DE102007051294A1

DE102007051294A1 - Optische Steckverbindung für Lichtwellenleiter

Info

Publication number: DE102007051294A1
Application number: DE102007051294A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr. Bergann; Ralf Dr. Malz; Jens Konetzny
Original assignee: Lasos Lasertechnik GmbH
Current assignee: Lasos Lasertechnik GmbH
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: US8622624B2; DE102007051294B4; WO2009012845A1; US20100254655A1; JP2010533879A; JP5602627B2; EP2171509A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Steckverbindung für Lichtwellenleiter mit einem Stecker (1) sowie einer dazu passenden Buchse (2), und umfasst aug. Bei einer solchen Steckverbindung weist der Stecker (1) mindestens eine ebene, geglättete und in Bezug auf eine Ausbreitungsrichtung eines aus dem oder in den Stecker (1) tretenden Lichtstrahls ausgerichtete Kontaktfläche (19) zur Auflage auf einer entsprechenden, ebenen, geglätteten und in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls ausgerichteten Gegenkontaktfläche (20) der Buchse (2) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Steckverbindung für Lichtwellenleiter und ihre Komponenten, einen Stecker und einer dazu passenden Buchse, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Steckverbindung für Lichtwellenleiter.
Zahlreiche Anwendungen beruhen auf der Verwendung von Laserstrahlen, beispielsweise medizinische Operationsmethoden, Materialuntersuchungen und -bearbeitung, oder auch die Untersuchung und Manipulation biologischer Proben, wie beispielsweise im Rahmen der Laser-Scanning-Mikroskopie. Bei vielen dieser Anwendungen wird den dazu verwendeten Geräten Laserstrahlung mit Hilfe von Lichtwellenleitern zugeführt. Dazu muß der Laserstrahl nach seinem Austritt aus der Strahlungsquelle bzw. einer anderen optischen Baugruppe mit einer Kopplungsvorrichtung in den Lichtwellenleiter eingekoppelt und am Ort der Anwendung, d. h. im entsprechenden Gerät mit Hilfe einer weiteren Kopplungsvorrichtung wieder ausgekoppelt werden. Im Gerät läuft der Laserstrahl als freier Strahl – d. h. nicht in einem Lichtwellenleiter – weiter und wird in entsprechenden Anwendungen genutzt. Um Strahlungsverluste und Abbildungsfehler möglichst gering und insgesamt die Strahlqualität bei der Einkopplung in das Gerät möglichst hoch zu halten, muß der Lichtwellenleiter sehr genau in bezug auf die Einkopplungsoptik positioniert werden. Entsprechend muß bei der Auskopplung des Strahls dieser mit hoher Genauigkeit bezüglich der Richtung und der Lage der Strahlpropagation in das entsprechende Gerät eingeführt werden. Solche Kopplungsvorrichtungen, in der Regel Steckverbindungen aus Stecker-Buchsen-Paaren, werden international je nach Qualität in vier Stufen von A bis D eingeteilt. Je höher die Qualität, desto höher ist in der Regel auch der Aufwand bei der Herstellung.
Allen im Stand der Technik bekannten Einkopplungsvorrichtungen gemeinsames Merkmal ist, daß bei der Trennung und anschließenden Wiederherstellung einer solchen Lichtwellenleiter-Verbindung zumindest in den Fallen, wo der Lichtwellenleiter an ein anderes Gerät gesteckt wird oder am selben Gerät ein anderer Lichtwellenleiter auch des gleichen Typs fixiert wird, regelmäßig aufwendige Nachjustierungen notwendig sind, wenn nicht erhebliche Leistungs- und Qualitätseinbußen des übertragenden Lichts oder Strahldejustierungen im Gerät in Kauf genommen werden sollen. Eine solche Trennung der Lichtwellenleiter-Steckverbindung kann beispielsweise erforderlich sein, um einen einfachen Wechsel der Lichtquellen – beispielsweise die Verwendung eines Lasers mit anderer Wellenlänge – und/oder auch der Zuführungspunkte – d. h. beispielsweise der Verwendung an einem anderen Gerät – zu ermöglichen. Im Stand der Technik existieren verschiedenen Produkte, bei denen Aufnahme- und Justiermechanik mit Fokussieroptiken kombiniert sind. Mit verschiedenen Wirkprinzipien und Justierstrategien werden die notwendigen, maximal bis zu sechs Freiheitsgrade eingestellt. Alle im Stand der Technik bekannten Lösungen erfordern jedoch einen hohen Justieraufwand, der bei der Integration in ein entsprechendes Gerät in der Regel von geschultem Servicepersonal vor Ort durchgeführt werden muß. Dennoch ist die Kopplung anschließend meistens nicht so fixiert, daß eine langanhaltende Stabilität der Qualität der Strahlungseinkopplung bzw. -auskopplung erreicht wird.
So wird beispielsweise in der DE 198 40 935 B4 ein Abschlußstück für die Lichtleitfasern beschrieben, welches zum Ein- und Auskoppeln von Laserstrahlung in eine bzw. aus einer Lichtleitfaser dient. Wie in 11 der genannten Schrift gezeigt, wird das Abschlußstück über eine Fassung mit dem Gehäuse verbunden, in dem die Pumpquelle untergebracht ist. Das Abschlußstück weist eine oder mehrere äußere Passungen auf, die als Referenzflächen) für die Ausrichtung des Strahlenbündels dient bzw. dienen. Diese Passungen sind sämtlich am Umfang um das Abschlußstück umlaufend angebracht. Das Abschlußstück wird dann in das Gehäuse gesteckt, so daß es mit den Passungen an der Fassung anliegt. Weiterhin sind bei dem Abschlußstück Mittel zum Justieren der Lage der Lichtleitfaser in bezug auf die Passungen vorgesehen. Mit diesen Justiermitteln, beispielsweise Schrauben, wird die Lichtleitfaser in bezug auf die zylindrisch oder konisch geformten Referenzflächen ausgerichtet. Am vorderen Ende des Abschlußstücks sitzt eine Sammellinse zum Ein- oder Auskoppeln der Strahlung. Wird das Abschlußstück vom Gehäuse getrennt und in ein anderes Gehäuse gleicher Bauart eingesetzt, so bleibt zwar die Justierung der Lichtleitfaser in bezug auf die Passungen erhalten, eine weitere Schwierigkeit besteht jedoch darin, die Passungen korrekt in die Fassung des Gehäuses zu setzen, so daß die Ausrichtung des Abschlußstücks im Gehäuse optimal ist. Da die Referenzflächen bzw. Passungen und Fassungen zylindrisch oder konisch geformt sind, führen die bei der Fertigung notwendigen und nicht vermeidbaren Toleranzen dazu, daß beim einfachen Einsetzen des Abschlußstücks in das Gehäuse die Symmetrieachsen von Abschlußstück und Gehäuse in der Regel einen kleinen Winkel zueinander bilden. Auch wenn die Abweichungen sehr klein sind, führt dies zu Qualitätseinbußen. Eine exakt parallele Ausrichtung ist zwar in der Regel möglich, erfordert aber viel Zeit und Fingerspitzengefühl.
Eine andere Vorrichtung zur Justierung einer Lichtleitfaser ist in der DE 32 38 049 C1 beschrieben. Hier wird ein Gehäuse beschrieben, welches ein Fokussierelement – wie eine Kollimatorlinse – enthält, wobei die Justiervorrichtung im wesentlichen aus einer Justierkugel mit einer durchgehenden Bohrung besteht, die die Lichtleitfaser aufnimmt. Die Justierkugel ist nicht nur drehbar gelagert, sondern kann auch parallel zur optischen Achse der Kollimatorlinse verschoben werden. Damit wird erreicht, daß die Austrittsfläche der Lichtleitfaser im Brennpunkt der Kollimatorlinse positioniert werden kann, um eine möglichst hohe Ein- bzw. Auskopplung zu erreichen. Ist die Justierung erreicht, so kann die Führungshülse bzw. das Gehäuse mit einem entsprechenden anderen Element verbunden werden, so daß der Strahl genutzt werden kann. Die Außenflächen der Führungshülse dienen in diesem Fall als Passungen, so daß beim Einsetzen und Trennen einer solchen Verbindung ebenfalls das Problem der erneuten Justierung, wie im Falle der vorangehend genannten Schrift geschildert, auftritt.
Das gleiche Problem tritt auch bei den in der US 6,796,720 B2 beschriebenen Abschlußstück auf: Eine optische Faser wird in eine Ferrule gesteckt, diese Ferrule wird in das Abschlußstück gesteckt und dort mittels Justierschrauben axial und radial in bezug auf eine Kollimatorlinse ausgerichtet, die am vorderen Ende des Abschlußstücks angebracht ist. Das an seiner Außenseite zylindrisch geformte Abschlußstück selbst kann dann wieder in eine entsprechende Fassung gesteckt werden.
Eine andere Anordnung, mit der eine möglichst effiziente optische Einkopplung bzw. Auskopplung von Strahlung erreicht werden soll, ist in der US 6,925,234 B2 beschrieben. Während bei den bisher beschriebenen Anordnungen Faser und Linse in ein und demselben Abschlußstück angeordnet waren, wird in der genannten Schrift eine hohe Flexibilität bezüglich der Justierung von Faser und Linse zueinander erreicht, indem das Abschlußstück mehrteilig ausgefertigt ist. In einem ersten Teil des Steckers wird die Faser in einer Ferrule fixiert, die Linse ist in einem zweiten Teil des Steckers fest angeordnet. Erster und zweiter Teil des Steckers können nun verbunden werden, beispielsweise mittels Schrauben. Der erste Teil des Steckers, der die Faser aufnimmt ist dabei jedoch so ausgestaltet, daß trotz der festen Verbindung beider Steckerteile eine flexible Einstellung der Position der Faseraustrittsfläche axial und radial, ebenfalls mittels Justierschrauben, möglich ist. Dies wird möglich dadurch, daß auch der erste Steckerteil, obwohl einstückig, quasi aus zwei Teilen besteht, wobei zwischen den beiden Teilen soviel Material weggenommen wird, daß eine flexible Verbindung nach Art eines Festkörpergelenks übrig bleibt. Das Abschlußstück selbst bzw. der mehrteilige Stecker ist an seiner Außenseite wiederum zylindrisch geformt, so daß bei einer Trennung und Wiederherstellung einer Verbindung mit einem Gerät, welches die Strahlung verwenden soll, die oben bereits angesprochenen Probleme bezüglich der Justierung auftreten. Da die Ausrichtung von Faserendfläche und Linse über Verstellungen an der einstückigen flexiblen Verbindung vorgenommen wird, ist eine Justierung sehr aufwendig.
Die wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine optische Steckverbindung zu schaffen, die es dem Anwender erlaubt, sie auf einfache Weise zu trennen und in anderer, von den Bauteilen her jedoch äquivalenter Konfiguration wieder zusammenzusetzen, ohne daß eine erneute Justierung notwendig ist. Darüber hinaus sollen einfache und robuste Möglichkeiten zur werksseitigen Justierung der Komponenten einer solchen optischen Steckverbindung bei der Herstellung geschaffen werden, insbesondere die Justierung der Faser in bezug auf eine Linse, durch die der Lichtstrahl ein- bzw. austritt, als auch die Justierung der Einheit aus Faser und Linse in bezug auf externe Paßflächen betreffend.
Diese Aufgabe wird bei einer optischen Steckverbindung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Stecker mindestens eine ebene, geglättete und in bezug auf eine Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls ausgerichtete Kontaktfläche zur Auflage auf mindestens einer entsprechenden ebenen, geglätteten und in bezug auf die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls ausgerichteten Gegenkontaktfläche der Buchse aufweist.
Eine solche Steckverbindung weist gegenüber dem im Stand der Technik bekannten Steckverbindungen erhebliche Vorteile auf. So sind die im Stand der Technik bekannten Kontaktflächen bzw. Gegenkontaktflächen als Passungen und Fassungen mit zylindrischern Flächen ausgestaltet, die den kollimierten Strahl umschließen. Solche zylindrischen Flächen bieten zwar einen höheren Flächeninhalt und damit eine höhere Auflagefläche, sind jedoch nicht oder nur mit extremem Aufwand mit der erforderlichen hohen Genauigkeit herstellbar, die es ermöglichen würde, den Stecker von der Buchse zu trennen und ohne erneute Justage wieder einzusetzen, wobei der Stecker auch durch einen äquivalenten Stecker ersetzt werden kann.
Grundsätzlich tritt dieses Problem auch bei ebenen Flächen auf, diese können jedoch mittels einfacher Methoden geglättet werden, so daß Genauigkeiten in der Ebenheit von 100 nm Höhendifferenz und weniger erreicht werden können. Die Kontaktfläche ist dabei in bezug auf eine Ausbreitungsrichtung eines aus dem oder in dem Stecker tretenden Lichtstrahls ausgerichtet, gleiches gilt vorzugsweise auch für die entsprechende ebene, geglättete Gegenkontaktfläche der Buchse. Die Kontaktfläche des Steckers liegt im verbundenen Zustand auf der Gegenkontaktfläche der Buchse auf. Bei der Gegenkontaktfläche ist jedoch die Ebenheit das wichtigere Kriterium, da diese die Auflage bestimmt.
Ist also die Kontaktfläche in einem gewissen Winkel in bezug auf die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls, der beispielsweise kollimiert aus dem Stecker tritt, ausgerichtet, so ist die Gegenkontaktfläche der Buchse zwangsläufig entsprechend ausgerichtet, sofern nicht gleich beim Eintritt in die Buchse Umlenkmittel für den Strahl vorgesehen sind. Der Winkel, den der Lichtstrahl mit der Kontaktfläche bzw. mit der Gegenkontaktfläche einschließt, kann dabei auch einen Wert von 0° haben, d. h. daß der Lichtstrahl parallel zur Kontaktfläche oder Gegenkontaktfläche verläuft.
Entsprechende Stecker und Buchsen, in die der Stecker beispielsweise einfach eingeschoben wird, sind für solche Ausgestaltungen denkbar.
Die Ausrichtung des Strahls in bezug auf eine solche parallele Ebene ist jedoch relativ aufwendig. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung schneidet daher der Lichtstrahl, eine Ebene, in der die mindestens eine Kontakt- und die mindestens eine Gegenkontaktfläche liegt; bevorzugt im rechten Winkel von 90°. Selbstverständlich sind auch alle anderen Winkel zwischen 0° und 90° möglich, bei senkrechtem Schnitt läßt sich jedoch die Konstruktion einfach ausführen, zudem ist eine leichte Überprüfung der Ausrichtung der Fläche in bezug auf den Strahl möglich. Hierzu wird beispielsweise die Ablage des Strahls vom Lot auf der Kontaktfläche mittels der weiter unten beschriebenen Rotationsmethode in einer Entfernung von einem Meter bestimmt. Daraus läßt sich unmittelbar ablesen, an welchen Stellen der Kontaktfläche noch Korrekturen notwendig sind, und in welchem Maße sie notwendig sind, um die erforderliche Ebenheit und Ausrichtung zu erreichen. Bei schrägem Lichteinfall oder gar parallelem Strahl ist dies schwieriger, da die Richtung des Lichts immer eine Komponente in der Ebene aufweist, so daß der Bereich, in dem korrigiert werden muß, nicht unmittelbar ersichtlich ist. Dies gilt insbesondere bei sehr kleinen Winkeln und einem Strahl parallel zur Ebene.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die mindestens eine Kontaktfläche und die mindestens eine Gegenkontaktfläche mechanisch geglättet, bevorzugt geläppt oder poliert. Diese Arten der mechanischen Glättung sind besonders geeignet, die gewünschte Ebenheit mit hoher Genauigkeit herzustellen. Allerdings muß die Glättung nicht notwendigerweise mechanisch erfolgen, auch andere Glättungsverfahren wie die Bearbeitung mit einem Laser oder elektrochemische Bearbeitung sind denkbar und äquivalent einsetzbar, sofern die erforderliche Genauigkeit erreicht wird.
Während die oben beschriebenen Eigenschaften wesentlich für das Funktionieren der erfindungsgemäßen optischen Steckverbindungen sind, unabhängig von einer spezifischen Form eines Steckers oder einer Buchse, so betrifft die Erfindung auch einen Stecker und eine Buchse, die für die Verwendung in der erfindungsgemäßen optischen Steckverbindung besonders geeignet sind.
Ein solcher Stecker umfaßt ein erstes Steckerteil mit einer Halterung zur Aufnahme eines in eine Fassung eingefaßten Endes eines Lichtwellenleiters, ein zweites Steckerteil mit einer Linse, Mittel zur Ausrichtung und Fixierung des Endes des Lichtwellenleiters in der Halterung entlang einer Strahlrichtung, Mittel zur Ausrichtung der Linse, sowie ein drittes Steckerteil, welches die mindestens eine Kontaktfläche aufweist, und welches mit dem ersten und/oder zweiten Steckerteil verbunden ist. Die Verbindung der jeweiligen Steckerteile kann kraft- oder formschlüssig, beispielsweise mit Nieten, Klebstoff, durch Schweißen oder Löten, bevorzugt aber mit Schrauben erfolgen. Die – nicht zwingende – Aufteilung in drei Steckerteile bietet bei der Fertigung und Justierung einige Vorteile. So kann zunächst die Lage der Fassung – die beispielsweise als Ferrule ausgestaltet sein kann – mit dem Lichtwellenleiter im ersten Steckerteil vorjustiert werden. Anschließend wird das zweite Steckerteil mit dem ersten verbunden und die Linse in bezug auf die Fassung ausgerichtet, wobei eine weitere Feineinstellung der Lichtaustrittsfläche des Lichtwellenleiters in der Fassung ebenfalls möglich ist. Sind Linse und Faserende justiert, so kann das dritte Steckerteil aufgesetzt werden. Dieses dritte Steckerteil enthält die mindestens eine Kontaktfläche, die entsprechend der Erfindung eben, geglättet und in bezug auf die Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls ausgerichtet ist bzw. beim Justieren ausgerichtet wird.
Ebenso und von einem Fachmann gleichermaßen in Betracht gezogen muß nicht notwendigerweise das zweite Steckerteil in der zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls senkrechten Ebene justierbar sein, es kann sogar ganz entfallen, da sich die Wirkung auch auf die folgend beschriebene Weise erzielen läßt. Die Linse wäre dann im ersten Steckerteil zu fixieren. In bezug auf die Lichtaustrittsfläche läßt sich die Linse dann mittels einer Passung zentrieren, die beispielsweise durch Justierdrehen hergestellt werden kann. Insbesondere bei längeren Brennweiten führt dies nur zu geringen Winkelfehlern. Die Vorjustierung des Lichtstrahls bezüglich der Kontaktfläche kann auch durch Verkippung des ersten gegenüber dem dritten Steckerteil erfolgen, z. B. durch Beilagen zwischen beiden Steckerteilen oder durch Abschrägen mindestens einer der beiden Berührungsflächen von erstem und drittem Steckerteil, beispielsweise durch Drehen, Fräsen oder Schleifen.
Bei der Linse kann es sich um eine Einzellinse oder äquivalent und mit gleicher Wirkung um ein optisches System aus mehreren Einzellinsen, die zusammengekittet oder in vorgegebenen Abständen voneinander in einer Halterung montiert sein können, handeln, beispielsweise um einen Achromaten. Der Einfachheit halber wird hier zusammenfassend der Begriff „Linse" gewählt. Selbstverständlich und gleichermaßen erfaßt ist auch der umgekehrte Lichtweg, in dem der Lichtstrahl in den Lichtwellenleiter eintritt, dieser also eine Lichteintrittsfläche aufweist.
Durch die beschriebene mehrteilige Bauweise ist es möglich, die Glättung und Ausrichtung der mindestens einen Kontaktfläche erst dann durchzuführen, nachdem Linse und Faserende zueinander justiert und fixiert sind. Durch diese Entkopplung vom System Linse-Faser einerseits und der Strahlführung des Strahls andererseits wird eine der Voraussetzungen für die reproduzierbare Trennung und Wiederzusammensetzung von Stecker und Buchse ohne erneute Justierung geschaffen.
Dabei ist es von Vorteil, wenn zumindest eine äußere Schicht der mindestens einen Kontaktfläche aus gehärtetem Material, vorzugsweise aus einer metallischen Legierung besteht. Die metallische Legierung kann durch Oberflächenhärtung gehärtet werden. Insbesondere metallische Legierungen lassen sich mit relativ einfachen Mitteln mechanisch glätten, beispielsweise durch Läppen oder Polieren. Auch andere Kontaktflächen, beispielsweise aus hartem Plastik, welches mit entsprechenden Methoden geglättet wurde, sind denkbar. Das dritte Steckerteil kann beispielsweise einstückig gefertigt sein, so daß die mindestens eine Kontaktfläche eine Oberfläche dieses dritten Steckerteils bildet. Dabei kann das gesamte dritte Steckerteil aus dem gehärteten Material gefertigt sein, denkbar ist jedoch auch eine nachträgliche Härtung durch entsprechende Härtungsverfahren, beispielsweise durch Erwärmung der Oberflächenschichten mittels Lasern. Ebenso können Hartschichten auf Leichtmetallegierungen durch Anodisieren bzw. Eloxieren erzeugt werden. Bei Verwendung von Aluminium oder Titan werden dabei harte Oxidschichten gebildet. Die harte Schicht kann auch durch Aufbringen einer zusätzlichen Schicht aus einem anderen Material mit entsprechender Härte erzeugt werden. Im letzteren Fall eignen sich beispielsweise SiO₂ oder Al₂O₃ als aufzubringende Materialien. Dabei müssen dann nur die Oberflächen bearbeitet werden, die die mindestens eine Kontaktfläche enthalten. Eine andere Möglichkeit besteht auch darin, den Stecker an den Stellen, die für die Kontaktflächen vorgesehen sind, mit entsprechenden Einsätzen aus einem gehärteten oder harten Material zu versehen. Als Materialien eignen sich beispielsweise neben den schon beschriebenen Einsätzen aus gehärtetem Metall auch Keramik, Saphir oder Quarzglas. Auch andere, ähnlich harte Materialien lassen sich verwenden. Werden nur Einsätze aus gehärtetem oder hartem Material verwendet, so sind die Anforderungen an das übrige Material des Steckers bzw. des dritten Steckerteils nicht so hoch, es kann also preiswerter gefertigt werden.
Am einfachsten ist es, Kontaktfläche – und auch die entsprechende Gegenkontaktfläche an der Buchse – als eine zusammenhängende Fläche auszugestalten. Sind diese Flächen nicht zu groß, so läßt sich die erforderliche Ebenheit von weniger 100 nm Höhendifferenz mit relativ geringem Aufwand erreichen. Lagern sich jedoch Verunreinigungen auf einer der Flächen ab, so werden beim Zusammensetzen der Verbindungen Schmutzpartikel zwischen den beiden Flächen eingeschlossen. Dies kann zu einer spürbaren Dejustierung führen. In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Stecker daher mehrere Kontaktflächen in Form von Kontaktfüßen auf. Diese Kontaktfüße müssen sich nur über eine kleinen Bereich der Fläche erstrecken, die insgesamt als Kontaktfläche bzw. Kontaktebene dienen kann. Die weiter oben genannten Einsätze können dann beispielsweise in die Füße integriert sein. Da beim Zusammensetzen von Stecker und Buchse und der Arretierung des Steckers in der Buchse die Kontaktfläche und die Gegenkontaktfläche in der Regel durch eine schiebende oder drehende Bewegung gegeneinander verschoben werden, kann verhindert werden, daß sich die Schmutzpartikel zwischen den Flächen festsetzen. Da die beiden Flächen paßgenau aufeinander liegen, werden Schmutzpartikel durch die Bewegungen weggeschoben, sie können nicht zwischen die beiden Flächen gelangen. Zwischen den Flächen liegende Schmutzpartikel werden durch die Drehung entfernt. Zusätzlich bietet die Verwendung von mehreren, kleineren Kontaktflächen den Vorteil einer einfacheren Bearbeitung und Ausrichtung. Dabei sollten so wenig – beispielsweise drei oder vier – und so kleine Kontaktfüße wie möglich verwendet werden.
Die eben ausgeführten Eigenschaften der Kontaktfläche bezüglich der Zusammensetzung sowie der Ausgestaltung in ihrer Form lassen sich auch auf die Gegenkontaktfläche einer erfindungsgemäßen Buchse übertragen. Auch hier können Gegenkontaktflächen in Form von Gegenkontaktfüßen vorgesehen sein, wichtig ist jedoch, daß beim Zusammensetzen von Stecker und Buchse bis zur endgültigen Arretierung jeweils ein Kontakt zwischen Kontakt- und Gegenkontaktfläche besteht. Dies ist insbesondere dann zu beachten, wenn das Zusammensetzen eine Dreh- und/oder Schubbewegung beinhaltet.
Die Fassung, die den Lichtwellenleiter aufnimmt, kann beispielsweise als Ferrule ausgestaltet sein. Der Lichtwellenleiter mit der Ferrule wird üblicherweise durch Verschieben in Längsrichtung justiert. Die Ferrule wird dabei in der Halterung verschoben und in der gewünschten Position arretiert. Dies kann beispielsweise mittels einer Arretierungsschraube geschehen. Eine solche Schraube drückt jedoch über die Ferrule auf die Faser, so daß sich die Lichtleiteigenschaften der Faser ändern können. Statt einer Schraube oder äquivalenten Mitteln kann man auch eine stoffschlüssige Verbindung herstellen, beispielsweise die Ferrule mit der Halterung verkleben. Eine anschließende Nachjustierung ist jedoch dann nicht mehr möglich. Vorteilhaft umfassen die Mittel zur Ausrichtung des Endes des Lichtwellenleiters daher eine Manschette, in der die Ferrule fixiert ist. Diese Manschette kann beispielsweise aus Metall oder Keramik sein. Die Manschette umgibt die Ferrule vollständig, und zur Justierung des Lichtwellenleiters wird die Manschette mit der Ferrule verschoben. Auf diese Weise entsteht an der Ferrule kein Abrieb, durch die Manschette ist die Ferrule zudem gegen Verdrückungen quer zur Symmetrieachse geschützt. Statt einer Manschette kann alternativ auch eine Spannzange verwendet werden. Diese schützt ebenfalls die Ferrule vor Abrieb und verhindert Verdrückungen. Die Justierung erfolgt durch Verschieben der Ferrule bzw. der Spannzange, die die Ferrule fest umfaßt, entlang der Strahlrichtung bzw. der Symmetrieachse des Lichtwellenleiters. Nach erfolgter Ausrichtung kann die Manschette bzw. Spannzange durch eine Arretierungsschraube fixiert werden. Die Wandungen von Manschette bzw. Spannzange sind dabei so dick, daß durch die Arretierung mittels einer oder mehreren Schrauben eine Verdrückung der Ferrule und damit der Faser verhindert wird. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, die Manschette oder Spannzange so zu gestalten, daß die Ferrule innerhalb der Manschette oder Spannzange verschoben werden kann, bevor die Arretierung erfolgt. Vorzugsweise sollten Ferrule und Manschette bzw. Spannzange aus Keramik gefertigt sein, da dann ebenfalls kein Abrieb entsteht. Auch adhäsive Verbindungen sind möglich.
Der Stecker umfaßt schließlich auch Mittel zur Ausrichtung der Linse quer zur optischen Achse der Linse. Wird die optische Achse der Linse mit z bezeichnet, so ermöglichen die Ausrichtungsmittel die Ausrichtung in der x-y-Ebene. Die Ausrichtung in dieser Ebene erfolgt somit unabhängig von der Ausrichtung in z-Richtung, für die ausschließlich der Lichtwellenleiter verschoben wird. Bevorzugt umfassen die Mittel zur Ausrichtung der Linse mindestens ein Federelement zur kraftschlüssigen Verbindung des zweiten Steckerteils mit dem ersten Steckerteil. Durch das Federelement, welches beispielsweise als Gummielement oder als Spiralfeder ausgestaltet sein kann, bevorzugt jedoch als Membran ausgestaltet ist, wird das zweite Steckerteil mit der Linse gegen das erste Steckerteil mit der Faser und dem Faserende gedrückt. Die Federkraft bzw. der Anpreßdruck wirken dabei in z-Richtung, ihr Betrag wird so gewählt, daß eine Verschiebung in der x-y-Ebene durch Krafteinwirkung, wie sie beispielsweise durch Justierschrauben vermittelt wird, weiterhin möglich bleibt. Eine ungewollte Verschiebung in der x-y-Ebene unter der Einwirkung von Erschütterungen soll jedoch ausgeschlossen sein. Durch Entkopplung von z-Justierung und x-y-Justierung wird die Justierung insgesamt vereinfacht.
In einer besonders bevorzugten Ausführung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Federelement durch eine oder mehrere Schrauben, die das zweite mit dem ersten Steckerteil verbinden, mit dem zweiten Steckerteil verbunden und drückt dieses gegen das erste Steckerteil. Dabei verfügt das zweite Steckerteil über Spiel zur Ausrichtung. Statt Schrauben lassen sich auch andere äquivalente Befestigungsmittel verwenden. Die Schrauben sind dabei paßgenau über ein Gewinde mit dem ersten Steckerteil verbunden, die entsprechenden Bohrungen im zweiten Steckerteil sind jedoch größer, damit eine Ausrichtung in der x-y-Ebene möglich ist. Bei einer als Membran ausgestalteten Feder bedeutet dies, daß das der Auflagepunkt für die Feder auf dem zweiten Steckerteil nicht unmittelbar am Umfang der Schraube liegt. Dies erhöht die Stabilität.
In einer alternativen Ausführung des Steckers ist das mindestens eine Federelement durch eine oder mehrere Schrauben nicht mit dem ersten, sondern mit dem dritten Steckerteil verbunden. Das dritte Steckerteil ist dabei ebenfalls mit dem ersten Steckerteil, bevorzugt durch Schrauben, verbunden – alternativ kann die Verbindung aber auch so gestaltet werden, daß mit den Schrauben das mindestens eine Federelement mit dem dritten und dem ersten Steckerteil verbunden wird, so daß zwischen allen drei Teilen eine feste Schraubverbindung entsteht. Auch in diesem Fall verfügt das zweite Steckerteil über ausreichendes Spiel zur Ausrichtung.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung dieser Variante weist der Stecker ein Anpreßstück auf, welches das Federelement selbst und mittels des Federelements das zweite Steckerteil gegen das erste Steckerteil preßt. Das Anpreßstück kann beispielsweise über ein in das dritte Steckerteil eingebrachtes Gewinde gegen das Federelement geschraubt werden. Alternativ sind auch Schrauben denkbar, mit denen das Anpreßstück mit dem ersten Steckerteil verschraubt wird, wobei die Bohrungen für die Schrauben im Federelement und im zweiten Steckerteil aus den oben genannten Gründen größer als paßgenau sind. Bei nicht fest angezogenem Anpreßdruck ist somit noch eine Justierung des zweiten Steckerteils in der x-y-Ebene möglich. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß beim Festdrehen der Schrauben und damit beim Anspannen der Membran eine Positionsänderung des bereits justierten zweiten Steckerteils ausgeschlossen wird.
Die eben beschriebene Ausführung mit einem Anpreßstück läßt sich durch einfache konstruktive Anderungen selbstverständlich auch mit der ersten Alternative verwenden. Sie ist u. a. besonders gut für die Verwendung bei Steckern für die Kopplung von Laserlicht in eine Faser geeignet. Eine hochgenaue Parallelausrichtung von erstem und drittem Steckerteil ist dann nicht erforderlich. Deshalb ist es in diesem Fall auch möglich, erstes und drittes Steckerteil als eine einstückige Einheit auszugestalten.
Die Kontaktflächen können prinzipiell am ersten oder zweiten Steckerteil angebracht sein, für eine einfache Justierung ist es jedoch vorteilhaft, ein drittes Steckerteil vorzusehen, an welchem die Kontaktflächen angebracht sind. Weist die Kontaktstelle, an der der Stecker in die Buchse gesteckt wird, im wesentlichen Rotationssymmetrie mit einer Rotationsachse parallel zum Strahl auf, so kann die Einheit aus erstem und zweiten Steckerteil gegenüber dem dritten Steckerteil in einer zum Lichtstrahl senkrechten Ebene verschoben werden. Auf diese Weise läßt sch die Parallellage des Strahls mittig, d. h. mit hoher Genauigkeit so justieren, daß Rotationsachse und optische Achse zusammenfallen.
Eine erfindungsgemäße Buchse weist zunächst die oben schon näher beschriebene, mindestens eine Gegenkontaktfläche auf. Diese Gegenkontaktflächen sind entsprechend bevorzugt mechanisch geglättet, können ebenfalls gehärtet sein oder aus einem harten Material bestehen, beispielsweise in Form von Einlagen, es können mehrere Gegenkontaktflächen in Form von Gegenkontaktfüßen vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäße Buchse weist – insbesondere wenn Stecker und Buchse in bezug auf die optische Achse im wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich ihrer Kontaktstellen parallel zum Lichtstrahl ausgestaltet sind – bevorzugt einen Zentrierring zur Ausrichtung des Steckers und damit des Lichtstrahls in einer Ebene senkrecht zur Strahlrichtung auf. Dabei wird zunächst der Stecker in die Buchse gesetzt. Der Zentrierring kann beispielsweise eine kreisförmige Passung aufweisen, die am Umfang des Steckers oder eines Gehäuses angreift. Er wird dann nachträglich auf die Buchse gesetzt. Anstelle einer kreisförmigen Passung kann auch eine Dreipunktanlage verwendet werden. Auch auf diese Weise ist eine laterale Ausrichtung des Strahls möglich. Diese Ausrichtung kann einfach und problemlos von Hand vorgenommen werden, mit 3–4 μm ist die Toleranz hier um einiges höher als bei der Ausrichtung der Kontaktflächen in bezug auf die Strahlrichtung. Der Zentrierring kann auf der Buchse so verschoben und fixiert werden, daß die Parallellage des Strahls an jedem gewünschten Punkt, z. B. relativ zu externen Anlagepunkten durch Feststellung des Zentrierrings, fixiert werden kann. Wenn nicht der Stecker auf ein nachfolgendes optisches System ausgerichtet werden muß, sondern dieses System einmalig auf den Stecker ausgerichtet wird, kann der Zentrierring auch unbeweglich gestaltet werden, d. h. Zentrierring und Buchse sind relativ zu einander nicht beweglich. Dies kann durch eine feste Verbindung vorab erreicht werden, aber auch durch Fertigung des Ensembles aus Buchse und Zentrierring aus einem Stück. Auch in diesem Fall muß beim Wechsel des Steckers keine Nachjustierung durchgeführt werden.
Anstelle eines Zentrierrings kann zur Ausrichtung des Steckers bzw. Lichtstrahls in einer Ebene senkrecht zur Strahlrichtung auch ein V-Lager verwendet werden. In diesem Fall wird der Stecker mittels einer Schraube oder eines Federelements gegen die Kontaktpositionen des V-Lagers gedrückt.
Bevorzugt weist die Buchse auch einen Federring auf, mit dem der Stecker in der Buchse fixiert wird. Dazu kann er beispielsweise Vorsprünge an seinem Umfang aufweisen, die unter den Federring greifen. Anstelle einer kreisförmigen Passung verwendet man hier vorzugsweise eine durchbrochene Passung, die ein Einsetzen des Steckers mit anschließender Drehbewegung unter den Zentrierring erlaubt. Der Federring kann beispielsweise ebenfalls mit Vorsprüngen versehen sein. Beim Eindrehen des Steckers in die Buchse entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Vorsprüngen des Steckers und des Federrings. Der Stecker wird in die Buchse gedrückt. Die Vorsprünge am Federring sind dabei – mindestens teilweise – als Federn ausgestaltet, so daß beim Eindrehen des Steckers unter den Federring die Federkraft anwächst und somit den Anpreßdruck verstärkt. Abschließend kann mittels Schrauben der Anpreßdruck weiter verstärkt werden.
Bei Verwendung von polarisationserhaltenden Fasern kann das erste oder das dritte Steckerteil auch einen seitlichen Indexstift enthalten, bzgl. dessen die Polarisationsachse der Faser durch Drehung derselben um die z-Achse ausgerichtet wird. Die zur Steckverbindung gehörige Buchse muß dann einen entsprechenden Anschlag für den Indexstift aufweisen.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Steckverbindung für Lichtwellenleiter, die einen Stecker und eine Buchse umfaßt, wie sie insbesondere vorangehend beschrieben wurden. Für ein solches Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem (i) ein in einer Fassung eingefaßtes Ende eines Lichtwellenleiters in einer Halterung eines ersten Steckerteils zur Aufnahme der Fassung eingesetzt wird, (ii) das erste Steckersteil des Steckers mit einem zweiten Teil des Steckers, welches eine Linse enthält, verbunden wird, (iii) der Abstand einer Lichtaustrittsfläche des Lichtwellenleiters zur Linse justiert und der Lichtwellenleiter im ersten Steckerteil fixiert wird, (iv) die Position des zweiten Steckerteils in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse der Linse durch Verschiebung in diese Ebene justiert und in der justierten Position arretiert wird, so daß eine vorgegebene Winkellage eingestellt wird, und (v) mindestens eine ebene Kontaktfläche des Steckers und mindestens eine entsprechende ebene Gegenkontaktfläche der Buchse, in die der Stecker gesetzt wird, durch Glättung in bezug auf eine Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls ausgerichtet werden.
Werden im Stand der Technik zylindrische Fassungen bzw. davon abgeleitete Vierpunkt- oder V-Lager zur Aufnahme von Zylindern für Stecker und Buchse verwendet, so daß die entsprechenden Kontakt- und Gegenkontaktflächen zylindrische Form haben oder Auflagepunkte auf einem gedachten Zylinder im Raum angeordnet sind, so werden in der vorliegenden Erfindung ebene Flächen verwendet. Dies mag auf den ersten Blick als Nachteil erscheinen, da eine Buchse mit zylinderförmiger Aufnahmemöglichkeit einen besseren Halt für einen entsprechend geformten Stecker zu bieten scheint. Aufgrund von Fertigungstoleranzen lassen sich zylindrische Flächen jedoch nicht so herstellen, daß ein einfaches Wechseln des Steckers bzw. Herausnehmen und Wiedereinsetzen ohne erneute Justierung möglich wäre. Jede Passung hat ein gewisses Spiel, welches dazu führt, daß die Stecker mit einer geringen Kippung, einem Achswinkelfehler zur Zylindersymmetrieachse der Fassung der Buchse, in diese gesteckt und fixiert werden. Ein gewisser Ausgleich läßt sich durch eine entsprechende Neupositionierung der Linse erreichen, eine aufwendige und zeitaufwendige Prozedur. Selbst hochpräzise Stecker erreichen nur Genauigkeiten von 0,35 μm in bezug auf die Abweichung von der Symmetrieachse von der Passung, was bei einer Führungslänge von 5 mm einem Winkelfehler von 70 μrad entspricht.
Mit üblichen Verfahren wie beispielsweise Schleifen hergestellte ebene Flächen weisen wie die zylindrischen Passungen bzw. V-Lager, die im Stand der Technik als Kontakt- und Gegenkontaktflächen verwendet werden, gewisse Toleranzen in der Ebenengenauigkeit, d. h. der Ebenheit bzw. Rauhigkeit der Fläche, von in der Regel mehreren Mikrometern auf, was zu einer Genauigkeit bei der Positionierung in der gleichen Größenordnung führt. Die Winkelfehler liegen in diesem Fall bei mehreren 100 μrad bis hin zu einigen mrad.
Durch die Glättung, die bei den Kontakt- und Gegenkontaktflächen vorgenommen wird, kann der Fehler in der Ebenheit auf weniger als 100 nm reduziert werden, die verbleibenden Abweichungen von einer tatsächlich ebenen Fläche sind so gering, daß ein problemloses Trennen und Zusammenfügen von Stecker und Buchse möglich wird, wobei die hohe Anfangsgenauigkeit reproduzierbar eingestellt werden kann, ohne daß es einer erneuten Justage bedarf. Das Ensemble aus Fassung und Linse bleibt dabei in den einmal justierten Positionen fixiert, auch wenn der Stecker von der Buchse getrennt wird.
Eine Glättung ist bei ebenen Flächen besonders einfach durchzuführen und die Ebenheit kann mittels optischer Interferenzmethoden einfach überprüft werden. Vorteilhaft wird die mindestens eine Kontaktfläche des Steckers und die mindestens eine Gegenkontaktfläche der Buchse mechanisch geglättet, bevorzugt poliert, gelappt, oder diamantgedreht. Auch einfaches Drehpolieren ohne Diamant ist möglich. Mit allen Verfahren lassen sich die erforderlichen Oberflächenguten in einfacher Weise erreichen. Die Verfahren können sowohl von Hand als auch maschinell durchgeführt werden. Andere mechanische Glättungsverfahren, die zum gleichen Ergebnis führen, sind alternativ ebenfalls einsetzbar.
Schließlich können auch andere Glättungsverfahren als mechanische verwendet werden, sofern sie zu dem gewünschten Ergebnis führen. Grundsätzlich läßt sich das Verfahren auch bei zylindrischen Passungen anwenden, wobei dann der Fehler nicht in der Ebenheit, sondern die Abweichungen des Radius des Zylinders an jeder Position auf den Zylinderflächen von Kontakt- und Gegenkontaktfläche das entscheidende Kriterium ist. Zylindrische Flächen mit einer solchen Genauigkeit sind jedoch schwieriger herzustellen, auch die Überprüfung in bezug auf die Genauigkeit ist ungleich schwieriger als bei ebenen Flächen.
Als Winkellage, d. h. der Winkelausrichtung des aus- oder eintretenden Lichtstrahls wird häufig vorgegeben, daß die optische Achse der Linse im wesentlichen mit dem Mittelpunkt der Lichtaustrittsfläche des Lichtwellenleiters zusammenfällt, was einem Winkel von Null Grad entspricht. Jedoch sind – je nach geforderter Anwendung – auch andere Winkellagen einstellbar. In einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird die mindestens eine Kontaktfläche und/oder die mindestens eine Gegenkontaktfläche vor der Glättung gehärtet oder mit gehärtetem Material belegt. Diese Ausführung ist z. B. dann vorteilhaft, wenn von den beiden Flächen die eine Fläche als durchgängig ebene Fläche ausgestaltet ist, bei der anderen Komponente jedoch mehrere, kleinere Flächen zum Kontakt vorgesehen sind. Beispielsweise kann der Stecker mit Füßen versehen sein, wobei die Fußflächen die Kontaktflächen bilden. In diesem Fall müssen nur die Fußflächen gehärtet bzw. mit gehärtetem Material wie Keramik, Saphir oder Glas belegt werden, oder sie werden ganz aus diesen Materialien gefertigt. Die – üblicherweise metallische – Gegenkontaktfläche kann ebenfalls gehärtet werden. Die Härtung der Flächen kann beispielsweise durch Anodisieren oder Eloxieren erfolgen. Als Materialien für dieses Hardcoating eignen sich beispielsweise Titan oder Aluminium. Alternativ ist es möglich, die gesamte Kontakt- oder Gegenkontaktfläche als Einsatz aus einen harten Material wie Keramik, Saphir oder Glas zu gestalten. Auch Einsätze aus vorab gehärtetem Material sind denkbar.
Zweckmäßig ist es, Kontakt- und Gegenkontaktfläche senkrecht in bezug auf die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls auszurichten. Der Richtungsvektor des Lichtstrahls hat dann keine Komponente in der Ebene der Kontakt- bzw. Gegenkontaktfläche, was die Ausrichtung erleichtert.
Bevorzugt wird die Qualität der Glättung der Fläche mittels Interferenzmessungen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, überprüft. Aufgrund des Ergebnisses der Interferenzmessungen kann iterativ in wenigen Schritten eine ebene Oberfläche innerhalb der geforderten Toleranzen, d. h. mit einem Fehler in der Ebenheit von weniger als 100 nm, hergestellt werden. Die Ausrichtung in bezug auf die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls kann überprüft werden, indem der Stecker mit seiner mindestens einen Kontaktfläche, die bearbeitet wird, in eine Referenzbuchse mit einer ebenen Gegenkontaktfläche gesteckt wird. Dann kann die Lage des austretenden Lichtstrahls bestimmt und eine entsprechende Korrektur vorgenommen werden, so daß die Ausrichtung iterativ in wenigen Schritten korrekt eingestellt werden kann. Der Lichtstrahl kann beispielsweise mit einer hochauflösenden CCD-Kamera im Brennpunkt einer Hilfslinse mit einer langen Brennweite von beispielsweise f = 50 cm detektiert werden, um möglichst genau die Ablage zu bestimmen. Dabei kann der Stecker auf der Gegenkontaktfläche um eine Achse senkrecht zu dieser gedreht werden; der Lichtfleck, den der Strahl auf dem CCD-Array bildet, beschreibt dann eine Kreisbahn um die optische Achse. Der Mittelpunkt des Kreises entspricht exakt der senkrechten Position, auf die hin zu korrigieren ist. Dieses Rotationsmeßverfahren bietet gegenüber einzelnen Messungen eine deutlich höhere und vor allem absolute Genauigkeit. Je nach verwendeter Linse und CCD-Kamera lassen sich Auflösungen von Bruchteilen einer Bogensekunde erreichen.
Damit die Steckverbindung getrennt und ohne erneutes Justieren wieder zusammengesetzt werden kann, so daß die gleiche Strahllage eingestellt wird, justiert man vorab beim Zusammenbau des Steckers den Abstand von der Lichtaustrittsfläche des Lichtwellenleiters bzw. der Faser im ersten Steckerteil und der Linse im zweiten Steckerteil, die in der Regel aus einer einzelnen Linse, einem Kittglied oder aus Einzellinsen, die in vorgegebenen Abständen voneinander montiert bzw. fixiert sind, besteht, einmal am Anfang und fixiert dann den Lichtwellenleiter an der entsprechenden Position. Bevorzugt erfolgt die Justierung des Abstandes von Lichtaustrittsfläche und Linse mittels Divergenzminimierung. Auch andere im Stand der Technik bekannte Methoden zur Justierung des Abstandes sind selbstverständlich gleichermaßen einsetzbar, die Methode der Divergenzminimierung wurde beispielhaft herausgegriffen. Die Lichtaustrittsfläche, d. h. das Ende des Lichtwellenleiters, welches beispielsweise flach oder angewinkelt flach ausgeführt sein kann, wird dabei zunächst in der Nähe des Brennpunktes der Linse positioniert und anschließend entlang der z-Richtung verschoben, bis minimale Divergenz erreicht ist. Auf diese Weise wird ein kollimierter Strahl erzeugt, konvergente oder divergente Strahlen lassen sich durch Einbringen bzw. Einschalten entsprechend ausgestalteter Meßoptiken zwischen Stecker und Divergenzmeßsystem bei Bedarf ebenfalls einstellen. Eine anschließende Justierung der Winkellage des aus dem Stecker tretenden Lichtbündels wird erreicht, indem das zweite Steckerteil mit der Linse lateral, d. h. in der Ebenen senkrecht zur optischen Achse der Linse, verschoben wird. Diese Lage läßt sich mit einer hohen Präzision von etwa 100 nm einstellen. Die Justierung der Winkellage kann auch im Rahmen bzw. vor oder nach der oben beschriebenen Rotationsmessung durchgeführt werden. Die Justierung ist dann am besten, wenn der Winkel des Strahls zur z-Achse am kleinsten ist. Zur Fixierung können der Lichtwellenleiter und/oder die Fassung und/oder das erste Steckerteil miteinander verklebt, verlötet oder verschweißt werden. Auch eine Fixierung der Teile zueinander jeweils mit Schrauben ist eine Möglichkeit.
Die Kontaktflächen können prinzipiell am ersten oder zweiten Steckerteil angebracht sein, für eine einfache Justierung ist es jedoch vorteilhaft, ein drittes Steckerteil vorzusehen, an welchem die Kontaktflächen angebracht sind. Weist die Kontaktstelle, an der der Stecker in die Buchse gesteckt wird, im wesentlichen Rotationssymmetrie mit einer Rotationsachse parallel zum Strahl auf, so kann die Einheit aus erstem und zweiten Steckerteil gegenüber dem dritten Steckerteil in einer zum Lichtstrahl senkrechten Ebene verschoben werden. Auf diese Weise läßt sch die Parallellage des Strahls mittig, d. h. mit hoher Genauigkeit so justieren, daß Rotationsachse und optische Achse zusammenfallen. Auch andere, außermittige Positionen sind, sofern erforderlich, durch Justierung einstellbar. In der bei der Justierung eingestellten Position wird die Einheit aus erstem und zweitem Steckerteil dann abschließend fixiert. Die durch die diese und die vorangehend beschriebenen Justiermaßnahmen insgesamt erreichbare Präzision liegt bei ca. 3 μm. Bezogen auf einen typischen Strahldurchmesser von 700 μm sind das weniger als 0,5 % des Strahldurchmessers. Demgegenüber liegt die Genauigkeit bei den präzisesten, bisher im Stand der Technik bekannten Flat-Connector-Steckern bei 0,35 μm bei einem Strahldurchmesser von 5 μm, also 7% vom Strahldurchmesser.
In Anbetracht der Tatsache, daß beim Durchgang durch ein ideales optisches System das Produkt aus Winkelabweichung und Parallelabweichung konstant bleibt, bietet also ein erfindungsgemäßer Stecker den Vorteil, daß die – unvermeidlichen – Fertigungstoleranzen so gelegt werden, daß sie möglichst wenig Auswirkungen auf das Gesamtverhalten beim Einsatz haben. Dies wird erreicht, indem durch Glättung ebener Flächen nur außerordentlich geringe Winkelfehler verbleiben, während die Parallelpositionierung am aufgeweiteten Strahl vorgenommen wird, so daß auch hier der relative Fehler sehr gering ist.
Die Lagemessung erfolgt vorteilhaft wieder mittels der Rotationsmethode, indem z. B. jetzt die CCD-Kamera ohne jegliche Optik so nah wie möglich hinter dem Stecker plaziert wird. Schließlich läßt sich durch Nachpolieren der Kontaktfläche(n) am dritten Steckerteil die Winkelablage weiter bis auf Bruchteile einer Bogensekunde reduzieren.
Vorteilhaft erfolgt eine Arretierung des zweiten Steckerteils relativ zum ersten Steckerteil mittels Federkraft. Zweckmäßig wird die Federkraft dabei so eingestellt, daß die Arretierung Erschütterungen und Beschleunigungsänderungen, wie sie beispielsweise beim Wechseln und dem Transport solcher Stecker auftreten können, stand hält. Zum anderen soll aber gleichzeitig eine Justierung der Linse durch Verschieben des zweiten Steckerteils in der Ebene senkrecht zur optischen Achse der Linse, beispielsweise mit Hilfe von Justierschrauben, ermöglicht werden. Auf diese Weise können die beispielsweise verwendeten Justierschrauben später entfernt werden. Eine andere Möglichkeit besteht auch darin, mehrere Justierschrauben oder ähnliche Mittel zu verwenden und diese dann im Stecker zu belassen, wobei dies jedoch die materialaufwendigere Methode ist. Alternativ kann auch nach der Justierung die Federkraft weiter erhöht werden.
Wenn sowohl der Lichtstrahl wie oben beschrieben ausgerichtet ist, als auch die Kontaktfläche des Steckers und die Gegenkontaktfläche der Buchse poliert und ausgerichtet sind, muß bei der Verbindung von Stecker und Buchse der Stecker in der Buchse ausgerichtet werden, bei einer im wesentlichen rotationssymmetrischen Verbindung also zentriert werden, so daß der Lichtstrahl durch eine entsprechende Öffnung in das Gerät, an dem sich die Buchse befindet, eintreten kann. Der Lichtstrahl muß dabei so positioniert werden, daß der genau definierte Austrittspunkt in der Öffnung erreicht wird, ohne seine Winkellage zu beeinflussen. Die Genauigkeit hängt dabei von den Anforderungen des nachfolgenden optischen Geräts ab, typische Werte sind etwa 5 μm bei einem Strahldurchmesser von 700 μm. Zweckmäßig erfolgt die radiale Justierung des Steckers in der Buchse daher mittels eines Zentrierrings und dessen Arretierung. Der Stecker wird also in die Buchse gesetzt, so daß eine Ausrichtung in einer Ebene, die parallel zu der Ebene liegt, in der sich Kontakt- und Gegenkontaktfläche befinden, möglich ist. Die Justierung erfolgt durch Verschieben des Zentrierrings in dieser Ebene, welches eine entsprechende Verschiebung des Steckers in bezug auf die Buchse zur Folge hat. Ist die optimale Funktion erreicht, so wird der Zentrierring auf der Buchse arretiert. Der Spalt zwischen Stecker und Zentrierring muß dabei kleiner sein als die zulässige Toleranz der Positionierung, beispielsweise kleiner als 5 μm. Bevorzugt weist der Zentrierring dazu zwei radiale Anlagepunkte in einem Winkel von beispielsweise 90° zueinander auf, gegen die der Stecker gedrückt wird, wodurch Fehler durch einen Spalt ausgeschlossen werden. Der Stecker wird dann abschließend durch eine weitere Vorrichtung, wie beispielsweise einen Federring in der Buchse bzw. dem Zentrierring arretiert.
Die Verfahrensschritte müssen nicht notwendig in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Auch ist es möglich, die Ausrichtung der Kontakt- und Gegenkontaktflächen in zwei Schritten zu vollziehen, beispielsweise eine erste Planpolitur durchzuführen, dann den Stecker in die Buchse zu setzen und eine Justierung der Linse mit Hilfe des oben beschriebenen Rotationsverfahrens vorzunehmen und anschließend eine nochmalige Feinpolitur zur endgültigen Ausrichtung des Strahls senkrecht zu diesen Flächen mit einer Genauigkeit von etwa 2 μrad durchzuführen.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale zeigen, näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine optische Steckverbindung, bestehend aus Stecker und Buchse,
2 einen Längsschnitt durch den Stecker, der gegenüber dem Längsschnitt der 1 um 45° gedreht ist, und
3 eine alternative Ausführung eines Steckers im Längsschnitt.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Stecker 1 über einer erfindungsgemäßen Buchse 2 dargestellt. Der Stecker 1 besteht aus einem ersten Steckerteil 3, einem zweiten Steckerteil 4, sowie einem dritten Steckerteil 5. Das erste Steckerteil 3 und das dritte Steckerteil 5 werden von einem Gehäuse 6 eingefaßt. Das erste Steckerteil 3 weist eine gegenüber der Symmetrieachse gekippte Bohrung auf, die als Halterung für die in eine Ferrule eingefaßte Lichtleitfaser 7 dient. Die Lichtleitfaser 7 wird von einer Manschette 8 umfaßt und gehalten. Zum Justieren der Lichtleitfaser 7 entlang ihrer Symmetrieachse wird die Manschette 8 in der Halterung verschoben. Die Justierung sollte dabei so erfolgen, daß der Brennpunkt einer Linse 9, die hier als Kollimatorlinse ausgestaltet ist, auf der Austrittsfläche 10 der Lichtleitfaser 7 möglichst im Zentrum liegt und ein kollimierter Strahl erzeugt wird. Bei der in 1 gezeigten Lichtleitfaser 7 handelt es sich um einen Lichtwellenleiter vom Typ AFC (angled flat connector), bei dem die Lichtaustrittsfläche 10 unter einem Winkel zur Symmetrieachse der Lichtleitfaser 7 bzw. Strahlrichtung steht um Rückreflexe in den Laser oder das optische System zu verhindern. Aufgrund der Lichtbrechung an der Lichtaustrittsfläche 10 ist deshalb die Lage der Lichtleitfaser 7 leicht gekippt gegenüber der optischen Achse der Linse 9 sowie der Verbindung zwischen Stecker 1 und Buchse 2. Auch Fasern vom Typ FC (Flat-Connector) können verwendet werden, wobei dann keine Verkippung der Faserlage erfolgt. Das erste Steckerteil 3 weist zudem eine Öffnung 11 auf. In der Öffnung 11 kann eine hier nicht gezeigte Schraube versenkt werden, mit der die Position der Manschette 8 in bezug auf das erste Steckerteil 3 fixiert und arretiert werden kann. Das Gehäuse 6 kann so ausgeführt sein, daß es im zusammengebauten Zustand die Öffnung 11 verdeckt.
Die Linse 9 wird im zweiten Steckerteil 4 gehalten. Das zweite Steckerteil 4 liegt mit seiner einen Seite am ersten Steckerteil 3 an. Auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite weist das zweite Steckerteil 4 eine kreisförmige Anlagefläche 12 auf, auf der eine ebenfalls runde Membran 13 aufliegt. Die Membran 13 weist in ihrer Mitte eine Öffnung auf, aus der der durch die Linse 9 kollimierte Lichtstrahl austritt.
Mittels Schrauben 14 wird das zweite Steckerteil 4 mit dem ersten Steckerteil 3 verbunden. Das zweite Steckerteil 4 weist dazu Bohrungen 15 auf, durch die die Schrauben 14 gesteckt werden. Der Durchmesser der Bohrungen 15 ist dabei größer als der Gewindedurchmesser der Schrauben, so daß das zweite Steckerteil 4 gegenüber den Schrauben 14 Spiel aufweist. Die Schrauben 14 verbinden jedoch ebenfalls die Membran 13 mit dem zweiten Steckerteil 4. Da die Membran 13 nur auf den Anlageflächen 12 auf dem zweiten Steckerteil 4 aufliegt, wird durch die Schrauben 14 letztendlich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen erstem Steckerteil 3 und zweitem Steckerteil 4 hergestellt.
Die Schrauben 14 können dabei so fest angezogen werden, daß eine willkürliche Verschiebung des zweiten Steckerteils 4 relativ zum ersten Steckerteil 3 entlang der Kontaktfläche, der x-y-Ebene, mittels Justierschrauben möglich ist, eine unwillkürliche Verschiebung durch leichte Erschütterungen jedoch verhindert wird. In diesem Fall kann bereits das dritte Steckerteil 5 aufgesetzt werden und mit dem ersten Steckerteil verbunden werden. Die Justierschrauben können dann beispielsweise durch Öffnungen 16 geführt werden. Später können diese Öffnungen 16 zur Verbindung des Gehäuses 6 mit dem dritten Steckerteil 5 dienen.
Die Justierung der Linse 9 in bezug auf die Lichtaustrittsfläche 10, d. h. entlang der z-Achse, erfolgt dabei bevorzugt mittels Divergenzminimierung, beispielsweise in einem Steckersimulator. Dabei ist es selbstverständlich auch möglich, die Position der Lichtaustrittsfläche 10 durch Verschieben der Manschette 8 mit der Lichtleitfaser 7 zu variieren. Die Justierung der Kollimatorlinse in der x-y-Ebene erfolgt bevorzugt im Rahmen einer Rotationsmessung, bei der zunächst die Lage der z-Achse bestimmt wird und dann die Ablage zur z-Achse minimiert wird. Diese muß in diesem Stadium noch nicht mit der gewünschten optischen Achse zusammenfallen.
Das dritte Steckerteil 5 wird dann mit dem ersten Steckerteil 3 verbunden und umhüllt dabei das zweite Steckerteil 4. Die Verbindung von erstem Steckerteil 3 und drittem Steckerteil 5 kann beispielsweise mittels Schrauben 17, wie in 2 gezeigt, hergestellt werden. Der in 2 gezeigte Schnitt durch den Stecker ist gegenüber dem in 1 gezeigten Schnitt um 45° gedreht, das zweite Steckerteil 4 ist kleeblattförmig ausgestaltet, das dritte Steckerteil 5 weist die Form eines hohlen Kleeblattes auf. Auf diese Weise ist es möglich, zweites und drittes Steckerteil 4 bzw. 5 jeweils unabhängig voneinander mit dem ersten Steckerteil 3 zu verbinden. Dies ist insbesondere für die Justierung und die Ausrichtung bezüglich der Richtung und Position des kollimierten Lichtstrahls vorteilhaft.
Auf der der Buchse 2 zugewandten Seite des dritten Steckerteils 5 befinden sich Kontaktfüße 18 mit Kontaktflächen 19. Insgesamt müssen mindestens drei solche Kontaktfüße 18 vorgesehen sein, um eine sichere Auflage und präzise Glättung zu ermöglichen. Die Kontaktflächen 19 können – wie hier beispielhaft gezeigt – aus demselben Material wie die Kontaktfüße 18 und das dritte Steckerteil 5 bestehen, wobei die Kontaktflächen 19 dann bevorzugt gehärtet sind. Alternativ können auch Einsätze aus hartem Material wie Keramik oder Quarzglas vorgesehen sein. Die Ebene, in der die Kontaktflächen 19 liegen, bildet mit der optischen Achse der Linse 9, die der Lichtausbreitungsrichtung entspricht, einen rechten Winkel. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausrichtung der Flächen in bezug auf die optische Achse, da im ausgerichteten Zustand die Lichtausbreitungsrichtung keine in der Ebene liegende Komponente aufweist. Nach dem Zusammenbau des Steckers 1 – mit oder ohne Gehäuse 6 – werden die Kontaktflächen 19 mittels mechanischer Glättung, beispielsweise durch Polieren oder Läppen, ausgerichtet.
Nach Ausrichtung der Kontaktflächen 19 wird der Stecker 1 in die Buchse 2 gesetzt, wie in 1 angedeutet. Die Buchse 2 weist im vorliegenden Beispiel eine Gegenkontaktfläche 20 auf. Die Gegenkontaktfläche 20 wird ebenso wie die Kontaktflächen 19 poliert oder geläppt. Auch die Gegenkontaktfläche 20 ist bezüglich der Ausbreitungsrichtung des kollimierten Lichtstrahls senkrecht zu dieser ausgerichtet, so daß ein Lichtstrahl höchster Lagegenauigkeit in die sich an die Buchse 2 anschließende Applikationsoptik eingekoppelt wird.
Jedoch sollten die Kontaktflächen 19 des Steckers 1 im Rahmen der geforderten Genauigkeit in einer Ebene senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung liegen. Dies ermöglicht einen Austausch gegen andere Stecker, die mit der gleichen Präzision gefertigt sind. Eine erneute Justierung auf Seiten der Applikationsoptik in bezug auf die Strahlrichtung beim Wechsel des Steckers ist nicht notwendig.
Der Stecker 1 weist an seinem Umfang Vorsprünge 22 auf. Die Buchse 2 weist ein einen Zentrierring 24 auf, der auf der Buchse 2 bzw. Gegenkontaktfläche 20 innerhalb eines vorgegebenen Spiels verschoben und fixiert werden kann. Beim Zusammenbau wird der Stecker 1 in den Zentrierring 24 gesetzt. Die Vorsprünge 22 des Steckers 1 liegen dann im wesentlichen paßgenau an der Innenseite der Buchse 2 an. Vorteilhaft ist dabei die Innenseite nur in einem kleinen, ringförmigen Bereich 23 paßgenau ausgestaltet, dies vermindert Reibungswiderstände und ein Verkanten des Steckers 1 in der Buchse 2. Eine Ausrichtung des Strahls in der Ebene der Gegenkontaktfläche 20 ist nun mittels des Zentrierrings 24 möglich, der mit nicht gezeigten Schrauben auf der Buchse 2 befestigt wird. Er kann auf der Buchse 2 so verschoben fixiert werden, daß die Parallellage des Strahls an jedem gewünschten Punkt, beispielsweise relativ zu externen Anlagepunkten, durch Fixierung des Zentrierrings 24 fixiert werden kann. Insbesondere kann der Strahl mit einer Genauigkeit von etwa 5 μm zentriert werden.
Um den Stecker 1 in der Buchse 2 in der gewünschten Position zu fixieren, ist außerdem ein Federring 28 vorgesehen. Dieser wird mit Schrauben 25 auf dem Zentrierring 24 befestigt. Der Federring weist Vorsprünge 26 auf. Ein einfaches Lösen und Wiederherstellen der Verbindung zwischen Stecker 1 und Buchse 2 wird ermöglicht, indem die Vorsprünge 26 auch entsprechend paßgenau auf den Vorsprüngen 22 in Aussparungen 27 am Stecker 1 liegen, wobei die Vorsprünge 26 bevorzugt als Federn ausgestaltet sind, die auf den Stecker 1 an seinen Vorsprüngen 22 in den Aussparungen 27 eine Kraft ausüben und in die Buchse 2 drücken. Werden die Vorsprünge 26 und 22 nur an ausgewählten Stellen des Umfanges des Steckers 1 bzw. der Buchse 2 angebracht, so kann eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Stecker 1 und Buchse 2 nach Einsetzen des Steckers 1 mit anschließender Drehung hergestellt werden.
Eine alternative Ausführung eines Steckers 1 ist in 3 in einem Längsschnitt dargestellt. Die Membran 13 ist hier durch eine oder mehrere Schrauben 29 nicht mit dem ersten Steckerteil 3, sondern mit dem dritten Steckerteil 30 verbunden. Das dritte Steckerteil 30 ist dabei – in der Zeichnung allerdings nicht dargestellt – ähnlich wie in 2 dargestellt ebenfalls mit dem ersten Steckerteil 3, bevorzugt durch Schrauben, verbunden – alternativ kann die Verbindung aber auch so gestaltet werden, daß mit den Schrauben 29 die Membran 13 mit dem dritten Steckerteil 30 und dem ersten Steckerteil 3 verbunden wird, so daß zwischen allen drei Teilen 3, 13, 30 eine feste Schraubverbindung entsteht. Auch in diesem Fall verfügt das zweite Steckerteil 31 über ausreichendes Spiel zur Ausrichtung.
Der Stecker 1 umfaßt außerdem ein Anpreßstück 32, welches die Membran 13 und vermittelt durch die Membran 13 das zweite Steckerteil 31 gegen das erste Steckerteil 3 preßt. Das Anpreßstück 32 kann beispielsweise über ein in das dritte Steckerteil 30 eingebrachtes Gewinde gegen die Membran 13 geschraubt werden. Alternativ sind, wie in 3 gezeigt, auch Schrauben 33 denkbar, mit denen das Anpreßstück 32 mit dem ersten Steckerteil 3 verschraubt wird, wobei die Bohrungen für die Schrauben 33 in der Membran 13 und im zweiten Steckerteil 31 größer als paßgenau sind um eine Justierung des zweiten Steckerteils mit dem optischen Element auch bei leicht gespannter Membran 13 zu ermöglichen. Mit dieser Konfiguration läßt sich erreichen, daß beim Festdrehen der Schrauben 33 und damit beim Anspannen der Membran 13 eine Positionsänderung des bereits justierten zweiten Steckerteils 31 ausgeschlossen wird.
Die eben beschriebene Ausführung mit einem Anpreßstück 32 ist besonders gut für die Verwendung im Falle von Steckern für die Kopplung von Laserlicht in eine Faser geeignet. Diese werden in der Regel nicht so häufig gewechselt, weshalb es für die Justage auch ausreicht, wenn die Kontaktflächen 19 – beispielsweise an Kontaktfüßen (18), die an das dritte Steckerteil 30 geschraubt werden – einfach z. B. durch Schleifen geglättet sind. Die geforderte Genauigkeit ist in diesem Fall nicht so hoch wie bei der Kopplung von Licht aus der Faser in den Strahlengang eines Applikationsgeräts. Eine hochgenaue Parallelausrichtung von erstem Steckerteil 3 und drittem Steckerteil 30 ist dann ebenfalls nicht erforderlich. Deshalb ist es in diesem Fall auch möglich, erstes Steckerteil 3 und drittes Steckerteil 30 als eine einstückige Einheit auszugestalten. Es handelt sich in diesem Fall mehr oder weniger um einfache Koppler.
Die vorangehend beschriebene Erfindung ermöglicht es einem Benutzer, Stecker 1 des erfindungsgemäßen Typs mit Buchsen 2 des erfindungsgemäßen Typs beliebig oft zusammenzusetzen, wieder zu trennen und abermals zusammenzufügen, ohne daß eine erneute Justierung notwendig wäre, wenn Stecker 1 und/oder Buchse 2 ausgetauscht werden. So kann beispielsweise bei Beleuchtungsoptiken, in die verschiedene Laserlichtquellen abwechselnd über eine optische Steckverbindung des erfindungsgemäßen Typs eingekoppelt werden sollen, die Lichtquelle durch einfachen Wechsel des Steckers – in dem die von der Lichtquelle kommende Faser endet – ausgetauscht werden, ohne daß eine erneute Justierung nötig wäre. Der erforderliche Aufwand bei der Herstellung solcher Steckverbindungen ist relativ gering, da im wesentlichen nur ebene Flächen, diese jedoch mit hoher Genauigkeit hergestellt werden müssen.

1: Stecker
2: Buchse
3: erstes Steckerteil
4: zweites Steckerteil
5: drittes Steckerteil
6: Gehäuse
7: Lichtleitfaser
8: Manschette
9: Linse
10: Lichtaustrittsfläche
11: Öffnung
12: Anlagefläche
13: Membran
14: Schraube
15: Bohrung
16: Öffnung
17: Schraube
18: Kontaktfuß
19: Kontaktfläche
20: Gegenkontaktfläche
21: Öffnung
22: Vorsprung
23: ringförmiger Bereich
24: Zentrierring
25: Schraube
26: Vorsprung
27: Aussparung
28: Federring
29: Schrauben
30: drittes Steckerteil
31: zweites Steckerteil
32: Anpreßstück
33: Schrauben

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19840935 B4 [0004]
- DE 3238049 C1 [0005]
- US 6796720 B2 [0006]
- US 6925234 B2 [0007]

Claims

Optische Steckverbindung für Lichtwellenleiter, umfassend einen Stecker (1) und eine Buchse (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Stecker (1) mindestens eine ebene, geglättete und in bezug auf eine Ausbreitungsrichtung eines aus dem oder in den Stecker (1) tretenden Lichtstrahls ausgerichtete Kontaktfläche (19) zur Auflage auf mindestens einer entsprechenden, ebenen, geglätteten und in bezug auf die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls ausgerichteten Gegenkontaktfläche (20) der Buchse (2) aufweist.
Optische Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl eine Ebene, in der die mindestens eine Kontakt- und die mindestens eine Gegenkontaktfläche (19, 20) liegen, schneidet, bevorzugt senkrecht zu dieser Ebene.
Optische Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Kontaktfläche (19) des Steckers (1) und die mindestens eine Gegenkontaktfläche (20) der Buchse (20) mechanisch geglättet, bevorzugt geläppt oder poliert sind.
Stecker (1) für eine optische Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend – ein erstes Steckerteil (3) mit einer Halterung zur Aufnahme eines in eine Fassung eingefaßten Endes eines Lichtwellenleiters (7), – ein zweites Steckerteil (4, 31) mit einer Linse (9), – Mittel zur Ausrichtung und Fixierung des Endes des Lichtwellenleiters (7) in der Halterung entlang einer Strahlrichtung, – Mittel zur Ausrichtung der Linse (9) quer zu einer optischen Achse der Linse (9), sowie – ein drittes Steckerteil (5, 30), welches die mindestens eine Kontaktfläche (19) aufweist und mit dem ersten und/oder zweiten Steckerteil (3, 4, 31) verbunden ist.
Stecker (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine äußere Schicht der mindestens einen Kontaktfläche (19) aus gehärtetem Material, vorzugsweise einer gehärteten metallischen Legierung besteht.
Stecker (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Kontaktfläche (19) aus Keramik, Saphir, Quarzglas oder einem ähnlichen Material, besteht.
Stecker (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere Kontaktflächen (19) in Form von Kontaktfüßen (18) aufweist.
Stecker (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ausrichtung und Fixierung des Endes des Lichtwellenleiters (7) eine Manschette (8) oder Spannzange umfassen, in der die Fassung fixiert ist.
Stecker (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ausrichtung des Endes des Lichtwellenleiters eine Schraube umfassen, mittels der die Manschette (8) bzw. Spannzange fixiert wird.
Stecker (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ausrichtung der Linse (9) mindestens ein Federelement, bevorzugt eine Membran (13), zur kraftschlüssigen Verbindung des zweiten Steckerteils (4, 31) mit dem ersten Steckerteil (3) umfassen.
Stecker (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Federelement durch eine oder mehrere Schrauben (14), die das zweite Steckerteil (4) mit dem ersten Steckerteil (3) verbinden, mit dem zweiten Steckerteil (4) verbunden ist und dieses gegen das erste Steckerteil (3) drückt, wobei das zweite Steckerteil (4) über Spiel zur Ausrichtung verfügt.
Stecker (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Federelement durch eine oder mehrere Schrauben (29) mit dem dritten Steckerteil (30) und dieses mit dem ersten Steckerteil (3) verbunden ist, wodurch das zweite Steckerteil (31) gegen das erste Steckerteil (3) gedrückt wird, und wobei das zweite Steckerteil (31) über Spiel zur Ausrichtung verfügt.
Stecker (1) nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stecker (1) ein Anpreßstück (32) aufweist, welches das Federelement und mittels dieses das zweite Steckerteil (31) gegen das erste Steckerteil (3) preßt.
Stecker (1) nach einem der Ansprüche 10, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß erstes Steckerteil (3) und drittes Steckerteil (30) eine einstückige Einheit bilden.
Stecker (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß erstes Steckerteil (3) und zweites Steckerteil (4, 31) eine einstückige Einheit bilden.
Buchse (2) für eine optische Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Zentrierring (24) zur Ausrichtung des Steckers in einer Ebene senkrecht zur Strahlrichtung aufweist.
Buchse (2) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Zentrierring (24) und Buchse (2) relativ zueinander nicht beweglich sind.
Buchse (2) für eine optische Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein V-Lager zur Ausrichtung des Steckers in einer Ebene senkrecht zur Strahlrichtung aufweist.
Buchse (2) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Federring (28) zur Fixierung des Steckers in der Buchse (2) aufweist.
Buchse (2) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine äußere Schicht der mindestens einen Gegenkontaktfläche (20) aus gehärtetem Material, vorzugsweise einer metallischen Legierung besteht.
Buchse (2) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Gegenkontaktfläche (20) aus einem harten Material, bevorzugt mit einer absoluten Härte von mehr als 100, bevorzugt Keramik, Saphir oder Quarzglas, besteht.
Buchse (2) nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Gegenkontaktflächen (20) in Form von Gegenkontaktfüßen aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer optischen Steckverbindung für Lichtwellenleiter, die einen Stecker (1) und eine Buchse (2) umfaßt, bei dem – ein in einer Fassung eingefaßtes Ende eines Lichtwellenleiters (7) in eine Halterung eines ersten Steckerteils (3) zur Aufnahme der Fassung eingesetzt wird, – das erste Steckerteil (3) des Steckers (1) mit einem zweiten Steckerteil (4, 31) des Steckers (1), welches eine Linse (9) enthält, verbunden wird, – der Abstand einer Lichtaustrittsfläche (10) des Lichtwellenleiters (7) zur Linse (9) justiert und der Lichtwellenleiter im ersten Steckerteil (3) fixiert wird, – die Position des zweiten Steckerteils (4, 31) in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse der Linse (9) durch Verschiebung in dieser Ebene justiert und in der justierten Position arretiert wird, so daß eine vorgegebene Winkellage eingestellt wird, und – mindestens eine ebene Kontaktfläche (19) des Steckers (1) und mindestens eine ebene Gegenkontaktfläche (20) der Buchse (2), in die der Stecker (1) gesetzt wird, durch Glättung in bezug auf eine Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Kontaktfläche (19) des Steckers (1) und die mindestens eine Gegenkontaktfläche (20) der Buchse (2) mechanisch geglättet, bevorzugt poliert, geläppt oder diamantgedreht werden.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, daß die mindestens eine Kontaktfläche (19) und/oder die mindestens eine Gegenkontaktfläche (20) vor der Glättung gehärtet oder mit gehärtetem Material belegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß Kontakt- und Gegenkontaktfläche (19, 20) senkrecht in bezug auf die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls ausgerichtet werden, bevorzugt mittels eines Rotationsmeßverfahrens.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Qualität der Glättung der Kontakt- und/oder Gegenkontaktfläche (19, 20) mittels Interferenzmessungen überprüft werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Justierung des Abstandes von Lichtaustrittsfläche (10) und Kollimator (9) mittels Divergenzminimierung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß durch Nachpolieren der Kontaktfläche (19) und/oder der Gegenkontaktfläche (20) eine Feineinstellung der Winkellage des Lichtstrahls vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (7) und/oder die Fassung und/oder das erste Steckerteil (3) miteinander verklebt, verlötet oder verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine Arretierung des zweiten Steckerteils (4, 31) relativ zum ersten Steckerteil (3) mittels Federkraft erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß erstes und zweites Steckerteil (3, 4, 31) arretiert in ein drittes Steckerteil (5, 30) eingesetzt werden und der Lichtstrahl in bezug auf seine Parallellage durch Verschieben des ersten und zweiten Steckerteils (3, 4, 31) relativ zum dritten Steckerteil (5, 30) in einer zum Lichtstrahl senkrechten Ebene ausgerichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß eine radiale Justierung des Steckers (1) in der Buchse (2) mittels eines Zentrierrings (24) und dessen Arretierung erfolgt.