DD300133A5 - Verbindung zweier doppelbreschender Monomode-Lichtwellenleiter und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindung zweier doppelbrechender Monomode-Lichtwellenleiter und Verfahren zu ihrer Herstellung. Zum spannungs- und verlustarmen Verkleben zweier hochdoppelbrechender Monomode-LWL fuer interferometrische und polarimetrische Fasersensoren, polaristionsoptische Bauelemente und Systeme der kohaerentoptischen Nachrichtenuebertragung werden die Monomode-LWL an ihren Stirnflaechen mit ihren Doppelbrechungshauptebenen und axial zueinander ausgerichtet. Danach wird zwischen die Stirnflaechen zentrisch, im lichtleitenden Bereich eine Immersionsfluessigkeit eingebracht und die LWL werden solange mit ihren Stirnflaechen gegeneinander bewegt, bis zwischen ihnen ein kapillar wirkender Ringspalt entstanden ist und die Immersionsfluessigkeit zumindest den gesamten lichtleitenden Bereich bedeckt. Der periphere Mantelbereich wird mit einem aushaertbaren Kleber ausgefuellt. Fig. 1{Monomode-Lichtwellenleiter, hochdoppelbrechend; Verklebung; Herstellungsverfahren; Ausrichtung; Orientierung; Doppelbrechungshauptebenen; Stirnflaechen, benachbart; Immersionsfluessigkeit, isotrop; Lichtleitbereich; Kleber; Mantelbereich}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Verbindung zweier doppelbrechender Monomode-Lichtwellenleiter (nachfolgend LWL genannt), die stirnflächig miteinander unlösbar verklebt, zueinander ausgerichtet und bezüglich ihrer Doppelbrechungshauptebenen definiert orientiert sind und die auf den verschiedensten Gebieten und in unterschiedlichsten Bauelementen zur Anwendung kommen, z.B. bei interferometrischen und polarimetrischen Fasersensoren, polarisationsoptischen Bauelementen sowie Systemen der kohärent-optischen Nachrichtenübertragung. Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Herstellung der Verbindung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Herstellung von nicht lösbaren Verbindungen zwischen zwei LWL können diese bekanntlich verlötet, verklebt oder verschweißt werden, siehe J. Labs, „Verbindungstechnik für Lichtwellenleiter", VEB Verlag Technik Berlin 1989, Seiten 57 ff. Dabei nimmt das Schweißen, die Herstellung einer Fusionsverbindung zwischen den LWLzu einem Spleiß, die dominierende Stellung ein. Beim Verspleißen von bezüglich ihrer Doppelbrechungshauptachsen um "A gegeneinander verdrehten hochdoppelbrechenden LWL, wie sie für polarimetrische Sensoren oder LYOT-Depolarisatoren notwendig sind, sind optische Verluste von 1 bis 2 dB vorhanden. Neben dem relativ hohen Aufwand von teuren Spezialgeräten für die Spleißtechnologie hat das Spleißen den Nachteil, daß durch das Aufschmelzen der Leiterenden an der Verbindungsstelle die Doppelbrechungseigenschaften der LWL in unerwünschter Weise verändert werden.

Während das Verlöten von LWL wegen der damit verbundenen Schwierigkeiten, der notwendigen Hilfsstoffe, des Justieraufwandes, der Automatisierbarkeit und Universalität des Verfahrens sowie der Qualifikation und Belastung der Arbeitskräfte selten angewendet wird, findet das Verfahren der Verklebung zweier LWL zunehmend Verwendung, weil es universell verwendbar ist, eines geringen Energieeintrages in die Fügezone bedarf und die Reflexionsverluste herabsetzt. Dem stehen allerdings Nachteile wie notwendige Justiertechniken, geringe Lebensdauer, das Erfordernis spezieller Hilfsstoffe u. ä. gegenüber. Außerdem haben Untersuchungen zum Verkleben von hochdoppelbrechenden Monomode-LWL ergeben, daß beim Aushärten des Klebers in der Klebeschicht mechanische Spannungen entstehen, die die Polarisationseigenschaften des Lichtes an der Verbindungsstelle in unerwünschter, undefinierterweise verändern bzw. eine Desorientierung der LWL-Hauptachsen zueinander hervorrufen. Zur Vermeidung dieser Kleber- oder Kittschicht zwischen den Enden der zu verbindenden LWL sind diese gemäß der DE-OS 37 07 242 in einer Kapillare angeordnet, wo ihre Stirnflächen in ein Immersionsmedium tauchen und die Enden mit der Kapillare verklebt sind. Abgesehen davon, daß in diesem Fall eine zusätzliche Kapillare erforderlich ist, sind die Abstände zwischen den Stirnflächen sehr groß, und für die möglichst verlustlose optische Übertragung, insbesondere der Polarisationseigenschaften des Lichtes im Monomode-LWL ist der dort vorgeschlagene Mischer nicht geeignet.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung soll die aufgezeigten Mängel und Nachteile bei der exakten optischen Übertragung des Lichtes und der ihm innewohnenden Informationen beseitigen und mit einfachen Mitteln und geringem technischem Aufwand eine dämpfungsarme, feste Verbindung von zwei hochdoppelbrechenden Monomode-LWL mit definierter Orientierung ihrer Doppelbrechungshauptachsen zueinander realisieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zwei hochdoppelbrechende Monomode-LWL stirnseitig miteinander so zu verkleben, daß einerseits möglichst geringe Licht- und Informationsverluste und andererseits keine mechanischen Spannungen im lichtführenden Teil des Monomode-LWL auftreten. Insbesondere sollen durch die erfindungsgemäße Klebung die Doppelbrechungseigenschaften der LWL an der Verbindungsstelle nicht verändert werden. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen den Stirnflächen zweier benachbart angeordneter LWL im lichtleitenden Bereich eine isotrope Immersionsflüssigkeit und in dem den üchtleitenden Bereich umgebenden Mantelbereich ein ausgehärteter Kleber vorgesehen ist. Die isotrope Immersionsflüssigkeit ist ein doppelbrechungsfreies Medium, das die Polarisationseigenschaften des im LWL geführten Lichtes nicht verändert.

Damit die vorgesehene Wirkung ohne Einschränkungen erzielt wird, ist es wichtig, daß Immersionsflüssigkeit und Kleber in allen Bereichen satt aneinandergrenzen, daß also im vom Kleber umgrenzten Bereich sich ausschließlich Immersionsflüssigkeit und keine Luftblasen o. dgl. befinden.

Eine dämpfungsarme Verbindung der beiden LWL ergibt sich, wenn der Abstand zwischen den verklebten Stirnflächen 10 bis 20 pm beträgt.

Ein zur Herstellung der Verbindung vorteilhaftes Verfahren ergibt sich dadurch, daß auf eine der miteinander zu verklebenden Stirnflächen im lichtleitenden Bereich die Immersionsflüssigkeit aufgebracht wird, daß beide Stirnflächen relativ zueinander solange bewegt werden bis die Überkopplungsverluste minimal sind und somit die Immersionsflüssigkeit zumindest den gesamten lichtleitenden Bereich zwischen den beiden Stirnflächen ausfüllt und zwischen den beiden Stirnflächen peripher zur Immersionsflüssigkeit ein kapillar wirkender Ringspalt entsteht und daß der Kleber in den Ringspalt eingebracht wird. Dabei zieht sich der Kleber infolge der Kapillarwirkung in den Ringspalt hinein. Ggf. können die LWL gegenüber einer den Kleber liefernden Vorrichtung gedreht werden. Es wäre aber auch möglich, eine den Kleber ausstoßende Düse um den Kapillarspalt herumzuführen. Es hat sich als günstig erwiesen, die beiden Stirnflächen beim Verkleben im wesentlichen vertikal nebeneinander anzuordnen und die andere Stirnfläche gegen die mit der Immersionsflüssigkeit versehene Stirnfläche zu bewegen. Je nach der Art des verwendeten Klebers kann das Aushärten des in den Ringspalt eingebrachten Klebers unter UV-Licht oder unter weißem Licht bzw. Tageslicht, unter Normalbedingungen, geschehen. Zum Erhalt von optisch homogenen, ebenen Stirnflächen auf den Kernen der LWL ist es von Vorteil, die Stirnflächen zu polieren. Hierzu werden die entmantelten Leiterkerne in der Nähe der Stirnflächen in Kapillaren eingeführt und diese mit einer SpezialVorrichtung mit optischer Qualität poliert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: einen Längsschnitt durch zwei miteinander verklebte LWL in der Nähe ihrer Verbindungsstelle, Fig. 2: ein Querschnitt A-A (Fig. 1) in der Verbindungsstelle, Fig.3: einen Querschnitt B-B (Fig.1) durch eine der LWL.

Jeder von zwei in Fig. 1 dargestellten LWL 1 und 2 mit einer gemeinsamen Achse X-X weist eine Glaskapillare 3 (anstatt eines Mantels), zwei Epoxidharzschichten 4,5 zu beiden Seiten einer Quarzkapillare 6 und den eigentlichen Leiter, den Kern 7 auf. Der Verbindung der LWL 1 und 2 dient ein Kleber 8, der eine Immersionsflüssigkeit 9 umschließt. Die beiden hochdoppelbrechenden LWL vom Bowtie-Typ mit einer Beatlänge von 1,25 mm bei einer Arbeitswellenlänge von 850 nm werden entmantelt in die dünnen Quarzkapillaren 6 mit einem Außendurchmesser von 0,3 mm und diese zentrisch in die etwa 15mm langen und 5,2 mm Außendurchmesser aufweisenden Glaskapillaren 3 mit Epoxidharze 5 eingekittet. Danach werden die Stirnflächen 10,11 der LWL 1., 2 solange poliert bis die Querschnitte der Kerne 7 deutlich hervortreten. Als Immersionsflüssigkeit 9 wird ein Öl mit der Brechzahl 1,4694 zentrisch auf die Stirnfläche 10 aufgebracht und beide LWL 1 und 2 relativ zueinander axial bewegt, bis der Abstand zwischen beiden Stirnflächen etwa 10 pm beträgt und die Verluste an der Koppelstelle minimal sind. Die aufgebrachte Menge des Immersionsöls 9 ist so bemessen, daß dann das Immersionsöl den inneren Bereich zwischen den Stirnflächen 10 und 11 bis etwa zur Peripherie des Epoxidharzringes 4 bedeckt. Danach kann den Faserhauptachsen an der Verbindungsstelle unter Zuhilfenahme der Polarisationsmeßtechnik eine gewünschte Orientierung gegeben werden. Wird die Verbindung zur Herstellung von faseroptischen LYOT-Depolarisatoren verwendet, ist es erforderlich, zwei hochdoppelbrechende Monomode-LWL im Längenverhältnis 1:2 so zu koppeln, daß an der Verbindungsstelle die Doppelbrechungshauptachsen um "A zueinander verdreht sind. Bei Verwendung einer breitbandigen Lichtquelle mit einer Halbwertsbreite von 24 nm läßt sich am Ausgang der LWL 2 eine maximale Depolarisation mit einem maximalen Polarisationsgrad von weniger als 0,5% für alle linearen Polarisationszustände am Eingang der LWL1 erreichen. Für die Verklebung der beiden Stirnflächen 10,11 im peripheren Bereich oder Mantelbereich, der im wesentlichen mit dem Ringquerschnitt der Glaskapillare 3 übereinstimmt, wird ein UV-härtender Optikkitt verwendet. Nach dem Aushärten des Klebers 8 können keine Veränderungen der Polarisationseigenschaften am Depolarisatorausgang festgestellt werden. Die optischen Verluste der erfindungsgemäßen LWL-Verbindung liegen unter 1 dB

An Stelle des Öls kann auch ein anderes isotropes optisches Medium Verwendung finden.

Claims (8)

1. Verbindung zweier doppelbrechender Monomode-Lichtwellenleiter, die stirnflächig miteinander unlösbar verklebt und axial zueinander ausgerichtet und mit ihren Doppelbrechungshauptebenen zueinander definiert orientiert sind, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen den Stirnflächen zweier benachbart angeordneter Lichtwellenleiter im lichtleitenden Bereich eine isotrope Immersionsflüssigkeit und in dem den lichtleitenden Bereich umgebenden Mantelbereich ein ausgehärteter Kleber vorgesehen ist.

2. Verbindung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Immersionsflüssigkeit und Kleber unmittelbar aneinandergrenzen.

3. Verbindung gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Abstand zwischen den verklebten Stirnflächen 10 bis 20 цт beträgt.

4. Verfahren zum stirnflächigen Verkleben der Monomode-Lichtwellenleiter, gekennzeichnet dadurch, daß auf eine der miteinander zu verklebenden Stirnflächen im lichtleitenden Bereich die Immersionsflüssigkeit gegeben wird, daß beide Stirnflächen relativ zueinander solange bewegt werden bis die Immersionsflüssigkeit zumindest den lichtleitenden Bereich bedeckt und zwischen den beiden Stirnflächen peripher zur Immersionsflüssigkeit ein kapillar wirkender Ringspalt entsteht und daß der Kleber in den Ringspalt eingebracht wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Stirnflächen beim Verkleben im wesentlichen vertikal nebeneinander angeordnet sind und daß die andere der zu verklebenden Stirnflächen gegen die eine Stirnfläche bewegt wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß der in den Ringspalt eingebrachte Kleber unter UV-Licht zum Aushärten gebracht wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß der in den Ringspalt eingebrachte Kleber unter Normalbedingungen aushärtet.

8. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Lichtwellenleiter an ihren einander zugekehrten Enden entmantelt, in Kapillaren eingeführt und an den Stirnflächen poliert werden.