DE2546861A1

DE2546861A1 - Verfahren zur herstellung einer koppelanordnung fuer lichtleitfasern

Info

Publication number: DE2546861A1
Application number: DE19752546861
Authority: DE
Inventors: Dieter Barth
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-10-18
Filing date: 1975-10-18
Publication date: 1977-04-28

Description

Verfahren zur Herstellung einer Koppelanordnung für
Lichtleitfasern Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Herstellung einer Koppelanordnung für Lichtleitfasern, insbesondere für Kernmantelfasern mit einem am Ende der Faser angebrachten selbstfokussierenden Teil.
Es ist bereits eine Koppelvorrichtung bei optischen Nachrichtenübertragungsanlagen zwischen einer Kernmantelfaser und einem Endgerät (DT-OS 23 60 951) bekannt, das einen grösseren Aperturwinkel aufweist als die Glasfaser. Bei dieser Anordnung ist zwischen der Kernmantelfaser und dem Endgerät ein selbstfokussierendes Gradieninfaserteilstück angeordnet. Seine Länge x ist so gewählt, dass die Ungleichung o,5xopt <x<1,5xopt erfüllt ist, wobei Xopt die optimale Länge des Gradientenfaserteilstückes bezeichnet, die sich aus dem Brechzahlgradienten a der Gradientenfaser, dem Radius y0 des Kernes der Kernmantelfaser und dem Aperturwinkel Oal der Kernmantelfaser zu ayo xopt = # + 1 arctan 2a 2 tan # a1 bestimmt. Diese Koppelvorrichtung kann so ausgebildet werden, dass das Gradientenfaserteilstück auf das zu koppelnde Ende der Kernmantelfaser augesteckt ist. Es hat sich als nachteilig erwiesen bei dieser bekannten Vorrichtung, dass drei Flächen mit optischer Güte benötigt werden. Ferner sind für die optimale Länge Xopt der Gradientenfaser enge Ferti-gungstoleranzen erforderlich, so dass die Herstellung der Vorrichtung aufwendig und teuer wird.
Eine weitere bekannte Anordnung zur Übertragung optischer Wellenenergie mit einer Lichtquelle und einem Bündel von Seite an Seite liegenden optischen Wellenleitern (DT-OS 25 00 367) verwendet eine durchsichtige Perle aus einem Material mit gleichmässigem Brechungsindex. Damit sollen die Kopplungsverluste der parallel geschalteten einzelnen Fasern beim Ankoppeln an lichtimitierende Dioden vermindert werden.
Ein weiteres vorbekanntes Verfahren zur Herstellung einer Ankopplungsoptik bei einem Lichtwellenleiter entsprechend der DT-OS 23 58 881 hat sich die Aufgabe gestellt, bei der Ankopplung eines Lichtleiters an einen Halbleiterlaser einen wesentlich höheren Ankopplungswirkungsgrad zu erreichen. Dies wird dadurch versucht, dass, ausgehend von einem Lichtleiter mit ebener Stirnfläche zunächst durch Übertragung von Naterial aus der Stirnfläche eine der gewünschten Ankopplungsoptik entsprechend der Grobstruktur herausgearbeitet wird.
Sodann wird diese Grobstruktur einer derartigen Wärmebehandlung unterzogen, dass die endgültige Form und Oberfläche der Ankopplungsoptik entsteht. Insbesondere soll dabei die Grobstruktur durch ein Elektronen- oder Ionenbearbeitungsverfahren erzeugt werden1 wobei nicht abzutragende Bereiche des Lichtleiters durch eine Maske abgedeckt werden. Für dieses Verfahren sind mehrere komplizierte Arbeitsgänge erforderlich, die eine allgemeine Anwendung wesentlich erschwerden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaserkoppelanordnung aufzuzeigen, die sehr einfach ist und geringe Koppelverluste aufweist bei- gleichzeitiger Verringerung des Einflusses einer Kernexzentrizität bzw. Schwankungen- des Faserdurchmessers.
Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren wird hierfür erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass zentral auf das Faserende eine Sammellinse so aufgeschmolzen wird, dass deren Brennpunkt innerhalb der Faser auf deren Achse liegt.
Anhand der Figuren soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden.
In der Fig. 1 ist im Querschnitt eine Anordnung schematisch dargestellt zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Mit 1 ist ein Schmelztiegel bezeichnet, dessen Formgebung so gewählt ist, dass die gewünschte Linse mit den vorbestimmten Abmessungen entsteht und auf das Faserende 2 aufgeschmolzen wird. Mit Hilfe einer entsprechenden Führung, beispielsweise durch geeignete Ausbildung des Schmelztiegels 1, wird die Lichtleitfaser so im Schmelztiegel gehaltert, dass die Linse nach dem Erkalten der Schmelze die vorbestimmte Lage hat. Die dargestellte Faser ist eine Kernmantelfaser mit dem Kern 3 und dem zugehörigen Mantel 4. Im Schmelztiegel wird ein geeignetes Material, vorzugsweise aus niedrig schmelzendem Glas, eventuell auch Kunststoff, erschmolzen. Die Lichtleitfaser 3,4 wird so weit in den Schmelztiegel 1 eingeführt, dass auf ihrer Stirnfläche 2 nach dem entsprechend langsam vorzunehmenden Abkühlen eine Sammellinse 5 aufgeschmolzen ist, derart, dass deren Brennpunkt innerhalb der Faser auf deren Achse -bei einer Kernmantelfaser somit auf dem Kern 3 der Faser - liegt.
Die so zentral auf das Faserende aufgebrachte Sammellinse 5 besteht aus fertigungstechnischen Gründen aus einer direkt an die Stirnseite 2 der Faser anschliessenden Glasperle 5 der Länge a und aus der eigentlichen Sammellinse 6, deren Krümmungsradius mit r bezeichnet ist.
Für die Ausbildung der Sammellinse gibt es mehrere Möglichkeiten. In der Fig. 2 ist die dort dargestellte Faser mit dem Kern 7 und dem zugehörigen Mantel 8 mit einer Zylinderlinse 9 versehen. In der Fig. 3 wird gezeigt wie der Strahlengang bei einer derartigen Zylinderlinse 9 erfolgt. Ein vor der Linse dargestellter Gegenstand 10 der Breite b und der Höhe h wird durch die Zylinderlinse so ausgebildet, dass die Höhe h vor der Linse 9 der Höhe h' nach der Linse entspricht, während die Breite b auf den Brennpunkt verkürzt wird. Bei der praktischen Anwendung~ist der abzubildende Gegenstand 10 eine Laserdiode die eine rechteckige Strahlencharakteristik aufweist mit den ungefähren Abmessungen O,ium x lOsm. Dies bedeutet, dass die von der Laserdiode ausgesandte Lichtleistung verteilt auf den genannten Flächenquerschnitt mit sehr hohem Wirkungsgrad in eine an der Stelle h' angeordnete Monomode-Faser mit einem Kerndurchmesser von einigen Nm eingekoppelt werden kann. Der Abstand e zwischen der abstrahlenden Fläche der Laserdiode 10 und der Sammellinse 9 ist bei der praktischen Durchführung von relativ geringer Bedeutung, da die Laserdiode ein scharf gebündeltes paralleles Licht aussendet.
Es muss lediglich darauf geachtet werden, dass der Laserstrahl exakt in der optischen Ebene der Linse liegt, damit der Brennpunkt der Linse nicht ausserhalb der Faserachse, d.h. bei Kernmantelfasern ausserhalb des Kernes liegt. Hierfür muss die Anordnung geeignet justiert werden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die in der Fig. 4 dargestellt ist, kann bei Anwendung auf eine Rernmantelfaser 10111 die Sammellinse 12 auch als Kugellinse mit dem Radius R ausgebildet werden. Eine derartige Ausbildung der Sammellinse ist von Vorteil, wenn man zwei Lichtfasern miteinander koppeln will.
In der Fig. 5 ist im Querschnitt eine Koppelanordnung aufgezeigt, bei der zwei Kernmantelfasern 13,14 und 15,16 miteinander verbunden werden. Zu diesem Zweck sind die Faserenden entsprechend der Erfindung mit einer aufgeschmolzenen Sammellinse 17 bzw. 18 versehen, die als Kugellinsen ausgebildet sind und den Krümmungsradius R1 bzw. R2 haben. Damit die Toleranzen der Koppelanordnung nicht zu klein gewählt werden müssen, sind die Linsen 17 und 18 relativ flach ausgebildet.
Aus fertigungstechnischen Gründen wird es kaum möglich sein, dass der Linsenkörper direkt auf der Stirnfläche der Faserenden beginnt, vielmehr wird dargestellt durch die eingezeichneten Abstände al bzw. a2 dass die Krümmung der Linse erst in einem bestimmten Abstand nach der Stirnfläche der jeweiligen Faser anfangt. Eine optimale Ankopplung der beiden Fasern wird dann erreicht, wenn der Brennpunkt der Linse 17 auf der Stirnfläche des Kernes 15 der linken Lichtleitfaser liegt, bei einem von rechts nach links verlaufenden Strahlengang, der in der Fig. 5 dargestellten Anordnung. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass die Koppelanordnung justierbar ausgebildet ist. Erreicht wird dies dadurch1 dass die beiden zu verbindenden Faserenden in einer Hülse 19 oder einer V-ähnlichen Vertiefung so angebracht sind, dass man sie in axialer Richtung längs verschieben kann. Durch Verändern des Abstandes d zwischen den gekrümmten Flächen der beiden Linsen 17 und 18 kann man so die optimale Lage des Brennpunktes einstellen. Eine Justierung in der auf der Achse der jeweiligen Faser senkrecht stehenden Ebene ist somit nicht erforderlich. Der Wirkungsgrad der Ankopplung der beiden Fasern, wie sie in der Fig. 5 dargestellt sind, kann noch dadurch vergrössert werden1 dass man den im Ausführungsbeispiel in sehr stark vergrössertem Masstab dargestellte Zwischenraum 20 zwischen den Sammellinsen 17 und 18 und der Hülse 19 mit einem Immersionsöl ausfüllt. Dadurch werden störende Reflexionen vermindert.
Ferner ist es möglich, die Linsen nach ihrer Justierung in dieser Lage miteinander zu verkleben.
Das Material der Linsen wird zweckmässigerweise so gewählt, dass die Sammellinse den gleichen Brechungsindex aufweist wie der Kernfaser.
Obwohl die Erfindung anhand einer Koppelanordnung für Kernmantelfasern beschrieben wurde, ist dies in sinngemässer Abwandlung auch bei anderen Lichtleitfasern anwendbar und bei sinngemässer Abwandlung auch nicht nur beschränkt auf eine Koppelanordnung von zwei gleichen Fasern oder von Fasern gleicher Querschnittsabmessungen.

Claims

Patentansprüche ½» Verfahren zur Herstellung einer Koppelanordnung für Lichtleitfasern, insbesondere für Kernmantelfasern, mit einem am Ende der Faser angebrachten selbstfokussierenden Teil und nach dem Verfahren hergestellte Soppelanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass zentral auf das Faserende eine Sammellinse so aufgeschmolzen wird, dass deren Brennpunkt innerhalb der Faser auf deren Achse liegt.
2. Koppelanordnung nach Anspruch 1 für die Verbindung mit einer Laserdiode, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse als Zylinderlinse ausgebildet ist, deren Durchmesser etwa der grossen Abmessung der abstrahlenden Fläche der Diode entspricht.
3. Koppelanordnung nach Anspruch 1 für die Verbindung von zwei Lichtleitfasern, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Faserende mit einer entsprechend aufgebrachten Linse versehen ist.
4. Koppelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinsen Zylinderlinsen sind.
5. Koppelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinsen Kugellinsen sind.
6. Koppelanordnung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserenden zur Justierung längs verschiebbar in einer Hülse oder V-ähnlichen Vertiefung untergebracht sind.
7. Koppelanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der freie Raum im Koppelbereich mit Immersionsöl gefüllt ist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen miteinander verklebt sind.