DD234304A1 - Verfahren zur herstellung eines optischen koppelelementes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Koppelelementes fuer optische Daten- und/oder Nachrichtenuebertragungssysteme durch Schmelzen von Glasmantel-Lichtwellenleitern. Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur oekonomischen Herstellung eines optischen Koppelelementes mit verbesserten Gebrauchswerteigenschaften anzugeben. Aufgabe ist es, ein Verfahren zu schaffen, wonach ein gleichzeitiges Ein-, Aus- sowie Ueberkoppeln von Lichtenergie am hergestellten Koppelelement ermoeglicht wird und geringere optische Verluste auftreten. Erfindungsgemaess werden zwei sich gegenueberstehende, stirnflaechig beruehrende, axial um einen Mindestbetrag versetzte Lichtwellenleiterenden innerhalb eines schmalen Bereiches geschmolzen und die im wesentlichen lichtfuehrenden Kerne mit einem definierten Radius bogenfoermig an die Lichtwellenleiteroberflaeche gefuehrt, wo eine direkte plane Ankopplung eines Diodenchips, Lichtwellenleiters oder aehnliches erfolgen kann. Fig. 2

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Koppelelementes, daß an Stelle der herkömmlichen Verzweigerelemente ein gleichzeitiges Aus-, Ein- sowie Überkoppeln von Lichtenergie gestattet und in einfacher Weise an jeder beliebigen Stelle eines Gradienten- oder Stufenprofil-Lichtwellenleiters mit optischem Glasmantel realisierbar ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Optische Verzweigungselemente können bei Verwendung von Hilfsmitteln und -medien als indirekte Koppler bzw. bei unmittelbarer Lichtüberkopplung zwischen den Lichtwellenleitern als direkte Koppler ausgeführt werden. Indirekte Koppler bedingen hierbei durch den Einsatz spezifischer Hilfsmittel wie z. B. miniaturistische Linsen /US-OS 4111522/ bzw. Spiegelbaugruppen /US-OS 3977764/, Gradientenlinsen /DE-OS 2840493/ oder Mischerelemente /DE-OS 4072399/ einen sehr hohen Justageaufwand, so daß in der Regel die optischen Kopplerparameter hinter denen von direktem Verzweigungselementen zurückbleiben und implizieren zumeist thermische und Alterungsprobleme. Bei der Herstellng von direkten Kopplern kommen als Fügeverfahren das Kleben, das mechanische Fixieren sowie das Schmelzschweißen zur Anwendung /Lochmann, St. u. a.: „Passive optische Verzweigungselemente" Nachrichtentechnik Elektronik 33 (1983) 11 S.444—449/. Auch hier ist bei mechanisch fixierten bzw. geklebten Verzweigungselementen mit Problemen hinsichtlich der Langzeitstabilität und des Temperaturverhaltens zu rechnen /Tran, D. C. u.a.: „Single — mode fibre directional couplers fabricated by twisting etching techniques"

IEEE — J. of Quantum Electronics QE —17(1981) 6, S. 988/. Demgegenüber schließt das Schmelzschweißen als Fügeverfahren bei der Kopplerherstellung derartiger Problematiken aus und bietet durch die Aufhebung der Grenzflächen und die Ausbildung stetiger geometrischer Übergänge innerhalb der Fügezone die Möglichkeit, niedrigste Koppelverluste zu erreichen. Allerdings bedarf es dazu einer sehr präzisen Steuerung der verschmelzungskinetischen Prozesse. '

Auch kommen bei schmelzgeschweißten Kopplern z. B. Taperkopplern immer mehrere Lichtwellenleiter zur Anwendung, die genau zueinander ausgerichtet und gehaltert werden müssen /DE-OS 2937580, DE-OS 2942318/. Die oftmals vorteilhafte Verwendung nur eines Lichtwellenleiters, bei dem eine unmittelbare Lichtaus- oder -einkopplung aus bzw. in ein Diodenchip erfolgt, wird nur bei dem sogenannten „Bulk"-Koppler /Castro, C. J.: „Passive fibre optic access coupler systems" Elektronic Engineering (1980) 4, S.34-36/ oder dem Strahlteilerkoppler /Weidel, E.: „Verzweiger für Rückstreumessungen" NTG-Fachberichte(1981) S. 182/erwähnt. Beim Bulk-Koppler wird durch Mikrokrümmungen, die durch ein Anpressen eines Lichtwellenleiters an eine in definierter Weise sinusförmig strukturierten Untergrund erzeugt werden, ein geringer Lichtanteil ausgekoppelt und über einen Hohlspiegel auf ein Empfängerelement gerichtet. Durch Verwendung eines derartigen, mit hohem zusätzlichen Aufwand zu fertigenden Koppelelementes werden einerseits die minimal erreichbaren geometrischen Abmaße begrenzt sowie zusätzliche Verluste hervorgerufen. Beim Strahlteilerkoppler, der durch äußerst genaues Anschleifen und Polieren eines in einer Kapillare o.a. eingeklebten Lichtwellenleiters und anschließendes Bedampfen hergestellt wird, ist der fertigungstechnische Aufwand für einen breiteren kommerziellen Einsatz unverhältnismäßig hoch.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur ökonomischen Herstellung eines optischen Koppelelementes aus Glasmantel-Lichtwellenleitem anzugeben, das gegenüber bekannten Schmelzverfahren die Herstellung von optischen Koppelelementen auch mit verbesserten Gebrauchswerteigenschaften sichert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Koppelelementes aus Glasmantel-

Jchtwellenleiter zu schaffen, wonach ein gleichzeitiges Ein-, Aus- sowie Überkoppeln von Lichtenergie am Koppelelement srmöglicht wird und geringere optische Verluste auftreten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches Punkt 1 dadurch gelöst, daß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches genannten Mittel und Verfahrensschritte Anwendung finden. Zur weiteren Vervollkommnung und Ausgestaltung der Erfindung sind die in den Ansprüchen Punkt 2-6 definierten Maßnahmen vorgesehen.

Vorteilhaft werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Ausnutzung eines Selbstzentriereffekes beim Verschweißen zweier sich gegenüberstehender, stirnflächig berührender, axial um einen Mindestbetrag versetzter Lichtwellenleiterenden innerhalb eines schmalen Bereiches, die im wesentlichen lichtführenden Kerne mit einem definierten Radius bogenförmig an die Lichtwellenleiteroberfläche geführt, wo eine direkte plane Ankopplung eines Diodenchips, Lichtwellenleiters oder ähnlichen erfolgen kann.

Vorteilhaft wird ferner erreicht, daß ein gleichzeitiges Ein-, Aus- sowie Überkoppeln von Lichtenergie am selben Koppelelement möglich wird.

Durch den infolge der wirkenden Oberflächenspannung hervorgerufenen Selbstzentrierungseffektes kommt es über einen viskosen Materialfluß zu einem stetigen Ausgleich des axialen Versatzes, wobei überraschenderweise gefunden wurde, daß die

Stirnflächen der Lichtwellenleiter-Kerne an der Glasoberfläche verbleiben.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand des nachstehenden Beispiels näher erläutert werden.

Die die Erfindung beschreibenden Abbildungen zeigen:

Figur 1: Stirnflächig berührend axial versetzte Lichtwellenleiter vor dem Schmelzprozeß Figur 2: Verschmolzene Lichtwellenleiter mit angesetztem Diodenchip bzw. eines zusätzlichen Lichtwellenleiters Entsprechend Fig. 1 werden zwei sich gegenüberstehende, um ca. 80/im stirnflächig berührend axial versetzte Lichtwellenleiter

(1) miteinander z. B. mittels Glimmentladung (2) verschweißt. Durch den infolge der wirkenden Oberflächenspannung hervorgerufenen Selbstzentrierungseffekt kommt es über einen viskosen Materialfluß zu einem stetigen Ausgleich des axial Versatzes, wobei in überraschender Weise gleichzeitig die Stirnflächen der Lichtwellenleiter-Kerne an der Glasoberfläche verbleiben. Da bei diesem Prozeß, wie auch in Fig. 2 angedeutet, die Lichtwellenleiter-Kerne leicht verjüngt werden, liegen besonders günstige Bedingungen zum Ein- und Auskoppeln von Lichtenergie aus Laserdiodenchips 3 und/oder planaren integriert optischen Strukturen vor, wobei auch zusätzlich Lichtwellenleiter 4 angebracht werden können.

Die ein- bzw. auszukoppelnde Lichtleistung sowie der geradlinig von Kanal a nach b in Fig. 2 überkoppelnde Lichtanteil können in besonders einfacher Weise durch Veränderung des axialen Versatzes bei Einhaltung eines Mindestversatzes von ca. 80μηπ in Abhängigkeit von den verwendeten Lichtwellenleiter-Geometrie verändert werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, durch ein geringfügiges Strecken der Lichtwellenleiter sowie die Wahl von Energiequellen, die eine breitere viskose Zone erzeugen, Einfluß auf den Krümmungsradius und den resultierenden Kernquerschnitt zu nehmen. Ein wesentlicher Vorteil einer derartigen Anordnung besteht neben der äußerst einfachen Realisierbarkeit auch im minimalen Platzbedarf auf Grund der direkten Ankoppelmöglichkeit von Sende- und Empfangsbauelementen z. B. für den Aufbau von Reperaterstationen.

Claims (6)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Koppelelementes aus Glasmantel-Lichtwellenleitem für optische Daten- und/oder Nachrichtenübertragungssysteme durch verschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lichtwellenleiter stirnflächig berührend axial versetzt und anschließend derart miteinander verschmolzen werden, daß die mit den höheren Brechnungsindex verschiedene Kernbereiche aus der Verbindungsebene bogenförmig herausragen und die Lichtwellenleiter während des Schmelzvorganges leicht im Querschnitt verjüngt werden.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Schmelzvorgang die Lichtwellenleiterenden mit einem Versatz von a 50/xm je nach Fasergeometrie versetzt gegeneinander fixiert werden.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Information tragende Licht über die bogenförmige Krümmung der Kerne an der Verbindungsstelle im verschmolzenen Lichtwellenleiter übergekoppelt wird.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht in die sich verjüngten und aus der Verbindungsebene bogenförmig herausgeführten Kerne von einem Senderz. B. einer lichtemittierende Diode oder einem Leser eingestrahlt wird.
5. 5. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Empfänger, z.B. eine Fotodiode oder ein Transistor das die Information tragende und aus den aus der Verbindungsebene bogenförmig herausgeführten verjüngten Kernen austretende Licht zur Signalaufbereitung und Signalverarbeitung aufnimmt.
6. 6. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Information tragende Licht in die verjüngten und aus der Verbindungsebene bogenförmig herausgeführten Kerne durch passive Elemente z. B. Lichtwellenleiter oder integrierte Optik ein-oder ausgestrahlt wird.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen