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Die Erfindung betrifft einen justierbaren Faserkollimator zur Erzeugung von kollimiertem Licht aus Licht, das von einer Faser eingespeist wird.
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Aus dem Stand der Technik sind Faserkollimatoren bekannt, bei denen eine Sammellinse in einem Gehäuse gefasst ist. Entlang der optischen Achse weist das Gehäuse solcher bekannter Faserkollimatoren der Linse gegenüber liegend eine Faserkupplung zur Aufnahme einer optischen Faser auf. Die Faserkupplung ist so angeordnet, dass die Austrittsfläche der optischen Faser im Brennpunkt der Sammellinse liegt. Mittels genormter Faserkupplungen lässt sich eine befriedigende Reproduzierbarkeit und Genauigkeit der Lage der Faseraustrittsfläche erzielen.
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Aus dem Stand der Technik ist ferner bekannt, dass bei sphärischen Sammellinsen aufgrund der sphärischen Aberration Strahlen durch einen gedachten Brennpunkt einer solchen Sammellinse ausgangsseitig nie kollinear verlaufen. Derartige Abweichungen lassen sich durch asphärische Sammellinsen beheben, mit denen eine Kollimation erzielt werden kann, die für monochromatisches Licht im Prinzip nur noch von Beugungseffekten begrenzt wird. Faserkollimatoren mit asphärischen Sammellinsen sind bekannt.
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Aufgrund der chromatischen Aberration ist jedoch auch mit solchen asphärischen Faserkollimatoren eine beugungsbegrenzte Kollimation nur dann möglich, wenn die Faseraustrittsfläche genau in dem der eingespeisten Lichtwellenlänge entsprechenden Brennpunkt liegt. Weicht die eingespeiste Lichtwellenlänge von dem konstruktiv durch den Abstand von Faseraustrittsfläche und Linse vorbestimmten Wert ab, werden Kollimationsabweichungen erzeugt, die die beugungsbedingte Grenze überschreiten.
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Daher ist nach dem Stand der Technik bei derartigen Abweichungen einer eingespeisten Lichtwellenlänge von einer konstruktiv vorgesehenen Wellenlänge eine Justage eines Faserkollimators erforderlich, die aufgrund der Vielzahl anzupassender Einstellparameter (Neigung und Abstand der Faseraustrittsfläche zur Hauptebene der Sammellinse sowie Dezentrierung und Rotation relativ zur optischen Achse) fehleranfällig und aufwändig ist. Die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit einer solchen Justage wird zudem dadurch begrenzt, dass Fixierungsmittel zur Fixierung der Faser relativ zur Sammellinse unpräzise sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Faserkollimator anzugeben, der leicht, insbesondere durch Verstellung nur eines einzigen Einstellparameters, und zuverlässig justierbar ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Montage eines verbesserten Faserkollimators anzugeben.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich des justierbaren Faserkollimators erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Montageverfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein justierbarer Faserkollimator weist einen Eingang zur Einspeisung von Licht aus einer optischen Faser und einen Ausgang zur Abgabe von entlang einer in Längsrichtung des Faserkollimators angeordneten optischen Achse kollimiertem Lichts auf. Der justierbare Faserkollimator umfasst eine Fassung mit einem gefassten fokussierenden rundoptischen Element, dessen Brennpunkt eingangsseitig auf der optischen Achse liegt. Das rundoptische Element kann eine Linse oder ein System von mehreren Linsen sein. Auf der Fassung ist koaxial zur optischen Achse des rundoptischen Elements ein Feingewinde angeordnet.
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Der Faserkollimator umfasst ferner eine die Fassung konzentrisch umschließende hülsenförmige Faseraufnahme mit einer Faserkupplung zur Aufnahme der optischen Faser. Die Faserkupplung liegt dem rundoptischen Element entlang der optischen Achse gegenüber. Die hülsenförmige Faseraufnahme weist einen radial nach außen auskragenden Fixieranschlag auf.
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Die Faseraufnahme weist ferner eine Exzenteraufnahme zur drehbaren Aufnahme einer exzentrischen Fixierschraube im Hülsenmantel auf, wobei die Schraubenachse der Fixierschraube in radialer Richtung, also senkrecht zur optischen Achse, verläuft.
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Auf der Innenseite des Hülsenmantels der Faseraufnahme ist ein Feingewinde angeordnet, das in das Feingewinde der Fassung eingreift und das eine Drehbewegung der Faseraufnahme relativ zur Fassung in eine Längsverschiebung der Faseraufnahme relativ zur Fassung umsetzt.
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Der Faserkollimator umfasst ferner eine Justageschale, die die Faseraufnahme ringförmig konzentrisch zur optischen Achse umschließt und die relativ zur Faseraufnahme drehbeweglich ist und zugleich relativ zur Fassung drehfest ist.
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Die Justageschale umfasst eine gegen die Fassung längsbewegliche, also koaxial zur optischen Achse bewegliche, Fixierhalbschale. Die Fixierhalbschale weist einen entlang eines Teils des Umfangs ausgenommenen Fixierschlitz zur Aufnahme des Schraubenkopfes der Fixierschraube auf.
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Aufgrund ihrer Exzentrizität bewirkt die Fixierschraube bei einer Drehung im Fixierschlitz eine Längsbewegung der Fixierhalbschale. Dabei ist die Justageschale in einer Fixierposition haftreibend gegen den Fixieranschlag gepresst und in einer Löseposition von diesem gelöst.
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Mittels der Faserkupplung wird eine koaxiale, zentrierte und verkippungsfreie Anordnung der Faseraustrittsfläche einer eingeführten optischen Faser erzielt. Durch Drehung der Faseraufnahme relativ zur Fassung wird bei gelöster Fixierschraube, vermittelt durch die Feingewinde der Fassung und der Faseraufnahme, der Abstand zwischen dem rundoptischen Element und der Faseraustrittsfläche verändert. Somit ist es durch einfache Drehung möglich, eine für die eingespeiste Wellenlänge optimale Position der Faseraustrittsfläche zu bestimmen und einzustellen. Ist eine solche Position gefunden, ist es durch Anziehen der Fixierschraube in die Fixierposition möglich, eine Haftreibung zwischen der Fixierhalbschale und dem auskragenden Fixieranschlag der Faseraufnahme zu erzeugen, die eine weitere Drehbewegung der Justageschale relativ zur Fassung verhindert. Da die Justageschale drehfest zur Fassung gekoppelt ist, ist somit auch eine Drehung und damit, über die Feingewinde der Fassung und der Faseraufnahme, eine Längsverschiebung zwischen der Faseraufnahme und der Fassung verhindert. Somit verbleibt die Faseraustrittsfläche an der einmal bestimmten optimalen Position entlang der optischen Achse.
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In vorteilhafter Weise wirkt dabei die Reibungskraft zur Fixierung in Längsrichtung zwischen der Fixierhalbschale und der Faseraufnahme. Da die Fixierhalbschale längsbeweglich zur Fassung ist, wird keine Kraft auf die Fassung übertragen. Somit wird vermieden, dass bei der Fixierung unter der Einwirkung einer Fixierkraft die Lage der Fassung mit dem gefassten rundoptischen Element verändert, beispielsweise dezentriert wird oder dass unter Einwirkung der Fixierkraft Spannungen im rundoptischen Element entstehen, die die optische Wirkung beeinflussen könnten.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der justierbare Faserkollimator ferner ein Gehäuse, das die Faseraufnahme und die Justageschale umgibt. Das Gehäuse weist einen in Umfangsrichtung länglich ausgesparten Bediendurchgriff auf, durch welchen die Justageschale drehbar zugänglich ist. Das Gehäuse weist ferner eine Bohrung auf, die radial oberhalb der Exzenteraufnahme angeordnet ist und durch welche die Fixierschraube zugänglich ist. Das Gehäuse ist drehfest zur Faseraufnahme angeordnet. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass das Gehäuse eine komfortable Grifffläche bietet, die die Verdrehung der Justageschale erleichtert. Das Gehäuse erleichtert ferner die Handhabung des Faserkollimators und kann zudem staubdicht schließend ausgeführt sein.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das rundoptische Element als plankonvexe oder bikonvexe asphärische Linse ausgebildet und für eine beugungsbegrenzte Fokussierung kollimierter Strahlen im Brennpunkt vorgesehen. Mittels derartiger Linsen mit mindestens einer asphärischen Fläche ist eine besonders hohe Kollimationswirkung für monochromatisches Licht erzielbar, sofern die Austrittsfläche der Faser korrekt in dem der Wellenlänge entsprechenden Abstand zur Planfläche der asphärischen Linse justiert ist.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung überragt das Gehäuse ausgangsseitig das rundoptische Element, wobei im ausgangsseitigen Überstand ein Innengewinde angeordnet ist. An dem zum rundoptischen Element weisenden Ende des Innengewindes ist ferner ein Anschlag angeordnet. Das Innengewinde und der Anschlag sind so ausgebildet, dass ein gefasstes optisches Bauelement in einem Gehäuse mit einem komplementären Außengewinde und mit einem komplementären Anschlag justagefrei mit dem justierbaren Faserkollimator verschraubbar ist, wobei der Anschlag als Passfläche wirkt.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass durch den festen Bezug des Anschlags des Faserkollimationsgehäuses zum Anschlag des Gehäuses eines weiteren optischen Bauelements dessen optische Achse zur optischen Achse des Faserkollimators zentriert und kollinear ausgerichtet wird. Somit besteht der einzige Freiheitsgrad bei der Ausrichtung des weiteren optischen Bauelements in der Anpassung des Abstandes zu dem rundoptischen Element entlang der optischen Achse, die leicht mittels Drehung der Justageschale bei gelöster Fixierschraube erfolgen kann. Diese Ausführungsform eignet sich daher besonders gut für den Aufbau zusammengesetzter Optiken. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das weitere optische Bauelement als Strahlaufweiter ausgebildet.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Fassung und die Justageschale mittels mindestens eines Mitnehmers drehfest miteinander verbunden, wobei der Mitnehmer durch einen Radialschlitz im Mantel der Faseraufnahme geführt ist.
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Mit dieser Ausführungsform lässt sich ein großes Drehspiel, korrespondierend zu einem großen Verstellbereich für die Position der Faseraustrittsfläche längs der optischen Achse, bei einer ausreichenden statischen Festigkeit des Faserkollimators erzielen. Dieses Drehspiel wird durch die Länge des Radialschlitzes in Umfangsrichtung bestimmt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Radialschlitz über ein Viertel bis ein Drittel des Mantelumfangs der Faseraufnahme.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Justageschale eine Führungshalbschale, durch welche der mindestens eine Mitnehmer geführt wird. Die Führungshalbschale ist mittels eines Gleitlagers drehfest mit der Fixierhalbschale gekoppelt, wobei das Gleitlager ein Längsspiel zwischen der Fixierhalbschale und der Führungshalbschale entlang der optischen Achse aufweist.
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Durch das Längsspiel des Gleitlagers ist es möglich, die Fixierhalbschale längs der optischen Achse zwischen der Löseposition und der Fixierposition zu bewegen, ohne diese Längsbewegung auf eine Längsbewegung der Führungshalbschale zu übertragen, die somit ortsfest relativ zur Fassung bleibt. Dadurch ist eine besonders einfache Kopplung zwischen der Führungshalbschale und der Fassung ermöglicht. In einer besonders bevorzugten Variante dieser Ausführungsform sind die Mitnehmer als Stifte oder Zapfen ausgebildet, deren radial innen liegendes Ende in einem Sackloch im Außenmantel der Fassung aufgenommen wird und deren radial außenliegendes Ende in einem Sackloch in der Innenfläche der Führungshalbschale aufgenommen wird.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Sacklöcher zur Aufnahme jeweils eines Mitnehmers entlang eines Umfangs im Außenmantel der Fassung so angeordnet, dass bei jedem Drehwinkel der Fassung relativ zur Faseraufnahme der Radialschlitz jeweils eine Mehrzahl von Sacklöchern überdeckt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass ein Mitnehmer zur drehfesten Kopplung der Fassung mit der Führungshalbschale so in einem Sackloch angeordnet werden kann, dass ein großes, vorzugsweise symmetrisches Drehspiel erzielt wird, das zu einem großen Justage- oder Verstellbereich für eine Längsverschiebung der Fassung relativ zur Faseraufnahme korrespondiert.
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Bei einem Verfahren zur Montage eines justierbaren Faserkollimators wird durch Drehung der Faseraufnahme relativ zur Fassung der Faseranschlag in den zu einer vorbestimmten Mittenwellenlänge korrespondierenden Brennpunkt gebracht und danach ein einziger Mitnehmer in dem Sackloch angeordnet, das in Umfangsrichtung mittig unter dem Radialschlitz liegt. Mittels dieses Montageverfahrens ist es möglich, eine einzige Bauform eines Faserkollimators für verschiedene Mittenwellenlängen vorzubereiten, ohne den Justagebereich einzuschränken. Ferner ist es mittels dieses Montageverfahrens möglich, eine einzige Bauform eines Faserkollimators für verschiedene Linsentypen vorzusehen, beispielsweise für Linsen unterschiedlicher Brennweite und/oder sowohl für plankonvexe als auch für bikonvexe Linsen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch einen justierbaren Faserkollimator,
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2 eine schematische Draufsicht auf eine Faseraufnahme, umgeben von einer Justageschale,
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3 eine schematische Ansicht von unten auf einen justierbaren Faserkollimator ohne Gehäuse,
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4 eine schematische Ansicht von oben auf einen justierbaren Faserkollimator mit Gehäuse und
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5 eine schematische Ansicht von unten auf einen justierbaren Faserkollimator mit Gehäuse.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen justierbaren Faserkollimator 1, der rotationssymmetrisch zu einer optischen Achse A ausgebildet ist. Am optischen Eingang 1.1 des Faserkollimators 1 wird Licht, vorzugsweise monochromatisches Laserlicht, durch eine nicht näher dargestellte optische Faser eingespeist. Am optischen Ausgang 1.2 des Faserkollimators 1 tritt kollimiertes Licht aus.
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Die optische Wirkung wird durch eine Linse 2 erzielt, deren erste Fläche 2.1 auf die Austrittsfläche der koaxial zur optischen Achse A angeordneten, nicht näher dargestellten optischen Faser weist und deren gegenüberliegende zweite Fläche zum Ausgang 1.2 des Faserkollimators 1 weist. Vorzugsweise ist die Linse 2 als asphärische Rundoptik ausgebildet und so geformt, dass das kollimierte Licht am Ausgang 1.2 eine ebene Wellenfront senkrecht zur optischen Achse A aufweist. Vorliegend ist die Linse 2 eine plankonvexe Linse, wobei die erste Fläche 2.1 als Planfläche und die gegenüberliegende zweite Fläche als asphärische Fläche ausgebildet sind. Anstelle der plankonvexen Linse 2 kann auch eine bikonvexe Linse verwendet werden, deren erste und/oder die zweite Fläche als asphärische Fläche ausgebildet sein kann. Ebenso kann anstelle der Linse 2 auch ein mehrteiliges optisches Element, beispielsweise ein gefasstes optisches Element mit mehreren Teillinsen, verwendet werden.
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Die Linse 2 wird von einer rohrförmigen Fassung 3 gehalten, die sich entlang der optischen Achse A erstreckt und koaxial zu dieser angeordnet ist. An ihrem austrittsseitig angeordneten Ende weist die Fassung 3 eine innen liegende Linsenaufnahme 3.1 mit einer ringförmigen Stirnfläche 3.2 auf. Die Planfläche 2.1 der Linse 2 liegt entlang eines äußeren Rings auf der Stirnfläche 3.2 senkrecht zur optischen Achse A auf. Die Stirnfläche 3.2 ist so genau gefertigt, dass die durch eine Verkippung der Planfläche 2.1 relativ zur optischen Achse A hervorgerufene Abweichung des kollimierten Lichts am Ausgang 1.2 von einer ebenen Wellenfront vernachlässigbar ist. Vernachlässigbar ist eine Wellenfrontabweichung für monochromatisches Licht, welche kleiner als λ/10 ist, wobei λ die Wellenlänge des eingespeisten monochromatischen Lichts ist. Die Linse 2 ist in der Linsenaufnahme 3.1 mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren befestigt, beispielsweise gekittet. Die Linse 2 ist zur optischen Achse A zentriert, wobei die Zentrierung ebenfalls nach Verfahren aus dem Stand der Technik erfolgen kann, beispielsweise mittels eines Autokollimationsfernrohrs.
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An ihrem eintrittsseitigen Ende weist die Fassung 3 an einer äußeren Mantelfläche 3.3 eine Verjüngung des Außendurchmessers auf. Im Bereich der Verjüngung ist ein Fassungsfeingewinde 3.4 in die äußere Mantelfläche 3.3 eingearbeitet.
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Auf einem entlang der Längsausdehnung näherungsweise mittig angeordneten Umkreis sind in die äußere Mantelfläche 3.3 äquidistante Sacklöcher eingebracht.
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Die Fassung 3 ist längs der optischen Achse A von einer hülsenförmigen Faseraufnahme 4 umschlossen, die ebenfalls koaxial zur optischen Achse A angeordnet ist. Die Faseraufnahme 4 weist einen inneren Hohlzylinder mit einer inneren Mantelfläche 4.1 zur Aufnahme der hohlzylindrischen Fassung 3 auf. Die innere Mantelfläche 4.1 der Faseraufnahme 4 führt die äußere Mantelfläche 3.3 der Fassung 3 so genau, dass bei einer Verschiebung der Faseraufnahme 4 entlang der optischen Achse A relativ zur Fassung 3 die Verkippung der Faseraufnahme 4 relativ zur Fassung 3 so weit begrenzt wird, dass diese Verkippung keine oder höchstens eine vernachlässigbare Abweichung des kollimierten Lichts am Ausgang 1.2 von einer ebenen Wellenfront bewirkt.
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An ihrem eintrittsseitigen Ende weist die innere Mantelfläche 4.1 eine zur Verjüngung des Außendurchmessers der äußeren Mantelfläche 3.3 der Fassung 3 korrespondierende Verjüngung des Innendurchmessers auf. Im Bereich der Verjüngung ist ein Aufnahmefeingewinde 4.2 eingearbeitet, welches in das Fassungsfeingewinde 3.4 der Fassung 3 eingreift. Die Feingewinde 3.4, 4.2 sind so gefertigt, dass die Gewindesteigung auf die erforderliche Genauigkeit der Verstellung des Längsabstandes entlang der optischen Achse A zwischen der Fassung 3 und der Faseraufnahme 4 abgestimmt ist. Die Gewindesteigung ist ferner darauf abgestimmt, dass ein erforderlicher axialer Verfahrbereich für die Verstellung dieses Längsabstandes mit einer durch ein Drehspiel zwischen der Faseraufnahme 4 und der Fassung 3 begrenzten Drehung erzielt wird, wie nachfolgend noch genauer erläutert.
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An ihrem eintrittsseitigen Ende weist die Faseraufnahme 4 mittig zur optischen Achse A eine Faserkupplung 4.3 mit einer Aufnahmebuchse 4.3.1 zur Führung des austrittsseitigen Faserendes einer optischen Faser und mit einem Faseranschlag 4.3.2 auf. Die Aufnahmebuchse 4.3.1 bewirkt eine zur optischen Achse A zentrierte, koaxiale Ausrichtung des austrittsseitigen Faserendes. Der Faseranschlag 4.3.2 definiert die Lage der Faseraustrittsfläche entlang der optischen Achse A. Faserkupplungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und liegen in verschiedenen Normierungen vor, beispielsweise als verschraubbare fiber connector (FC) Faserkupplungen oder als straight tip (ST) Faserkupplungen mit Bajonettverschluss.
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Auf einem Umfang sind in die hülsenförmige Faseraufnahme 4 als radial nach außen auskragend umfasste Öffnungen ein Radialschlitz 4.4 und eine Exzenteraufnahme 4.5 eingebracht. Der Radialschlitz 4.4 erstreckt sich über etwa ein Drittel des Umfangs und überdeckt in der Längsausdehnung die Sacklöcher 3.5 der Fassung 3. Somit sind durch den Radialschlitz 4.4 einige Sacklöcher 3.5 zugänglich.
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Die Exzenteraufnahme 4.5 liegt dem Radialschlitz 4.4 auf dem Umfang gegenüber. Die Exzenteraufnahme 4.5 weist ein Exzenterinnengewinde 4.5.1 auf. In die Exzenteraufnahme 4.5 ist eine exzenterförmige Fixierschraube 5 mit einem korrespondierenden Schraubenaußengewinde 5.1 einschraubbar. Alternativ sind auch andere drehbewegliche Befestigungen einer Fixierschraube 5 in der Exzenteraufnahme 4.5 möglich.
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Durch Drehung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 wird mittels der Feingewinde 3.4, 4.2 eine Längsverschiebung entlang der optischen Achse und somit eine Veränderung des Abstands zwischen der Austrittsfläche der optischen Faser und der Planfläche 2.1 der Linse 2 bewirkt. Da die Lage des Brennpunkts F der Linse 2 entlang der optischen Achse A von der Wellenlänge λ abhängt, kann der Faserkollimator 1 somit durch einfache Drehung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 an Laserquellen unterschiedlicher Wellenlänge λ angepasst werden.
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In einfacher Weise kann eine solche Drehung mittels einer Justageschale 6 umgesetzt werden, die die Faseraufnahme 4 mit der eingeschlossenen Fassung 3 umschließt. Die Justageschale 6 ist in Längsausdehnung von innenliegenden radialen Abschlussringen 6.3, 6.4 begrenzt. Der austrittsseitige Abschlussring 6.3 ist in radialen Führungsnuten 4.7 geführt, die von dem radial auskragenden Fixieranschlag 4.6 einerseits und von der radial auskragenden Umfassung der Exzenteraufnahme 4.5 sowie von der radial auskragenden Umfassung des Radialschlitz 4.4 andererseits gebildet werden. Somit ist die Justageschale 6 relativ zur Faseraufnahme 4 drehbeweglich und in den durch das Längsspiel des austrittsseitigen Abschlussrings 6.4 in den Führungsnuten 4.7 gegebenen Grenzen auch längsverschiebbar entlang der optischen Achse A.
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Die Justageschale 6 wird durch eine Führungshalbschale 6.1 und eine Fixierhalbschale 6.2 gebildet, die sich über jeweils etwa den halben Umfang der Justageschale 6 erstrecken. Die Halbschalen 6.1, 6.2 sind mittels Gleitlager 7 in Längsrichtung, also parallel zur optischen Achse A, gegeneinander beweglich und in Richtung einer Drehbewegung um die Faseraufnahme 4 beziehungsweise um die optische Achse A aneinander gekoppelt.
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Wie in 2 näher dargestellt, weist die Führungshalbschale 6.1 am Ende ihres Umfangs einen Steg 6.1.1 auf. Die Fixierhalbschale 6.2 weist am gegenüberliegenden Ende ihres Umfangs eine Ausnehmung 6.2.1 auf, die den Steg 6.1.1 mit einem Längsspiel entlang der optischen Achse A aufnimmt. Durch eine koaxial zur optischen Achse A angeordnete Führung durch den Steg 6.1.1 ist ein Stift 7.1 geführt. Führung und Stift 7.1 sind als Gleitlager 7 ausgeführt. Die Enden des Stifts 7.1 sind in den gabelförmigen Enden um die Ausnehmung 6.2.1 der Fixierhalbschale 6.2 gehalten.
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Wie besser sichtbar in 3 dargestellt, ist in die Fixierhalbschale 6.2 ein entlang ihres Umfangs länglich ausgedehnter Fixierschlitz 6.2.2 eingebracht, in dem die Fixierschraube 5 mit einem Spiel koaxial zur optischen Achse A geführt ist. Die Fixierschraube 5 weist einen exzentrischen Schraubenkopf 5.2 auf, also einen Schraubenkopf 5.2, welcher nicht konzentrisch zur Längsachse des Schraubenaußengewindes 5.1 angeordnet ist. Im Schraubenkopf 5.2 ist konzentrisch zur Längsachse des Schraubenaußengewindes 5.1 ein Mitnahmeprofil als Innensechskant ausgebildet. Dem Fachmann sind aus seinem Fachwissen andere Mitnahmeprofile bekannt, beispielsweise ein Schlitzprofil, ein sternförmiges Profil mit abgerundeten oder abgeflachten Nocken oder ein Vielzahnprofil, welche hier ebenso eingesetzt werden können. Der Schrauben-kopf 5.2 führt den Fixierschlitz 6.2.2 an der austrittsseitigen Innenkante 6.2.3.
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Die Fixierschraube 5 ist so angeordnet und geformt, dass in einer Fixierposition die Fixierhalbschale 6.2 gegen den Fixieranschlag 4.6 der Faseraufnahme 4 gepresst wird. Dadurch ist die Justageschale 6 aufgrund der Haftreibung zwischen der Fixierhalbschale 6.2 und der Faseraufnahme 4 drehfest mit der Faseraufnahme 4 gekoppelt. In einer Löseposition der Fixierschraube 5 ist die Fixierhalbschale 6.2 drehbeweglich gegenüber der Faseraufnahme 4.
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Der Fixierhalbschale 6.2 radial gegenüberliegend ist die Führungshalbschale 6.1 um die Faseraufnahme 4 angeordnet und mit der in der Faseraufnahme 4 liegenden Fassung 3 gekoppelt, wie aus 1 näher ersichtlich ist. Dazu ist in der Innenwand der Führungshalbschale 6.1 ein bolzen- oder stiftförmiger Mitnehmer 6.1.2 radial nach innen weisend eingebracht. Das radial innenliegende Ende des Mitnehmers 6.1.2 ist passgenau zu den Sacklöchern 3.5 in der äußeren Mantelfläche 3.3 der Fassung 3 ausgeführt.
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Vor der Montage der Justageschale 6 wird zunächst mittels eines nicht näher dargestellten Werkzeugs durch Verdrehung der Fassung 3 gegenüber der Faseraufnahme 4 ein wellenlängenabhängig vorbestimmter Abstand des Faseranschlags 4.3.2 relativ zur Planfläche 2.1 der in der Fassung 3 gefassten Linse 2 hergestellt. Dadurch wird die Austrittsfläche einer in die Faserkupplung 4.3 eingeführten Faser näherungsweise in den Brennpunkt F der Linse 2 gebracht. Die Führungshalbschale 6.1 wird auf die Faseraufnahme 4 aufgesetzt und mittels des Gleitlagers 7 mit der ebenso aufgesetzten Fixierhalbschale 6.2 verbunden. Dabei wird der Mitnehmer 6.1.2 in ein Sackloch 3.5 eingeführt. Vorzugsweise wird dazu ein Sackloch 3.5 ausgewählt, das in Umfangsrichtung mittig im Radialschlitz 4.4 liegt.
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Bei gelöster Fixierschraube 5 ist die Justageschale 6 drehbeweglich relativ zur Faseraufnahme 4. Eine Drehbewegung der Justageschale 6 wird über den Mitnehmer 6.1.2 auf die Fassung 3 übertragen. Die Drehbewegung der Fassung 3 bewirkt über das Fassungsfeingewinde 3.4 und das Aufnahmefeingewinde 4.2 eine Längsbewegung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 und somit auch relativ zur Austrittsfläche der eingeführten Faser. Somit lässt sich in sehr einfacher Weise eine wellenlängenabhängig notwendige Korrektur des Abstands der Faser von der Planfläche 2.1 der Linse 2 vornehmen, so dass die Austrittsfläche der Faser über einen gewissen justierbaren Wellenlängenbereich stets in den wellenlängenabhängigen Brennpunkt F der Linse 2 gebracht werden kann. Der justierbare Wellenlängenbereich wird durch das Drehspiel der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 bestimmt. Dieses Drehspiel wird zum einen durch den Radialschlitz 4.4 in der Faseraufnahme 4 im Zusammenwirken mit dem Mitnehmer 6.1.2 begrenzt. Dieses Drehspiel wird zum anderen durch die Ausnehmung 6.2.1 im Zusammenwirken mit der Fixierschraube 5 begrenzt.
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Für eine symmetrische Justierbarkeit um eine vorbestimmte Mittenwellenlänge ist es daher vorteilhaft, die Justageschale 6 so anzuordnen, dass bei der Mittenwellenlänge der Mitnehmer 6.1.2 in Umfangsrichtung näherungsweise mittig im Radialschlitz 4.4 liegt und die Fixierschraube 5 in Umfangsrichtung näherungsweise mittig in der Ausnehmung 6.2.1 liegt. Besonders vorteilhaft ist daher eine äquidistante ausreichend dichte Anordnung von Sacklöchern 3.5 auf einem Umfang der äußeren Mantelfläche 3.3, so dass stets ein Sackloch 3.5 mit einer nur geringen Abweichung von der bevorzugten Mittenlage relativ zum Radialschlitz 4.4 zur Aufnahme des Mitnehmers 6.1.2 verfügbar ist. Somit wird eine Dreh- oder Justagebewegung ermöglicht, die sich in jedem Richtungssinn etwa über die halbe Länge des Radialschlitz 4.4 in Umfangsrichtung erstreckt.
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Die Längsverschiebung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 entlang der optischen Achse A bewirkt über den Mitnehmer 6.1.2 eine Längsverschiebung auch der Justageschale 6 relativ zur Faseraufnahme 4. Die Führungsnuten 4.7 sowie der Radialschlitz 4.4 und die Ausnehmung 6.2.1 sind in Längsrichtung entlang der optischen Achse so dimensioniert, dass ein Längsspiel bewirkt wird, welches mindestens den mit der Justagebewegung erzeugten Längsverschiebebereich überdeckt.
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Zur verbesserten Bedienbarkeit ist hülsenförmig um die Faseraufnahme 4 ein Gehäuse 8 angeordnet, welches mit der Faseraufnahme 4 drehfest verbunden ist. Wie in den 4 und 5 erkennbar, weist das Gehäuse 8 einen schlitzförmigen Bediendurchgriff 8.1 sowie radial gegenüberliegend eine Bohrung 8.2 auf. Der Bediendurchgriff 8.1 ist in radialer Richtung über der Führungshalbschale 6.1 angeordnet und ermöglicht das Verdrehen der Führungshalbschale 6.1 relativ zum Gehäuse 8, und somit auch relativ zur Faseraufnahme 4, bei gelöster Fixierschraube 5. Die Bohrung 8.2 ist in radialer Richtung über der Fixierschraube 5 angeordnet, wobei durch die Bohrung 8.2 hindurch das Mitnahmeprofil der Fixierschraube 5 mittels eines korrespondierend zu diesem Mitnahmeprofil geformten Werkzeugs, vorliegend mittels eines Sechskantschlüssels zugänglich ist.
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Nach einer bei der Montage des Faserkollimators 1 vorgenommenen Verschiebung der Faseraustrittsfläche in die Nähe des wellenlängenabhängigen Brennpunkts F der Linse 2 kann eine Justage einfach und präzise wie folgt vorgenommen werden. Zunächst wird durch die Bohrung 8.2 hindurch die Fixierschraube 5 in die Löseposition gestellt und somit die Drehbeweglichkeit des Gehäuses 8 und der mit dem Gehäuse 8 verbundenen Faseraufnahme 4 relativ zur Fassung 3 hergestellt. Danach wird durch den Bediendurchgriff 8.1 die Führungshalbschale 6.1 relativ zum Gehäuse 8 um die optische Achse A gedreht. Über die Mitnehmer 6.1.2 bewirkt diese Drehbewegung eine gleichlaufende Drehbewegung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4.
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Mittels der ineinander greifenden Feingewinde 3.4, 4.2 wird diese Drehbewegung in eine Verschiebung zwischen der Fassung 3 und der Faseraufnahme 4 entlang der optischen Achse A übersetzt. Somit kann die Faseraustrittsfläche der von der Faseraufnahme 4 gehaltenen Faser relativ zu einem Brennpunkt F der von der Fassung 3 gehaltenen Linse 2 entlang der optischen Achse A verschoben werden. Wenn sich die Faseraustrittsfläche im wellenlängenabhängigen Brennpunkt F der Linse 2 befindet, wird die Fixierschraube 5 in die Fixierposition gedreht und damit eine weitere Drehung zwischen Fassung 3 und Faseraufnahme 4 unterbunden. Infolgedessen bleibt die Faseraustrittsfläche wie justiert im wellenlängenabhängigen Brennpunkt F der Linse 2.
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Dabei wird die zur Fixierung erforderliche Reibungskraft zwischen der Fixierhalbschale 6.2 und dem Fixieranschlag 4.6 in Längsrichtung koaxial zur optischen Achse A aufgebracht. Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Fixiervorrichtungen, bei denen üblicherweise mittels einer Madenschraube eine in radialer Richtung wirkende Reibungskraft aufgebracht wird, weist die erfindungsgemäße Lösung zur Fixierung den Vorteil auf, dass eine Dezentrierung zwischen der Fassung 3 und der Faseraufnahme 4 infolge einer einseitig aufgebrachten Kraft bei der Fixierung vermieden wird.
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Die zur Fixierung erforderliche Reibungskraft wird zwischen der Fixierhalbschale 6.2 und dem Fixieranschlag 4.6 erzeugt. Da die Fassung 3 über die Mitnehmer 6.1.2 mit der Führungshalbschale 6.1 gekoppelt ist, welche wegen des Gleitlagers 7 ein Längsspiel gegenüber der Fixierhalbschale 6.2 aufweist, wird diese Reibungskraft jedoch nicht auf die Fassung 3 und somit nicht auf die Linse 2 übertragen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung zur Fixierung ist daher, dass bei der Fixierung keine mechanischen Spannungen auf die Fassung 3 übertragen werden und die Linse 2 in ihrer Form und in ihren optischen Eigenschaften bei der Fixierung unverändert bleibt.
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Wie in 1 erkennbar, weist das Gehäuse 8 am austrittseitigen Ende ein Innengewinde 8.3 sowie einen Gehäuseanschlag 8.4 auf. In das Innengewinde 8.3 kann ein korrespondierendes Außengewinde eines nicht näher dargestellten weiteren optischen Bauelements eingeschraubt werden, wobei der Gehäuseanschlag 8.4 einen definierten Abstand des weiteren optischen Bauelements entlang der optischen Achse A zum Faseranschlag 4.3.2 der Faserkupplung 4.3 bestimmt. Das weitere optische Bauelement kann beispielsweise als Strahlaufweiter ausgebildet sein. Der Gehäuseanschlag 8.4 sowie ein dazu korrespondierender Anschlag des weiteren optischen Bauelements können sehr präzise gefertigt werden, so dass durch bloßes Zusammenschrauben des Faserkollimators 1 mit dem weiteren optischen Bauelement eine justagefreie Montage ermöglicht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Faserkollimator
- 1.1
- Eingang
- 1.2
- Ausgang
- 2
- Linse
- 2.1
- Planfläche
- 3
- Fassung
- 3.1
- Linsenaufnahme
- 3.2
- Stirnfläche
- 3.3
- äußere Mantelfläche
- 3.4
- Fassungsfeingewinde, Feingewinde
- 3.5
- Sackloch
- 4
- Faseraufnahme
- 4.1
- innere Mantelfläche
- 4.2
- Aufnahmefeingewinde, Feingewinde
- 4.3
- Faserkupplung
- 4.3.1
- Aufnahmebuchse
- 4.3.2
- Faseranschlag
- 4.4
- Radialschlitz
- 4.5
- Exzenteraufnahme
- 4.5.1
- Exzenterinnengewinde
- 4.6
- Fixieranschlag
- 4.7
- Führungsnut
- 5
- Fixierschraube
- 5.1
- Schraubenaußengewinde
- 5.2
- Schraubenkopf
- 6
- Justageschale
- 6.1
- Führungshalbschale
- 6.1.1
- Steg
- 6.1.2
- Mitnehmer
- 6.2
- Fixierhalbschale
- 6.2.1
- Ausnehmung
- 6.2.2
- Fixierschlitz
- 6.2.3
- Innenkante
- 6.3
- Abschlussring
- 6.4
- Abschlussring
- 7
- Gleitlager
- 7.1
- Stift
- 8
- Gehäuse
- 8.1
- Bediendurchgriff
- 8.2
- Bohrung
- 8.3
- Innengewinde
- 8.4
- Gehäuseanschlag
- A
- optische Achse
- F
- Brennpunkt
