DE2831935C2 - Method for connecting at least two optical components on a common optical axis - Google Patents

Abstract

Die Verwendung optischer Koppelelemente zur Verminderung von Koppelverlusten bei der Uebertragung von Lichtenergie, beispielsweise von einer ersten Lichtleitfaser in eine zweite Lichtleitfaser, ist bereits seit langem bekannt. Die damit verbundene Justierung von Lichtleitfaser und Kugellinse ist kompliziert und erfordert einen relativ hohen Zeitaufwand. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe der Justieraufwand bei der Verbindung wenigstens zweier optischer Bauelemente auf einer gemeinsamen optischen Achse wesentlich verringert werden kann, wobei wenigstens eines der optischen Bauelemente eine aus Kern- und Mantelbereich bestehende Lichtleitfaser, und wenigstens ein optisches Bauelement ein Koppelelement, vorzugsweise eine Linse ist. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass das Lichtleitfaserende derart mit einer Aetzloesung behandelt wird, dass sich im Bereich des Faserkerns eine Vertiefung ausbildet, und dass das Koppelelement wenigstens zum Teil in die Vertiefung eingefuehrt wird. Der Vorteil dieser Loesung ist darin zu sehen, dass eine besondere Justage der Linse auf die Stirnflaeche der Faser ueberfluessig wird. ...U.S.WThe use of optical coupling elements to reduce coupling losses when transmitting light energy, for example from a first optical fiber to a second optical fiber, has been known for a long time. The associated adjustment of the optical fiber and ball lens is complicated and requires a relatively high expenditure of time. The invention was based on the object of specifying a method with the aid of which the adjustment effort when connecting at least two optical components on a common optical axis can be significantly reduced, with at least one of the optical components being an optical fiber consisting of a core and cladding area, and at least one optical component being a coupling element, preferably a lens. This object is achieved by treating the end of the optical fiber with an etching solution in such a way that a depression is formed in the area of the fiber core, and by at least partially inserting the coupling element into the depression. The advantage of this solution is that special adjustment of the lens to the end face of the fiber is no longer necessary. ...Etc.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung wenigstens zweier optischer Bauelemente auf einer gemeinsamen optischen Achse, wobei wenigstens eines der optischen Bauelemente eine aus Kern- und Mantelbereich bestehende Lichtleitfaser ist, und wenigstens ein anderes optisches Bauelement ein Koppelelement vorzugsweise eine Linse ist.The invention relates to a method for connecting at least two optical components on a common optical axis, wherein at least one of the optical components is an optical fiber consisting of a core and cladding region, and at least one other optical component is a coupling element, preferably a lens.

Die Verwendung optischer Koppelelemente zur Verminderung von Koppelverlusten bei der Übertragung von Lichtenergie, beispielsweise von einer ersten Lichtleitfaser in eine zweite Lichtleitfaser, ist bereits seit langem bekannt.The use of optical coupling elements to reduce coupling losses during the transmission of light energy, for example from a first optical fiber to a second optical fiber, has long been known.

Eine solche Kombination von Koppelelement und Lichtleitfaser ist z. B. aus der Druckschrift "NTG-Fachberichte, Band 59, VDE-Verlag GmbH, Berlin, A LUNEBERG LENS FOR THE EFFICIENT COUPLING OF A LASER DIODE AND A GRADED-INDEX FIBRE von KHOE Giok-djan und Gerad KUYT" bekannt.Such a combination of coupling element and optical fiber is known, for example, from the publication "NTG-Fachberichte, Volume 59, VDE-Verlag GmbH, Berlin, A LUNEBERG LENS FOR THE EFFICIENT COUPLING OF A LASER DIODE AND A GRADED-INDEX FIBRE by KHOE Giok-djan and Gerad KUYT".

Das Koppelelement ist hierbei eine Kugellinse, welche mittels eines Klebers unmittelbar auf der Stirnfläche einer Lichtleitfaser befestigt ist. Die Justierung der Kugel auf der Faserstirnfläche und die Justierung von Lichtleitfaser und Kugellinse auf einer gemeinsamen optischen Achse muß mittels einer Justiervorrichtung vorgenommen werden und abgeschlossen sein, bevor sich der Kleber verfestigt.The coupling element is a ball lens which is attached directly to the end face of an optical fiber using an adhesive. The adjustment of the ball on the fiber end face and the adjustment of the optical fiber and ball lens on a common optical axis must be carried out using an adjustment device and must be completed before the adhesive hardens.

Eine solche Justierung von Lichtleitfaser und Kugellinse ist also kompliziert und erfordert einen relativ hohen Zeitaufwand.Such an adjustment of the optical fiber and the ball lens is complicated and requires a relatively high amount of time.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe der Justieraufwand bei der Verbindung wenigstens zweier optischer Bauelemente auf einer gemeinsamen optischen Achse, wobei wenigstens eines der optischen Bauelemente eine aus Kern- und Mantelbereich bestehende Lichtleitfaser ist, und wenigstens ein optisches Bauelement ein Koppelelement vorzugsweise eine Linse ist, wesentlich verringert werden kann.The invention was therefore based on the object of specifying a method with the aid of which the adjustment effort when connecting at least two optical components on a common optical axis, wherein at least one of the optical components is an optical fiber consisting of a core and cladding region, and at least one optical component is a coupling element, preferably a lens, can be significantly reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Lichtleitfaserende mit einer Ätzlösung behandelt wird, derart, daß sich im Bereich des Faserkerns eine Vertiefung ausbildet, und daß das Koppelelement wenigstens zum Teil in die Vertiefung eingeführt wird.This object is achieved according to the invention in that the optical fiber end is treated with an etching solution in such a way that a recess is formed in the region of the fiber core and that the coupling element is at least partially introduced into the recess.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß eine besondere Justage der Linse auf die Stirnfläche der Faser überflüssig wird. The advantage of the solution according to the invention is that a special adjustment of the lens to the front surface of the fiber is no longer necessary.

Die Erfindung soll anhand der Fig. 1 und 2 noch näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to Figs. 1 and 2.

Die Erzeugung einer Vertiefung im Bereich des Faserkerns 2, 2&min;, 2&min;&min;, kann in der Weise erfolgen, daß das Lichtleitfaserende mit einer Ätzlösung behandelt wird, in der das Kernmaterial schneller abgetragen wird als das Mantelmaterial. Die Tiefe des herausgeätzten Bereichs ist dann lediglich von der Einwirkungsdauer der Ätzlösung abhängig.The creation of a depression in the area of the fiber core 2, 2', 2" can be carried out by treating the optical fiber end with an etching solution in which the core material is removed more quickly than the cladding material. The depth of the etched-out area then depends only on the duration of the etching solution's action.

Bei einem anderen Verfahren wird auf die Stirnfläche der Lichtleitfaser ein positiv arbeitender Photolack aufgetragen und der Photolack durch einen Faserkern belichtet. Bei der Entwicklung werden die belichteten Bereiche des Photolacks entfernt. Im anschließenden Ätzprozeß wird dann nur Material aus dem Kernbereich abgetragen.In another process, a positive-working photoresist is applied to the end face of the optical fiber and the photoresist is exposed through a fiber core. During development, the exposed areas of the photoresist are removed. In the subsequent etching process, only material from the core area is removed.

In die so geschaffene Vertiefung wird nun das Koppelelement vorzugsweise eine Kugellinse wenigstens zum Teil eingeführt und zweckmäßig mittels eines transparenten Klebers oder eines Glaslots in dieser Lage fixiert. Hierdurch entfällt jede Justage der Kugellinse auf der Stirnfläche der Faser.The coupling element, preferably a spherical lens, is now at least partially inserted into the recess created in this way and is expediently fixed in this position using a transparent adhesive or a glass solder. This eliminates any need to adjust the spherical lens on the end face of the fiber.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, kann unter Verwendung einer solchen Anordnung, z. B. das aus einem Halbleiterlaser 5 austretende divergente Strahlenbündel mit Hilfe der Kugellinse 4 in ein im wesentlichen paralleles Strahlenbündel umgewandelt werden.As can be seen from Fig. 1, using such an arrangement, for example, the divergent beam emerging from a semiconductor laser 5 can be converted into a substantially parallel beam with the aid of the ball lens 4 .

Die erfindungsgemäße Lösung kann gemäß Fig. 2 jedoch auch in vorteilhafter Weise zur justierfreien Verkopplung von zwei Lichtleitfaserenden 1&min;, 2&min;-1&min;&min;, 2&min;&min; verwendet werden. Dazu wird das Faserende der anzukoppelnden Lichtleitfaser z. B. 1&min;&min;, 2&min;&min; ebenfalls angeätzt, so daß sich auch hier eine Vertiefung im Bereich des Kernes 2&min;&min; ausbildet. Werden die beiden Faserenden zusammengeschoben, so erfolgt durch die Kugellinse 3 eine Ausrichtung (Selbstjustage) der Faserachsen zueinander. Somit erübrigt sich die besonders kritische seitliche Justage der Faserenden relativ zueinander. Die Lage der Faserenden kann abschließend wieder mit Kleber oder Glaslot 4 fixiert werden.However, the solution according to the invention can also be used advantageously for the adjustment-free coupling of two optical fiber ends 1', 2'-1', 2'. For this purpose, the fiber end of the optical fiber to be coupled, e.g. 1', 2', is also etched so that a depression is also formed in the area of the core 2' . If the two fiber ends are pushed together, the ball lens 3 aligns (self-adjusts) the fiber axes with each other. This eliminates the need for the particularly critical lateral adjustment of the fiber ends relative to each other. The position of the fiber ends can then be fixed again with glue or glass solder 4 .

Claims (5)

1. Verfahren zur Verbindung wenigstens zweier optischer Bauelemente auf einer gemeinsamen optischen Achse, wobei wenigstens eines der optischen Bauelemente eine aus Kern- und Mantelbereich bestehende Lichtleitfaser ist, und wenigstens ein anderes optisches Bauelement ein Koppelelement vorzugsweise eine Linse ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitfaserende mit einer Ätzlösung behandelt wird, derart, daß sich im Bereich des Faserkerns eine Vertiefung ausbildet, und daß das Koppelelement wenigstens zum Teil in die Vertiefung eingeführt wird. 1. Method for connecting at least two optical components on a common optical axis, wherein at least one of the optical components is an optical fiber consisting of a core and cladding region, and at least one other optical component is a coupling element, preferably a lens, characterized in that the optical fiber end is treated with an etching solution in such a way that a recess is formed in the region of the fiber core, and that the coupling element is at least partially introduced into the recess. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Koppelelement verwendet wird, welches wenigstens in einem Teilbereich eine sphärisch gekrümmte Oberfläche aufweist, und daß das Koppelelement derart in die Vertiefung eingeführt wird, daß die sphärisch gekrümmte Oberfläche der Vertiefung zugewendet ist. 2. Method according to claim 1, characterized in that a coupling element is used which has a spherically curved surface at least in a partial area, and that the coupling element is introduced into the recess such that the spherically curved surface faces the recess. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement mit Hilfe eines Bindemittels, vorzugsweise eines transparenten Klebers, oder eines Glaslots, in seiner Lage gegenüber der Lichtleitfaser festgelegt wird. 3. Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the coupling element is fixed in its position relative to the optical fiber with the aid of a binding agent, preferably a transparent adhesive, or a glass solder. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur optischen Kopplung zweier Lichtleitfasern die einander gegenüberliegenden Faserenden mit einer Ätzlösung behandelt werden, derart, daß sich Vertiefungen in den entsprechenden Kernbereichen ausbilden, daß ein Koppelelement mit zwei einander gegenüberliegenden sphärisch gekrümmten Oberflächenbereichen verwendet wird, daß sodann die Lichtleitfasern derart zusammengeschoben werden, daß das Koppelelement wenigstens zum Teil in die Vertiefungen der Kernbereiche der beiden zu koppelnden Fasern eingeführt wird, und daß das Koppelelement durch ein Bindemittel in seine Lage gegenüber den Lichtleitfasern festgelegt wird. 4. Method according to claims 1 to 3, characterized in that for the optical coupling of two optical fibers the opposite fiber ends are treated with an etching solution in such a way that depressions are formed in the corresponding core regions, that a coupling element with two opposite spherically curved surface regions is used, that the optical fibers are then pushed together in such a way that the coupling element is at least partially introduced into the depressions of the core regions of the two fibers to be coupled, and that the coupling element is fixed in its position relative to the optical fibers by a binding agent. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als wenigstens ein Koppelelement eine Kugellinse verwendet wird. 5. Method according to claims 1 to 4, characterized in that a spherical lens is used as at least one coupling element.