenfalls im Abstand d von der Position X₁ befindet, der Intensitätswert I₂ ermittelt. Aus den so ermittelten Intensitätswerten wird ein Quotient Q3 bestimmt, der ein direktes Maß für die Spleißtemperatur T_s der Faser zum Zeitpunkt der Aufnahme des Bildes darstellt. Der Quotient Q3 wird von der Auswerteeinheit 160 ermittelt zu Q3 = (I₁ + I₂)/2I₃.yxcdc

Wenn in der oben angegebenen Formel des zeitlichen Verlaufs der Temperatur bei der Erwärmung eines Lichtwellenleiters der Einfluss der Ausgangstemperatur T₀ vernachlässigt wird, so ist die zu einem definierten Zeitpunkt t ermittelte Temperatur T_t wiederum ein Maß für die Spleißtemperatur T und damit die Leistung der Wärmequelle. Somit lässt sich auch über die Ermittlung des Quotienten Q3 auf die Spleißtemperatur T zurückschließen.

7 zeigt ermittelte Quotienten Q in Abhängigkeit von einem Spleißstrom bei einem Spleißgerät mit Lichtbogenentladung, wobei die Bilder zu den Zeitpunkten t₁ = 60 ms und t₂ = 130 ms aufgenommen wurden. Eine Stromstärke des Spleißstromes von 14,5 mA entspricht dabei einem typischen Wert für das Verschweißen von 1-Moden-Fasern. Die Abhängigkeit des Quotienten Q von der Leistung der Erwärmungseinheit ist deutlich zu erkennen. Da die Streuung der Quotienten Q für einen vorgegebenen Spleißstrom nur gering ist, lässt sich durch die ermittelten Quotienten Q eine Ausgleichskurve legen. Eine derartige Ausgleichskurve stellt eine Kalibrierfunktion dar, anhand der sich die Leistung der Erwärmungseinheit anpassen lässt. Dazu ermittelt die Steuereinheit 170, der die Quotienten Q1, Q2, Qm, Q und Q3 von der Auswerteeinheit 160 zugeführt werden, eine Differenz dieser Quotienten zu einem Sollwert Q_s des Quotienten. Anhand der Kalibrierfunktion der 7 lässt sich somit in Abhängigkeit von dem ermittelten Quotienten Q ein Schweißstrom ermitteln, um somit die Leistung der Erwärmungseinheit an den Sollwert des Quotienten anzupassen. Dabei müssen gegebenenfalls zusätzliche Faktoren berücksichtigt werden, die den Zusammenhang zwischen der tatsächlichen Leistung der Erwärmungseinheit und der eingestellten Stromstärke beeinflussen. Für eine Lichtbogenentladung ist beispielsweise die tatsächliche Wärmeleistung nicht nur eine Funktion des eingestellten Stromes, sondern auch eine Funktion des Luftdrucks, der Umgebungstemperatur und der Luftfeuchtigkeit.

Anstelle der Verwendung von Kalibrierfunktionen kann auch eines der beschriebenen Verfahren zur Ermittlung von geeigneten Quotienten mehrfach durchgeführt werden, wobei nach jeder Ermittlung eines der Quotienten Q1, Q2, Qm, Q beziehungsweise Q3 jeweils die Leistung der Erwärmungseinheit nachgeregelt wird, bis der ermittelte Quotient mit dem Sollwert des Quotienten innerhalb eines vorgegebenen Toleranzintervalls übereinstimmt. Zur Regelung des Schweißstromes steuert die Steuerungseinheit 170 die Erwärmungseinheit aus den Elektroden 131 und 132 mit entsprechenden Steuersignalen an.

Zur Verbesserung des Signal-/Rausch-Verhältnisses der Messwerte ist es vorteilhaft, die Intensitätswerte I₁₁, I₁₂ und I₂₁, I₂₂ beziehungsweise I₁, I₂ und I₃ nicht nur an einer bestimmten Position Z₁ in Längsrichtung der Faser zu ermitteln, sondern in einem Bereich &Dgr;Z, wie in 4 dargestellt, um die Position Z₁ herum.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, Intensitätswerte zu ermitteln, die im wesentlichen von einer Wärmestrahlung vom Fasermantel ausgehend erzeugt werden. In diesem Fall können für eine Kalibrierung die meisten 1-Moden-Fasern verwendet werden, die sich im wesentlichen in der Zusammensetzung des Faserkerns unterscheiden, deren Mantel aber üblicherweise aus reinem Quarzglas besteht. Es ist jedoch auch denkbar, die Intensitäten in einem Bereich zu ermitteln, in dem die Wärmestrahlung im wesentlichen vom Faserkern ausgeht. In diesem Fall ist entweder die Auswahl an Fasern eingeschränkt, die für die Kalibrierung verwendet werden können, oder es werden Sollwerte des Quotienten Q_s verwendet, die vom Fasertyp abhängig sind.

Das Verfahren kann nicht nur für eine Erwärmungseinheit verwendet werden, die auf einer Lichtbogenentladung beruht, sondern auch für andere Wärmequellen, die für das Verspleißen von Lichtwellenleitern geeignet sind. Hier kommen z. B. Laser, insbesondere CO₂-Laser sowie Glühwendel und Glühdrähte in Frage.

Das Verfahren lässt sich des weiteren nicht nur an einem Faserende durchführen, sondern auch gleichzeitig bei zwei Faserenden, beispielsweise den Faserenden der Lichtwellenleiter 111 und 112, die symmetrisch um eine Position platziert werden, an der sie später verspleißt werden. Die gemessenen Quotienten können dann zwischen beiden Faserenden gemittelt werden, oder es wird der jeweils größere oder der jeweils kleinere Wert für die Kalibrierung der Erwärmungseinheit verwendet. Dabei wird der Vorteil erzielt, dass der Einfluss eventueller Asymmetrien der Erwärmungseinheit auf das Kalibrierungsverfahren verringert wird.

Das Verfahren kann für mehrere Fasern gleichzeitig durchgeführt werden, also auch beispielsweise bei Spleißgeräten zum Spleißen von Faserbändchen eingesetzt werden. In diesem Fall kann für jede einzelne Faser ein Quotient bestimmt werden. Daraus kann dann sowohl ein über alle Fasern gemittelter Quotient als auch die Verteilung der Quotienten, d. h. die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung über alle Fasern, bestimmt werden.

Die Bilder des oder der erwärmten Faserenden können aus mehreren Richtungen aufgenommen werden. 2A zeigt dazu ein Beispiel einer Ausführungsform eines Spleißgerätes, bei der Wärmestrahlung WS sowohl in einer Richtung y von einer Aufnahmeeinheit 141 als auch in einer Richtung x von einer Aufnahmeeinheit 142 aufgenommen wird. Dies bietet sich an, da die meisten Spleißgeräte mit einer oder zwei Aufnahmeeinheiten so ausgestattet sind, dass das Bild der Fasern aus zwei unterschiedlichen Richtungen aufgenommen werden kann. In diesem Fall können Quotienten aus zwei Richtungen ausgewertet werden, wodurch die Genauigkeit des Kalibrierungsverfahrens erhöht wird.

Die Beschränkung der Erwärmungszeit des/der Lichtwellenleiter auf 100 ms bis 500 ms hat den Vorteil, dass eine Verformung des/der Lichtwellenleiter im wesentlichen vermieden wird, so dass der/die Lichtwellenleiter anschließend noch miteinander verspleißt werden können. Außerdem wird durch eine kurze Erwärmungsdauer eine Diffusion der im Faserkern vorhandenen Dotierungsionen in das umgebende Glasmaterial vermieden. Dadurch ändert sich auch bei mehrmaliger Durchführung des Verfahrens an einem einzelnen Faserende bei gleicher Leistung der Erwärmungseinheit der Wert des gemessenen Quotienten nicht. Die Regelung der Leistung der Erwärmungseinheit mit wiederholten Messungen kann also mit einem einzelnen Faserende durchgeführt werden. Es muss somit nicht nach jeder einzelnen Messung ein neu präpariertes Faserende eingelegt werden. Gleichwohl ist es auch möglich, das Faserende über einen längeren Zeitraum bis zu ein paar Sekunden zu erwärmen, also beispielsweise bis das Faserende eine Temperatur wie während eines üblichen Spleißprozesses erreicht hat. In diesem Fall ist der Zusammenhang zwischen dem ermittelten Quotienten und der Spleißtemperatur wesentlich direkter.

Vorteilhafterweise wird der durch die Kalibrierung festgestellte Korrekturwert für die Einstellung des Spleißstromes der Erwärmungseinheit auch für nachfolgende Spleiße verwendet. Der Korrekturwert wird dazu vorzugsweise im Spleißgerät gespeichert, so dass er nach Aus- und Einschalten des Gerätes zur Verfügung steht. Es ist allerdings auch möglich, das beschriebene Verfahren vor jedem einzelnen Spleißvorgang erneut durchzuführen.

Gegenüber den meisten bekannten Verfahren hat das hier vorgestellte Verfahren den Vorteil, dass im Allgemeinen nur ein einmaliges Einlegen eines oder zweier präparierter Faserenden notwendig ist. Es ist damit deutlich schneller und weniger aufwändig als andere Verfahren. Des Weiteren hat es den Vorteil, dass es bei den Einstellungen der Erwärmungsquelle arbeiten kann, die auch während eines üblichen Spleißprozesses verwendet werden. Eine fehleranfällige Extrapolation der ermittelten Kalibrierung ist damit nicht mehr notwendig. Da die Erwärmungszeit der Lichtwellenleiter auch derart beschränkt werden kann, dass eine Verformung eines Lichtwellenleiters nicht mehr auftritt, können die Faserenden auch für einen nachfolgenden Spleiß verwendet werden. Somit entfällt das zusätzliche Einlegen einer präparierten Faser oder zweier präparierter Fasern allein zum Zwecke der Kalibrierung. Es ist aber auch möglich, die Kalibrierung vor jedem einzelnen Spleißvorgang erneut durchzuführen.

Gegenüber Verfahren, die auf einer Versatzmessung von Fasern während der Erwärmung beruhen, hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass es auch in Spleißgeräten angewendet werden kann, in denen ein solcher Versatz zwischen Fasern nicht eingestellt werden kann.

111, 112

Lichtwellenleiter

121, 122

Haltevorrichtung

123

Verschiebevorrichtung

131, 132

Erwärmungseinheit

141, 142

Aufnahmeeinheit

151, 152

Lichtquelle

160

Auswerteeinheit

170

Steuereinheit

180

Speichereinheit

190

Zeitsteuereinheit

143, 144

Linse

K

Faserkern

r

Faserrand

WS

Wärmestrahlung

P

Intensitätsverteilung

Q

Quotienten aus Intensitätswerten