DE3324612A1 - OPTICAL COUPLING - Google Patents

OPTICAL COUPLING

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DE3324612A1
DE3324612A1 DE19833324612 DE3324612A DE3324612A1 DE 3324612 A1 DE3324612 A1 DE 3324612A1 DE 19833324612 DE19833324612 DE 19833324612 DE 3324612 A DE3324612 A DE 3324612A DE 3324612 A1 DE3324612 A1 DE 3324612A1
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optical coupling
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Manfred Dipl.-Phys. 7251 Hemmingen Kaiser
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Alcatel Lucent Deutschland AG
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Standard Elektrik Lorenz AG
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Description

M. Kaiser 8M. Kaiser 8

Optische KoppeLanordnungOptical coupling arrangement

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische KoppeLanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4,The invention relates to an optical coupling arrangement according to the preamble of claim 1 and on a method according to the preamble of claim 4,

Aus der DE-PS 28 27 005 ist ein Verfahren zur HersteLLung einer mit optischen Fasern verbindbaren optischen KoppeLanordnung bekannt. Dabei wird in ein aus einem Substrat
mit einem aufgesetzten Rahmen gebiLdeten Gehäuse eine
fLießfähige Masse gegossen, auf diese nach dem Abdampfen des LösungsmitteLs eine Fotomaske mit dem Muster desFrom DE-PS 28 27 005 a method for the production of an optical coupling arrangement that can be connected to optical fibers is known. This is done in a from a substrate
a housing formed with an attached frame
A flowable mass is poured onto which, after the solvent has evaporated, a photo mask with the pattern of the

optischen We LLenLei te rs der KoppeLanordnung aufgeLegt und mit UV-Licht die ganze Anordnung bestrahLt. Nach dem Entfernen der Fotomaske wird ein in der Masse des unbelichteten We LLenLeiters vorhandenes Monomer zur Ausbildung des fertigen optischen We LLenLei te rs durch Trocknung imoptical waveguide is placed on the coupling arrangement and the whole arrangement is irradiated with UV light. After removing the photo mask, one becomes in the bulk of the unexposed We LLenLeiters existing monomer for training of the finished optical waveguide by drying in the

Vakuum entfernt. Wichtig bei diesem Verfahren ist die genaue Ausrichtung der Fotomaske des optischen We LLenLei te rs mit den Enden der optischen Fasern, damit beide TeiLe miteinander fLuchten. Aufwendig ist auch die HersteLLung und die Handhabung der Fotomaske, da diese staubfrei und frei von Kratzern gehalten werden muß.Vacuum removed. The exact alignment of the photomask of the optical waveguide is important in this process with the ends of the optical fibers so that both parts are flush with each other. The production and the the handling of the photomask, since it must be kept free of dust and scratches.

ZT/P1-Wr/B
01.07.1983ZT / P1-Wr / B
07/01/1983

M. Kaiser 8M. Kaiser 8

Der Erfindung Liegt die Aufgabe zugrunde, eine verlustarme optische KoppeLanordnung anzugehen, die auch einfacher hergestellt werden kann.The invention is based on the object of a low-loss To address optical coupling arrangements that are also easier can be produced.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 bzw. Anspruch 4 angegebenen Merkmale gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen we rden.According to the invention, this object is achieved by the in claim 1 or claim 4 specified features solved. Refinements of the invention can be found in the subclaims will.

Der Wellenleiter der optischen Koppelanordnung ist an die Fasergeometrie der zu koppelnden Fasern angepaßt, so daß nur geringe Stoßstellenverluste entstehen. Aus dem gleichen Grund brauchen auch an die Flächen der Faserenden keine besonderen Anforderungen gestellt werden, da durch die Indexanpassung des Fotopolymers die Eigenschaften der Stirnflächen der Faserenden weitgehend ohne Bedeutung sind. Es lassen sich nicht nur planare sondern auch räumliche Strukturen der Koppelanordnung herstellen.The waveguide of the optical coupling arrangement is connected to the Fiber geometry adapted to the fibers to be coupled, so that only minor joint losses occur. From the For the same reason, no special requirements need to be placed on the surfaces of the fiber ends, as they are the index matching of the photopolymer the properties of the The end faces of the fiber ends are largely irrelevant. Not only planar but also spatial Produce structures of the coupling arrangement.

Das Verfahren zum Herstellen der optischen Koppelanordnung ist einfach, da ohne eine Fotomaske gearbeitet wird und die Faserenden nicht sehr genau aufeinander ausgerichtet werden müssen. Ohne Mehraufwand können auch durch untei— schiedliche Belichtungszeiten andere Koppelfaktoren zwischen den jeweiligen Faserenden erzielt werden.The method of making the optical coupling assembly is easy, because you work without a photo mask and the fiber ends are not very precisely aligned Need to become. Different coupling factors can also be used without additional effort due to different exposure times can be achieved between the respective fiber ends.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to drawings of exemplary embodiments. Show it:

Fig. 1 schematisch eine symmetrische Koppelanordnung;1 schematically shows a symmetrical coupling arrangement;

M. Ka i se rM. Ka i se r

Fig. 2 schematisch eine räumliche Struktur einer Koppelano rdnung;2 schematically shows a spatial structure of a coupling structure;

Fig. 3 eine Ansicht von links der Koppelanordnung gemäß Fi g. 2 undFig. 3 is a view from the left of the coupling arrangement according to Fi g. 2 and

Fig. 4 schematisch einen Teil einer Koppelanordnung nach dem Reflexionsprinzip.Fig. 4 schematically shows a part of a coupling arrangement according to the principle of reflection.

In Fig. 1 ist schematisch eine optische Koppelanordnung zum Verbinden von vier optischen Fasern in der Draufsicht ohne Oberteil dargestellt. Ein Längliches Gehäuse 1 weist mittig eine Ausnehmung 2 und in den SchmaLseiten Nuten 3 und 31 bzw. 3" und 3"1 zur Aufnahme der optischen Fasern 4, 41, 4" bzw. 4"1 von entsprechenden LichtweLlenLeiter 5, 5', 5" bzw. 5"' auf. Die Lichtwellenleiter sind nur kurze Enden, an denen ankommende bzw. abgehende Lichtwellen-Leiter angeschweißt werden können; sie können auch mit Steckverbindern versehen sein. Die Endstücke der Fasern 4 und 41 bzw. 4" und 4"1 liegen in der Ausnehmgung 2 aneinander und ihre Endflächen liegen in einer Ebene. Der Abstand zwischen den Endflächen der Fasern 4, 4' und 4", 4"' ist so gewählt, daß die einen Endflächen jeweils im Aperturbereich der anderen Endflächen Liegen. Die Ausnehmung ist mit einem FotopoLymer gefüllt, der durch eine Belichtung durch die Fasern 4 bis 4"' hindurch einen optischen Wellenleiter 6 zwischen den Endflächen der Fasern 4 bis 4"' gebildet hat. Der Verlauf und die Form des optischen We I Len lei't e rs 6 entspricht der räumlichen Leistungsverteilung des aus den Endflächen der Fasern 4 bis 4"' ausgetretenden Lichtes und ist gestrichelt dargestellt.In Fig. 1, an optical coupling arrangement for connecting four optical fibers is shown schematically in plan view without an upper part. An elongated housing 1 has a central recess 2 and in the narrow sides grooves 3 and 3 1 or 3 "and 3" 1 for receiving the optical fibers 4, 4 1 , 4 "or 4" 1 of corresponding optical waveguides 5, 5 ' , 5 "or 5"'. The fiber optic cables are only short ends to which incoming and outgoing fiber optic cables can be welded; they can also be provided with connectors. The end pieces of the fibers 4 and 4 1 or 4 ″ and 4 ″ 1 lie against one another in the recess 2 and their end faces lie in one plane. The distance between the end faces of the fibers 4, 4 'and 4 ", 4"' is chosen so that the one end faces each lie in the aperture area of the other end faces. The recess is filled with a photopolymer which, by exposure through the fibers 4 to 4 "', has formed an optical waveguide 6 between the end faces of the fibers 4 to 4"'. The course and the shape of the optical wave guide 6 corresponds to the spatial power distribution of the light emerging from the end faces of the fibers 4 to 4 "'and is shown in dashed lines.

M. Kai ser 8M. Kai ser 8

Die Lichtwe LLenLei ter bzw. deren Fasern sind in den Nuten durch einen Kleber festgelegt, der gleichzeitig ein Verschluß der Nuten nach außen bildet und eine Zugentlastung der LichtweILenleiter bewirkt. Ein in Fig. 3 gezeigtes Oberteil 7 oder Deckel verschließt die optische Koppelanordnung oben.The fiber optic cables or their fibers are in the grooves fixed by an adhesive, which at the same time forms a closure of the grooves to the outside and a strain relief the fiber optic cable causes. One shown in FIG Upper part 7 or cover closes the optical coupling arrangement at the top.

An die Lichtwe I lenLei ter 5 und 51 können beispielsweise Sender mit verschiedenen Wellenlängen ihres abgegebenen Lichtes angeschlossen werden, das in die Lichtwe L lenLeiter 5" und 5"1 eingekoppelt wird. An den Lichtwe Llenleiter 5" kann dann eine Übertragungsstrecke eines Übertragungssystems und an den. Lichtwe Ilenleiter 5"1 ein Monitor oder eine Meßeinrichtung angeschlossen werden.Ter to the Lichtwe I lenLei 5 and 5 1 of its emitted light transmitter can be connected, for example, at different wavelengths, which is coupled into the Lichtwe L lenLeiter 5 "and 5 '1. A transmission path of a transmission system can then be connected to the optical fiber 5 ″ and a monitor or a measuring device can be connected to the optical fiber 5 ″ 1.

In Fig. 2 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die optische Koppelanordnung auf der einen Seite eine optische Faser 4 und auf der anderen Seite drei optische Fasern 41, 4" und 4"1 aufweist. Die Fasern gehören zu Lichtwellenleiter 5 bis 5"1. Der dazwischen vorhandene optische Wellenleiter 6 ist in seinem Verlauf und seiner Form wieder gestrichelt dargestellt. Bei dieser räumlichen Struktur der miteinander zu koppelnden optischen Fasern ist der Abstand zwischen den jeweiligen Endflächen der Fasern 4 bzw. 4', 4" und 4"' wieder so gewählt, daß sie jeweils im Aperturbereich der anderen liegen. Diese optische Koppelanordnung kann beispielsweise als Sternkoppler eingesetzt werden.In Fig. 2 a further embodiment is shown schematically, in which the optical coupling arrangement has an optical fiber 4 on one side and three optical fibers 4 1 , 4 ″ and 4 ″ 1 on the other side. The fibers belong to optical waveguides 5 to 5 " 1. The intermediate optical waveguide 6 is again shown in dashed lines in its course and shape. 4 ', 4 "and 4"' are again selected so that they each lie in the aperture area of the other. This optical coupling arrangement can be used, for example, as a star coupler.

j / 4 b 1 2j / 4 b 1 2

M. Kai ser 8M. Kai ser 8

In Fig. 3 ist eine Seitenansicht der optischen Koppelanordnung nach Fig. 2 dargestellt. Hierbei ist zusätzlich das Oberteil 7 oder der Deckel auf dem Gehäuse 1 der Koppelanordnung gezeigt, um den oberen Abschluß zu zeigen. Ü5 Weiterhin ist die Nut 3 im Gehäuse 1 und die optische Faser 4 des Lichtwe Ilenleiters 5 zu sehen.3 is a side view of the optical coupling assembly shown in FIG. Here, the upper part 7 or the cover on the housing 1 is also the Coupling arrangement shown to show the top termination. Ü5 Furthermore, the groove 3 in the housing 1 and the optical fiber 4 of the optical fiber 5 can be seen.

In Fig. 4 ist teilweise eine optische Koppelanordnung schematisch dargestellt, die nach dem Reflexionsprinzip arbeitet. Dabei werden alle optischen Fasern 4 bis 4"1 vonIn Fig. 4 an optical coupling arrangement is partially shown schematically, which operates on the reflection principle. Thereby all optical fibers 4 to 4 " 1 of

1CJ einer Seite in das Gehäuse 1 eingeführt. Die ihnen gegenüberliegende Wand ist mit einem solchen Spiegel 8 versehen, daß das Licht aus einer Faser in die anderen Fasern gelangt. Der in der Ausnehmung 2 ausgebildete optische Wellenleiter 6 ist wieder in seinem Verlauf und seiner Form gestrichelt gezeichnet.1CJ inserted into the housing 1 on one side. The wall opposite them is provided with such a mirror 8, that the light from one fiber passes into the other fibers. The formed in the recess 2 optical Waveguide 6 is again drawn in dashed lines in its course and shape.

Bei den optischen Koppelanordnungen gemäß Fig. 2 und 4 kann auch eine andere Anzahl und eine andere räumliche Anordnung der optischen Fasern gewählt werden.In the optical coupling arrangements according to FIGS. 2 and 4 a different number and a different spatial arrangement of the optical fibers can also be selected.

Die Herstellung einer optischen Koppelanordnung wird nach-21) f ο Ig end . besch ri eben.The production of an optical coupling arrangement is carried out according to -21) f ο Ig end. just cried.

In das Gehäuse 1 werden in die Nuten 3 die Lichtwellenleiter 5 mit den Enden der optischen Fasern 4 eingelegt- und durch einen Kleber festgelegt. Dabei ist die durch die Form der Nuten 3 angegebene Ausrichtung der Fasern 4 aus~ reichend. Es muli nur der richtige Abstand zwischen den Endflächen der Fasern eingehalten werden. Dann wird die Ausnehmung 2 mit einem Fotopolymer gefüllt. Durch eine be-In the housing 1, the optical waveguides are in the grooves 3 5 with the ends of the optical fibers 4 inserted- and fixed by an adhesive. The orientation of the fibers 4 indicated by the shape of the grooves 3 is from ~ reaching. All that matters is the correct spacing between them End faces of the fibers are observed. Then the recess 2 is filled with a photopolymer. Through a

M. Kaiser 8M. Kaiser 8

stimmte Belichtung, beispielsweise mit UV-Licht, durch aLLe Fasern 4 hindurch wird im überlappenden Aperturbereich der Fasern der Wellenleiter 6 erzeugt. Dies geschieht dadurch, daß durch die Belichtung eine gegenüber dem umgebenden Fotopolymer unterschiedliche Brechzahl hervorgerufen wird. Dabei ist es zweckmäßig, im überlappenden Aperturbereich der Fasern durch die Belichtung nur eine Tei Ivernetzung des Fotopolymers herbeizuführen und die vollständige Vernetzung des gesamten Fotopolymers in der Ausnehmung 2 durch anschließende Wärmezufuhr vorzunehmen. Nach dem Aufbringen des Oberteils 7 ist dann die optische Koppelanordnung fertig. Die durch die Belichtung mit UV-Licht bewirkte Vernetzung des Fotopolymers ist eine Funktion des Lichtstromes und der Einwirkungszeit. Durch die Belichtung durch gegenüberliegende Fasern hindurch, ist im Überlappungsbereich der Aperturen der Fasern eine doppelt.so starke Belichtung gegeben. Daraus folgt auch eine etwa doppelt so starke Vernetzung gegenüber dem umgebenden Fotopolymer . Durch die vollständige Vernetzung wird dann die Brechzahl des umgebenden Fotopolymers so eingestellt, daß sie kleiner ist als im durch die Belichtung vernetzten Bereich. Auf diese Weise wird die nötige Struktur des Wellenleiters 6 erreicht, um die Abbildung der Faserkerne der optischen Fasern aufeinander zu gewähr" leisten.Correct exposure, for example with UV light, through All fibers 4 pass through it in the overlapping aperture area of the fibers of the waveguide 6 generated. This is done by the fact that through the exposure one opposite the surrounding photopolymer caused different refractive indices will. It is useful in the overlapping Aperture area of the fibers due to the exposure only one To bring about partial crosslinking of the photopolymer and the complete crosslinking of the entire photopolymer in the Make recess 2 by subsequent supply of heat. After the upper part 7 has been applied, the optical coupling arrangement is then ready. The through exposure with Crosslinking of the photopolymer caused by UV light is a function of the luminous flux and the exposure time. By exposure through opposing fibers, is one in the overlap area of the apertures of the fibers twice as strong exposure given. This also results in a network that is about twice as strong as that of the surrounding area Photopolymer. As a result of the complete crosslinking, the refractive index of the surrounding photopolymer is then so set so that it is smaller than in the area crosslinked by the exposure. This way it becomes the necessary Structure of the waveguide 6 reaches the figure of the fiber cores of the optical fibers to each other to guarantee.

Nach der Tei Ivernetzung der Fotopolymers im überlappenden Aperturbereich der Fasern kann auch eine Ein- oder Ausdiffusion von Substanzen erfolgen, die die Brechzahl des Fotopolymers erhohen bzw. erniedrigen. Dabei dient die Grenze des vorvernetzten Bereiches als Diffusionshemmer. Anschließend erfolgt dann die vollständige Vernetzung durch Zufuhr von UV-Licht oder Wärme.After the partial crosslinking of the photopolymer in the overlapping The aperture area of the fibers can also have an inward or outward diffusion of substances that increase or decrease the refractive index of the photopolymer. The Limit of the pre-crosslinked area as a diffusion inhibitor. Complete crosslinking then takes place by supplying UV light or heat.

M. Kaiser 8M. Kaiser 8

Wenn die Be Lichtungszeiten des Lichtes zwischen entsprechenden Fasern verschieden Lang gemacht werden/ dann weist der entstehende optische WeLLenLeiter zwischen den entsprechenden Fasern unterschied Liehe Koppe Lfaktoren auf.If the lighting times of light between appropriate Fibers are made of different lengths / then the resulting optical waveguide points between the corresponding Liehe Koppe distinguished between fibers.

Claims (1)

— 'Ι/Ί-- 'Ι / Ί- Standard ELektrik Lorenz
AktiengeseLLschaft
StuttgartStandard ELektrik Lorenz
Stock corporation
Stuttgart M. Kai ser 8M. Kai ser 8 PatentansprücheClaims 1. Optische KoppeLanordnung mit einem WeLLenLeiter aus einem FotopoLymer zum Verbinden von optischen Fasern, d a durch gekennzeichnet , daß die Form und der VerLauf des We LLenLei te rs (6) der räumLichen Leistungsvertei Lung des aus den EndfLächen der optischen Fasern (4) austretenden Lichts entspricht.1. Optical coupling arrangement with a waveguide a photopolymer for connecting optical fibers, d a characterized in that the shape and course of the waveguide (6) of the spatial power distribution Lung of the light emerging from the end faces of the optical fibers (4). 2. Optische KoppeLanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die EndfLächen der zu koppeLnden optischen Fasern (4) im Aperturbereich der jeweiLs gegen übe rLiegenden optischen Faser Liegen. 2. Optical coupling arrangement according to claim 1, characterized in that the end faces of the optical fibers (4) to be coupled lie in the aperture area of the respective optical fibers lying opposite. ZT/M"Wr/8 r-π^ ZT / M " Wr / 8 r-π ^ 01.07.198307/01/1983 M. Kai ser 8M. Kai ser 8 3. Optische KoppeLanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der WeLLenLeiter (6) zwischen verschiedenen zu koppeLnden Fasern (4) unterschiedliche Koppe Lfaktoren aufweist.3. Optical coupling arrangement according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the wave conductor (6) between different fibers to be coupled (4) Koppe has L factors. 4. Verfahren zum Herstellen einer optischen Koppelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Enden --· der optischen Fasern (4) in Nuten (3) eines eine Ausnehmung (2) aufweisenden Gehäuses (1) eingelegt werden und in diese Ausnehmung (2) hineinreichen, die Ausnehmung C2) mit einem Fotopolymer gefüllt und zur Ausbildung des Wellenleiters to) fotopoLymerisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die FotopoLymerisation zwischen den Endflächen der Fasern durch eine Belichtung durch die optischen Fasern hindurch erfolgt.4. The method for producing an optical coupling arrangement according to one of claims 1 to 3, in which the ends - · The optical fibers (4) are inserted into grooves (3) of a housing (1) having a recess (2) and in extend into this recess (2), along with the recess C2) filled with a photopolymer and used to form the waveguide to) photopolymerized, characterized in that that the photopolymerization between the end faces of the fibers by exposure through the optical Fibers takes place through it. 5. Verfahren zum Herstellen einer optischen Koppelanorcnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Fotopolymerisation der überlappenden Aperturbereiche der Fasern durch Ein- oder Ausdiffusion von geeigneten Substanzen die Brechzahl der unvernetzten Fotopolymers abgesenktwird. 5. Method for producing an optical coupling arrangement according to claim 4, characterized in that after the photopolymerization of the overlapping aperture areas Fibers, the refractive index of the uncrosslinked photopolymer is lowered by the inward or outward diffusion of suitable substances. "6. Verfahren zum Herstellen einer optischen Koppe lano ranung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtung mit ultraviolettem Licht erfolgt."6. Method for producing an optical coupling according to claim 4 or 5, characterized in that the exposure takes place with ultraviolet light. Q *"' O ' fQ * "'O' f M. Kaiser 8M. Kaiser 8 7. Verfahren zum Herstellen einer optischen Koppelanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Belichtung eine teilweise Fotopolymerisation erfolgt und durch Wärmezufuhr die vollständige Aushärtung des Fotopolymers geschieht.7. A method for producing an optical coupling arrangement according to claim 4, characterized in that by the exposure takes place a partial photopolymerization and by supplying heat, the photopolymer is completely cured. 8. Verfahren zum Herstellen einer optischen Koppelanordnung nach Anspruch 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichent, daß die Belichtungszeit durch die einzelnen optischen Fasern verschieden lang ist.8. A method for producing an optical coupling arrangement according to claim 4, 6 or 7, characterized in that that the exposure time through the individual optical Fibers of different lengths.
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