DE8804518U1

DE8804518U1 - Lichtleiterkoppler

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Publication number: DE8804518U1
Application number: DE8804518U
Authority: DE
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Priority date: 1988-04-06
Filing date: 1988-04-06
Publication date: 1988-05-19
Also published as: DE3990355D2; AU3415489A; WO1989009942A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Lichtleitefkopplef, der das Licht aus einem oder mehreren" Lichtleitern (Licht-Leitereingängen) in einen oder mehrere Lichtleiter (Li cht lei te räusgänge) aufteilt biiw* einkoppelt, wobei die aneinanderfügen den Lichtleiterfaser" fläch en justiert und gegeneinander fixiert sind.

Lichtleiterkoppler dienen dazu, (Jas Liöht aus einem Lichtleiter in zwei oder mehr Au!>gangslichtleiter aufzuteilen bzw. einzukuppeln. Im der Optischen Nachrichtentechnik und der Li cht llei ter^Sensor i k sind sogenannte 3 dB-Koppler von besonderer Bedeutung, die zwei Fasereingänge und zwei Faseräusgänge besitzen und eine Eingangslichtleistung gleichmäßig auf beide Ausgangslichtleiter aufteilen. Zur Kopplung werden die aufeinanderfolgenden Bauelemente an den zu koppelnden Aus- bzw. Eingangsftächen statt mit Glasabschlußfenstern oder ähnlichem mit Faser-Scheiben bzw. -Flächen versehen, deren Außenflächen in möglichst engen Kontakt gebracht werden; So kann z.B. durch Schleifen der Oberfläche auf eine spezielle Gestalt jede beliebige Bildschale erzeugt werden.

Zur Herstellung der Lichtleiterkoppler sind bisher das sogenannte Sch leifverfahren und das SchifteLzverfahren bekannt. Beim Schmelzverfahren werden zwei Lichtleiter miteinander verschmolzen, so daß das Licht in den anderen Lichtleiter übertreten kann. Nachteiligerweise wird das Brechungsindexgefuge des Lichtleiters durch den Schme Izvorgang verändert, wodurch erhöhte Lichtverluste auftreten können. Außerdem ist die Lichtverteilung in den beiden Ausgangs Iichtleitern prinzipiell nicht gleichmäßig, d.h. sie weisen eine unterschiedliche Modenstruktur auf, was bei vielen Anwendungen störend ist. Sogenannte Schleifkoppler

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zeigen demgegenüber seitlich angeschliffene Fasern, die gegeneinander justiert und mit einem Klebstoff fixiert sind* NachteiLigerweise befindet sich bei einem solchen Licihtleiterkoppler zwischen aen Schleifflächen ein optisch transparenter KLebstoff oder eine Immersions^ flüssigkeit, um kleinste Luftspalte auf der Koppelfläche auszufüllen.: Auch hierdurch ergiht sich flachten Ligerweise ein uneinheitlicher Brechungsindex*

ts ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Li ent Leiterkopp ler dahingehend zu verbessern, daß die ineinänderliegenden Lichtleiterfaserflächen in möglichst engem Kontakt zueinander liegen, ohne daß ein uneinheitlicher Brechungsindex an der Berührungsfläche 1n Kauf genommen werden muß.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten LichtLeiterkoppLer dadurch gelöst, daß die aneinander-

liegenden Lichtleiterfaserflächen angesprengt sind*

Unter Ansprengung versteht man die starre Verbindung zweier oder mehrerer Optikteile miteinander durch molekulare Adhäsionskräfte, welche zwischen 2wei polierten und extrem sauber gereinigten Flächen wirksam werden, wenn ihr gegenseitiger Abstand durch Ausdrucken der Luftzwischenschicht zu NuLl geworden ist., Dies setzt bekannterweise voraus, daß neben extremer Sauberkeit beider Flächen Bedingungen wie die Krümmungsradien beider Flächen genau gleich sind, d.h., die Passe beider Flächen auf Bruchteile einer Streifenbreite übereinstimmen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Lichtleiter in einem Quarzblock eingebettet, vorzugsweise eingeklebt wie z.B. mittels Epoxidharz. Der

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Quaf'zblock besitzt nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Quaderform und hat vorzugsweise eine G'ößs &ngr;,,,&Iacgr; 20 «im &khgr; 5 mm &khgr; 5mm oder 10 mm &khgr; 3 min x 3 mm i

Soll der Koppler für Mohomöde-Licht I eiter verwendet werden, genügt es, daß die beiden Faserkerne im Koppetgebiet eng nebeneinfender liegen, was durch Anschleifen der Lichtleitfasern in radialer Richtung bis nahe an den Faserkem erreichbar ist.

6ei einem Koppler für MuLtimode-LichtLeiter muß das Sch I eifgebiet hingegen so ausgeführt sein, daß sich die Faserkerne berühren. Bei einem 3 dB-Koppter sind die Fasern in der Kopplertaille jeweils auf die Hälfte ihres Durchmessers bzw. Querschnittes angeschliffen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung besteht der Lichtleiterkoppler aus zwei Quarzblockhälften, in denen je einer der Lichtleiter in einer Nut mit einem unge- :_; radlinigen, vorzugsweise teilkreisförmigen Nutengrund

&Ggr; 'derart ein- bzw. aufliegt, daß die seitlich änge-

. schliffenen Lichtleiter mit der ebenen Quarzblock-

js half tenoberf lache jeweils glatt abschließen bzw. fluch-

j" ten und die entsprechend geschliffenen Quarzblock-

|&idiagr; half ten aufeinander liegen. Der Bifsgeradius des Licht-

Leiters bzw. des Nutengrundes beträgt vorzugsweise 30 bis 50 mm , die Nutenbreite liegt zwischen 100 bis 300 pm und entspricht vorzugsweise der Dicke des Licht-Leiters.

»ie beschriebene Nut ist so tief, daß die Faser darin vollständig aufgenommen wird und die Faserfläche glatt ■it der Quarzblockoberfläche abschließt. Dies kann praktisch dadurch erreicht werden, daß die Ober-

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fläche des den Lichtleiter zunächst vollständig vei— deckenden Quarzblockes so weit abgeschliffen wird, bis der Lichtleiter seitlich auf die notwendige Länge angeschliffen ist. Hierbei ist darauf zu achten, daß die Oberflächenqualität so gut ist, daß das Prinzip nach dem Stand der Technik bekannte Ansprengen möglich ist. Das Ansprengen wird z.B. bereits bei der Herstellung von Gaslasern angewendet, wo die optischen Fenster zum Verschluß des Laserrohres angesprengt werden. Die Verbindung zweier Flächen, beispielsweise aus Quarz oder Glas besteht ohne Klebstoff äußerst fest, da die elektrostatischen Anziehungskräfte der Atome aus den gegenüberliegenden Flächen selbst wirksam sind. Die Ansprengverbindung hat sich als mechanisch äußerst stabil und temperaturfest erwiesen. Weiterhin ist diese-Verbindung weniger temperaturempfindlich als die eingangs behandelten Klebeverbindungen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Hs zeigen

Fig. 1 die prinzipielle Kopplung zweier Lichtleiter, Fig. 2 einen Lichtleiter mit seitlichem Anschliff,

Fig. 3 einen Lichtleiterkoppler, bei dem die Lichtleiter in Quarzblockhälften eingebettet sind,

Fig. 4 eine Quarzblockhälfte mit eingelegtem Licht*- leiter in perspektivischer Ansicht und

Fig. 5 drei verschiedene Schnittansichten des Lichtbis 7 Ieiterkopp le rs gemäß Fig. 4.

Die in Fig. 1 dargestellten Lichtleiter 11/12 besitzen jeweils durch Seitliches Anschleifen hergestellte öVäle

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Grenzflächen 11c und 12c, die durch Adhäsionskräfte gebunden aneinander Liegen. Der in Fig. 1 dargesteLLte Lichtleiter besitzt hierbei z.B. einen Eingang 11a, wobei das dort einfallende Licht in die Ausgänge- 11b und 12b aufgeteilt wird.

Um eine solche Verbindung herzustellen, muß z.B. von einem Lichtleiter gem. Fig. 2 ausgegangen werden. Der flexible Lichtleiter wird dabei leicht gekrümmt und seitlich angeschliffen, so daß sich die Fläche 11c ergibt. Schleift man einen zweiten Lichtleiter in entsprechender Weise an, so können die betreffenden Anschliff-Flächen aufeinandergepreßt werden.

Probleme ergeben sich jedoch dadurch, daß die beiden zu koppelnden Lichtleiter in eine Lage ausgerichtet (justiert) werden müssen, bei der die Ansch I iff-F lachen 11c und 12c exakt zur Anlage kommen. Dieses Problem wird in einfacher Weise mittels des in den Fig. 3 bis dargestellten LichtLeiterkopp lers bzw. dessen Hälften gelöst. Der fertige Lichtleiterkoppler ist in Fig. dargestellt und besteht aus zwei Quaderhälften 13 und 14, die jeweils einen Lichtleiter 11 und 12 aufnehmen, und zwar derart, daß die LichtLeiteranschIiff-F lachen 11c und 12c durch Ansprengung aneinandergehaI ten we rden.

Die Herstellung eines solchen LichtLeiterkopplers wird am besten aus den Fig. 4 bis 7 verständlich. Geht man von einem Quarzblock 13 bzw, einer Quarzblockhälfte aus, so wird in diese zunächst eine Nut mit der Breite d eingefräst, die dem Durchmesser des Lichtleiters 11 entspricht. Die Nut hat einen tei I kreisförmigen Verlauf und kann zunächst so tief sein, daß selbst der oberhalb des NutscheiteIpunktes

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Liegende LichtLeiterkörper 11 nicht aus der QuarzblockoberfLäche 13a herausragt. SchLeift man nunmehr die QuarzbLockoberfLache 13a pLan ab, so erreicht man schLießLich die LichtLeitergrenzfLäche. Das AbschLeifen wird nunmehr so Lange fortgesetzt, bis zumindest der LichtLeiterfaserkern erreicht wird, vorzugsweise wird der LichtLeiter bis zur DurchmesserhäLfte abgeschLiffen. Zwangsläufig Liegen nach Abschleifung die QuarzbLockhäLftenoberfLache 13a und die Fläche 11c des Lichtleiters 11 in einer Ebene. Der LichtLeiter tritt aus dem Quarzblock im übrigen an den Seitenflächen 13b und 13c heraus. In entsprechender Art und Weise wird ein zweiter Quarzblock mit eingelegtem Lichtleiter gefertigt. Die beiden Quarzblöcke müssen nunmehr in der in Fig. 3 dargestellt en Art und Weise angesprengt werden. Es versteht sich von selbst, daß die KopplerhäLften eine erforderliche Oberf la-henquaLitat haben und gegeneinander genau justiert werden. Hierbei kommt es darauf an, den gewünschten Koppelgrad und ein Dämpfungsminimum einzustellen, ohne daß sich die Flächen vorher berühren. Ist die Justage abgeschlossen, so werden die Flächen angesprengt, die erzieLbare KoppLerdämpfung und das Koppe I verhätLnis sind praktisch temperaturunabhängig, was für viele Aufgaben, beispielsweise in der optischen Sensorik, von extrem wichtiger Bedeutung ist. Es empfiehlt sich auch, den Rand der Haftfläche mit einem Schutzlack abzulackieren, um das Einziehen von Wasser oder ÖL in die Haftfläche zwischen den beiden angesprengten Teilen zu verhindern.

Bei dem LichtLeitkopp Ier handelt es sich um einen Koppler für sogenannte Monomode-Lichtleiter oder polarisationserha 11ende Monomode-Lichtleiter oder um einen Koppler für MuLtimodefasern.

Claims

HAMBURG. DEN

5.4.1988

1. LichtLeiterkoppLer, der das Licht aus einem oder mehreren LvchtLeitern (LichtLeitereingängen)

in einen oder mehrere LichtLeiter (LichtLei terausgänge) aufteiLt bzw. einkoppeLt, wobei die aneinander L i egenden LichtLeiterfaserfLächen justiert und gegeneinander fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die ane ■ nanderLiegenden LichtLeiterfaserfLächen (11c,12c) angesprengt sind.

2. LichtLeiterkoppLer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die LichtLeiter (11,12) in einen QuarzbLock bzw. QuarzbLockhälften (13,14) eingebettet sind.

3. LichtLeiterkoppLer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die LichtLeiter (11,12) in den QuarzbLock bzw. die Qua rzb Lockh Uf ten (13,14) eingekLebt sind, vorzugsweise mitteLs Epoxidharz.

4. LichtLeiterkoppLer nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen quaderförmigen Quarzblock (13,14) vorzugsweise von 20 mm &khgr; 5 mm &khgr; 5 mm

bis 10mm X 3 mm &khgr; 3 mm.

5. LichtLeiterkoppLer nach einem der Ansprüche

1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderLiegenden LichtLeiterfasern (11,12) in radiaLer Richtung, mindestens bis in die Nähe des Faserkerns, angeschLiffen sind.

6. LichtLeiterkoppLer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderLiegenden Lichtleiterfaser &eegr; (11,12) in der KoppLertaiLLe (15) jeweils auf die Hälfte ihres Durchmessers (d) angeschLiffen sind.

7. LichtLeiterkoppLer nach einem der Ansprüche

1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß jeder Licht-Leiter (11,12) in einer Nut (16) mit einem im Querschnitt ungeradLinigen Nutengrund (16a) einer QuarzblockhäLfte (13) derart ein- bzw. aufliegt, daß die Faserflächen (11c,12c) der seitlich angeschliffenen Lichtleiter mit der ebenen QuarzbLockhäLftenoberfläche (13a) glatt abschließen bzw. fluchten und die entsprechenden Quarzblockhälften (13, 14) aufeinander liegen.

8. Lichtleiterkoppler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutengrund (16a) im Querschnitt tei I kreisförmig geformt ist.

9. Licht IeiterkoppLer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegeradius des Lichtleiters (11) bzw. des Nutengrundes (16a) 30 bis 50 mm beträgt.

10.LichtLeiterkoppler nach einem der Ansprüche 7 b*s 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutenbreite (b) zwischen 100 und 300 um Liegt, vorzugsweise der Dicke (d) des Lichtleiters (11,12) entspricht.

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17, LichtLeiterkoppLer nach einem der Ansprüche 7 bis 1Ö/ dadurch 9ekehh2ei chfiet > daß es siGh um einen KöppLer für sogenannte Monomode-Licht-' Leiter öder poLariäationserhäLteride Mohomode-LichtLeiter hahdeLt*

12. Licht LeiterkoppLer nach einem der Ansprüche 7 bis 11/ dadurch gekennzeichnet, daß es sich Um einen KoppLer für MuLtimode-fäsern handeLt»