WO1993006513A1 - Coupling element for fiber-optic light guides - Google Patents

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WO1993006513A1
WO1993006513A1 PCT/EP1992/002212 EP9202212W WO9306513A1 WO 1993006513 A1 WO1993006513 A1 WO 1993006513A1 EP 9202212 W EP9202212 W EP 9202212W WO 9306513 A1 WO9306513 A1 WO 9306513A1
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WO
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light
fiber
coupling element
guide
reflector
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PCT/EP1992/002212
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German (de)
French (fr)
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Jost GÖTTERT
Hermann Flockerzi
Hermann Hellriegel
Jürgen Mohr
Helmut Sautter
Original Assignee
Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh
Robert Bosch Gmbh
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    • G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2817—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using reflective elements to split or combine optical signals

Definitions

  • the invention relates to a coupling element for light guides a) with at least three guide channels arranged in one plane and ending in the coupling element for receiving the light guides, of which b) the first and second guide channels are arranged at a distance from one another and their ends form a spacing area, c) a beam deflecting reflector is provided in the spacing area, d) the beam deflecting reflector is designed and arranged such that light radiated into the light guide to be received by the first guide channel is transmitted into the light guide to be received by the second guide channel, while light, that is radiated into the light guide to be received by the second guide channel, is reflected on the beam deflecting reflector, e) the further guide channel (s) are arranged in such a way that the light reflected on the beam deflecting reflector is at least largely directed to the end of the one or more light guide to be received, f) there s coupling element with the guide channels and the beam deflecting reflector represents a single, coherent component.
  • Fiber-optic sensors that use the guidance of light in waveguides are becoming increasingly important because they have a number of advantages over sensors that emit electrical signals, such as. B. Immunity to electromagnetic interference fields, low attenuation and high transmission rate. In addition, they have the advantage that the transmitting and receiving elements can be removed relatively far from the actual sensor head.
  • the information transmission of such a fiber-optic sensor system between a transmitter, the sensor and a receiver takes place via optical fibers which connect the transmitter to the sensor and the latter to the receiver.
  • one of the fibers simultaneously takes over the function of supplying the sensor with the light from the transmitter and returning the sensor signal to the receiver. Since the transmitter and receiver are not identical, the light reflected back from the sensor head must be branched off or transmitted at least partially into a fiber that leads to the receiver.
  • Another application of such coupling structures is fiber optic data networks, in which part of the light signal has to be branched off from a continuous data bus at different coupling points and supplied to connected consumers.
  • a fiber optic coupler which consists of a single, connected component in which an emitter and a detector chamber as well as a light guide are arranged in one plane.
  • a classic beam splitter is provided, which consists of an inclined surface worked out of the component and a dielectric coating attached to it.
  • the light guide, the emitter and the detector chamber are each arranged at an angle to one another. Another light guide can be inserted from the emitter chamber in the direction of the beam splitter.
  • the classic beam splitter By using the classic beam splitter, relatively high losses occur. No additional light guide can therefore be provided between the beam splitter and the detector; rather, either a detector chamber with a high active area or a lens system must be used so that a sufficient light intensity reaches the detector chamber.
  • the component must consist of a transparent material; Because of the use of the beam splitter, a high proportion of stray light reaches the component, which can be reflected several times at its phase boundaries and is then perceived by the detector as background light. There At least the detector must be integrated directly into the component, miniaturization and the use of detectors located at a distance are not possible.
  • the angle which the V-shaped surfaces of the first-mentioned light guide form with one another or the angle which the two other light guides form is selected so that the light losses in the light intensity distribution are minimized. It is also stated that the light guides can be fixed between two plates with V-shaped incisions for a permanent construction.
  • Such a coupling element can only be realized with relatively large optical fibers (optical fibers with a diameter of 1 mm are indicated) made of plastic.
  • the disadvantage is that the light guide transporting the incoming light. must be machined and the two further light guides must each be aligned with the machined surfaces of the first light guide to avoid loss of intensity, so that an exchange of the first light guide is only possible to a limited extent.
  • an optical fiber connecting element which consists of a microstructure with guide channels for two optical fibers, the optical fibers being arranged on a straight line and separated by a spacing area.
  • the publication also states that even more complicated coupling structures can be produced with the aid of X-ray depth lithography, in which light that arrives from a first conductor is distributed into several other conductors.
  • An embodiment is mentioned as an example in which light from a first conductor is divided into a bundle of light conductors in such a way that the central conductor receives 50% and the peripheral conductors each 1-2% of the light intensity.
  • DE 3939112 A1 discloses a device for positioning optical fibers in connecting elements.
  • the device consists of a carrier plate, one or more guide channels receiving the optical fibers, spring elements for pressing the fibers in the guide channels, and a cover over the carrier plate. The branching of light intensity is not addressed.
  • the invention is based on the object of proposing coupling elements which are suitable for conventional, not pre-profiled light guides, in particular for multimode fibers. Furthermore, individual or all fibers should be exchangeable without a complete readjustment being necessary. Furthermore, the coupling elements should be constructed in such a way that they can be miniaturized, i. H. , For the individual structures such as guide channels and beam splitters or beam deflection reflectors, dimensions in the submillimeter range should be realizable.
  • the coupling element should consist of a single, mechanically stable component and can be integrated into electronic systems. The aforementioned transmission of information between a transmitter, a sensor and a receiver in a fiber-optic system should be possible with the coupling elements.
  • the coupling element according to the invention contains at least three guide channels arranged in one plane, which end in the coupling element and can accommodate the light guides.
  • the first and the second of these guide channels lie approximately on a straight line. Approximately means that the guide channels are either offset parallel to one another by at most half the core diameter of the light guide and / or at most form such an angle with one another that results from the numerical aperture of the light guides used.
  • a beam deflecting reflector is arranged between the ends of the first and the second guide channel and is an integral part of the coupling element according to the invention.
  • the beam deflecting reflector is designed and arranged in such a way that — with light guides inserted into the guide channels — light radiated into the light guide in the first guide channel is transmitted into the light guide in the second guide channel, while light that is transmitted into the light guide in the is radiated into the second guide channel, is reflected at the beam deflecting reflector.
  • the one or more guide channels are arranged in such a way that the light reflected at the beam deflecting reflector falls on the end or ends of the light guides inserted into the guide channels.
  • the guide channels preferably contain stops by means of which the light guides are held in a defined position.
  • the beam deflection reflector is used as a stop.
  • the coupling element according to the invention represents a single component in which the guide channels, the beam deflection reflector and, if appropriate, the stops are integrated.
  • the coupling elements can be made from different materials. Coupling elements working in total reflection can in particular be used with optically transparent plastic. can be realized for multimode fibers.
  • the coupling element can be constructed from a homogeneous plastic or from a multilayer plastic system with a light-conducting layer. If the coupling elements according to the invention consist of a light-reflecting material, optical fiber, in particular multimode fiber coupling structures operating in reflection become accessible.
  • the light-reflecting material preferably consists of a metal or has on it the Light accessible surface on a metal layer. For example, plastic coated with metal can be used. A material should be chosen as the metal which shows the highest possible light reflection.
  • the coupling elements according to the invention have a very compact design, since due to the divergence of the emitted light, the intensity of the coupled light decreases with increasing overall length and represent a block in which the guide channels and possibly the holders for the light guides and the beam deflecting reflector are in one plane are formed. In its most compact form, the beam deflecting reflector also forms the stop for the light guide.
  • the size of the formed structures is preferably in the submillimeter range, so that multimode fibers can be used as light guides. Fitting the light guides and replacing light guides of the same type do not require any adjustment work, since their position is clearly defined when they are pushed into the coupling element until they stop.
  • the coupling elements made of transparent plastic material contain interfaces at which total reflection takes place and are therefore able to divide light that emerges from a light guide and to transmit it to other light guides.
  • a thin plastic layer, which is connected to a suitable, mechanically stable substrate, or a thick, self-supporting plastic layer without a substrate is structured by means of X-ray deep lithography and subsequent development of the irradiated areas.
  • X-ray depth lithography is characterized by the fact that the layer structured in this way contains details in the micrometer range with structure heights of several hundred micrometers can be, the structures produced have extremely low roughness.
  • the plastic polymethyl methacrylate (PMMA) is particularly suitable for this production method.
  • the reflection of the light from this material is used to deflect the light; if the element covers only a part of the end face of the fiber that transports the incoming light, the beam distribution is thus given .
  • a) Generating a primary structure from plastic, in particular from PMMA, by means of X-ray deep lithography on a suitable, mechanically stable substrate or a thicker, self-supporting plastic layer and mirroring the reflecting walls of the primary structure, for example by vapor deposition with a metal that reflects light.
  • the negative of the coupling element is also generated on a conductive substrate with the aid of deep X-ray lithography. This form is by galvanic deposition with metal, for. B. nickel, filled. After removing the shaping plastic layer, the desired metallic structure remains.
  • Metallic structures offer the advantage of high heat resistance.
  • the light guide channels can moreover be provided with spring elements for holding the light guides. The production of such spring elements is described in the aforementioned DE 3939112 AI.
  • a complementary structure is produced by X-ray deep lithography, from which a metallic impression tool is produced.
  • a metallic impression tool is produced with the molding tool.
  • complementary plastic structures are produced, which serve as a mold for the production of the metallic coupling elements by means of electroplating. Due to the mass production process of the impression, the methods c) and d) are considerably cheaper and deliver cheaper products.
  • FIG 1 shows schematically the function of the coupling elements according to the invention.
  • Figure 2 shows a spatial image of a coupling structure according to the invention.
  • Figures 3 to 11 show cross sections of coupling elements made of a transparent plastic.
  • FIGS. 12 to 16 show cross sections of coupling elements made of light-reflecting metal.
  • Fig. 1 the function of the coupling elements according to the invention is shown schematically.
  • Light emanating from a light source 5, the transmitter is radiated into the coupling element 1 through a light guide.
  • the light passes the beam deflecting reflector 8 (shown schematically) and is transported to a sensor 6 by a further light guide.
  • a response light signal is emitted back from the sensor 6 and is returned to the coupling element through the same light guide.
  • the response light signal is reflected at the beam deflecting reflector 8 and at least largely coupled into a further light guide which connects the coupling element 1 to a detector 7.
  • the intensity of the response light signal is determined with the aid of the detector.
  • FIG. 2 An embodiment of the coupling element according to the invention is shown spatially in FIG. 2.
  • the coupling element contains guide channels into which the light guides 3 and 4 are inserted are.
  • One of the light guides was not drawn in for reasons of clarity.
  • This light guide is located in the guide channel facing the viewer and lies on the straight line passing through the axis of the light guide 3.
  • the guide channels contain a stop 9 at their ends (the stop for the light guide 4 is not visible).
  • the beam deflecting reflector 8 is arranged between the light guides lying on the straight line.
  • Fig. 3 shows a coupling element made of an optically transparent plastic.
  • the remaining part of the light strikes the phase boundary 11 when passing through the beam deflection reflector 8, at this totally reflected and coupled into the fiber 4.
  • the coupling factor i.e. H. the proportion of light passing from fiber 3 into fiber 4 can be changed by the size and position of the beam deflecting reflector 8.
  • Fig. 4 shows an improved embodiment.
  • the phase boundary 11 is inclined in such a way that a light beam which runs from the fiber 3 at the maximum possible angle onto the beam deflection reflector 8 fulfills the conditions for total reflection.
  • Fiber 4 and fiber 2 now enclose such an angle with one another that this light beam strikes fiber 4 just under the maximum acceptance angle ⁇ . This reduces the coupling losses at the beam deflection reflector.
  • the prism angle ⁇ is at least 50 °. In this case, the angle ⁇ is 10 °.
  • FIG 5 shows an embodiment in which the beam deflector 8 is connected to the block of the coupling element. This gives the element a higher mechanical strength, but leads to a longer light path to the fiber 4.
  • FIG. 6 shows a further embodiment. If there is a need to reduce the scattered light level, which is essentially caused by light that enters fiber 4 via the coupling element directly into fiber 4, a further beam deflecting reflector 8a can be provided in front of the beam deflecting reflector 8.
  • the two beam deflecting reflectors 8 and 8a are arranged such that their side surfaces enclose a narrow air gap 12. This arrangement ensures that the scattered light is totally reflected in another direction.
  • the fiber 2 can be inclined so that the refraction at the beam deflection reflector is compensated for and the light enters fiber 3 in a manner adapted to the maximum acceptance angle.
  • the coupling element consists of a wave-guiding layer structure.
  • Such embodiments can be produced by X-ray depth lithography methods according to the KfK 4702 publication cited at the beginning.
  • An X-ray sensitive resist layer is used here, which is built up on a base plate 14 from three individual layers: a base layer 15a, 16a, a core layer 15b, 16b and a cover layer 15c, 16c.
  • the coupling element with the beam deflecting reflector 15, 16 is thus composed of three layers. This has the advantage that the light is guided in the coupling element, so that the vertical divergence losses that result from the cylindrical symmetry of the transmission fibers are largely avoided.
  • the coupling losses are minimal if the light path in air is as short as possible. This can be achieved by the staircase-shaped light-guiding element 15. If the beam deflection reflector 16 for optimizing the intensity to be coupled from fiber 2 to fiber 3 is not guided over the entire fiber end face of fiber 3, but approximately according to FIG. 3 arranged, the gap formed thereby (see reference numeral 10 in FIG. 3) can be designed completely as a light-guiding structure.
  • the light from fiber 2 is coupled into fiber 3 via a wave-guiding layer 17 which tapers towards fiber 3.
  • the light is focused on a narrow area of the end face of fiber 3.
  • the major part of the light emitted by fiber 2 can be transmitted to fiber 3.
  • the transmission of the light intensity from fiber 3 into fiber 4 again takes place via a beam deflecting reflector 8 produced in the wave-guiding layer Arrangement of the fibers 2 and 3, the beam deflecting reflector 8 can be enlarged in such a way that it covers most of the fiber end face of fiber 3 and thus the intensity coupled from fiber 3 to fiber 4 is significantly increased.
  • the total reflection of the light during the transition from fiber 3 to fiber 4 takes place at the phase boundary 11 of the beam deflecting reflector 8.
  • FIG. 11 A similar embodiment is shown in FIG. 11, in which the wave-guiding layer, however, is shaped as a lens 18 in its area facing fiber 2.
  • the light emitted by fiber 2 is focused on a small area of fiber 3 by the cylindrical lenses. This means that a larger proportion of the light emitted by fiber 2 can be transmitted to fiber 3.
  • the transmission of the light from fiber 3 into fiber 4 takes place, as in FIG. 10, at the phase boundary 11 of the beam deflecting reflector 8.
  • the area between lens 18 and fiber 3 can be formed as a light-guiding layer.
  • Coupling elements according to the invention made of a light-reflecting material are shown in FIGS. 12 to 16.
  • Fig. 12 shows such a coupling element with three light guides 2, 3 and 4, which consist of a core and a jacket.
  • Light which is reflected back to the left by the optical fiber 3 into the element, partly reaches the fiber 2 through the gap 10. The remaining part of the light, on the other hand, hits the reflecting surface 20 of the beam deflection reflector 8 and is reflected there and to the fiber 4 deflected.
  • light that emerges from the fiber 4 or 2 into the element is also partially coupled into the fiber 3 via the gap 10 or the beam deflection reflector 8.
  • a direct light exchange between the fibers 2 and 4 is against it not possible.
  • the coupling factor ie the proportion of the light passing from fiber 3 into fiber 4 or 2 can be changed by the size and position of the beam splitter 8.
  • the element also contains the structures 21 to 23 for guiding and precise positioning of the fibers relative to the coupling structures.
  • FIG. 13 shows an improved embodiment.
  • the light reflected back into the element from fiber 3 at a very steep angle is reflected back into fiber 3 or its jacket; this reduces the light intensity in fiber 4.
  • this is avoided in that the mirror surface 20 is inclined in such a way that a light beam emerging from the fiber 3 at the maximum possible angle is reflected perpendicular to its axis.
  • Fiber 4 is now positioned at an angle to fiber 2 or 3, so that the light beam hits fiber 4 precisely at the maximum acceptance angle. The coupling losses at the coupling element are thus reduced.
  • the other elements correspond to those of FIG. 12.
  • the arrangement according to FIG. 14 is characterized in that the beam deflecting reflector and a fiber guiding element form a unit 24. This gives the coupling element a higher mechanical strength, but leads to a longer light path from the beam deflection reflector to the fiber 4, which can result in vertical divergence losses.
  • 15 shows a coupling element in which the reflecting surface 20 is divided into differently angled regions 20a and 20b.
  • the light radiated in by fibers 2 and 3 and returned by fiber 3 is coupled not only into the fibers 2 and 4, but also into an additional fiber 13.
  • 16 shows a coupling element in which the reflecting surface 16 is curved. As a result, the light emitted divergingly by fiber 3 is focused on the end face of fiber 4 and the light intensity in fiber 4 is thus increased.
  • the channel between the fibers 2 and 3 is formed in a tapered shape, so that more light is transmitted from fiber 2 to fiber 3.
  • the coupling elements according to the invention offer a number of advantages over the known beam splitter types. They can be built compactly and miniaturized. In particular, if they are produced using the impression technique, they can be mass-produced inexpensively. This ensures a high degree of reproducibility of the coupling properties. Fitting with light guides requires little or no adjustment effort. Detachable optical fiber connections can also be implemented. They can be used in a wide wavelength range, since they do not show any signs of dispersion when using light-reflecting material. They can be produced on any substrate, but also without a substrate, so that they can easily be adapted to the given requirements. For example, silicon wafers can be used as substrates, so that they can be easily integrated into electronic systems. In the case of the transparent embodiments, the transmitted intensity is increased by utilizing the transmission through the totally reflecting beam deflection reflector; this also increases the coupling efficiency. Finally, waveguiding layers can be used to avoid divergence losses.

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Abstract

A coupling element for fiber-optic light guides has the following characteristic features: (a) at least three guiding channels for receiving the fiber-optic light guides are arranged in a plane and end in the coupling element; (b) the first and second guiding channels are spaced apart and form at their ends a spacing zone; (c) a beam deviating reflector is arranged in the spacing zone; (d) the beam deviating reflector is designed and arranged so that light irradiated into the fiber-optic light guide received in the first guiding channel is transmitted to the fiber-optic light guide received in the second guiding channel, whereas light that is irradiated into the fiber-optic light guide received in the second guiding channel is reflected at the beam deviating reflector; (e) the other guiding channel(s) are arranged so that the light reflected by the beam deviating reflector falls at least for the most part on the end of the fiber optic light guides received therein; (f) the coupling element forms a single, coherent component with the guiding channels and the beam deviating reflector. This coupling element is particularly useful for multimode-fibers, that can thus be laid and exchanged without complicated adjustment.

Description

- ι - Koppelelement für Lichtleiter: - ι - coupling element for light guide:
Die Erfindung betrifft ein Koppelelement für Lichtleiter a) mit mindestens drei in einer Ebene angeordneten, im Koppel- element endenden Führungskanälen zur Aufnahme der Lichtlei¬ ter, von denen b) der erste und der zweite Führungskanal in Abstand zueinf- ander angeordnet sind und ihre Enden einen Abstandsbereich bilden, c) ein Strahlumlenkreflektor im Abstandsbereich vorgesehen ist, d) der Strahlumlenkreflektor so ausgebildet und angeordnet ist, daß in den vom ersten Führungskanal aufzunehmenden Lichtleiter eingestrahltes Licht in den vom zweiten Füh¬ rungskanal aufzunehmenden Lichtleiter übertragen wird, wäh¬ rend Licht, das in den vom zweiten Führungskanal aufzuneh¬ menden Lichtleiter eingestrahlt wird, am Strahlumlenk¬ reflektor reflektiert wird, e) der oder die weiteren Führungskanäle so angeordnet sind, daß das am Strahlumlenkreflektor reflektierte Licht zumin¬ dest weitgehend auf das Ende des oder der von ihm oder ihnen aufzunehmenden Lichtleiter fällt, f) das Koppelelement mit den Führungskanälen und dem Strahlum¬ lenkreflektor ein einziges, zusammenhängendes Bauteil dar¬ stellt.The invention relates to a coupling element for light guides a) with at least three guide channels arranged in one plane and ending in the coupling element for receiving the light guides, of which b) the first and second guide channels are arranged at a distance from one another and their ends form a spacing area, c) a beam deflecting reflector is provided in the spacing area, d) the beam deflecting reflector is designed and arranged such that light radiated into the light guide to be received by the first guide channel is transmitted into the light guide to be received by the second guide channel, while light, that is radiated into the light guide to be received by the second guide channel, is reflected on the beam deflecting reflector, e) the further guide channel (s) are arranged in such a way that the light reflected on the beam deflecting reflector is at least largely directed to the end of the one or more light guide to be received, f) there s coupling element with the guide channels and the beam deflecting reflector represents a single, coherent component.
Faseroptische Sensoren, die die Führung von Licht in Wellen¬ leitern nutzen, gewinnen immer mehr an Bedeutung, da sie eine Reihe von Vorteilen gegenüber Sensoren haben, die elektrische Signale abgeben, wie z. B. Immunität gegenüber elektromagneti¬ schen Störfeldern, geringe Dämpfung und hohe Übertragungsrate. Darüber hinaus haben sie den Vorteil, daß die Sende- und Em¬ pfangselemente relativ weit vom eigentlichen Sensorkopf ent¬ fernt sein können. Die Informationsübertragung eines solchen faseroptischen Sen¬ sorsystems zwischen einem Sender, dem Sensor und einem Empfän¬ ger erfolgt dabei über Lichtleiterfasern, die den Sender mit dem Sensor und diesen mit dem Empfänger verbinden. Hierbei übernimmt eine der Fasern (die Sende- und Empfangsfaser) gleichzeitig die Funktion der Versorgung des Sensors mit dem Licht des Senders und der Rückleitung des Sensorsignals zum Empfänger. Da Sender und Empfänger nicht identisch sind, muß das vom Sensorkopf zurückgestrahlte Licht zumindest partiell• in eine Faser, die zum Empfänger führt, abgezweigt oder über¬ tragen werden.Fiber-optic sensors that use the guidance of light in waveguides are becoming increasingly important because they have a number of advantages over sensors that emit electrical signals, such as. B. Immunity to electromagnetic interference fields, low attenuation and high transmission rate. In addition, they have the advantage that the transmitting and receiving elements can be removed relatively far from the actual sensor head. The information transmission of such a fiber-optic sensor system between a transmitter, the sensor and a receiver takes place via optical fibers which connect the transmitter to the sensor and the latter to the receiver. Here, one of the fibers (the transmitting and receiving fiber) simultaneously takes over the function of supplying the sensor with the light from the transmitter and returning the sensor signal to the receiver. Since the transmitter and receiver are not identical, the light reflected back from the sensor head must be branched off or transmitted at least partially into a fiber that leads to the receiver.
Dies setzt eine geeignete Verzweigerstruktur voraus, mit der einerseits Licht eines entsprechenden Senders möglichst ver¬ lustarm in die Sende- und Empfangsfaser eingekoppelt und ande¬ rerseits möglichst viel des vom Sensor zurückgestrahlten Lichtsignals aus dieser Faser in den Empfänger ausgekoppelt wird.This requires a suitable branching structure with which light from a corresponding transmitter is coupled into the transmitting and receiving fiber with as little loss as possible and, on the other hand, as much as possible of the light signal reflected back from the sensor is coupled out of this fiber into the receiver.
Eine weitere Anwendung derartiger Koppelstrukturen sind Glas¬ faserdatennetze, in denen aus einem durchgehenden Datenbus ein Teil des Lichtsignals an verschiedenen Koppelstellen abge¬ zweigt und angeschlossenen Verbrauchern zugeführt werden muß.Another application of such coupling structures is fiber optic data networks, in which part of the light signal has to be branched off from a continuous data bus at different coupling points and supplied to connected consumers.
Prinzipiell sind folgende Ausfuhrungsformen derartiger Koppler bekannt:In principle, the following embodiments of such couplers are known:
a) der klassische Strahlteiler mit teildurchlässigem Spiegel, b) faseroptische Verzweiger mit entsprechend angeschliffenen und dauerhaft verspleißten Fasern, c) mit den Mitteln der integrierten Optik hergestellte Ver¬ zweiger; in diesem Fall beruht die Verzweigung auf der wel¬ lenoptischen Verkuppelung dicht beieinanderliegender licht¬ leitender Kanäle. Alle diese Verzweigertypen bzw. deren Herstellungsverfahren haben unterschiedliche Nachteile, die eine Verwendung in fa¬ seroptischen Systemen erschweren und diese Systeme teuer ma¬ chen:a) the classic beam splitter with a partially transparent mirror, b) fiber optic splitters with appropriately ground and permanently spliced fibers, c) splitters made with the means of integrated optics; in this case the branching is based on the optical coupling of closely spaced light-conducting channels. All of these types of branching devices or their manufacturing processes have different disadvantages, which complicate their use in fiber optic systems and make these systems expensive:
- hochpräzises Fügen kleiner Teile (Typ a) ;- high-precision joining of small parts (type a);
- begrenzte iniaturisierungsmöglichkeiten (Typ a und b) ;- limited possibilities of initiation (types a and b);
- nur bedingt geeignet für Multimoden-Technik (Typ c) ; nicht oder schlecht geeignet für die Einbindung in inte¬ grierte elektronische Systeme.- only conditionally suitable for multimode technology (type c); not or poorly suited for integration into integrated electronic systems.
Aus der DE 33 15 861 A 1 ist ein faseroptischer Koppler be¬ kannt, der aus einem einzigen, zusammenhängenden Bauteil be¬ steht, in dem in einer Ebene eine Emitter- und eine Detektor¬ kammer sowie ein Lichtleiter angeordnet ist. In einem Raum, der durch die Enden des Lichtleiters und der Emitterkammer ge¬ bildet wird, ist ein klassischer Strahlteiler vorgesehen, der aus einer aus dem Bauteil herausgearbeiteten Schrägfläche und einer darauf angebrachten dielektrischen Beschichtung besteht. Der Lichtleiter, die Emitter- und die Detektorkammer sind jeweils in einem Winkel zueinander angeordnet. Von der Emitterkammer aus kann ein weiterer Lichtleiter in Richtung auf den Strahlteiler eingesetzt sein.From DE 33 15 861 A 1 a fiber optic coupler is known which consists of a single, connected component in which an emitter and a detector chamber as well as a light guide are arranged in one plane. In a space which is formed by the ends of the light guide and the emitter chamber, a classic beam splitter is provided, which consists of an inclined surface worked out of the component and a dielectric coating attached to it. The light guide, the emitter and the detector chamber are each arranged at an angle to one another. Another light guide can be inserted from the emitter chamber in the direction of the beam splitter.
Durch die Verwendung des klassischen Strahlteilers treten ver¬ hältnismäßig hohe Verluste auf. Zwischen Strahlteiler und Detektor kann deshalb kein zusätzlicher Lichtleiter vorgesehen werden; vielmehr muß entweder eine Detektorkammer mit einer hohen aktiven Fläche oder ein Linsensystem verwendet werden, damit eine ausreichende Lichtintensität in die Detektorkammer gelangt. Ferner muß das Bauteil aus einem transparenten Material bestehen; wegen der Verwendung des Strahlteilers ge¬ langt ein hoher Anteil an Streulicht in das Bauteil, das an dessen Phasengrenzen mehrfach reflektiert werden kann und dann vom Detektor als Untergrundlicht wahrgenommen wird. Da zumindest der Detektor direkt in das Bauteil integriert werden muß, ist eine Miniaturisierung und die Verwendung von entfernt liegenden- Detektoren nicht möglich.By using the classic beam splitter, relatively high losses occur. No additional light guide can therefore be provided between the beam splitter and the detector; rather, either a detector chamber with a high active area or a lens system must be used so that a sufficient light intensity reaches the detector chamber. Furthermore, the component must consist of a transparent material; Because of the use of the beam splitter, a high proportion of stray light reaches the component, which can be reflected several times at its phase boundaries and is then perceived by the detector as background light. There At least the detector must be integrated directly into the component, miniaturization and the use of detectors located at a distance are not possible.
Aus der Veröffentlichung mit dem Titel "Plastic fibre couplers using simple polishing technigues" von V. Bougas und D. Kalym- nios, Vortrag in ECO 4 - The International Congress on Optical Science and Engineering, März 1991, Den Haag, schriftliche Veröffentlichung vorgesehen in den Proceedings of ECO 4, SPIE Vol. 1504, ist bekannt, drei Lichtleiter in einer Ebene Y-för- mig in der Weise anzuordnen, daß die von einem der Lichtleiter transportierte Lichtintensitat je zur Hälfte auf die beiden übrigen Lichtleiter verteilt wird. Hierzu wird der Lichtlei¬ ter, der das ankommende Licht transportiert, an seinem Ende durch Polieren V-förmig profiliert. Die beiden anderen Licht¬ leiter werden senkrecht zu ihrer Achse poliert. Der Winkel, den die V-förmig bearbeiteten Flächen des erstgenannten Licht¬ leiters miteinander bilden bzw. der Winkel, den die beiden üb¬ rigen Lichtleiter einschließen, wird so gewählt, daß die Lichtverluste bei der Lichtintensitätsaufteilung minimiert werden. Es ist ferner angegeben, daß die Lichtleiter für eine dauerhafte Konstruktion zwischen zwei Platten mit V-förmigen Einschnitten fixiert werden können.From the publication entitled "Plastic fiber couplers using simple polishing technigues" by V. Bougas and D. Kalymnios, lecture in ECO 4 - The International Congress on Optical Science and Engineering, March 1991, The Hague, written publication planned in Proceedings of ECO 4, SPIE Vol. 1504, it is known to arrange three light guides in a Y-shaped plane in such a way that the light intensity transported by one of the light guides is distributed equally between the two other light guides. For this purpose, the light guide, which transports the incoming light, is profiled in a V-shape at its end by polishing. The two other light guides are polished perpendicular to their axis. The angle which the V-shaped surfaces of the first-mentioned light guide form with one another or the angle which the two other light guides form is selected so that the light losses in the light intensity distribution are minimized. It is also stated that the light guides can be fixed between two plates with V-shaped incisions for a permanent construction.
Ein solches Koppelelement kann nur mit relativ großen Licht¬ leitern (angegeben sind Lichtleiter mit einem Durchmesser von 1 mm) aus Kunststoff realisiert werden. Nachteilig ist, daß der das ankommende Licht transportierende Lichtleiter. bearbei¬ tet werden muß und die beiden weiteren Lichtleiter zur Vermei¬ dung von Intensitätsverlusten jeweils auf die bearbeiteten Flächen des ersten Lichtleiters ausgerichtet werden müssen, so daß ein Austausch des ersten Lichtleiters nur bedingt möglich ist. Aus der Veröffentlichung mit dem Titel "Characterisation of Micro-Opical Components Fabricated by Deep-Etch X-Ray Litho- graphy" von J. Göttert und J. Mohr, Vortrag während der oben genannten Konferenz, schriftliche Veröffentlichung vorgesehen in den Proceedings of EC04, SPIE Vol. 1506, sind verschiedene einfache Lichtleiterverbundsysteme wie Lichtleitergabeln oder . Y-Koppler bekannt. Diese Verbundsysteme werden durch Röntgentiefenlithographie-Verfahren hergestellt.Such a coupling element can only be realized with relatively large optical fibers (optical fibers with a diameter of 1 mm are indicated) made of plastic. The disadvantage is that the light guide transporting the incoming light. must be machined and the two further light guides must each be aligned with the machined surfaces of the first light guide to avoid loss of intensity, so that an exchange of the first light guide is only possible to a limited extent. From the publication entitled "Characterization of Micro-Opical Components Fabricated by Deep-Etch X-Ray Lithography" by J. Göttert and J. Mohr, lecture at the conference mentioned above, written publication provided in the Proceedings of EC04, SPIE Vol. 1506, are various simple fiber optic composite systems such as fiber optic forks or. Y coupler known. These composite systems are manufactured by X-ray deep lithography processes.
Beispielsweise ist aus dieser Veröffentlichung ein Lichtleiterverbindungselement bekannt, das aus einer MikroStruktur mit Führungskanälen für zwei Lichtleiter be¬ steht, wobei die Lichtleiter auf einer Geraden angeordnet und durch einen Abstandsbereich getrennt sind. In der Veröffentli¬ chung wird außerdem angegeben, daß auch kompliziertere Koppel¬ strukturen mit Hilfe der Röntgentiefenlithographie gefertigt werden können, bei denen Licht, das aus einem ersten Leiter ankommt, in mehrere andere Leiter verteilt wird. Als Beispiel wird eine Ausfuhrungsform genannt, bei der Licht aus einem er¬ sten Leiter in ein Bündel von Lichtleitern in der Weise aufge¬ teilt wird, daß der zentrale Leiter 50 % und die peripheren Leiter jeweils 1 - 2 % der Lichtintensität erhalten.For example, from this publication an optical fiber connecting element is known which consists of a microstructure with guide channels for two optical fibers, the optical fibers being arranged on a straight line and separated by a spacing area. The publication also states that even more complicated coupling structures can be produced with the aid of X-ray depth lithography, in which light that arrives from a first conductor is distributed into several other conductors. An embodiment is mentioned as an example in which light from a first conductor is divided into a bundle of light conductors in such a way that the central conductor receives 50% and the peripheral conductors each 1-2% of the light intensity.
Schließlich ist in dieser Veröffentlichung ein planarer Wel- lenlängen-Demultiplexer mit selbstfokussierendem Reflexions¬ beugungsgitter erwähnt. Dieser Demultiplexer enthält lichtlei¬ tende Schichten.Finally, a planar wavelength demultiplexer with a self-focusing reflection diffraction grating is mentioned in this publication. This demultiplexer contains light-conducting layers.
Die Herstellung dieses Demultiplexers und der lichtleitenden Schichten wird in der Veröffentlichung mit dem Titel "Grundla¬ gen für die röntgentiefenlithographische Herstellung eines planaren Wellenlangen-Demultiplexers mit selbstfokussierendem Reflexionsbeugungsgitter" von B. Anderer, W. Ehrfeld und J. Mohr, Bericht des Kernforschungszentrums Karlsruhe, KfK 4702 (März 1990) eingehend beschrieben. Schließlich ist aus der DE 3939112 AI eine Vorrichtung zum Po¬ sitionieren von Lichtleiterfasern in Verbindungselementen be¬ kannt. Die Vorrichtung besteht aus einer Trägerplatte, einem oder mehreren, die Lichtleiterfasern aufnehmenden Füh¬ rungskanälen, Federelementen zum Anpressen der Fasern in den Führungskanälen, sowie einem Deckel über der Trägerplatte. Die Verzweigung von Lichtintensität wird nicht angesprochen.The production of this demultiplexer and the light-guiding layers is described in the publication with the title "Basics for the X-ray Depth Production of a Planar Wavelength Demultiplexer with Self-Focusing Reflection Diffraction Grating" by B. Anderer, W. Ehrfeld and J. Mohr, Report of the Nuclear Research Center Karlsruhe, KfK 4702 (March 1990) described in detail. Finally, DE 3939112 A1 discloses a device for positioning optical fibers in connecting elements. The device consists of a carrier plate, one or more guide channels receiving the optical fibers, spring elements for pressing the fibers in the guide channels, and a cover over the carrier plate. The branching of light intensity is not addressed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Koppelelemente vor¬ zuschlagen, die für übliche, nicht vorprofilierte Lichtleiter, insbesondere für Multimoden-Fasern geeignet sind. Weiterhin sollen sich einzelne oder alle Fasern austauschen lassen, ohne daß eine völlige Neujustierung erforderlich wird. Ferner sol¬ len die Koppelelemente so konstruiert sein, daß sie sich miniaturisieren lassen, d. h. , für die einzelnen Strukturen wie Führungskanäle und Strahlteiler bzw. Strahlumlenkreflektor sollen Dimensionen im Submillimeterbereich realisierbar sein. Das Koppelelement soll aus einem einzigen, mechanisch stabilen Bauteil bestehen und sich in elektronische Systeme integrieren lassen. Die eingangs angesprochene Informationsübertragung zwischen einem Sender, einem Sensor und einem Empfänger in ei¬ nem faseroptischen System soll sich mit den Koppelelementen realisieren lassen.The invention is based on the object of proposing coupling elements which are suitable for conventional, not pre-profiled light guides, in particular for multimode fibers. Furthermore, individual or all fibers should be exchangeable without a complete readjustment being necessary. Furthermore, the coupling elements should be constructed in such a way that they can be miniaturized, i. H. , For the individual structures such as guide channels and beam splitters or beam deflection reflectors, dimensions in the submillimeter range should be realizable. The coupling element should consist of a single, mechanically stable component and can be integrated into electronic systems. The aforementioned transmission of information between a transmitter, a sensor and a receiver in a fiber-optic system should be possible with the coupling elements.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im ersten Pa¬ tentanspruch beschriebene Koppelelement gelöst. Die weiteren Ansprüche geben besondere Ausfuhrungsformen der Erfindung an.The object is achieved according to the invention by the coupling element described in the first claim. The further claims indicate special embodiments of the invention.
Das erfindungsgemäße Koppelelement enthält mindestens drei in einer Ebene angeordnete Führungskanäle, die im Koppelelement enden und die Lichtleiter aufnehmen können. Der erste und der zweite dieser Führungskanäle liegen angenähert auf einer Geraden. Angenähert bedeutet, daß die Führungskanäle entweder um höchstens den halben Kerndurchmesser des Lichtleiters ge¬ geneinander parallel versetzt und/oder höchstens einen solchen Winkel miteinander bilden, der sich aufgrund der numerischen Apertur der eingesetzten Lichtleiter ergibt. Zwischen den Enden des ersten und des zweiten Führungskanals ist ein Strahlumlenkreflektor angeordnet, der einen integralen Bestandteil des erfindungsgemäßen Koppelelements darstellt. Der Strahlumlenkreflektor ist in der Weise ausgebildet und an¬ geordnet, daß - mit in die Führungskanäle eingesetzten Licht¬ leitern - in den Lichtleiter im ersten Führungskanal ein¬ gestrahltes Licht in den Lichtleiter im zweiten Führungskanal übertragen wird, während Licht, das in den Lichtleiter im zweiten Führungskanal eingestrahlt wird, am Strahlumlenkre¬ flektor reflektiert wird.The coupling element according to the invention contains at least three guide channels arranged in one plane, which end in the coupling element and can accommodate the light guides. The first and the second of these guide channels lie approximately on a straight line. Approximately means that the guide channels are either offset parallel to one another by at most half the core diameter of the light guide and / or at most form such an angle with one another that results from the numerical aperture of the light guides used. A beam deflecting reflector is arranged between the ends of the first and the second guide channel and is an integral part of the coupling element according to the invention. The beam deflecting reflector is designed and arranged in such a way that — with light guides inserted into the guide channels — light radiated into the light guide in the first guide channel is transmitted into the light guide in the second guide channel, while light that is transmitted into the light guide in the is radiated into the second guide channel, is reflected at the beam deflecting reflector.
Der oder die weiteren Führungskanäle werden so angeordnet, daß das am Strahlumlenkreflektor reflektierte Licht auf das oder die Enden der in die Führungskanäle eingesetzten Lichtleiter fällt.The one or more guide channels are arranged in such a way that the light reflected at the beam deflecting reflector falls on the end or ends of the light guides inserted into the guide channels.
Die Führungskanäle enthalten vorzugsweise Anschläge, mit deren Hilfe die Lichtleiter in einer definierten Position gehalten werden. In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform wird der Strahlumlenkreflektor als Anschlag verwendet.The guide channels preferably contain stops by means of which the light guides are held in a defined position. In a particularly preferred embodiment, the beam deflection reflector is used as a stop.
Das erfindungsgemäße Koppelelement stellt ein einziges Bauteil dar, in das die Führungskanäle, der Strahlumlenkreflektor und gegebenenfalls die Anschläge integriert sind.The coupling element according to the invention represents a single component in which the guide channels, the beam deflection reflector and, if appropriate, the stops are integrated.
Die Koppelelemente können aus verschiedenen Materialien herge¬ stellt werden. Mit optisch transparentem Kunststoff können in Totalreflexion arbeitende Koppelelemente insbesondere. für Mul¬ timoden-Fasern realisiert werden. Das Koppelelement kann aus einem homogenen Kunststoff oder aus einem mehrschichtigen KunststoffSystem mit einer lichtleitenden Schicht aufgebaut sein. Bestehen die erfindungsgemäßen Koppelelemente aus einem lichtreflektierenden Material, werden in Reflexion arbeitende Lichtleiter-, insbesondere Multimodenfaser-Koppelstrukturen zugänglich. Das lichtreflektierende Material besteht in diesem Fall vorzugsweise aus einem Metall oder weist an seiner dem Licht zugänglichen Oberfläche eine Metallschicht auf. Bei¬ spielsweise kann mit Metall bedampfter Kunststoff eingesetzt werden. Als Metall soll ein Werkstoff gewählt werden, der eine möglichst hohe Lichtreflexion zeigt.The coupling elements can be made from different materials. Coupling elements working in total reflection can in particular be used with optically transparent plastic. can be realized for multimode fibers. The coupling element can be constructed from a homogeneous plastic or from a multilayer plastic system with a light-conducting layer. If the coupling elements according to the invention consist of a light-reflecting material, optical fiber, in particular multimode fiber coupling structures operating in reflection become accessible. In this case, the light-reflecting material preferably consists of a metal or has on it the Light accessible surface on a metal layer. For example, plastic coated with metal can be used. A material should be chosen as the metal which shows the highest possible light reflection.
Die erfindungsgemäßen Koppelelemente sind sehr kompakt aufge¬ baut, da aufgrund der Divergenz des abgestrahlten Lichts mit zunehmender Baulänge die Intensität des überkoppelten Lichts abnimmt und stellen einen Block dar, in dem in einer Ebene die Führungskanäle und ggf. die Halterungen für die Lichtleiter sowie der Strahlumlenkreflektor ausgeformt sind. Der Strahlum¬ lenkreflektor bildet in der kompaktesten Form gleichzeitig den Anschlag für die Lichtleiter. Die Größe der ausgeformten Strukturen liegt vorzugsweise im Submillimeterbereich, so daß als Lichtleiter Multimoden-Fasern eingesetzt werden können. Die Bestückung mit den Lichtleitern und der Austausch von Lichtleitern des selben Typs erfordert keine Justierarbeit, da ihre Position eindeutig definiert ist, wenn sie bis zum An¬ schlag in das Koppelelement eingeschoben werden.The coupling elements according to the invention have a very compact design, since due to the divergence of the emitted light, the intensity of the coupled light decreases with increasing overall length and represent a block in which the guide channels and possibly the holders for the light guides and the beam deflecting reflector are in one plane are formed. In its most compact form, the beam deflecting reflector also forms the stop for the light guide. The size of the formed structures is preferably in the submillimeter range, so that multimode fibers can be used as light guides. Fitting the light guides and replacing light guides of the same type do not require any adjustment work, since their position is clearly defined when they are pushed into the coupling element until they stop.
Die Koppelelemente aus transparentem Kunststoffmaterial ent¬ halten Grenzflächen, an denen eine Totalreflexion erfolgt und sind dadurch in der Lage, Licht, das aus einem Lichtleiter austritt, zu teilen und auf andere Lichtleiter zu übertragen.The coupling elements made of transparent plastic material contain interfaces at which total reflection takes place and are therefore able to divide light that emerges from a light guide and to transmit it to other light guides.
Für die Herstellung dieser Strukturelemente gibt es zwei Mög¬ lichkeiten:There are two ways of producing these structural elements:
a) Durch Röntgentiefenlithographie und nachfolgende Entwick¬ lung der bestrahlten Bereiche wird eine dünne Kunststoff¬ schicht, die mit einem geeigneten, mechanisch stabilen Sub¬ strat verbunden ist, oder eine dicke, selbsttragende Kunst¬ stoffSchicht ohne Substrat strukturiert. Die Röntgentiefen¬ lithographie zeichnet sich dadurch aus, daß in der auf diese Weise strukturierten Schicht Details im Mikrometerbereich bei Strukturhöhen von mehreren hundert Mikrometern erhalten werden können, wobei die erzeugten Strukturen extrem geringe Rauhigkeiten aufweisen. Für diese Herstellungsmethode ist insbesondere der Kunststoff Polymethyl-methacrylat (PMMA) geeignet.a) A thin plastic layer, which is connected to a suitable, mechanically stable substrate, or a thick, self-supporting plastic layer without a substrate is structured by means of X-ray deep lithography and subsequent development of the irradiated areas. X-ray depth lithography is characterized by the fact that the layer structured in this way contains details in the micrometer range with structure heights of several hundred micrometers can be, the structures produced have extremely low roughness. The plastic polymethyl methacrylate (PMMA) is particularly suitable for this production method.
b) Durch Röntgentiefenlithographie, Entwickeln der bestrahlten Bereiche und galvanischer Abformung der so erhaltenen Struk¬ turen mit einem geeigneten Metall wie z. B. Nickel wird ein Abformwerkzeug hergestellt, das komplementäre Strukturen des gewünschten Koppelelements enthält. Mit diesem Werkzeug werden nach den bekannten Mikroabformtechniken Reaktionsguß, Spritzguß oder Prägen sekundäre Kunststoffstrukturen herge¬ stellt, die ein genaues Abbild der röntgenlithographisch hergestellten Primärstruktur sind. Bei dieser Methode ergibt sich die Möglichkeit, neben dem in Punkt a) als Kunststoff verwendeten PMMA auch thermisch stabilere optisch transparente Kunststoffe einzusetzen.b) By X-ray deep lithography, development of the irradiated areas and galvanic molding of the structures thus obtained with a suitable metal such as. B. Nickel, an impression tool is produced that contains complementary structures of the desired coupling element. This tool is used to produce reaction plastic, reaction molding, or embossing secondary plastic structures using the known micro impression techniques, which are an exact replica of the primary structure produced by X-ray lithography. With this method, it is possible to use thermally stable, optically transparent plastics in addition to the PMMA used as plastic in point a).
Bei den Koppelelementen aus einem lichtreflektierenden Mate¬ rial wird die Reflexion des Lichts an diesem Material zur Um- lenkung des Lichts ausgenutzt, überdeckt das Element nur einen Teil der Stirnfläche derjenigen Faser, die das ankommende Licht transportiert, so ist damit die Strahlaufteilung gege¬ ben.In the case of the coupling elements made of a light-reflecting material, the reflection of the light from this material is used to deflect the light; if the element covers only a part of the end face of the fiber that transports the incoming light, the beam distribution is thus given .
Mit den Verfahren der Röntgentiefenlithographie und gegebenen¬ falls nachfolgender galvanischer Abformung ergeben sich vier Möglichkeiten, Koppelelemente aus einem lichtreflektierenden Material herzustellen:With the methods of deep x-ray lithography and, if necessary, subsequent galvanic molding, there are four possibilities for producing coupling elements from a light-reflecting material:
a) Erzeugen einer Primärstruktur aus Kunststoff, insbesondere aus PMMA, durch Röntgentiefenlithographie auf einem ge¬ eigneten, mechanisch stabilen Substrat oder einer dickeren, selbsttragenden Kunststoffschicht und Verspiegeln der re¬ flektierenden Wände der Primärstruktur, etwa durch Bedampfen mit einem Metall, das Licht reflektiert. b) Das Negativ des Koppelelements wird auf einem leitfähigen Substrat ebenfalls mit Hilfe der Röntgentiefenlithographie erzeugt. Diese Form wird durch galvanische Abscheidung mit Metall, z. B. Nickel, aufgefüllt. Nach Entfernen der form¬ gebenden Kunststoffschicht bleibt die gewünschte metallische Struktur zurück. Metallische Strukturen bieten den Vorteil einer hohen Wärmebeständigkeit. In Verbindung mit der be¬ kannten Opferschichttechnik, bei der eine Schicht selektiv herausgelöst wird, können darüber hinaus die Licht¬ leiterkanäle mit Federelementen für die Halterung der Licht¬ leiter versehen werden. Die Herstellung solcher Feder¬ elemente wird in der eingangs genannten DE 3939112 AI be¬ schrieben.a) Generating a primary structure from plastic, in particular from PMMA, by means of X-ray deep lithography on a suitable, mechanically stable substrate or a thicker, self-supporting plastic layer and mirroring the reflecting walls of the primary structure, for example by vapor deposition with a metal that reflects light. b) The negative of the coupling element is also generated on a conductive substrate with the aid of deep X-ray lithography. This form is by galvanic deposition with metal, for. B. nickel, filled. After removing the shaping plastic layer, the desired metallic structure remains. Metallic structures offer the advantage of high heat resistance. In connection with the known sacrificial layer technology, in which a layer is selectively detached, the light guide channels can moreover be provided with spring elements for holding the light guides. The production of such spring elements is described in the aforementioned DE 3939112 AI.
c) Mit Hilfe der Röntgentiefenlithographie, nachfolgender Ent¬ wicklung der bestrahlten Bereiche und galvanischer Abformung der erhaltenen Strukturen wird ein Abformwerkzeug her¬ gestellt, das die Komplementärstrukturen des gewünschten Koppelelements enthält. Mit diesem Abformwerkzeug werden nach den bekannten Methoden der Mikroabformung Reaktionsguß, Spritzguß oder Prägen sekundäre Kunststoffstrukturen herge¬ stellt, die ein genaues Abbild der röntgenlithographisch hergestellten Primärstruktur sind. Auch in diesem Fall werden wie in a) die entsprechenden Wände verspiegelt. Bei dieser Methode ergibt sich die Möglichkeit, neben dem in a) als Kunststoff-Resist verwendeten PMMA thermisch stabilere Kunststoffe einzusetzen.c) With the help of X-ray depth lithography, subsequent development of the irradiated areas and galvanic molding of the structures obtained, an impression tool is produced which contains the complementary structures of the desired coupling element. This molding tool is used to produce secondary plastic structures using the known methods of micro-molding, reaction molding, injection molding or embossing, which are an exact replica of the primary structure produced by X-ray lithography. In this case too, the corresponding walls are mirrored as in a). This method offers the possibility of using thermally more stable plastics in addition to the PMMA used as a plastic resist in a).
d) Durch Röntgentiefenlithographie wird eine Komplementär¬ struktur erzeugt, aus der ein metallisches Abformwerkzeug hergestellt wird. Mit dem Abformwerkzeug werden komplemen¬ täre KunststoffStrukturen erzeugt, die als Form für die Her¬ stellung der metallischen Koppelelemente durch Galvanotech¬ nik dienen. Aufgrund des Massenfertigungsprozesses der Abformung sind die Methoden c) und d) wesentlich kostengünstiger und lie¬ fern billigere Produkte.d) A complementary structure is produced by X-ray deep lithography, from which a metallic impression tool is produced. With the molding tool, complementary plastic structures are produced, which serve as a mold for the production of the metallic coupling elements by means of electroplating. Due to the mass production process of the impression, the methods c) and d) are considerably cheaper and deliver cheaper products.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher er¬ läutert.The invention is explained in more detail below with reference to figures.
Die Figur 1 zeigt schematisch die Funktion der erfindungsge¬ mäßen Koppelelemente.Figure 1 shows schematically the function of the coupling elements according to the invention.
Figur 2 stellt ein räumliches Bild einer erfindungsgemäßen KoppelStruktur dar.Figure 2 shows a spatial image of a coupling structure according to the invention.
Die Figuren 3 bis 11 zeigen Querschnitte von Koppelelementen aus einem transparenten Kunststoff.Figures 3 to 11 show cross sections of coupling elements made of a transparent plastic.
Die Figuren 12 bis 16 zeigen Querschnitte von Koppelelementen aus lichtreflektierendem Metall.FIGS. 12 to 16 show cross sections of coupling elements made of light-reflecting metal.
In Fig. 1 ist schemätisch die Funktion der erfindungsgemäßen Koppelelemente dargestellt. Von einer Lichtquelle 5, dem Sen¬ der, ausgehendes Licht wird durch einen Lichtleiter in das Koppelelement 1 eingestrahlt. Das Licht passiert den (schema¬ tisch dargestellten) Strahlumlenkreflektor 8 und wird durch einen weiteren Lichtleiter zu einem Sensor 6 transportiert. Vom Sensor 6 wird ein Antwortlichtsignal zurückgestrahlt, das durch denselben Lichtleiter zum Koppelelement zurückgeleitet wird. Am Strahlumlenkreflektor 8 wird das Antwortlichtsignal reflektiert und zumindest weitgehend in einen weiteren Licht¬ leiter eingekoppelt, der das Koppelelement 1 mit einem Detek¬ tor 7 verbindet. Mit Hilfe des Detektors wird die Intensität des AntwortlichtSignals bestimmt.In Fig. 1, the function of the coupling elements according to the invention is shown schematically. Light emanating from a light source 5, the transmitter, is radiated into the coupling element 1 through a light guide. The light passes the beam deflecting reflector 8 (shown schematically) and is transported to a sensor 6 by a further light guide. A response light signal is emitted back from the sensor 6 and is returned to the coupling element through the same light guide. The response light signal is reflected at the beam deflecting reflector 8 and at least largely coupled into a further light guide which connects the coupling element 1 to a detector 7. The intensity of the response light signal is determined with the aid of the detector.
In Fig. 2 ist eine Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Kop¬ pelelements räumlich dargestellt. Das Koppelelement enthält Führungskanäle, in die die Lichtleiter 3 und 4 eingesetzt sind. Einer der Lichtleiter wurde aus Gründen der Übersicht¬ lichkeit nicht eingezeichnet. Dieser Lichtleiter befindet sich in dem dem Betrachter zugewandten Führungskanal und liegt auf der durch die Achse des Lichtleiters 3 gehenden Geraden. Die Führungskanäle enthalten an ihren Enden einen Anschlag 9 (Der Anschlag für den Lichtleiter 4 ist nicht sichtbar) . Zwischen den auf der Gerade liegenden Lichtleitern ist der Strahl¬ umlenkreflektor 8 angeordnet.An embodiment of the coupling element according to the invention is shown spatially in FIG. 2. The coupling element contains guide channels into which the light guides 3 and 4 are inserted are. One of the light guides was not drawn in for reasons of clarity. This light guide is located in the guide channel facing the viewer and lies on the straight line passing through the axis of the light guide 3. The guide channels contain a stop 9 at their ends (the stop for the light guide 4 is not visible). The beam deflecting reflector 8 is arranged between the light guides lying on the straight line.
Fig. 3 zeigt ein Koppelelement aus einem optisch transparenten Kunststoff. Licht, das in der Faser 3, bestehend aus Kern und Mantel, nach links reflektiert wird, gelangt teilweise durch den Spalt 10 zur Faser 2. Der restliche Teil des Lichts trifft dagegen beim Durchgang durch den Strahlumlenkreflektor 8 auf dessen Phasengrenze 11, wird an dieser totalreflektiert und in die Faser 4 eingekoppelt. Der Koppelfaktor, d. h. der Anteil des von Faser 3 in Faser 4 übertretenden Lichts, kann durch die Größe und Lage des Strahlumlenkreflektors 8 verändert wer¬ den.Fig. 3 shows a coupling element made of an optically transparent plastic. Light that is reflected to the left in the fiber 3, consisting of core and cladding, partly reaches the fiber 2 through the gap 10. The remaining part of the light, on the other hand, strikes the phase boundary 11 when passing through the beam deflection reflector 8, at this totally reflected and coupled into the fiber 4. The coupling factor, i.e. H. the proportion of light passing from fiber 3 into fiber 4 can be changed by the size and position of the beam deflecting reflector 8.
Fig. 4 zeigt eine verbesserte Ausführung.Fig. 4 shows an improved embodiment.
Beim Koppelelement nach Fig. 3 wird Licht, das unter einem sehr steilen Winkel aus Faser 3 in das Element zurückgeleitet wird, nicht mehr an der Phasengrenze 11 reflektiert und geht deshalb verloren; damit nimmt die Intensität des durch Faser 4 aus dem Element z. B. in einen Dektektor geleiteten Lichts ab.In the coupling element according to FIG. 3, light which is returned from fiber 3 into the element at a very steep angle is no longer reflected at the phase boundary 11 and is therefore lost; thus the intensity of the fiber 4 from the element z. B. in a detector guided light.
Dieser Effekt wird durch die verbesserte Ausfuhrungsform gemäß Fig. 4 vermieden, bei der die Phasengrenze 11 so geneigt ist, daß ein Lichtstrahl, der unter dem maximal möglichen Winkel aus Faser 3 auf den Strahlumlenkreflektor 8 zuläuft, die Be¬ dingungen für die Totalreflexion erfüllt. Faser 4 und Faser 2 schließen nunmehr einen solchen Winkel miteinander ein, daß dieser Lichtstrahl gerade unter dem maximalen Akzeptanzwinkel α auf Faser 4 auf rifft. Dadurch werden die Koppelverluste am Strahlumlenkreflektor verringert. Beispielsweise beträgt für eine Multimodefaser mit einer nume¬ rischen Apertur von 0,2 und einem Strahlumlenkreflektor aus PMMA bei Verwendung von rotem Licht der Prismenwinkel ß minde¬ stens 50° . Der Winkel α beträgt in diesem Fall 10° .This effect is avoided by the improved embodiment according to FIG. 4, in which the phase boundary 11 is inclined in such a way that a light beam which runs from the fiber 3 at the maximum possible angle onto the beam deflection reflector 8 fulfills the conditions for total reflection. Fiber 4 and fiber 2 now enclose such an angle with one another that this light beam strikes fiber 4 just under the maximum acceptance angle α. This reduces the coupling losses at the beam deflection reflector. For example, for a multimode fiber with a numerical aperture of 0.2 and a beam deflection reflector made of PMMA when using red light, the prism angle β is at least 50 °. In this case, the angle α is 10 °.
Fig. 5 zeigt eine Ausfuhrungsform, bei der der Strahlumlenkre¬ flektor 8 mit dem Block des Koppelelements verbunden ist. Dies verleiht dem Element eine höhere mechanische Festigkeit, führt jedoch zu einem längeren Lichtweg bis zur Faser 4.5 shows an embodiment in which the beam deflector 8 is connected to the block of the coupling element. This gives the element a higher mechanical strength, but leads to a longer light path to the fiber 4.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform. Besteht die Notwendigkeit, den Streulichtpegel, der im wesentlichen durch Licht hervorgerufen wird, das aus Faser 2 über das Koppelelement direkt in Faser 4 eintritt, zu vermin¬ dern, so kann vor dem Strahlumlenkreflektor 8 ein weiterer Strahlumlenkreflektor 8a vorgesehen werden. Die beiden Strahlumlenkreflektoren 8 und 8a sind so angeordnet, daß ihre Seitenflächen einen schmalen Luftspalt 12 einschließen. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das Streulicht in eine an¬ dere Richtung totalreflektiert wird.6 shows a further embodiment. If there is a need to reduce the scattered light level, which is essentially caused by light that enters fiber 4 via the coupling element directly into fiber 4, a further beam deflecting reflector 8a can be provided in front of the beam deflecting reflector 8. The two beam deflecting reflectors 8 and 8a are arranged such that their side surfaces enclose a narrow air gap 12. This arrangement ensures that the scattered light is totally reflected in another direction.
Fig. 7 zeigt eine Ausfuhrungsform, bei der der Strahlumlenkre¬ flektor über die gesamte Faserstirnfläche der Faser 3 ver¬ läuft. Dies ist wegen der optischen Transparenz des Strahltei¬ lers 8 möglich, ohne daß dadurch die von Faser 2 in Faser 3 übergekoppelte Intensität drastisch vermindert wird.7 shows an embodiment in which the beam deflection reflector runs over the entire fiber end face of the fiber 3. This is possible because of the optical transparency of the beam splitter 8 without drastically reducing the intensity coupled from fiber 2 to fiber 3.
In einer nicht gezeichneten Abwandlung von Fig. 7 kann die Fa¬ ser 2 so geneigt werden, daß die Brechung am Strahlumlenkre¬ flektor ausgeglichen wird und das Licht angepaßt an den maxi¬ malen Akzeptanzwinkel in Faser 3 eintritt.7, the fiber 2 can be inclined so that the refraction at the beam deflection reflector is compensated for and the light enters fiber 3 in a manner adapted to the maximum acceptance angle.
Fig. 8 zeigt eine Ausfuhrungsform mit einem zusätzlichen Lichtleiter 13. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die In¬ tensität des durch Faser 3 zurückgestrahlten Lichts auf die zwei Lichtleiter 4 und 13 zu verteilen. Hierzu wird der Strahlumlenkreflektor in zwei Teilbereiche 8' und 8* * mit gleichen oder verschiedenen Winkeln aufgeteilt.8 shows an embodiment with an additional light guide 13. With this arrangement it is possible to distribute the intensity of the light reflected by fiber 3 over the two light guides 4 and 13. For this, the Beam deflector divided into two sections 8 'and 8 * * with the same or different angles.
Fig. 9 zeigt eine in Bezug auf minimale vertikale Divergenz¬ verluste optimierte Ausfuhrungsform. Hierbei besteht das Kop¬ pelelement aus einem wellenleitenden Schichtaufbau. Solche Ausführungsformen lassen sich durch Röntgentiefenlithographie- Verfahren gemäß der eingangs zitierten Veröffentlichung KfK 4702 herstellen. Hierbei wird eine röntgenstrahlenempfindliche Resistschicht verwendet, die auf einer Grundplatte 14 aus drei Einzelschichten aufgebaut ist: einer Grundschicht 15a, 16a, einer Kernschicht 15b, 16b und einer Deckschicht 15c, 16c. Das Koppelelement mit dem Strahlumlenkreflektor 15, 16 ist somit aus drei Schichten zusammengesetzt. Dies hat den Vorteil, daß das Licht im Koppelelement geführt wird,, so daß die vertikalen Divergenzverluste, die sich aufgrund der Zylindersymmetrie der Übertragungsfasern ergeben, weitgehend vermieden werden. Die Koppelverluste sind minimal, wenn der Lichtweg in Luft so kurz wie möglich ist. Dies kann durch das.treppenförmige lichtlei¬ tende Element 15 realisiert werden. Wird der Strahlumlenkre¬ flektor 16 zur Optimierung der von Faser 2 nach Faser 3 über¬ zukoppelnden Intensität nicht über die gesamte Faserstirnflä¬ che von Faser 3 geführt, sondern etwa gemäß Fig_. 3 angeordnet, so kann der dadurch gebildete Spalt (siehe Bezugszeichen 10 in Fig 3) vollständig als lichtleitende Struktur ausgebildet wer¬ den.9 shows an embodiment which is optimized with regard to minimal vertical divergence losses. Here, the coupling element consists of a wave-guiding layer structure. Such embodiments can be produced by X-ray depth lithography methods according to the KfK 4702 publication cited at the beginning. An X-ray sensitive resist layer is used here, which is built up on a base plate 14 from three individual layers: a base layer 15a, 16a, a core layer 15b, 16b and a cover layer 15c, 16c. The coupling element with the beam deflecting reflector 15, 16 is thus composed of three layers. This has the advantage that the light is guided in the coupling element, so that the vertical divergence losses that result from the cylindrical symmetry of the transmission fibers are largely avoided. The coupling losses are minimal if the light path in air is as short as possible. This can be achieved by the staircase-shaped light-guiding element 15. If the beam deflection reflector 16 for optimizing the intensity to be coupled from fiber 2 to fiber 3 is not guided over the entire fiber end face of fiber 3, but approximately according to FIG. 3 arranged, the gap formed thereby (see reference numeral 10 in FIG. 3) can be designed completely as a light-guiding structure.
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Licht aus Fa¬ ser 2 über eine wellenleitende Schicht 17, die in Richtung auf die Faser 3 spitz zuläuft, in die Faser 3 übergekoppelt wird. Hierdurch wird das Licht auf einen schmalen Bereich der Stirn¬ fläche von Faser 3 gebündelt. Dadurch kann der überwiegende Teil des von Faser 2 abgestrahlten Lichts auf die Faser 3 übertragen werden. Die Übertragung der Lichtintensität aus Fa¬ ser 3 in die Faser 4 erfolgt wiederum über einen in der wellenleitenden Schicht hergestellten Strahlumlenkreflektor 8. Bei einer (wie in der Figur dargestellten) parallel versetzten Anordnung der Fasern 2 und 3 kann der Strahlumlenkreflektor 8 in der Weise vergrößert werden, daß er den größten Teil der Faserstirnfläche von Faser 3 abdeckt und damit die von Faser 3 nach Faser 4 übergekoppelte Intensität deutlich erhöht wird. Die Totalreflexion des Lichts beim Übergang von Faser 3 zu Fa¬ ser 4 erfolgt an der Phasengrenze 11 des Strahlumlenkreflek¬ tors 8.10 shows an embodiment in which the light from fiber 2 is coupled into fiber 3 via a wave-guiding layer 17 which tapers towards fiber 3. As a result, the light is focused on a narrow area of the end face of fiber 3. As a result, the major part of the light emitted by fiber 2 can be transmitted to fiber 3. The transmission of the light intensity from fiber 3 into fiber 4 again takes place via a beam deflecting reflector 8 produced in the wave-guiding layer Arrangement of the fibers 2 and 3, the beam deflecting reflector 8 can be enlarged in such a way that it covers most of the fiber end face of fiber 3 and thus the intensity coupled from fiber 3 to fiber 4 is significantly increased. The total reflection of the light during the transition from fiber 3 to fiber 4 takes place at the phase boundary 11 of the beam deflecting reflector 8.
In Fig. 11 ist eine ähnliche Ausfuhrungsform dargestellt, be der die wellenleitende Schicht jedoch in ihrem Faser 2 zuge¬ wandten Bereich als Linse 18 ausgeformt ist. Durch die Zylin¬ derlinste wird das von Faser 2 abgestrahlte Licht auf einen kleinen Bereich von Faser 3 fokussiert. Damit kann ein größe¬ rer Anteil des von Faser 2 abgestrahlten Lichtes nach Faser 3 übertragen werden. Die Übertragung des Lichtes aus Faser 3 in Faser 4 erfolgt wie in Fig. 10 an der Phasengrenze 11 des Strahlumlenkreflektors 8.A similar embodiment is shown in FIG. 11, in which the wave-guiding layer, however, is shaped as a lens 18 in its area facing fiber 2. The light emitted by fiber 2 is focused on a small area of fiber 3 by the cylindrical lenses. This means that a larger proportion of the light emitted by fiber 2 can be transmitted to fiber 3. The transmission of the light from fiber 3 into fiber 4 takes place, as in FIG. 10, at the phase boundary 11 of the beam deflecting reflector 8.
In einer nicht gezeigten Abwandlung von Fig. 11 kann der Be¬ reich zwischen Linse 18 und Faser 3 als lichtleitende Schicht ausgebildet werden.In a modification of FIG. 11, not shown, the area between lens 18 and fiber 3 can be formed as a light-guiding layer.
Erfindungsgemäße Koppelelemente aus einem lichtreflektierenden Material sind in den Fig. 12 bis 16 dargestellt.Coupling elements according to the invention made of a light-reflecting material are shown in FIGS. 12 to 16.
Fig. 12 zeigt ein solches Koppelelement mit drei Lichtleitern 2, 3 und 4, die aus einem Kern und einem Mantel bestehen. Licht, das durch die Lichtleiterfaser 3 in das Element nach links zurückreflektiert wird, gelangt teilweise durch den Spalt 10 zur Faser 2. Der restliche Teil des Lichts trifft da¬ gegen auf die spiegelnde Fläche 20 des Strahlumlenkreflektors 8 und wird an dieser reflektiert und zur Faser 4 umgelenkt. Umgekehrt wird Licht, das aus der Faser 4 oder 2 in das Ele¬ ment austritt, ebenfalls teilweise über den Spalt 10 oder den Strahlumlenkreflektor 8 in die Faser 3 übergekoppelt. Ein di¬ rekter Lichtaustausch zwischen den Fasern 2 und 4 ist dagegen nicht möglich. Der Koppelfaktor, d. h. der Anteil des von Fa¬ ser 3 in Faser 4 oder 2 übertretenden Lichts kann durch die Größe und Lage des Strahlteilers 8 verändert werden. Neben dem Strahlumlenkreflektor 8 enthält das Element noch die Struktu¬ ren 21 bis 23 zur Führung und präzisen Positionierung der Fa¬ sern relativ zu den Koppelstrukturen.Fig. 12 shows such a coupling element with three light guides 2, 3 and 4, which consist of a core and a jacket. Light, which is reflected back to the left by the optical fiber 3 into the element, partly reaches the fiber 2 through the gap 10. The remaining part of the light, on the other hand, hits the reflecting surface 20 of the beam deflection reflector 8 and is reflected there and to the fiber 4 deflected. Conversely, light that emerges from the fiber 4 or 2 into the element is also partially coupled into the fiber 3 via the gap 10 or the beam deflection reflector 8. A direct light exchange between the fibers 2 and 4 is against it not possible. The coupling factor, ie the proportion of the light passing from fiber 3 into fiber 4 or 2 can be changed by the size and position of the beam splitter 8. In addition to the beam deflecting reflector 8, the element also contains the structures 21 to 23 for guiding and precise positioning of the fibers relative to the coupling structures.
Fig. 13 zeigt eine verbesserte Ausfuhrungsform. Beim Element nach Fig. 12 wird das unter einem sehr steilen Winkel aus Fa¬ ser 3 in das Element zurückgestrahlte Licht wieder in Faser 3 bzw. deren Mantel zurückreflektiert; hierdurch nimmt die Lichtintensität in Faser 4 ab. Bei der Ausführung nach Fig. 13 wird dies vermieden, indem die Spiegelfläche 20 so geneigt ist, daß ein Lichtstrahl, der unter dem maximal möglichen Win¬ kel aus der Faser 3 austritt, senkrecht zu deren Achse reflek¬ tiert wird. Faser 4 wird nun schräg zu Faser 2 bzw. 3 positio¬ niert, so daß der Lichtstrahl gerade unter dem maximalen Ak¬ zeptanzwinkel auf Faser 4 trifft. Damit werden die Koppelver¬ luste am Koppelelement vermindert. Die übrigen Elemente ent¬ sprechen denen von Fig. 12.13 shows an improved embodiment. In the element according to FIG. 12, the light reflected back into the element from fiber 3 at a very steep angle is reflected back into fiber 3 or its jacket; this reduces the light intensity in fiber 4. In the embodiment according to FIG. 13 this is avoided in that the mirror surface 20 is inclined in such a way that a light beam emerging from the fiber 3 at the maximum possible angle is reflected perpendicular to its axis. Fiber 4 is now positioned at an angle to fiber 2 or 3, so that the light beam hits fiber 4 precisely at the maximum acceptance angle. The coupling losses at the coupling element are thus reduced. The other elements correspond to those of FIG. 12.
Die Anordnung nach Fig. 14 zeichnet sich dadurch aus, daß der Strahlumlenkreflektor und ein Faserführungselement eine Ein¬ heit 24 bilden. Dies verleiht dem Koppelelement eine höhere mechanische Festigkeit, führt jedoch zu einem längeren Licht¬ weg vom Strahlumlenkreflektor bis zur Faser 4 , wodurch sich vertikale Divergenzverluste ergeben können.The arrangement according to FIG. 14 is characterized in that the beam deflecting reflector and a fiber guiding element form a unit 24. This gives the coupling element a higher mechanical strength, but leads to a longer light path from the beam deflection reflector to the fiber 4, which can result in vertical divergence losses.
Fig. 15 zeigt ein Koppelelement, bei dem die reflektierende Fläche 20 in unterschiedlich abgewinkelte Bereiche 20a und 20b unterteilt ist. Dadurch wird das durch Faser 2 und 3 einge¬ strahlte und durch Faser 3 zurückgeleitete Licht nicht nur in die Fasern 2 und 4, sondern auch in eine zusätzliche Faser 13 übergekoppelt. Fig. 16 zeigt ein Koppelelement, bei dem die reflektierende Fläche 16 gekrümmt ausgeformt ist. Dadurch wird das von Faser 3 divergent abgestrahlte Licht auf die Stirnfläche von Faser 4 fokussiert und damit die Lichtintensität in Faser 4 erhöht.15 shows a coupling element in which the reflecting surface 20 is divided into differently angled regions 20a and 20b. As a result, the light radiated in by fibers 2 and 3 and returned by fiber 3 is coupled not only into the fibers 2 and 4, but also into an additional fiber 13. 16 shows a coupling element in which the reflecting surface 16 is curved. As a result, the light emitted divergingly by fiber 3 is focused on the end face of fiber 4 and the light intensity in fiber 4 is thus increased.
Darüber hinaus ist der Kanal zwischen den Fasern 2 und 3 ta- perförmig ausgebildet, so' daß mehr Licht von Faser 2 nach Fa¬ ser 3 übertragen wird.In addition, the channel between the fibers 2 and 3 is formed in a tapered shape, so that more light is transmitted from fiber 2 to fiber 3.
Die erfindungsgemäßen Koppelelemente bieten gegenüber den be¬ kannten Strahlteilertypen eine Reihe von Vorteilen. Sie lassen sich kompakt aufbauen und miniaturisieren. Insbesondere wenn sie mit Hilfe der Abformtechnik hergestellt werden, lassen sie sich kostengünstig in Serie fertigen. Dadurch ist ein hoher Grad an Reproduzierbarkeit der Koppeleigenschaften gewährlei¬ stet. Die Bestückung mit Lichtleitern erfordert keinen oder allenfalls einen geringen Justieraufwand. Ferner können lös¬ bare Lichtleiterfaser-Verbindungen realisiert werden. Sie sind in einem großen Wellenlängenbereich verwendbar, da sie bei Verwendung von lichtreflektierendem Material keine Di¬ spersionserscheinungen zeigen. Sie können auf beliebigen Sub¬ straten, aber auch ohne Substrat gefertigt werden, so daß sie leicht an die gegebenen Anforderungen angepaßt werden können. Beispielsweise können Siliziumwafer als Substrate eingesetzt werden, so daß sie leicht in elektronische Systeme integrier¬ bar sind. Bei den transparenten Ausfuhrungsformen wird die transmittierte Intensität durch Ausnutzung der Transmission durch die totalreflektierenden Strahlumlenkreflektor erhöht; hierdurch erhöht sich auch der Koppelwirkungsgrad. Schließlich lassen sich zur Vermeidung von Divergenzverlusten wellenlei¬ tende Schichten einsetzen. The coupling elements according to the invention offer a number of advantages over the known beam splitter types. They can be built compactly and miniaturized. In particular, if they are produced using the impression technique, they can be mass-produced inexpensively. This ensures a high degree of reproducibility of the coupling properties. Fitting with light guides requires little or no adjustment effort. Detachable optical fiber connections can also be implemented. They can be used in a wide wavelength range, since they do not show any signs of dispersion when using light-reflecting material. They can be produced on any substrate, but also without a substrate, so that they can easily be adapted to the given requirements. For example, silicon wafers can be used as substrates, so that they can be easily integrated into electronic systems. In the case of the transparent embodiments, the transmitted intensity is increased by utilizing the transmission through the totally reflecting beam deflection reflector; this also increases the coupling efficiency. Finally, waveguiding layers can be used to avoid divergence losses.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Koppelelement für Lichtleiter a) mit mindestens drei in einer Ebene angeordneten, im Kop¬ pelelement endenden Führungskanälen zur Aufnahme der Lichtleiter, von denen b) der erste und der zweite Führungskanal in Abstand zuein¬ ander angenähert auf einer Geraden angeordnet sind und ihre Enden einen Abstandsbereich bilden, c) ein Strahlumlenkreflektor im Abstandsbereich vorgesehen ist, d) der Strahlumlenkreflektor so ausgebildet und angeordnet ist, daß in den vom ersten Führungskanal aufzunehmenden Lichtleiter eingestrahltes Licht in den vom zweiten Füh¬ rungskanal aufzunehmenden Lichtleiter übertragen wird, während Licht, das in den vom zweiten Führungskanal auf¬ zunehmenden Lichtleiter eingestrahlt wird, am Strahl¬ umlenkreflektor reflektiert wird, e) der oder die weiteren Führungskanäle so angeordnet sind, daß das am Strahlumlenkreflektor reflektierte Licht zu¬ mindest weitgehend auf das Ende des oder der von ihm oder ihnen aufzunehmenden Lichtleiter fällt, f) das Koppelelement mit den Führungskanälen und dem Strahlumlenkreflektor ein einziges, zusammenhängendes Bauteil darstellt.1. Coupling element for light guides a) with at least three guide channels arranged in one plane and ending in the coupling element for receiving the light guides, of which b) the first and the second guide channels are arranged approximately on a straight line at a distance from one another and their ends form a spacing area, c) a beam deflecting reflector is provided in the spacing area, d) the beam deflecting reflector is designed and arranged in such a way that light radiated into the light guide to be received by the first guide channel is transmitted into the light guide to be received by the second guide channel, while light which in the light guide rising from the second guide channel is radiated in, is reflected on the beam deflection reflector, e) the further guide channel (s) are arranged in such a way that the light reflected on the beam deflection reflector is at least largely directed to the end of the one or them to be received Light guide falls, f) d he coupling element with the guide channels and the beam deflection reflector is a single, coherent component.
2. Koppelelement nach Anspruch 1, bei dem das Ende der Führungskanäle durch Anschläge für die aufzunehmenden Lichtleiter begrenzt ist.2. Coupling element according to claim 1, wherein the end of the guide channels is limited by stops for the light guide to be accommodated.
3. Koppelelement nach Anspruch 2, bei dem der Strahlumlenk¬ reflektor den Anschlag für einen oder mehrere der von den Führungskanälen aufzunehmenden Lichtleiter bildet. 3. Coupling element according to claim 2, wherein the beam deflecting reflector forms the stop for one or more of the light guides to be received by the guide channels.
4. Koppelelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, bestehend aus einem optisch transparenten Kunststoff.4. Coupling element according to claim 1, 2 or 3, consisting of an optically transparent plastic.
5. Koppelelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, bestehend aus einem lichtreflektierenden Material.5. Coupling element according to claim 1, 2 or 3, consisting of a light reflecting material.
6. Koppelelement nach Anspruch 5, bestehend aus einem Me¬ tall.6. Coupling element according to claim 5, consisting of a metal.
7. Koppelelement nach Anspruch 5, bestehend aus einem Kunst¬ stoff, auf dessen Oberfläche eine Metallschicht aufgebracht ist.7. Coupling element according to claim 5, consisting of a plastic, on the surface of which a metal layer is applied.
8. Koppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit in die Führungskanäle integrierten Lichtleitern.8. Coupling element according to one of claims 1 to 7 with light guides integrated in the guide channels.
9. Koppelelement nach Anspruch 8, in dem als Lichtleiter Mul¬ timoden-Fasern integriert sind. 9. Coupling element according to claim 8, in which multimode fibers are integrated as light guides.
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