DE3338315C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Koppelanordnung der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Ausführung für die Verwendung in Systemen der optischen Nachrichten-Über­ mittlungstechnik.

Eine optoelektronische Koppelanordnung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 ist bereits aus der DE-OS 27 10 949 bekannt. Bei dieser Koppelanordnung ist die Haltehülse als Führungsbuchse ausgebildet. Um einen spielfreien Passungssitz der Führungshülse in der Füh­ rungsbuchse zu gewährleisten, müssen der Außendurchmes­ ser der Führungshülse und der Innendurchmesser der Führungsbuchse mit sehr engen Fertigungstoleranzen her­ gestellt werden. Je eine ringförmige Lötstelle ver­ bindet Führungshülse und -buchse sowie Führungsbuchse und Gehäuse gasdicht miteinander. Der die Führungs­ buchse mit dem Gehäuse verbindende Lotring bildet eine Fixierebene, von der aus die Durchführung sowohl zum vorderen als auch bis zum rückwärtigen Ende je einen relativ langen Hebelarm aufweist. Daher genügt bereits eine geringe auf das Ende der Durchführung seitlich einwirkende Druckkraft, um eine Dejustierung des Faser­ endes vor dem Laser zu verursachen. Eine Auslenkung des Faserendes von nur wenigen Mikrometern bewirkt jedoch bereits einen vollständigen Funktionsausfall der Kop­ pelanordnung.

Aus der DE-OS 33 07 466 ist eine weitere Koppelanord­ nung bekannt. Bei dieser ist die Führungshülse mit dem daraus hervorstehenden Faserende des Lichtwellenleiters auf dem L-förmigen Schenkel eines Bolzens befestigt. Die Befestigung geschieht mittels Löten durch Anlegen von mit Strom beaufschlagten Elektroden zu beiden Seiten des L-för­ migen Schenkels. Die in der Flüssigphase des Lotes von ei­ nem Mikromanipulator mit dem Faserende auf den Wandler ein­ justierte Führungshülse muß jedoch auch noch beim Erkalten des Lotes bis zum Übergang in dessen Erstarrungsphase stän­ dig nachjustiert werden, weil das beim Erkalten schrumpfen­ de Lot dejustierend wirkende Kräfte freisetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und mechanisch stabile Koppelanordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die ohne Nachjustieren gefertigt werden kann und ein Verfahren zur Ankopplung des Licht­ wellenleiters an den Wandler anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen konstruktiven Maßnahmen und die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 9 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Durch die Ausbildung der Koppelanordnung werden ver­ schiedene Vorteile erreicht. Die Haltehülse ist als mechanische Schutzhülse ausgebildet und so an der Außenseite des Gehäuses befestigt, daß sie mit ihrem rückwärtigen Ende vom Gehäuse absteht, die hindurchge­ steckte Führungshülse weitgehend aufnimmt und dabei schützend umgibt. Wegen der ausschließlich mechanischen Schutzfunktion ist bei der Hülsenherstellung und ihrer Befestigung am Gehäuse keine besondere Sorgfalt er­ forderlich. Die Verbindung zwischen Schutzhülse und Ge­ häuse braucht deshalb nicht gasdicht zu sein.

Außerdem wird der von dem Laser genau einjustierte Lichtwellenleiter durch Einlöten des vorderen Endes der Führungshülse in die Abdeckscheibe und deren gleich­ zeitige Lötbefestigung am Gehäuse präzise fixiert und diese genaue Lage der Führungshülse mittels der Löt­ stelle am freien Ende der Schutzhülse gesichert. Die Lötstelle der Führungshülse bilden somit zwei relativ weit voneinander entfernte Fixierpunkte, die zusammen mit der stabilen Schutzhülse der Koppelanordnung die gewünschte Robustheit geben. Eine seitlich auf das Ende s,'der Führungshülse angreifende Druckkraft hat auf die Lötstelle an der Abdeckscheibe keinen Einfluß.

Die Erfindung wird anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wie folgt näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Ausschnitt der Koppelanordnung, teilweise längsgeschnitten;

Fig. 2 den Gehäuserahmen der Koppelanordnung gemäß Fig. 1 während des Einlötens der Führungs­ hülse, in perspektivischer Ansicht.

Bei der in Fig. 1 dargestellten optischen Koppelanordnung besteht das Gehäuse 1 aus der Bodenplatte 2 und dem Deckel 3 eines handelsüblichen DIL-Gehäuses mit einem zwischen Bodenplatte 2 und Deckel 3 zusätzlich eingefügten Rahmen 4 aus Kovar. Hierdurch wird ein im Volumen vergrößertes Gehäuse 1 für die Aufnahme des elektro-optischen oder opto- elektrischen Wandlers 5 und für die beim Betrieb mit einem Photodetektor zweckmäßigerweise mit integrierte Verstärker­ schaltung sowie für einen an den Wandler 5 gekoppelten Lichtwellenleiter 6 geschaffen, das hierfür in der Boden­ platte 2 mehrere dielektrisch befestigte Anschlußstifte (nicht dargestellt) aufweist.

In einem Schenkel des Rahmens 4 ist eine Bohrung 7 ange­ ordnet. Mit dieser Bohrung 7 fluchtet eine denselben Innen­ durchmesser aufweisende und beispielsweise aus Messing ge­ fertigte Schutzhülse 8, die an der Rahmenaußenseite z. B. durch Hartlöten befestigt ist. Durch die Schutzhülse 8 und die Bohrung 7 im Rahmenschenkel hindurch erstreckt sich eine aus lötfähigem Metall bestehende Führungshülse 9 kleineren Außendurchmessers, die zugleich eine an dem Rahmen 4 des Gehäuse 1 innen befestigte Abdeckscheibe 10 durchsetzt. Die z. B. aus Messing oder Stahl hergestellte Abdeckscheibe 10 weist einen gegenüber dem Außendurchmesser der Führungshülse 9 nur geringfügig vergrößerten Innendurch­ messer auf. Sie ist mit der Führungshülse 9 und dem Ge­ häuse 1 bzw. seinem Rahmen 4 durch Löten gasdicht verbunden. Hierfür wird vorzugsweise ein bei ca. 150° relativ niedrig­ schmelzendes BiSn-Lot verwendet.

Das aus der Führungshülse 9 hervorstehende Faserende 11 des Lichtwellenleiters 9 ist an seiner Stirnseite mit einer angeschmolzenen Linse versehen. Dieses Faserende 11 ragt bis in die Bohrung 12 einer aus Keramik bestehenden Trägerplatte 13, die parallel zu dem die Führungshülse 9 enthaltenden Rahmen 4 angeordnet ist. Vor letztgenannter Bohrung 12 ist der Wandler 5 fixiert, welcher in der Aus­ führung als Photodetektor die Bohrung 12 vollständig ab­ deckt.

Bei dem für die Ankopplung an den Wandler 5 vorgesehenen Lichtwellenleiter 6 handelt es sich um einen mit äußerer Kunststoffumhüllung 14 versehenen Typ. Zur Herstellung des blanken Faserendes 11 wird vom Lichtwellenleiter 6 eine Teillänge der Kunststoffumhüllung 14 und über die­ selbe Teillänge sein Primär- sowie Sekundärcoating entfernt. Anschließend erhält das Faserende 11 eine Metallisierung. Mit diesem metallisierten Faserende 11 ist der Lichtwellen­ leiter 6 mittels eines bei ca. 220°C relativ hochschmelzen­ den PbSn-Lotes in den gegenüber dem Faserende 11 einen nur geringfügig vergrößerten Durchmesser aufweisenden vorderen Teil der Führungshülse 9 eingelötet, deren rückwärtig längerer Teil einen wesentlich größeren Innendurchmesser aufweist. In diesem Teil der Führungshülse 9 ist die äußere Kunststoffumhüllung 14 durch Kleben befestigt. Am Übergang zwischen den beiden Bohrungen unterschiedlichen Durchmessers ist die Führungshülse 9 mit einem quer zur Längsachse verlaufenden Einschnitt 15 versehen, so daß bei der Herstellung der Faser/Hülsen-Anordnung der Übergang zwischen Lichtwellenleiter 6 mit Kunststoffumhüllung 14 und blankem Faserende 11 auf blasenfreie Einbettung in ausge­ tretenen Kleber kontrolliert werden kann, bevor das Faser­ ende 11 in den vorderen Hülsenteil eingelötet und der Ein­ schnitt 15 dabei weitgehend mit Lot ausgefüllt wird.

Die mit dem Gehäuse 1 verbundene Schutzhülse 8 weist am Befestigungsende einen im Durchmesser relativ kleinen Flansch 16 auf, wodurch die Schutzhülse 8 jedoch eine gute Auflagefläche zum Anlöten erhält. Das freie, rückwärtige Ende der Schutzhülse 8 ist dagegen mit einem im Außen­ durchmesser reduzierten Abschnitt 17 versehen, auf dem ein als Knickschutztülle wirkender Schrumpfschlauch (nicht dargestellt) befestigt sein kann, welcher das freie Ende der Führungshülse 9 und eine Teillänge der anschließenden Kunststoffumhüllung 14 des Lichtwellenleiters 6 mit um­ schließt. Da die im Gehäuse 1 an der Abdeckscheibe 10 ein­ gespannte Führungshülse 9 einen relativ langen Hebelarm darstellt, ist es zweckmmäßig, noch eine weitere mechanische Fixierung vorzusehen. Aus diesem Grunde weist die Führungs­ hülse 9 im Endbereich der Schutzhülse 8 eine Lötverbindung auf, die jedoch nicht gasdicht ausgeführt zu sein braucht. Weil die Führungshülse 9 im Gehäuseinnern mit niedrig­ schmelzendem Lot befestigt ist, ist es zur Vermeidung von thermisch ungünstiger Beeinflussung von Vorteil, auch bei der im Endbereich der Schutzhülse 8 vorgesehenen mechani­ schen Fixierung niedrigschmelzendes BiSn-Lot zu verwenden.

Beim Herstellen der Koppelanordnung wird zunächst der Rahmen 4 des Gehäuses 1 mit der Bohrung 7 für den Durch­ tritt der Führungshülse 9 angefertigt und die Schutzhülse 8 am Rahmen 4 befestigt. Anschließend wird die separat mit Bohrung 12 und Wandler 5 versehene Trägerplatte 13 in den Rahmen 4 eingesetzt und durch Löten mit dem Rahmen 4 mecha­ nisch fest verbunden. Danach wird die Abdeckscheibe 10 innen auf den Rahmen 4 gelegt, konzentrisch zu dessen Bohrung 7 ausgerichtet und die in getrennten Arbeitsgängen komplett mit präpariertem Lichtwellenleiter 6 hergestellte Führungshülse 9 durch die Öffnungen von Schutzhülse 8, Rahmenbohrung 7 und Abdeckscheibe 10 so weit in das Rahmen­ innere eingeführt, bis die am Faserende 11 ausgebildete Linse in der Trägerplattenbohrung 12 die gewünschte Lage vor dem Wandler 5 einnimmt.

Die Feinjustage des Faserendes 11 wird von einem Mikro­ manipulator gesteuert, welcher das aus der Schutzhülse 8 rückwärtig hervorstehende Ende der Führungshülse 9 mittels einer Zange erfaßt und die innerhalb der ausreichend groß bemessenen Öffnung mögliche, bzw. erforderliche Verschie­ bung durchführt. Sobald eine optimale Ankopplung erreicht ist, werden, wie Fig. 2 zeigt, die an beide Schmalseiten des Rahmenschenkels außen angelegten Elektroden 18 unter Spannung gesetzt und die Abdeckscheibe 10 unter Zu­ gabe von Lot im Stromdurchgang mit dem Rahmen 4 und zugleich mit der Führungshülse 9 durch Löten verbunden.

Anschließend werden die Führungshülse 9 und der rückwärtige Abschnitt 17 der Schutzhülse 8 ebenfalls durch Löten mit niedrigschmelzendem Lot mechanisch aneinander befestigt. Von Vorteil ist hierbei die im Durchmesser abgestufte Aus­ bildung der Schutzhülse 8, weil dadurch beim Löten ein Wärmestau entsteht, der ein schnelles, nur kurz andauerndes Löten gestattet, bei dem kein Erweichen der am vorderen Ende der Führungshülse 9 befindlichen Lötstelle mehr ein­ tritt. Der so hergestellte Rahmen 4 wird sodann auf einer offenen Seite mit der bedarfsweise um die Verstärkerschal­ tung ergänzten Bodenplatte 2 durch Löten oder Schweißen gasdicht verbunden sowie die elektrischen Verbindungen von der Trägerplatte 13 zu den Anschlußstiften in der Boden­ platte hergestellt und diese Anordnung unter Einschluß von Schutzgas letztlich mit dem gasdicht aufgesetzten Deckel 3 hermetisch verschlossen.

Claims (8)

1. Koppelanordnung mit einem elektro-optischen oder opto-elektrischen Wandler und einem vor dem Wandler endenden Lichtwellenleiter, bei dem ein von der äußeren Kunststoffumhüllung befreites, metallisiertes Faserende gasdicht in eine Führungshülse eingelötet ist, die sich ihrerseits durch eine Haltehülse bis in das Innere eines den Wandler enthaltenden, hermetisch verschlossenen Gehäuses erstreckt, wobei die Führungshülsen mit der Haltehülse und die Haltehülse mit einer Außenwand des Gehäuses verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltehülse als Schutzhülse (8) mit außerhalb des Gehäuses (1) liegenden freien Ende ausgebildet ist und daß die Schutzhülse (8) innen einen größeren Durchmesser aufweist als die Führungshülse (9) außen, deren aus der Schutzhülse (8) ragender rückwärtiger Teil am freien Ende der Schutzhülse (8) und deren vorderer Teil in einer auf der Innenseite des Gehäuses (1) angelöteten Abdeckscheibe (10) befestigt ist.

2. Koppelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Führungshülse (9) hervorstehende Faser­ ende (11) des Lichtwellenleiters (6) bis in die Bohrung (12) einer Trägerplatte (13) ragt, die parallel zu der die Führungshülse (9) enthaltenden Gehäusewand angeordnet ist und an welcher vor der Bohrung (12) der Wandler (5) fixiert ist.

3. Koppelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mit der Bohrung (7) für den Durchtritt der Führungshülse (9) versehene Gehäusewand aus einem zwi­ schen die Bodenplatte (2) und den Deckel (3) eines DIL-Ge­ häuses eingefügten Rahmen (4) besteht.

4. Koppelanordnung nach Anspruch 1 und 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die mit dem Rahmen (4) des Ge­ häuses (1) verbundene Schutzhülse (8) einen rückwärtigen Abschnitt (17) reduzierten Außendurchmessers aufweist.

5. Koppelanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf dem rückwärtigen Abschnitt (17) der Schutzhülse (8) ein die Führungshülse (9) und die Kunst­ stoffumhüllung (14) des Lichtwellenleiters (6) mit um­ fassender Schrumpfschlauch angeordnet ist.

6. Koppelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (9) im vorde­ ren Hülsenteil gegenüber dem Faserende (11) einen etwas größeren Innendurchmesser aufweist und am Übergang zu dem rückwärtigen Hülsenteil, der gegenüber der Kunststoffum­ hüllung (14) des Lichtwellenleiters (6) innen ebenfalls etwas vergrößert ist, einen quer verlaufenden Einschnitt (15) enthält.

7. Koppelanordnung nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserende (11) des Lichtwellenleiters (6) in der Führungshülse (9) mit PbSn- Lot befestigt ist, und daß die Verbindungen zwischen Füh­ rungshülse (9), Abdeckscheibe (10) und dem Rahmen (4) des Gehäuses (1) aus BiSn-Lot bestehen.

8. Verfahren zum optischen Ankoppeln eines Lichtwellen­ leiters an einen Wandler, bei dem ein metallisiertes Faser­ ende mit einem relativ hochschmelzenden Lot in eine Füh­ rungshülse eingelötet ist, die durch eine im Durchmesser größere Bohrung des Gehäuses der Koppelanordnung geführt, mittels eines Mikromanipulators in optimale Koppelposition gebracht und in dieser Position durch Löten befestigt ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötver­ bindungen zwischen Führungshülse (9), Abdeckscheibe (10) und dem Gehäuse (1) im Anschluß an das Justieren des Faser­ endes (11) durch Anlegen von Spannung und Löten im Strom­ durchgang von an die beiden äußeren Schmalseiten des Rahmens (4) angedrückten Elektroden (18) hergestellt werden.