DE3687436T2 - Verbindungsverfahren fuer einen optischen faser mit einem optischen bauteil. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Verbinden einer optischen Faser und einer optischen Einrichtung in vorbestimmter Ausrichtung. So, wie er hier gebraucht wird, meint der Ausdruck "optische Einrichtung" optische Faser, Linse, Koppler oder ähnliches.
• Eines der schwierigen Probleme im Zusammenhang mit der Einrichtung eines optischen Fasersystems beinhaltet das Verbinden der Faser mit anderen optischen Einrichtungen. Gegenwärtige Techniken bedienen sich des Schmelzspleißens wie der Verwendung verschiedener Klebemittel, um die Einzelbestandteile fest zusammenzuhalten. Dies setzt jedoch voraus, daß entsprechende Ausrichtung des Lichtfortpflanzungsbereichs der optischen Faser erreicht worden ist. Entsprechende Ausrichtung wird im allgemeinen auf einem von zwei Wegen erreicht. Aktives Ausrichten kann erreicht werden, indem ein Lichtstrahl durch das System propagiert wird und die Bauteile aktiv positioniert werden, um so verbunden zu werden, daß die transmittierte Leistung maximiert wird. Die Teile werden dann entweder direkt aneinander oder an andere Bezugsteile permanent verbunden. Diese Technik erfordert die Möglichkeit, Licht in das System einzuführen, eine häufig schwierige Aufgabe, vor allem in der Feldinstallation. Weiterhin ist die Genauigkeit der Bewegungen, die gefordert ist, um die Ausrichtung zu erreichen, sehr hoch, was teure und empfindliche Ausrüstung verlangt. Eine zusätzliche Komplikation ist, daß während des Vorgangs des festen Verbindens die Ausrichtung oft zerstört wird. Zum Beispiel können Klebematerialien während des Aushärtens kriechen, und während Verschmelzungsvorgängen kann Oberflächenspannung die Ausrichtung verkrümmen. Probleme treten auch mit der Temperaturwechselbeanspruchung der Verbindungen auf, vor allem wenn Klebemittel verwendet werden, die von denen der Glasbestandteile sehr verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten haben.
• Eine zweite Alternative ist es, die äußere Oberfläche der Faser und der Bauteile als Bezug zu nehmen und die Teile in V-förmigen Nuten, Kanälen und ähnlichem zu positionieren. Diese Technik funktioniert für Bauteile mit der gleichen Außengröße und -form annehmbar gut, z. B. Faser-zu-Faser. Mit der Unterschiedlichkeit der Größen und Formen vieler Bauteile wird diese Technik mit großer Wahrscheinlichkeit nicht in allen Fällen funktionieren.
• Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, Ausrichtungsverfahren- und Bauteile bereitzustellen, die die Nachteile der bisherigen Technik überwinden. Ein weiteres Ziel ist es, ein Verfahren zum genauen Ausrichten einer optischen Faser bezüglich einer anderen Faser oder einer optischen Einrichtung bereitzustellen, ohne zusätzliche Ausrichtungsvorrichtungen zu verwenden. Ein weiteres Ziel ist es, eine Ausrichtungsvorrichtung für optische Einrichtungen bereitzustellen, die leicht während deren Herstellung in die Einrichtung gefertigt wird. Die genannten Ziele werden durch das Verfahren und den optischen Faserkoppler, wie in den Ansprüchen festgelegt, erreicht. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, eine optische Einrichtung zum Verbinden vorzubereiten. Eine optische Einrichtung wird zur Verfügung gestellt, die aus einem ersten Material geformt ist, das gegen Lösung in einem gegebenen Lösungsmittel beständig ist, wobei die Einrichtung mindestens einen längsausgedehnten Bereich aus einem zweiten Material hat, das in dem Lösungsmittel löslich ist. Der längsausgedehnte Bereich schneidet mindestens eine Oberfläche der Einrichtung, die in ein Bad des gegebenen Lösungsmittels getaucht wird, so daß eine Vertiefung geformt wird, die geeignet ist, einen entsprechenden Teil einer anderen Einrichtung aufzunehmen.
• Eine spezielle Ausführungsweise betrifft ein Verfahren, einen optischen Koppler herzustellen, der mindestens zwei Lichtwellenleiter enthält, die longitudinal in eine längsausgedehnte Masse von transparentem Matrixglas gelegt sind, das gegen Lösung im gegebenen Lösungsmittel beständig ist. Mindestens die Wellenleitermäntel sind im gegebenen Lösungsmittel löslich. Wenn der Wellenleiterkern im Lösungsmittel hinreichend unlöslich ist, so daß im Zentrum der Vertiefung ein Vorsprung gebildet wird, enthält das Verfahren weiter den Schritt des Entfernens des Vorsprungs.
• Die optische Einrichtung kann eine optische Faser enthalten, in der der längsausgedehnte Bereich einen lichtleitenden Kern enthält, der von einer Schicht Mantelglas umgeben ist, das im gegebenen Lösungsmittel löslich ist. In dieser Ausführungsweise ist die Faser mit einer Beschichtung aus Glas versehen, das im Lösungsmittel unlöslich ist. Wenn der Faserkern in einem ersten Lösungsmittel löslich und in einem zweiten Lösungsmittel unlöslich ist, und die Beschichtung auf dem Fasermantel im ersten Lösungsmittel unlöslich, aber löslich im zweiten Lösungsmittel ist, kann ein Ende der Faser in das erste Lösungsmittel getaucht werden, wogegen das zweite Ende in das zweite Lösungsmittel getaucht wird. Dies bewirkt die Bildung einer Vertiefung an einem Ende der Faser und eines Vorsprungs oder einer Nase am anderen Ende davon, wobei das Ende, das einen Vorsprung hat, am Vertiefungsteil einer anderen, ähnlichen Faser ausgerichtet werden kann.
• Das vorliegende Verfahren kann verwendet werden, um eine optische Linse zum Verbinden mit einer Faser vorzubereiten. Es wird ein längsausgedehnter Zylinder aus transparentem Glas bereitgestellt, der aus einem Material gebildet ist, das im gegebenen Lösungsmittel lösungsbeständig ist. Ein längsausgedehnter Bereich eines zweiten Materials erstreckt sich axial im längsausgedehnten Zylinder. Der längsausgedehnte Bereich ist aus einem zweiten Material gebildet, das im gegebenen Lösungsmittel löslich ist. Die Brechungsindices des ersten und zweiten Materials sind im wesentlichen gleich. Ein Abschnitt des längsausgedehnten Zylinders wird abgetrennt und eine gekrümmte Oberfläche wird auf einem Ende davon gebildet. Das der gekrümmten Oberfläche gegenüberliegende Ende wird in das Lösungsmittel getaucht, um eine Vertiefung zu bilden.
• Eine optische Monomodenfaser der polarisationserhaltenden Art kann zur Ausrichtung mit einer lichtemittierenden oder -empfangenden Vorrichtung vorbereitet werden. Die Faser enthält einen Glaskern, der von einer Schicht Mantelglas umgeben ist, das einen Brechungsindex hat, der niedriger als derjenige des Kerns ist. Das Mantelglas ist im gegebenen Lösungsmittel lösungsbeständig. Diametral gegenüberliegende Glasbereiche, die im gegebenen Lösungsmittel löslich sind und die zusätzlich einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben, der von demjenigen des Mantelglases unterschiedlich ist, liegen auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Kerns. Wenn ein Ende der Faser in das gegebene Lösungsmittel getaucht wird, lösen sich die Endabschnitte der diametral gegenüberliegenden Glasbereiche auf, dabei bilden sie Vertiefungen auf gegenüberliegenden Seiten des Kerns, die benutzt werden können, um die Faser bezüglich einer lichtemmittierenden oder -detektierenden Vorrichtung, einem polarisierenden Bauteil oder einer anderen Faser auszurichten.
• Verbindungsmaterial wird auf das Ende einer optischen Faser angewandt, das in eine der oben genannten Vertiefungen eingeführt wird, um die Faser mit der optischen Einrichtung fest zu verbinden. Die Verbindung kann zusätzlich eine Schicht indexanpassenden Fluids zwischen der Faserendseite und der optischen Einrichtung enthalten.
• In den begleitenden Zeichnungen:
• Abbildung 1 zeigt eine Glas-Vorform, die im Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
• Abbildung 2 ist ein schematisches Diagramm, das das Strecken der Vorform zum Bilden eines Stabs illustriert.
• Abbildung 3 illustriert schematisch das Erhitzen und Strecken einer abgetrennten Einheit, um ihren Mittelbereich nach innen konisch zu verformen (taper).
• Abbildung 4 illustriert eine Ätztechnik zum Bilden von Vertiefungen im Ende der Einrichtung.
• Abbildung 5 ist eine Querschnittsansicht einer geätzten Einrichtung.
• Abbildung 6 ist eine Querschnittsansicht, die den Vorsprung von Kernglas in eine Vertiefung illustriert.
• Abbildung 7 ist eine Querschnittsansicht, die das feste Verbinden einer Faser mit einer Vertiefung illustriert.
• Abbildung 8 ist eine Querschnittsansicht, die das feste Verbinden einer optischen Faser mit einer Vertiefung einer Linse illustriert.
• Abbildungen 9 und 10 sind Querschnittsansichten, die das Verbinden zweier optischen Fasern illustrieren.
• Abbildung 11 ist eine Querschnittsansicht, die die Anwendung des vorliegenden Verfahrens auf eine polarisationserhaltende Monomodenfaser illustriert.
• Es ist festzustellen, daß die Zeichnungen die Erfindung illustrieren und symbolisch für sie sind, und daß keine Absicht besteht, Maßstäbe oder relative Proportionen der in ihnen gezeigten Bauteile anzugeben.
• Die vorliegende Erfindung beinhaltet die Verwendung differenziert löslicher Materialien, um in einem optischen Bauteil oder einer optischen Vorrichtung eine Präzisionsvertiefung zu bilden, in die eine optische Faser oder ein darauf befindlicher Vorsprung eingeführt werden kann.
• Es folgen einige spezielle Beispiele von Einrichtungen, die auf diese Weise zusammengekoppelt werden können.
• Es ist bekannt, daß zwischen zwei eng benachbarten Kernen in einer Einrichtung mit mehreren Kernen Kopplung auftritt. Der Kopplungswirkungsgrad steigt mit sinkendem Kernabstand und im Falle von Monomodenkernen mit sinkendem Kerndurchmesser. Unsere europäische Anmeldung, eingereicht unter Beanspruchung der Priorität von U.S.-Anmeldung Nr. 765652, bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kopplers. Es wird anfänglich eine Kopplervorform zur Verfügung gestellt, die eine Mehrzahl beabstandeter Glaskerne hat, die sich durch eine Masse von Matrixglas erstrecken, das einen Brechungsindex hat, der niedriger liegt, als derjenige der Glaskerne. Die Kopplervorform wird erhitzt und gestreckt, um einen Glasstab zu bilden, der dann in eine Mehrzahl von Einheiten getrennt wird, in der die Kerne mit den Endseiten davon bündig abschließen.
• Auf den Mittelbereich jeder dieser Einheiten wird Wärme angewandt, während die Enden davon gezogen werden, um den erhitzten Mittelbereich davon zu verlängern und nach innen konisch zu verformen, wobei im Mittelbereich die Kerne dieser Einheiten mehr beabstandet und kleiner im Durchmesser werden, als sie es an den Enden der Einheit sind. Ein auf diese Weise gebauter Koppler kann mit einem Verbindungsmittel entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung versehen werden, wenn er aus geeigneten Materialien gebaut ist.
• Eine passende Koppler-Vorform kann auf die Weise gebildet werden, die in Abbildung 1 illustriert ist. Eine ausgedehnte Masse 10 von Matrixglas kann durch Schmelzen, Flammoxydation oder ähnliches geformt werden. Das Matrixglas, das in einem gegebenen Lösungsmittel lösungsbeständig ist, kann aus SiO&sub2; bestehen. Zwei Längslöcher 12 werden in der Masse 10 durch irgendeine geeignete Technik gebildet, wie Kernbohren, Ultraschallbohren oder ähnliches. Die Löcher 12 werden vorzugsweise behandelt, um Unebenmäßigkeiten von ihren Wänden zu entfernen. Zum Beispiel können die wandbildenden Oberflächen mit Diamanthohnade oder Schleifpulver geglättet und/oder Flußsäure geätzt werden. In einer vorzuziehenden Technik jedoch werden die Wände der Löcher 12 geglättet, indem die Vorform in einen Ofen gehängt wird, und dessen Temperatur bis auf einen Wert erhöht wird, der gerade unterhalb dessen liegt, der die Vorform zur Längsausdehnung bringen würde. Für Rohglas mit einem hohen SiO&sub2; Gehalt ist diese Temperatur im Bereich von 1850-1900ºC.
• In die Löcher 12 werden Vorformstäbe 13 der optischen Faser gebracht, von denen jeder einen Glaskern 14 enthält, der von einer Mantelglasschicht 15 mit einem niedrigeren Brechungsindex als demjenigen des Kernglases umgeben ist. Die Vorformstäbe 13 oder mindestens deren Mäntel sind im gegebenen Lösungsmittel leichter löslich als das Matrixglas 10. Weiterhin sollte das Matrixglas 10 einen Brechungsindex haben, der gleich oder geringer demjenigen des Mantelglases 15 ist. Wenn z. B. das Matrixglas 10 SiO&sub2; ist, können die Kerne 14 10 Gew.% GeO&sub2; und 90 Gew.% SiO&sub2; enthalten, und die Mäntel 15 können 11 Gew.% B&sub2;O&sub3;, 6,1 Gew.% GeO&sub2; und 82,9 Gew.% SiO&sub2; enthalten, in welchem Falle der Brechungsindex des Matrixglases 10 im wesentlichen gleich zu demjenigen der Mäntel 15 ist.
• Die folgende Technik kann verwendet werden, um zu verhindern, daß die Faser-Vorformstäbe 13 schmelzen und abwärts in die Löcher rutschen. Die oberen Enden 17 dieser Stäbe können vergrößert werden, so daß beim Einführen dieser Stäbe in die Löcher 12 die vergrößerten Enden an den Endflächen 18 steckenbleiben und aus der Vorform vorstehen. Das vergrößerte Ende kann geformt werden, indem das Ende mit einer Flamme erhitzt und gegen eine Oberfläche gedrückt wird, um es dazu zu bringen, sich auszubeulen. Die vergrößerten Enden der Stäbe verhindern nicht das Evakuieren des Raums zwischen den Stäben und den benachbarten Wänden der Löcher.
• Der in Abbildung 1 gezeigte Aufbau wird in einen konventionellen Zugofen gebracht und gestreckt, wie es in Abbildung 2 schematisch illustriert ist. Ein Glasstab 19 (Abbildung 1) kann mit dem Ende der Vorform 20 verschmolzen werden, um den Streckvorgang zu beginnen. Während des Streckvorgangs erweichen die Stäbe 13 und verbinden sich mit den Wänden der Löcher 12. So wird ein einheitlicher Koppler- Vorformstab gebildet, der im wesentlichen keine Zwischenräume, Spalte, Blasen oder ähnliches enthält. Eine Vakuumverbindung wird mit dem Oberteil der Vorform 20 während des Streckvorgangs vorzugsweise fest verbunden. Das minimiert die Mengen von Gas und Wasserdampf, die in den Spalten zwischen den Stäben 13 und den Wänden 12 gegenwärtig sind. Ein vorzuziehendes Verfahren, um die Vakuumverbindung anzuschließen, ist das folgende. Bevor die Stäbe 13 in die Löcher 12 eingeführt werden, wird ein Rohr 22 aus Hochtemperaturglas, wie Quarzglas, an die Oberfläche 18 geschmolzen. Der Außendurchmesser des Rohres 22 ist vorzugsweise derselbe wie derjenige der Vorform 20. Wenn die Stäbe 13 vor dem Anschmelzen des Rohres 22 an die Vorform 20 eingeführt worden wären, könnten die weicheren Glasstäbe 13 fließen und die Spalte zwischen den Stäben und der Vorform füllen. Damit würde, wenn das Vakuum über das Ende 18 der Vorform angelegt ist, das Vakuum davon abgehalten werden, mit den unteren Enden der Löcher 12 in Verbindung zu stehen.
• Das Ende des Rohres 22, das der Vorform gegenüberliegt, kann nach innen verjüngt werden. So ein Verjüngen kann durch Flammbearbeiten des Rohres erreicht werden. Der Durchmesser des verjüngten Endes des Rohres sollte ausreichend groß sein um es zu erlauben, die Stäbe 13 durch ihn einzuführen. Nachdem die Stäbe 13 in die Löcher 12 eingeführt worden sind, wird ein Glasanschlußstück 23 auf das Rohr 22 geschmolzen. Das Ende des Anschlußstückes 23 ist mit einem Glasschliffansatz 24 versehen, an den eine Vakuumverbindung 25 angebracht werden kann.
• Wie in Abbildung 2 gezeigt, wird die Vorform 20 durch Zugteile 27 im Ofen 28 gezogen, um ein mehrkerniges Rohr oder einen mehrkernigen Stab 30 zu bilden. Das Rohr 30 wird in mehrere Einheiten 31 von passender Länge geschnitten.
• Der Mittelteil der Einheit 31 wird einer temperaturgeregelten Umgebung ausgesetzt, während er gestreckt wird, um einen längsausgedehnten oder eingeschnürten Bereich verringerten Durchmessers zu bilden. Ein vorzuziehendes Verfahren, um dieses Ergebnis zu erreichen, ist in Abbildung 3 schematisch illustriert. Die Einheit 31 ist als Fasern 34 innerhalb des Matrixglases 36 enthaltend dargestellt. Die Wärmequelle 38, die an einer engen axialen Position angebracht sein muß, kann ein Brenner, Laser oder ähnliches ein, wobei ein Ringbrenner vorgezogen wird. Ein Ende der Einheit 31 wird durch den Ringbrenner geführt, der durch einen Einzelbrenner 38 in den Zeichnungen dargestellt ist. Die Enden von Einheit 31 werden dann an Bühnen 40 und 41 geklemmt. Die Bühnen sind vertikal beweglich durch Drehen mit Gewinde versehener Schäfte 42 bzw. 43, die sich durch mit Gewinde versehene Bohrungen in diesen Bühnen erstrecken. Die Schäfte 42 und 43 sind mit Motoren verbunden (nicht gezeigt), deren Geschwindigkeit zeitlich veränderlich programmiert werden kann.
• Der Brenner 38 wird gezündet und richtet anfänglich einen Flammenring nach innen auf die Einheit 31 in Punkt a. Die Bühne 41 beginnt, sich abwärts (Pfeil 44) mit konstanter Geschwindigkeit von 0,035 cm/sec zu bewegen, und die Bühne 40 beginnt, sich mit der Geschwindigkeit 0,075 cm/sec (Pfeil 45) abwärts zu bewegen. Die schnellere Bewegungsgeschwindigkeit von Bühne 40 bewirkt, daß die Einheit längsgedehnt wird, während sie sich abwärts durch den feststehenden Ringbrenner bewegt. Die Geschwindigkeit von Bühne 40 steigt linear von 0,075 cm/sec auf 0,5 cm/sec, während sich die Relativposition des Brenners 38 vom Punkt a zum Punkt b auf der Einheit bewegt. Die Geschwindigkeit von Bühne 40 bleibt bei 0,5 cm/sec, bis die Relativposition von Brenner 38 mit Punkt c zusammenfällt. Danach sinkt die Geschwindigkeit von Bühne 40 linear, bis sie eine Geschwindigkeit von 0,05 cm/sec erreicht, wenn die Relativposition des Brenners den Punkt d erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Flamme gelöscht und beide Bühnen hören auf, sich zu bewegen.
• Die so gebildete Vorrichtung 33 kann als Lichtwellenleiterkoppler dienen, nachdem Licht, das sich in einem Kern fortpflanzt, an die anderen Kerne im eingeschnurten Bereich 46 koppeln wird, wo die Kerne näher zusammengebracht sind und reduzierten Durchmesser haben. Vom eingeschnürten Bereich 46 entfernt koppelt Licht nicht vom einem Kern zum anderen, nachdem die Kerne durch einen Abstand getrennt sind, der größer als der Koppelabstand ist.
• Die wirkungsvolle Benutzung eines solchen Kopplers erfordert Mittel zum Transmittieren in Licht in die und aus den Kopplerfasern 34. Der vorliegenden Erfindung entsprechend wird dieses Ergebnis erreicht, indem ein oder beide Enden der Vorrichtung 33 in ein Bad 50 eines geeigneten Lösungsmittels wie HF-Säure getaucht werden, wie in Abbildung 4 gezeigt. Die Säure ätzt oder löst das Fasermantelmaterial 34a und löst wahlweise das Faserkernmaterial 34b, wobei Präzisionsvertiefungen 51 gebildet werden, in die Fasern 53 eingeführt werden können, wie in Abbildung 5 gezeigt.
• Abbildung 6 illustriert eine einzelne Vertiefung 55, in die eine Nase 56 aus Faserkernmaterial vorsteht. Dies kann durch Verwenden eines Kernglases bedingt sein, das eine hinreichend niedrigere Löslichkeit als die des Fasermantelglases hat. Diese Nase kann entfernt werden durch Methoden wie mechanisches Brechen oder Verdampfen durch einen fokussierten CO&sub2; Laserstrahl.
• Abbildung 6 zeigt auch, daß die Vertiefung 55 eine gerundete Seitenwand enthalten kann, die abhängig von unterschiedlichen Ätzraten des Mantel 57 und des Matrixglases 58 auftreten kann. Ein größerer Unterschied in den Ätzraten bedingt das Ausbilden steilerer, weniger gerundeter Vertiefungswände.
• Die Faserdurchmesser im Koppler 33 sind von kritischer Bedeutung. Das Faser/Mantel Verhältnis für die Faservorformstäbe 13 von Abbildung 1 sollte im wesentlichen das der Fasern 53 sein, mit denen der Koppler verbunden werden wird. Weiterhin sollte, nachdem die Kopplervorform 20 gestreckt wird (Abbildung 2), die Durchmesserverringerung der Faser- Vorformstäbe so sein, daß der Enddurchmesser des Mantels 34a gleich demjenigen der Fasern 53 ist. Es wird festgestellt, daß der Durchmesser einer typischen, im Handel erhältlichen optischen Faser 125 um ist. Der Vertiefungsdurchmesser ist immer größer gehalten als der Durchmesser der Faser, die ausgerichtet werden soll. Wenn der Durchmesser des Mantels 34a derselbe wie derjenige des Mantels der Fasern 53 ist, werden die Vertiefungen einen größeren Durchmesser als die Fasern 53 haben wegen des seitlichen Ätzens des Matrixglases 36, das auftritt, obwohl die Hülle der Mantel 34a schneller geätzt wird.
• Das Ätzen kann weitergehen, bis die Vertiefungs-Tiefe ungefähr ein halber Faserdurchmesser ist, obwohl dieses Verhältnis nicht kritisch ist. Wie in Abbildung 5 gezeigt, wird leichtes Verjüngen des Vertiefungsdurchmessers wahrscheinlich auftreten, ein Faktor, der das ein Einführen und Ausrichten der Fasern 53 mit den Kernen 34b erleichtert.
• Nach dem Einführen der Fasern 53 in die Vertiefungen 51 wird durch Verschmelzen oder Verwendung eines Klebemittels 60, wie in Abbildung 7 gezeigt, eine permanente Verbindung gemacht. Das Verwenden eines indexanpassenden Gels 61 in der Nähe der Faserendflächen minimiert den Fresnel-Reflektionsverlust. Transparente Klebemittel sind erhältlich, die zwischen den Faserendflächen wie zum mechanischen Verbinden der Faser mit dem Koppler verwendet werden können.
• Abhängig von Faktoren wie dem Durchmesser des löslichen Fasermantels 34a wie der relativen Löslichkeit davon, verglichen mit derjenigen des Matrixglases 36, kann der Durchmesser der Vertiefung 51 hinreichend groß sein, daß eine darin eingeführte Faser 53 nicht genau mit den Koppler-Faserkern ausgerichtet ist. Solch eine Bedingung der Nichtausrichtung tritt wahrscheinlicher mit Monomodenkopplern auf, in denen der Kerndurchmesser sehr klein ist. In so einer Situation bewirkt das Plazieren der Faser 53 in die Vertiefung 51 eine ungefähre Ausrichtung der Faser 53 mit dem Kopplerkern. Ein aktives Ausrichtungsverfahren kann dann leichter durchgeführt werden, um die Ausrichtung zu vollenden, nachdem fast perfekte Ausrichtung ein meßbares Anfangssignal für das Detektorsystem gibt. Licht kann durch den Koppler und die Faser transmittiert werden. Die Faser kann innerhalb der Vertiefung 51 bewegt werden, bis maximale Lichttransmission erreicht ist. Das Verbindungsmaterial wird dann angewandt oder es wird gehärtet, wenn es davor angewandt worden ist.
• Abbildung 8 illustriert die Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung auf eine Linse 65. Verschiedene Einrichtungen wie Faserkoppler und Faserendungen erfordern Mittel zum Positionieren der Endfläche einer optischen Faser im Brennpunkt einer Linse. Die Linse 65 kann einen zylindrischen Körper 66 aus Glas wie SiO&sub2; enthalten, das einem Lösungsmittel wie HF widersteht. Der Körper 66 kann durch irgendeine geeignete Technik gebildet sein, wie das Aufbringen von Glasteilchen auf einen zylindrischen Formkern. Nachdem eine ausreichende Teilchendicke aufgelegt worden ist, wird der Formkern entfernt und die entstehende rußige Vorform wird verfestigt. Ein Stab aus löslichem Glas wird in die Öffnung geführt, die durch das Entfernen des Formkerns gebildet ist. Der entstehende Kompositkörper kann auf die in Abbildung 2 illustrierte Weise erhitzt und gestreckt werden, um den gewünschten Außendurchmesser zu erreichen und um etwaige Zwischenräume, die an der Grenzfläche zwischen dem Körper 66 und dem axial angebrachten Stab vorliegen können, zu entfernen. Der Enddurchmesser des Stabes sollte gleich dem oder etwas größer als der Durchmesser einer Faser sein, die an der Linse enden soll.
• Der Brechungsindex des Stabes ist vorzugsweise gleich demjenigen des zylinderförmigen Körpers 66. Wenn z. B. der Körper aus reinem SiO&sub2; gebildet ist, kann der axiale Stab aus 11 Gew.% B&sub2;O&sub3;, 6,1 Gew.% GeO&sub2; und 82,9 Gew.% SiO&sub2; gebildet sein. Der zylindrische Körper wird auf die gewünschte Länge geschnitten und die gewünschte Krümmung wird in die Endfläche 68 geschliffen. Jede Krümmung wie zylindrisch, sphärisch und ähnliche kann verwendet werden. Die gegenüberliegende Endfläche 69 wird in ein Lösungsmittel getaucht, das den axialen Bereich 67 auflöst, um eine Vertiefung 70 zu bilden. Die Faser 71 wird in die Vertiefung 70 eingeführt und Verbindungsmaterial wird angewandt, wie oben beschrieben. Indexanpassendes Gel ist nicht als in dieser Ausführungsweise verwendet dargestellt, obwohl es offensichtlicherweise verwendet werden kann. Transparentes Verbindungsmaterial 72 wird nur auf das Ende der Faser 71 angewandt, bevor sie in die Vertiefung eingeführt wird.
• Eine optische Faser kann zum Verbinden mit einer anderen Faser oder mit einer Lichtquelle, einem Detektor, oder anderen Einrichtung vorbereitet werden, indem sie auf die in Abbildung 9 illustrierte Weise geformt wird. Die Fasern 81 und 82 können beide einen Kern von 10 Gew.% GeO&sub2; und 90 Gew.% SiO&sub2; enthalten. Der Kern 83 der Faser 81 ist von einer Primärummantelung 84, deren Brechungsindex niedriger als derjenige des Kerns 83 ist, und einer Sekundärummantelung 85 umgeben, deren Brechungsindex vorzugsweise gleich oder niedriger als der der Ummantelung 84 ist, aber der, unter bestimmten Umständen, größer als derjenige der Ummantelung 84 ist.
• Die relativen Brechungsindices des Kerns 86, der Primärummantelung 87 und der Sekundärummantelung 88 von Faser 82 sind dieselben wie die der entsprechenden Teile von Faser 81. Die Primärummantelung 84 der Faser 81 und die Sekundärummantelung 88 der Faser 82 können aus 11 Gew.% B&sub2;O&sub3;, 6,1 Gew.% GeO&sub2; und 82,9 Gew.% SiO&sub2; gebildet sein, was sehr löslich in HF ist. Die Sekundärummantelung 85 von Faser 81 und die Primärummantelung 87 von Faser 82 können aus einem SiO&sub2; bestehen, das in HF lösungsbeständig ist. Wenn ein Ende der Faser 81 in HF getaucht wird, wird eine Vertiefung 89 gebildet, nachdem sich die Primärummantelung 84 auflöst. Wenn ein Ende der Faser 82 in HF getaucht wird, wird eine Nase 90 gebildet, nachdem sich die Sekundärummantelung 88 auflöst. Die Fasern 81 und 82 können zum Verbinden durch Einführen der Nase 90 in die Vertiefung 89 und Anwenden eines Verbindungsmaterials, wie in Zusammenhang mit Abbildung 7 diskutiert, ausgerichtet werden.
• Durch Verwenden verschiedener Lösungsmittel kann eine Einfaser-Struktur erzeugt werden, die das Bilden entweder einer Vertiefung oder einer Nase erlaubt. Wie in Abbildung 10 gezeigt, enthalten die Fasern 91 und 92 je einen Glaskern 93, der von einer Glasmantelschicht 94 umgeben ist, die einen niedrigeren Brechungsindex als der Kern hat. Eine Umhüllung 95 umgibt den Mantel 94. Die Kerne 93 und die Mantelschichten 94 sind aus einem Material gebildet, das sich leicht in Lösungsmittel A, aber nicht in Lösungsmittel B auflöst. Die Umhüllung 95 löst sich leicht in Lösungsmittel B, aber nicht in Lösungsmittel A. Zum Beispiel könnten die Kerne 93 aus 10 Gew.% GeO&sub2;, 20 Gew.% B&sub2;O&sub3; und 70 Gew.% Si0&sub2; gebildet sein, wogegen die Mantelschichten 94 aus 30 Gew.% B&sub2;O&sub3; und 70 Gew.% SiO&sub2; gebildet sein könnten. Beide dieser Borsilikatgläser sind in HF löslich, aber in Salpetersäure beständig. Die Umhüllungen 95 sind aus einem Aluminiumphosphatglas gebildet, das in HF beständig, aber löslich in Salpetersäure ist. Eine entsprechende Zusammensetzung ist 78,1 Gew.% P&sub2; O&sub5;, 18,7 Gew.% Al&sub2; O, 0,3 Gew.% LiO&sub2;, 0,7 Gew.% Na&sub2;O, 1,0 Gew.% K&sub2;O, 1,0 Gew.% ZnO, 0,1 Gew.% As&sub2;O&sub3; und 0,1 Gew.% Sb&sub2;O&sub3;. Wenn die Enden der Fasern 91 und 92 in Salpetersäure getaucht werden, lösen sich die Umhüllungen 95 auf, um Nasen 96 zu bilden. Wenn die anderen Enden solcher Fasern in HF getaucht werden, lösen sich der Kern und die Mantelschicht, um Vertiefungen 97 zu bilden. Das Vertiefungsende einer Faser wird mit dem Nasenende einer anderen Faser wie oben beschrieben verbunden.
• Alternativ könnten beide Enden ein und derselben Faser in dasselbe Lösungsmittel getaucht werden, um z. B. Nasen an beiden Enden zu bilden. Beide Enden einer anderen Faser könnten in eine andere Art von Lösungsmittel getaucht werden, um Vertiefungen an diesen Enden zu bilden. Solche Fasern würden dann abwechselnd in einer Kette von Fasern angeordnet werden.
• Abbildung 11 zeigt eine polarisationserhaltende Monomodenfaser 98, die einen Kern 99, einen Mantel 100 und Belastungsstäbe 101 enthält. Verfahren zum Herstellen der Faser 98 sind im U.S. Patent Nr. 4,478,489 veröffentlicht. Zum Beispiel kann eine Mehrzahl von Stäben aus geeignetem Material in ein Rohr von Mantelmaterial wie SiO&sub2; eingeführt werden. Mittig im Mantelrohr ist ein Stab aus Kernglas wie GeO&sub2;-dotiertes SiO&sub2; angebracht, der vom Mantelglas umgeben ist. Diametral bezüglich des Mittelstabes sind zwei Stäbe aus Glas angebracht, das einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (TCE) relativ zum Mantelglas hat. Ein geeignetes Material für die hochausdehnenden Stäbe ist 5 Gew.% P&sub2;O&sub5;, 12 Gew.% B&sub2; 0&sub3; und 83 Gew.% SiO&sub2;. Zusätzliche Stäbe aus dem SiO&sub2;-Mantelmaterial sind in die Zwischenräume im Mantelrohr eingeführt. Die Kompositstruktur wird in einen Ofen gebracht und in eine Faser von der Art gezogen, wie sie in Abbildung 11 gezeigt ist. Eines oder beide Enden der Faser werden in HF für eine Zeit getaucht, die ausreichend ist, um Vertiefungen 102 an den Enden der Belastungsstäbe 101 zuätzen. Vertiefungen 102 können mit entsprechenden Nasen ausgerichtet werden, die auf lichtemittierenden, -detektierenden oder -propagierenden Vorrichtungen liegen, um das entsprechende Koppeln polarisierten Lichts zwischen diesen Vorrichtungen sicher zu stellen.
• Die Faser 98 kann mit einer Glas- oder Plastiklinse 104 verbunden werden, die eingeformte Ausrichtungsvorsprünge 105 hat. Das Verbindungsmaterial (nicht gezeigt) kann auf das Ende der Faser angewandt werden, bevor die Faser in die Nähe der Linse 104 mit Vorsprüngen 105 gebracht wird, die sich in Vertiefungen 102 erstrecken.
• Ein anderes Verfahren des Verbindens ist in Abbildung 11 gezeigt. Die Faser 107, die mit Faser 98 identisch ist, enthält einen Kern 108, einen Mantel 109, Belastungsstäbe 110 und Vertiefungen 111 am Ende der Belastungsstäbe. Eine Schicht Verbindungsmaterial 113 wird auf das Ende der Faser 98 gebracht und eine Glasperle 115 wird in jede der Vertiefungen 102 eingeführt. Die Faser 98 wird dann gegen die Faser 107 in einer solchen Orientierung gefügt, daß die Perlen 115 mit den Vertiefungen 111 ausgerichtet sind und in ihnen zum Liegen kommen. Ein polarisiertes Monomodenlichtsignal kann so durch beide Fasern propagiert werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Bilden einer optischen Einrichtung mit mindestens einem optischen Monomodenfaser-Anschlußstück in Ausrichtung auf eine optische Faser innerhalb der genannten Einrichtung, wobei das genannte Verfahren enthält:

Formen einer Vorform 20 der optischen Einrichtung mit mindestens einen Vorformstab (13) einer optischen Glasfaser, der sich in Längsrichtung durch einen Körper aus Matrixglas (10; 57) erstreckt, das in einem gegebenen Lösungsmittel lösungsbeständig ist, wobei jeder Vorformstab (13) der optischen Faser einen längsausgedehnten Glaskern (14) hat, der von einer Schicht Mantelglas (15) umgeben ist, das in besagten gegebenen Lösungsmittel löslich ist,

Strecken dieser Vorform (20) der optischen Einrichtung, um ihren Durchmesser in solchem Ausmaß zu verringern, daß der Durchmesser des genannten Vorformstabes (13) der optischen Faser klein genug wird, daß er ein Monomodenlichtwellenleiter wird,

Unterteilen der gestreckten Vorform der optischen Einrichtung in eine Mehrzahl von Einheiten (31), von denen jede mindestens einen Lichtwellenleiter (34) hat, der sich in Längsrichtung dadurch erstreckt und der gegenüberliegende Endseiten davon schneidet, wobei mindestens ein Lichtwellenleiter einen längsausgedehnten Glaskern (34b) enthält,

Eintauchen mindestens eines Endes einer dieser Einheiten in ein Bad (50) des genannten Lösungsmittels, um den Teil des Mantelglases (34a; 57) zu entfernen, der dem genannten Lösungsmittel ausgesetzt ist und, wenn dies zu einem Vorsprung des genannten Kernglases führt, Entfernen des Vorsprungs, und dadurch in besagtem, mindestens einem Ende eine Vertiefung (51) am Ende jedes Lichtwellenleiters zu bilden,

Einführen eines optischen Faseranschlußstückes (53) in die genannte Vertiefung, wobei seine Endfläche der Endfläche des entsprechenden Lichtwellenleiters (34), der in der genannten Vertiefung (51; 55) endet, benachbart und seine Achse auf die Achse des Lichtleiters im wesentlichen ausgerichtet ist, und

festes Verbinden des genannten Faseranschlußstücks (53) mit der genannten Einheit (31).

2. Verfahren entsprechend Anspruch 1, worin der Schritt des Formens der Vorform der optischen Einrichtung das Bilden einer Vorform der optischen Einrichtung enthält, die mindestens zwei Vorformstäbe (13) der optischen Faser hat, die sich in Längsrichtung durch den genannten Matrixglaskörper (10) erstrecken, wobei der Schritt des Streckens und Unterteilens der genannten Vorform der optischen Einrichtung zum Bilden einer Mehrzahl von Einheiten (31) führt, von denen jede zwei Monomodenlichtwellenleiter (34) hat, die sich in Längsrichtung dadurch erstrecken, wobei der Abstand zwischen den genannten Lichtwellenleitern hinreichend groß ist, daß zwischen ihnen keine Lichtkoppelung auftritt, wobei das genannte Verfahren weiterhin den Schritt des Einschnürens des Mittelbereichs (46) einer Einheit enthält, um den Durchmesser der Kerne (34b) der genannten Lichtwellenleiter zu verringern und sie näher zusammenzubringen, wobei Lichtkoppelung zwischen Wellenleitern im eingeschnürten Bereich auf treten kann, wobei der Schritt des Eintauchens Vertiefungen (51) an den Enden jedes Lichtwellenleiters (34) bildet, die sich zum genannten Ende erstrecken.

3. Verfahren zum Befestigen eines optischen Faseranschlußstücks (71) in Ausrichtung auf die optische Achse einer Linse (65), die Schritte enthaltend des

Bereitstellens einer Linsen-Vorform, die eine zylindrische Matrix (66) aus Glas enthält, das gegen ein gegebenes Lösungsmittel beständig ist, und eines axialen Bereichs (67) aus Glas, das in genannten gegebenen Lösungsmittel löslich ist,

Erhitzens und Streckens der genannten Vorform, um einen Glasstab zu bilden, indem der Durchmesser des genannten axialen Bereichs (67) gleich dem Durchmesser des genannten optischen Faser-Anschlußstücks (71) ist,

Unterteilens des genannten Stabes in eine Mehrzahl von Einheiten, in denen der genannte Axialbereich (67) mit ihren Endseiten (68, 69) bündig abschließt,

Bildens einer gekrümmten Oberfläche an einer der Endseiten (68) einer der genannten Einheiten, um eine Linse zu bilden, deren optische Achse in der Achse des genannten Axialbereichs (67) liegt,

Eintauchens des überbleibenden Endes (69) der genannten Einheit in ein Bad des genannten Lösungsmittels, wobei sich der Endteil des genannten Axialbereichs auflöst und eine Vertiefung (70) bildet,

Einführens eines optischen Faser-Anschlußstücks (71) in die genannte Vertiefung, und Befestigens der genannten Faser an der genannten Linse.

4. Verfahren entsprechend Anspruch 3, worin der Schritt des Bildens einer gekrümmten Oberfläche das Schleifen einer gekrümmten Oberfläche an der genannten Endseite (68) enthält.

5. Verfahren entsprechend Anspruch 3 oder 4, worin der Brechungsindex des genannten Matrixglases (66) im Wesentlichen gleich demjenigen des genannten Axialbereichs (67) ist.

6. Koppler (33) für optische Fasern, enthaltend

einen längsausgedehnten zylindrischen Körper aus Matrixglas (36), das einen gegebenen Lösungsmittel lösungsbeständig ist, wobei der genannte Körper zwei Endseiten hat,

eine Mehrzahl Monomodenlichtwellenleiter (34), die sich in Längsrichtung durch den genannten Körper erstrecken, wobei der genannte Lichtwellenleiter mindestens einen Kern (34b) und eine Schicht optischen Mantelglases (34a) hat, das im genannten Lösungsmittel löslich ist, wobei die genannten Lichtwellenleiter nur kurz vor der Endseite mindestens eines Endes des genannten Kopplers enden, eine Mehrzahl Vertiefungen (51) an der genannten Endseite, wobei eine der genannten Vertiefungen in axialer Ausrichtung mit jedem der genannten Lichtwellenleiter ist, wobei das Ende eines Lichtwellenleiters den Boden jeder Vertiefung bildet, wobei die Durchmesser der genannten Vertiefungen geringfügig größer als die Durchmesser der genannten Lichtwellenleiter sind, wobei der genannte Körper zwei Endbereiche und einen Mittelbereich (46) hat, wobei der Abstand zwischen den genannten Lichtwellenleitern in den genannten Endbereichen hinreichend groß ist, daß Lichtkoppelung nicht zwischen ihnen auftritt, wobei der Abstand zwischen den genannten Lichtwellenleitern in dem genannten Mittelbereich (46) hinreichend klein ist, daß Lichtkoppelung von einem der genannten Wellenleiter zum anderen ermöglicht wird,

eine Mehrzahl von optischen Faser-Anschlußstücken (53), wobei ein Ende jedes Anschlußstücks sich in eine entsprechende der genannten Vertiefungen (51) erstreckt, wobei ihre Endseite der Endseite des entsprechenden Lichtwellenleiters, der in der genannten Vertiefung endet, benachbart ist und

Mittel zum festen Verbinden jedes der genannten Faseranschlußstücke an die Endseite des genannten Körpers.