DE3705408C1 - Device for optically coupling an element which emits light to an element which receives light - Google Patents

Device for optically coupling an element which emits light to an element which receives light

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Abstract

A device for low-attenuation coupling of an element (1) which emits light to an element (2) which receives light, both of which elements (1, 2) are arranged in a housing, specifically in a duct (4) which passes through the housing (3), consists in at least one of the two optical elements (1, 2) being arranged in a receptacle (5) which rests with a plane (9) present on it on a reference plane (10) on the housing (3), so that by displacing the receptacle (5) on the reference plane (10) of the housing (3) the optical element (1) can be moved laterally with respect to the direction of propagation of the main beam, and that at least one optical collimator (12) is arranged in the duct (3), the said collimator (12) being held in a sleeve (13) which is displaceably mounted in the duct (4) in such a way that the optical collimator (12) can be moved along the direction of propagation of the main beam (Figure). <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Koppeln eines Licht abstrahlenden Elementes mit einem Licht aufnehmenden Element, die beide in einem Gehäuse und zwar in einem das Gehäuse durchziehenden Kanal angeordnet sind, durch den sich das Licht von einem zum andern optischen Element ausbreitet, wobei in dem Kanal zwischen den beiden optischen Elementen in einer Hülse mindestens ein optischer Kollimator angeordnet ist und mindestens eines der beiden optischen Elemente in einer Aufnahme untergebracht ist, die eine laterale Ausrichtung bezüglich der Hauptstrahlausbreitungsrichtung zuläßt.The present invention relates to a device for optical coupling of a light radiating element with a light-absorbing element, both in one housing in a channel that runs through the housing are arranged through which the light from one to spreads another optical element, being in the channel between the two optical elements in a sleeve at least one optical collimator is arranged and at least one of the two optical elements in one Recording is housed that has a lateral orientation with respect to the main beam propagation direction.

Eine derartige als Steckverbinder ausgebildete Vorrichtung ist aus der DE 27 27 177 A1 bekannt. Diese Vorrichtung sieht nur eine laterale Justierung eines Sende- bzw. Empfangselementes vor. Und zwar ist dazu die das Sende- bzw. Empfangselement enthaltende Aufnahme auf einer Bezugsebene an der zwei Kollimatoren aufnehmenden Hülse lateral verschiebbar gelagert.Such a device designed as a connector is known from DE 27 27 177 A1. This device sees only a lateral adjustment of a transmission or Receiving element. This is the Recording containing the receiving element on a reference level laterally on the sleeve receiving two collimators slidably mounted.

Aus der DE 34 13 749 A1 ist ebenfalls eine Vorrichtung zum optischen Koppeln eines Halbleiterlasers mit einem Lichtwellenleiter bekannt. Dabei ist der Halbleiterlaser in einem ersten Gehäuseteil untergebracht, und getrennt davon sind in einem zweiten Gehäuseteil der Lichtwellenleiter und ein optischer Kollimator angeordnet. Bevor beide Gehäuseteile miteinander fixiert werden, wird ein Gehäuseteil gegenüber dem anderen feststehenden Gehäuseteil so in axialer, horizontaler, vertikaler und rotationssymmetrischer Richtung verschoben, daß ein Maximum an Licht vom Halbleiterlaser in den Lichtwellenleiter überkoppelt. DE 34 13 749 A1 also describes a device for optically coupling a semiconductor laser to a Optical fiber known. The semiconductor laser is in housed a first housing part, and separately are in a second housing part of the optical fibers and an optical collimator arranged. Before both Housing parts are fixed together, a Housing part compared to the other fixed housing part so in axial, horizontal, vertical and rotationally symmetrical direction shifted that a maximum of light from the semiconductor laser into the optical fiber coupled over.  

Bei einer ähnlichen aus der EP-A-01 34 425 hervorgehenden Vorrichtung zum optischen Koppeln eines Licht abstrahlenden Elementes mit einem Licht aufnehmenden Element sind keine Mittel vorgesehen, mit denen die beiden Elemente auf größtmögliche Lichtüberkopplung justiert werden können.In a similar from EP-A-01 34 425 Device for optically coupling a light emitting Elements with a light-absorbing element are not Means are provided with which the two elements on maximum possible coupling of light can be adjusted.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die es mit einfachen Mitteln ermöglicht, zwischen einem Licht aussendenden Element und einem Licht empfangenden Element eine Lichtüberkopplung mit möglichst geringen Verlusten herzustellen. The invention is based on the object Specify device of the type mentioned that it with enables simple means between a light emitting element and a light receiving element light coupling with the lowest possible losses to manufacture.  

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved through the features of Claim 1 solved.

Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteran­ sprüchen hervor.Appropriate embodiments of the invention are set out in the subordinate sayings.

Mit der Vorrichtung der Erfindung ist es beispielsweise mög­ lich, zwischen einer Lichtleitfaser und einem Laser, der aus Gründen der Kostenersparnis nicht mit sehr enger Toleranz justiert in einer hermetisch abgedichteten Aufnahme angeord­ net ist, eine Kopplung mit geringer Dämpfung herzustellen.With the device of the invention it is possible, for example Lich, between an optical fiber and a laser that comes from Not with very tight tolerance because of cost savings adjusted in a hermetically sealed receptacle net is to create a coupling with low attenuation.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.On the basis of an embodiment shown in the drawing The invention is explained in more detail below.

Gemäß der in der Figur gezeigten Ausführung wird das von ei­ nem Laser 1 abgestrahlte Licht in die Stirnfläche eines Lichtwellenleiters 2 eingekoppelt. Die Lichteinkopplung in den Lichtwellenleiter ist besonders problematisch, wenn die­ ser eine Monomodefaser ist mit extrem kleinem Querschnitt. Um auch bei Verwendung einer Monomodefaser einen möglichst großen Koppelwirkungsgrad zu erreichen, dient eine Vorrich­ tung wie sie die Figur zeigt.According to the embodiment shown in the figure, the light emitted by a laser 1 is coupled into the end face of an optical waveguide 2 . The coupling of light into the optical waveguide is particularly problematic if the water is a single-mode fiber with an extremely small cross-section. In order to achieve the greatest possible coupling efficiency even when using a single-mode fiber, a device serves as the figure shows.

Diese Vorrichtung besitzt ein Gehäuse 3, in das ein durchge­ hender runder Kanal 4 eingelassen ist. In dem Kanal 4 ist an einem Ende eine den Laser 1 tragende Aufnahme 5 angeordnet, und vom anderen Ende her ist in den Kanal 4 ein den Lichtwel­ lenleiter 2 koaxial umschließender Steckerstift 6 einge­ setzt, dessen Querschnitt eng toleriert an den Kanalquer­ schnitt angepaßt ist.This device has a housing 3 , in which a continuous round channel 4 is embedded. In the channel 4 at one end a laser 1 bearing 5 is arranged, and from the other end in the channel 4 is a Lichtwel lenleiter 2 coaxially enclosing pin 6 is inserted, the cross section is closely tolerated to the channel cross-section adapted.

Die Aufnahme 5, welche den Laser 1 hermetisch dicht ein­ schließt, besitzt an der dem Lichtwellenleiter 2 zugewandten Seite ein das vom Laser abgestrahlte Licht durchlassendes entspiegeltes Fenster 7. An der dem Fenster 7 gegenüberlie­ genden Seite hat die Aufnahme 5 einen Sockel 8 mit einer Ebene 9, die auf einer an der Gehäusestirnseite befindli­ chen, senkrecht zur Längsachse des Kanals 4 orientierten Be­ zugsebene 10 aufliegt. Derjenige Bereich 11 des Kanals 4, in den die Aufnahme 5 des Lasers 1 hineinreicht, hat einen größeren Querschnitt als die Aufnahme 5. Damit ist es mög­ lich, die mit ihrem Sockel 8 auf der Bezugsebene 10 des Ge­ häuses 3 aufliegende Aufnahme 5 lateral zur Hauptstrahlaus­ breitungsrichtung des Lasers 1 zu verschieben.The receptacle 5 , which hermetically seals the laser 1 , has on the side facing the optical waveguide 2 an anti-reflective window 7 which transmits the light emitted by the laser. On the opposite side of the window 7 , the receptacle 5 has a base 8 with a plane 9 , which lies on a surface located on the housing face, perpendicular to the longitudinal axis of the channel 4 , reference plane 10 . The area 11 of the channel 4 into which the receptacle 5 of the laser 1 extends has a larger cross section than the receptacle 5 . This makes it possible to move the base 5 lying on the reference plane 10 of the housing 3 with its base 8 laterally to the main beam direction of spread of the laser 1 .

Zwischen der Aufnahme 5 für den Laser 1 und den im Stecker­ stift 6 liegenden Lichtwellenleiter ist im Kanal 4 ein opti­ scher Kollimator 12 - hier in Form einer Kugellinse - ange­ ordnet. Diese Kugellinse 12 ist in einer Hülse 13 fixiert, deren äußerer Querschnitt eng toleriert an den Querschnitt des Kanals 4 angepaßt ist, wobei die Hülse 13 in Richtung der Kanallängsachse verschoben werden kann. Zwei seitlich an der Hülse 13 angeformte, diametral einander gegenüberstehen­ de Ansätze 14 und 15, die durch zwei langgestreckte Öffnungen 16 und 17 in der Gehäusewand nach außen ragen, bieten eine Handhabe für eine Verschiebung der Hülse 13 im Kanal 4.Between the receptacle 5 for the laser 1 and the pin 6 in the connector fiber is located in the channel 4, an optical collimator 12 - here in the form of a ball lens - arranged. This ball lens 12 is fixed in a sleeve 13 , the outer cross section of which is closely tolerated to match the cross section of the channel 4 , the sleeve 13 being displaceable in the direction of the longitudinal axis of the channel. Two laterally formed on the sleeve 13 , diametrically opposed de lugs 14 and 15 , which protrude through two elongated openings 16 and 17 in the housing wall, offer a handle for a displacement of the sleeve 13 in the channel 4th

Mit der Möglichkeit den Laser 1 lateral und der Möglichkeit die Kugellinie 12 axial zur Hauptstrahlausbreitungsrichtung zu verschieben läßt sich selbst bei großzügigen Justiertole­ ranzen für den Laser 1 und den Lichtwellenleiter 2 das von dem Laser 1 abgestrahlte Licht über den optischen Kollimator 12 sehr verlustarm in den Lichtwellenleiter 2 einkoppeln. Die Justierverschiebungen der Aufnahme 5 und der Hülse 13 können z. B. automatisch von Manipulatoren vorgenommen wer­ den, die in Abhängigkeit von der in den Lichtwellenleiter 2 eingekoppelten Lichtleistung gesteuert werden. With the possibility of the laser 1 laterally and the possibility of the ball line can move 12 axially relative to the principal ray propagation direction, even when large Justiertole tolerances for the laser 1 and the optical waveguide 2, the light emitted from the laser 1 via the optical collimator 12 with very little loss in the optical waveguide Couple 2 . The adjustment shifts of the receptacle 5 and the sleeve 13 can, for. B. automatically made by manipulators who are controlled as a function of the light output coupled into the optical waveguide 2 .

Nachdem die laterale Justierung der Aufnahme 5 des Lasers 1 und die axiale Justierung der den Kollimator 12 tragenden Hülse 13 erfolgt ist, wird der Sockel 8 der Aufnahme 5 auf der Bezugsfläche 10 des Gehäuses 3 und die Hülse 13 an der Wand des Kanals 4 durch Kleben, Löten oder Schweißen fixiert. Dabei ist insbesondere beim Schweißen darauf zu achten, daß sich durch die Wärmeeinwirkung die Aufnahme 5 und die Hülse 13 nicht wieder dejustieren. Das läßt sich dadurch vermeiden, daß jeweils an Punkten geschweißt wird, die bzgl. der Längs­ achse der Aufnahme 5 bzw. der Hülse 13 symmetrisch liegen. So sind, wie die Figur zeigt, in dem Sockel 8 der Aufnahme 5 zwei einander gegenüberliegende Sacklöcher 18, 19 eingelas­ sen, in denen z. B. durch Laserschweißen eine partielle Ver­ schmelzung des Sockelmaterials mit dem Gehäusematerial her­ beigeführt wird. Ebenso sind für eine Verschweißung der Hülse 13 mit dem Gehäuse 3 zwei einander gegenüberliegende Sacklö­ cher 20 und 21 in der den Kanal 4 begrenzenden Gehäusewand vorgesehen.After the lateral adjustment of the receptacle 5 of the laser 1 and the axial adjustment of the sleeve 13 carrying the collimator 12 has been carried out, the base 8 of the receptacle 5 is glued to the reference surface 10 of the housing 3 and the sleeve 13 to the wall of the channel 4 , Soldering or welding fixed. It is particularly important when welding that the receptacle 5 and the sleeve 13 do not misalign due to the heat. This can be avoided by welding at points that are symmetrical with respect to the longitudinal axis of the receptacle 5 or the sleeve 13 . So, as the figure shows, in the base 8 of the receptacle 5 two mutually opposite blind holes 18 , 19 in which z. B. a partial fusion of the base material with the housing material is supplied by laser welding. Likewise, two opposite Sacklö cher 20 and 21 are provided in the channel 4 delimiting housing wall for welding the sleeve 13 to the housing 3 .

Die vorangehend beschriebene, in der Zeichnung dargestellte Koppelvorrichtung ist gleichzeitig als lösbarer Steckverbin­ der für den mit dem Laser 1 gekoppeltenLichtwellenleiter 2 ausgebildet. Damit auch bei wiederholtem Einsetzen des Stecker­ stiftes 6 in den Gehäusekanal 4 der Lichtwellenleiter mit seiner Stirnfläche jedesmal wieder in dem Fokussierpunkt des Kollimotors 12 endet, ist der Steckerstift mit einem am Ge­ häuse 3 anstoßenden Anschlag 22 versehen.The coupling device described above, shown in the drawing, is at the same time designed as a detachable plug connector for the optical waveguide 2 coupled to the laser 1 . So that even with repeated insertion of the connector pin 6 in the housing channel 4 of the optical waveguide ends with its end face each time in the focal point of the collimator 12 , the connector pin is provided with a housing 3 abutting stop 22 .

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch ein opti­ sches Empfangselement (Fotodiode) mit einem Lichtwellenleiter oder zwei Lichtwellenleiter miteinander optisch gekoppelt werden. With the device according to the invention, an opti cal receiving element (photodiode) with an optical waveguide or two optical fibers optically coupled with each other will.  

Die Verwendung einer solchen Vorrichtung bietet sich an z. B. für Lasermodule mit Einschubsteckverbindungen oder auch für Wellenlängenmultiplexer, in denen mehrere Lichtwellenleiter miteinander oder mit elektrooptischen Sende- oder Empfangs­ elementen gekoppelt werden.The use of such a device lends itself to e.g. B. for laser modules with plug-in connectors or also for Wavelength multiplexers in which several optical fibers with each other or with electro-optical transmission or reception elements are coupled.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum optischen Koppeln eines Licht abstrahlenden Elementes mit einem Licht aufnehmenden Element, die beide in einem Gehäuse und zwar in einem das Gehäuse durchziehenden Kanal angeordnet sind, durch den sich das Licht von einem zum andern optischen Element ausbreitet, wobei in dem Kanal zwischen den beiden optischen Elementen in einer Hülse mindestens ein optischer Kollimator angeordnet ist und mindestens eines der beiden optischen Elemente in einer Aufnahme untergebracht ist, die eine laterale Ausrichtung bezüglich der Hauptstrahlausbreitungsrichtung zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (5) für das optische Element (1) mit einer an ihr vorhandenen Ebene (9) auf einer Bezugsebene (10) am Gehäuse (3) lateral zur Hauptstrahlausbreitungsrichtung verschiebbar aufliegt und daß die den Kollimator (12) aufnehmende Hülse (13) derart verschiebbar gelagert ist, daß der optische Kollimator (12) entlang der Hauptstrahlausbreitungsrichtung bewegt werden kann. 1. Device for optically coupling a light-emitting element with a light-receiving element, both of which are arranged in a housing, specifically in a channel which extends through the housing and through which the light propagates from one optical element to the other, the channel between at least one optical collimator is arranged in the two optical elements in a sleeve and at least one of the two optical elements is accommodated in a receptacle which permits a lateral alignment with respect to the main beam propagation direction, characterized in that the receptacle ( 5 ) for the optical element ( 1 ) with an existing plane (9) on a reference plane ( 10 ) on the housing ( 3 ) laterally to the main beam propagation direction and that the collimator ( 12 ) receiving sleeve ( 13 ) is slidably mounted so that the optical collimator ( 12 ) can be moved along the main beam propagation direction. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden optischen Elemente (1, 2) ein Lichtwellen­ leiter (2) und das andere optische Element ein elektroop­ tisches Sende- oder Empfangselement (1) ist.2. Device according to claim 1, characterized in that one of the two optical elements ( 1 , 2 ) is an optical waveguide ( 2 ) and the other optical element is an electro-optic transmitting or receiving element ( 1 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das elektrooptische Sende- oder Empfangselement (1) in seiner Aufnahme (5) hermetisch dicht eingeschlossen ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the electro-optical transmitting or receiving element ( 1 ) in its receptacle ( 5 ) is hermetically sealed. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den optischen Kollimator (12) aufnehmende Hülse (13) mindestens einen seitlichen Ansatz (14, 15) aufweist, der durch eine im Gehäuse (3) eingelassene Öffnung (16, 17) nach außen ragt und damit eine Handhabe bietet für die axiale Verschiebung der in den Kanal (4) eingepaßten Hülse (13).4. The device according to claim 1, characterized in that the optical collimator ( 12 ) receiving sleeve ( 13 ) has at least one lateral extension ( 14 , 15 ) through an in the housing ( 3 ) recessed opening ( 16 , 17 ) after protrudes outside and thus provides a handle for the axial displacement of the sleeve ( 13 ) fitted into the channel ( 4 ).
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