DE102005033120A1

DE102005033120A1 - Verfahren zum Herstellen eines optischen Biegesensors

Info

Publication number: DE102005033120A1
Application number: DE200510033120
Authority: DE
Inventors: Martin Franke; Tobias Happel; Helmut Nowsch; Clemens Scherer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Biegesensors, bei dem ein optischer Lichtwellenleiter (20c) randseitig derart mit einer Oberflächenstruktur (130) versehen wird, dass diese bei Biegung des Lichtwellenleiters eine biegungsabhängige Wellenleiterdämpfung bewirkt. DOLLAR A Um zu erreichen, dass sich ein solches Verfahren zum Herstellen eines optischen Biegesensors besonders einfach und kostengünstig durchführen lässt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Wellenleiterband (10), in dessen Hüllmaterial (40) zumindest zwei Lichtwellenleiter (20a-20e) eingebettet sind, zweistufig bearbeitet wird, wobei in einem ersten Bearbeitungsschritt im Bereich der herzustellenden Oberflächenstruktur (130) das Hüllmaterial (40) unter Bildung eines Öffnungsabschnitts (60) entfernt wird und in einem zweiten Bearbeitungsschritt die Oberflächenstruktur in den im Bereich des Öffnungsabschnitts befindlichen Lichtwellenleiter (20c) eingebracht wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US-Patenschrift 5,321,257 bekannt. Bei diesem vorbekannten Verfahren wird ein optischer Biegesensor durch einen Lichtwellenleiter gebildet. Der Lichtwellenleiter wird zur Erhöhung seiner Biegesensitivität randseitig mit einer Oberflächenstruktur versehen, die eine ausgeprägte biegungsabhängige Zusatzdämpfung hervorruft, sobald der Lichtwellenleiter im Bereich der Oberflächenstruktur gebogen bzw. gekrümmt wird; die durch die Oberflächenstruktur hervorgerufene biegungsabhängige Zusatzdämpfung ist deutlich größer als die üblichen Krümmungsverluste, die Wellenleiter in Krümmungsbereichen stets aufweisen. Die resultierende Dämpfung steht dabei in einem annähernd linearen Verhältnis zum jeweiligen Biegeradius des mit der Oberflächenstruktur versehenen Lichtwellenleiters. Die Änderung der Dämpfung des Lichtwellenleiters führt zu einer Änderung der Lichtleistung am Ausgang des Lichtwellenleiters, wodurch sich die Biegung des Wellenleiters messtechnisch erfassen lässt. Bei dem vorbekannten Verfahren wird die Oberflächenstruktur durch Rippen gebildet, die im Rahmen eines Einpressvorgangs in den Wellenleiterrandbereich eingebracht werden. Als Lichtwellenleiter werden Plastik- oder Glasfasern verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Biegesensors anzugeben, das sich besonders einfach und kostengünstig durchführen lässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Wellenleiterband, in dessen Hüllmaterial zumindest zwei Lichtwellenleiter eingebettet sind, zweistufig bearbeitet wird. In einem ersten Bearbeitungsschritt wird im Bereich der herzustellenden Oberflächenstruktur das Hüllmaterial entfernt, wodurch ein Öffnungsabschnitt gebildet wird. In einem zweiten, sich von dem ersten Bearbeitungsschritt unterscheidenden Bearbeitungsschritt wird im Bereich des Öffnungsabschnitts die Oberflächenstruktur in den dort befindlichen Lichtwellenleiter eingebracht.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zur Herstellung des Biegesensors ein Wellenleiterband mit zumindest zwei Lichtwellenleitern verwendet wird. Durch die Verwendung eines Wellenleiterbandes mit zwei oder mehr Lichtwellenleitern lässt es sich nämlich ermöglichen, im Rahmen eines Bandbearbeitungsprozesses – also mit einem relativ geringen Herstellungsaufwand – einen optischen Biegesensor herzustellen, der mehrere biegesensitive Segmente aufweist; die biegesensitiven Elemente sind dabei vorzugsweise auf unterschiedliche Lichtwellenleiter des Wellenleiterbandes verteilt. Dadurch, dass sehr einfach mehrere biegesensitive Segmente quasi gleichzeitig hergestellt werden können, lassen sich Biegesensoren mit mehreren Messmöglichkeiten bzw. mehreren Messfunktionalitäten mit nur relativ wenig Mehraufwand herstellen: Beispielsweise können mit einem Wellenleiterband mit mehreren auf verschiedenen Lichtwellenleitern des Wellenleiterbandes verteilten Segmenten an unterschiedlichen Stellen des Wellenleiterbandes Biegungen gemessen werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass trotz der Einbettung mehrerer Lichtwellenleiter in dem Wellenleiterband erfindungsgemäß dennoch eine ausgezeichnete Herstellungsqualität bei der Bildung der Oberflächenstrukturen erreicht wird; dies ermöglicht das erfindungsgemäße „Zweischrittverfahren". Dies soll nachfolgend kurz erläutert werden: Bei einer Einbettung von Lichtwellenleitern in einem Hüllmaterial eines Wellenleiterbandes lässt sich die Höhenlage der Lichtwellenleiter innerhalb des Hüllmaterials – also die relative Lage der Lichtwellenleiter relativ zur Oberfläche oder zur Mitte des Wellenleiterbandes – nicht exakt einstellen, so dass Lageschwankungen der Lichtwellenleiter innerhalb des Hüllmaterials unvermeidlich auftreten. Das Einbringen der Oberflächenstruktur in die eingebetteten Lichtwellenleiter kann somit zu nicht unerheblichen Toleranzen der Messgenauigkeit des späteren Biegesensors führen, wenn in einem einzigen Bearbeitungsschritt – beispielsweise mit einem Laser – sowohl das Hüllmaterial entfernt als auch die Oberflächenstruktur gebildet wird; denn das Laserlicht würde – im Falle einer außermittigen Lage des zu bearbeitenden Lichtwellenleiters in Richtung Oberfläche des Wellenleiterbandes – die Oberflächenstruktur zu tief in den Lichtwellenleiter „hineinschneiden" und – im Falle einer außermittigen Lage des zu bearbeitenden Lichtwellenleiters in Richtung Unterseite des Wellenleiterbandes – die Oberflächenstruktur nicht tief genug hineinschneiden. Es kann somit zu erheblichen Herstellungstoleranzen kommen. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, indem die Bearbeitung des Wellenleiterbandes zweistufig erfolgt. In einem ersten Bearbeitungsschritt wird im Bereich der herzustellenden Oberflächenstruktur zunächst das Hüllmaterial entfernt, wobei der eingebettete Lichtwellenleiter zunächst unbearbeitet bleibt. Nachdem das Hüllmaterial vollständig entfernt worden ist und der Lichtwellenleiter freiliegt oder quasi freiliegt (ggf. bleibt der Lichtwellenleiter noch mit einer Trennschicht versehen), wird in dem so gebildeten Öffnungsabschnitt erst mit der Bearbeitung des Lichtwellenleiters und der Herstellung der Oberflächenstruktur begonnen. Durch die zweistufige Bearbeitung des Wellenleiterbandes wird erreicht, dass auch im Falle einer unterschiedlichen Einbettungshöhe des Lichtwellenleiters oder einer unterschiedlichen Schichtdicke des Hüllmaterials keine Schwankungen in der „Bearbeitungstiefe" der Oberflächenstruktur auftreten können: Beispielsweise wird also durch die zweistufige Vorgehensweise vermieden, dass eine dünne Hüllmaterialschicht oberhalb des Lichtwellenleiters dazu führt, dass bei einem Bearbeiten des Wellenleiterbandes die Oberflächenstruktur zu tief in den Lichtwellenleiter eingebracht und die Dämpfung des Lichtwellenleiters zu sehr erhöht wird; in entsprechender Weise wird durch die zweistufige Vorgehensweise vermieden, dass im Falle eines zu dicken Hüllmaterials der eingebettete Lichtwellenleiter nicht tief genug mit der Oberflächenstruktur versehen wird, so dass der gewünschte biegesensitive Effekt nicht oder zumindest nicht ausgeprägt genug auftritt.

Besonders bevorzugt wird die Oberflächenstruktur in den freigelegten Lichtwellenleiter mit Hilfe eines Lasers eingebracht.

Da eine Bearbeitung des Wellenleiterbandes mit einem Laserstrahl besonders einfach und kostengünstig durchführbar ist, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn auch der erste Bearbeitungsschritt mit einem Laser durchgeführt wird. Um zu erreichen, dass im ersten Bearbeitungsschritt lediglich das Hüllmaterial, jedoch nicht der Lichtwellenleiter, bearbeitet wird, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn sich der Laserstrahl, der beim ersten Bearbeitungsschritt verwendet wird, von dem Laserstrahl unterscheidet, der für den zweiten Bearbeitungsschritt verwendet wird.

Vorzugsweise wird für den Laserstrahl des ersten Bearbeitungsschrittes eine Wellenlänge gewählt, für die das Hüllmaterial absorbierend und der Lichtwellenleiter transparent ist. Der zweite Bearbeitungsschritt wird anschließend mit einem Laserstrahl durchgeführt, dessen Wellenlänge derart gewählt ist, dass der Laserstrahl von dem Lichtwellenleiter absorbiert und der Lichtwellenleiter bearbeitet wird. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens wird also von dem Effekt Gebrauch gemacht, dass bei einer Wellenlänge, bei der ein Material einen Laserstrahl absorbiert, durch den Laserstrahl eine Materialbearbeitung erfolgt; ist das Material hingegen für den Laserstrahl transparent, so findet keine Materialbearbeitung statt, weil der Laserstrahl das Material lediglich „passiert". Es handelt sich bei dieser Variante der Erfindung also um ein zweistufiges Herstellungsverfahren, das wellenlängenselektiv ist.

Ist zwischen dem Lichtwellenleiter und dem Hüllmaterial eine separate Trennschicht vorgesehen, so kann diese im Rahmen des ersten oder des zweiten Bearbeitungsschrittes entfernt werden. Soll die Trennschicht im ersten Bearbeitungsschritt entfernt werden, so wird für den Laserstrahl des ersten Bearbeitungsschrittes eine Wellenlänge gewählt, für die auch die Trennschicht absorbierend ist. Soll hingegen die separate Trennschicht erst im Rahmen des zweiten Bearbeitungsschrittes entfernt werden, so wird für den Laserstrahl des ersten Bearbeitungsschrittes eine Wellenlänge gewählt, für die die Trennschicht transparent ist; demgemäß ist im letzteren Falle die Wellenlänge des Laserstrahls während des zweiten Bearbeitungsschrittes derart zu wählen, dass der Laserstrahl für die Trennschicht absorbierend ist.

Um die beschriebenen unterschiedlichen Wellenlängen besonders einfach einstellen zu können, werden für die beiden Bearbeitungsschritte vorzugsweise unterschiedliche Laser verwendet.

Anstelle von Laserstrahlen, die für die beiden Bearbeitungsschritte unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, können auch Laserstrahlen mit unterschiedlicher Energiedichte verwendet werden. Beispielsweise wird für den Laserstrahl des ersten Bearbeitungsschritts eine Energiedichte eingestellt, die gerade ausreicht, um das Hüllmaterial zu zerstören; da der Lichtwellenleiter thermisch stabiler als das Hüllmaterial ist, bleibt dieser, zumindest im Wesentlichen, unbeschädigt. Für den Laserstrahl des zweiten Bearbeitungsschrittes muss dann eine größere Energiedichte als beim ersten Bearbeitungsschritt eingestellt werden, damit auch der Lichtwellenleiter oberflächenseitig zerstört und die herzustellende Oberflächenstruktur gebildet werden kann. Es handelt sich bei dieser zweiten Variante der Erfindung also um ein energiedichteselektives, zweistufiges Herstellungsverfahren.

Falls zwischen dem Hüllmaterial und dem Lichtwellenleiter eine separate Trennschicht vorhanden ist, so kann diese auch bei der zweiten Variante im Rahmen des ersten oder des zweiten Bearbeitungsschrittes entfernt werden:
Soll die Trennschicht im Rahmen des ersten Bearbeitungsschrittes „zerstört" werden, so wird die Energiedichte des Laserstrahls für den ersten Bearbeitungsschritt derart eingestellt, dass die Energiedichte ausreicht, um das Hüllmaterial und die Trennschicht zu bearbeiten und zu entfernen; die Energiedichte ist dabei derart zu wählen, dass der Lichtwellenleiter selbst zumindest im Wesentlichen unbearbeitet bleibt.

Soll hingegen die Trennschicht im Rahmen des zweiten Bearbeitungsschrittes entfernt werden, so wird die Energiedichte im Rahmen des ersten Bearbeitungsschrittes derart eingestellt, dass zwar das Hüllmaterial entfernt wird, die Trennschicht jedoch noch unbearbeitet bleibt. Die Energiedichte des Laserstrahls ist dann im zweiten Bearbeitungsschritt derart zu wählen, dass sich mit dieser sowohl der Lichtwellenleiter als auch die Trennschicht bearbeiten lassen.

Wird das zweistufige Bearbeitungsverfahren über eine „Energiedichtesteuerung" durchgeführt, so kann dies mit ein und demselben Laser erfolgen, indem zum Entfernen des Hüllmaterials bzw. zur Durchführung des ersten Bearbeitungsschritts eine geringere Laserleistung und für den zweiten Bearbeitungsschritt, bei dem der Lichtwellenleiter behandelt wird, eine größere Laserleistung eingestellt wird.

Selbstverständlich ist es möglich, die beschriebene erste Variante der Erfindung, also die wellenlängenselektive zweistufige Bearbeitung des Wellenleiterbandes, mit der beschriebenen zweiten Variante der Erfindung, also der energiedichteselektiven Bearbeitung des Wellenleiterbandes, zu kombinieren.

Zur Herstellung des optischen Biegesensors können als Lichtwellenleiter optische Fasern, beispielsweise optische Glasfasern oder optische Polymerfasern, verwendet werden, die in einem Wellenleiterband eingebettet sind.

Das beschriebene Verfahren lässt sich besonders kostengünstig durchführen, wenn ein Wellenleiterband mit einem Hüllmaterial aus Acrylat, insbesondere einem UV-härtenden Acrylat, verwendet wird; denn bei Verwendung eines solchen Hüllmaterials lässt sich eine Bearbeitungstrennung zwischen dem Hüllmateri al und dem eingebetteten Lichtwellenleiter ohne besonders aufwendige technische Maßnahmen erreichen.

Als Trennschicht zwischen den eingebetteten Lichtwellenleitern und dem Hüllmaterial kann beispielsweise Silikon verwendet werden, da sich auch Silikon in seiner Bearbeitbarkeit von den in dem Hüllmaterial eingebetteten Lichtwellenleitern im Allgemeinen deutlich genug unterscheidet.

Zur Herstellung eines optischen Biegesensors mit zwei oder mehr biegesensitiven Segmenten wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zumindest zwei Lichtwellenleiter des Wellenleiterbandes jeweils mit einer Oberflächenstruktur – wie beschrieben – versehen werden, und zwar vorzugsweise in Längsrichtung der Lichtwellenleiter räumlich versetzt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen beispielhaft
1 ein Ausführungsbeispiel eines Biegesensors mit einem Wellenleiterband mit fünf Lichtwellenleitern, wobei in dem Wellenleiterband bereits ein Öffnungsabschnitt zur Herstellung einer Oberflächenstruktur eingebracht ist und
2 das Wellenleiterband gemäß 1 im Bereich des Öffnungsabschnitts im Querschnitt im Detail.
In der 1 erkennt man ein Wellenleiterband 10, in dem fünf Lichtwellenleiter 20a, 20b, 20c, 20d, 20e eingebettet sind. Eine Oberfläche 30 des Wellenleiterbandes 10 ist durch ein Hüllmaterial 40 gebildet, das von den im Wellenleiterband 10 eingebetteten Lichtwellenleitern 20a bis 20e durch eine Trennschicht 50 getrennt ist; im Bereich eines Öffnungsabschnitts 60 ist das Hüllmaterial 40 entfernt.
Die 2 zeigt den Öffnungsabschnitt 60 sowie die Wellenleiter nochmals im Detail im Querschnitt. Man erkennt, dass im Bereich des Öffnungsabschnitts 60 ein Loch 70 in das Hüllmaterial 40 eingebracht worden ist. Dieses Loch 70 erstreckt sich von der Oberfläche 30 des Wellenleiterbandes 10 bis zur Oberfläche 100 der Trennschicht 50.
Das Loch 70 wird im Rahmen eines ersten Bearbeitungsschrittes hergestellt, bei dem mit einem Laserstrahl das Hüllmaterial 40 im Bereich des Öffnungsabschnitts 60 entfernt wird. Die Wellenlänge λ₁ ist hierzu derart gewählt, dass das Hüllmaterial 40 des Wellenleiterbandes 10 den Laserstrahl, der in der 2 schematisch durch einen Pfeil P dargestellt ist, absorbiert. Aufgrund dieser Absorption wird das Hüllmaterial 40 im Bereich des Öffnungsabschnittes 60 zerstört und entfernt.
Die Wellenlänge λ₁ des Laserstrahls P ist dabei derart gewählt, dass die Trennschicht 50 sowie auch die eingebetteten Lichtwellenleiter 20a bis 20e für den Laserstrahl transparent sind. Es kommt demgemäß zu keiner Absorption des Laserstrahls und zu keiner Zerstörung der Trennschicht 50 oder der eingebetteten Lichtwellenleiter 20a bis 20e.
Handelt es sich bei dem Wellenleiterband 10 um ein Band, bei dem das Hüllmaterial 40 aus einem Acrylat, insbesondere einem UV-härtenden Acrylat, und die Trennschicht aus Silikon besteht und bei dem die eingebetteten Lichtwellenleiter 20a bis 20e durch Polymer-Fasern gebildet sind, so wird die Wellenlänge λ₁ für den ersten Bearbeitungsschritt vorzugsweise wie folgt gewählt: λ1 > λg1 wobei λ_g1 eine zulässige Grenzwellenlänge bezeichnet. Diese Grenzwellenlänge λ_g1 ergibt sich aus den Materialparametern des Hüllmaterials 40, der Trennschicht 50 sowie der Lichtwellenleiter 20a bis 20e. Die Grenzwellenlänge λ_g1 wird wie erläutert so gewählt, dass das Hüllmaterial das Laserlicht absorbiert und die Trennschicht das Laserlicht nicht absorbiert.
In einem zweiten Bearbeitungsschritt wird ein weiteres Loch 120 in das Wellenleiterband 10 eingebracht, indem entlang der Pfeilrichtung P ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge λ₂ auf das Loch 70 des Wellenleiterbandes 10 gerichtet wird. Die Wellenlänge λ₂ des Laserstrahls des zweiten Bearbeitungsschritts ist so gewählt, dass das Laserlicht sowohl von der Trennschicht 50 als auch von dem Material der Lichtwellenleiter 20a bis 20e absorbiert wird. Aufgrund der Absorption kommt es zu einer Zerstörung des Materials der Trennschicht 50 sowie des darunter liegenden Lichtwellenleiters 20c, so dass im oberen Bereich, der in der 2 mit dem Bezugszeichen 130 markiert ist, der Lichtwellenleiter 20c bearbeitet wird. Diese Bearbeitung wird mit dem Laserstrahl derart durchgeführt, dass eine Oberflächenstruktur 130 entsteht. Bei dieser Oberflächenstruktur kann es ich beispielsweise um eine Rippenstruktur oder eine sonstige periodische Struktur handeln, wie sie beispielsweise in der eingangs erwähnten US-Patentschrift, 5,321,257 beschrieben ist. Nach dem Einbringen der Oberflächenstruktur bildet das Wellenleiterband 10 einen Biegesensor, der mit weiteren Komponenten, beispielsweise einer Lichtquelle und einem Photodetektor, zur Bildung eines komplexen Biege-Messsystems verwendet werden kann.
Die Wellenlänge λ₂ wird also derart gewählt, dass folgende Beziehung gilt: λ2 < λg2 λ_g2 bezeichnet dabei eine zweite Grenzwellenlänge, die eine Bearbeitung sowohl der Trennschicht 50 als auch des darunter liegenden Lichtwellenleiters 20c ermöglicht. Konkret ist die Wellenlänge λ_g2 derart zu wählen, dass sowohl die Trennschicht 50 als auch der darunter liegende Lichtwellenleiter 20c das Laserlicht absorbieren, so dass es zu einer Materialzerstörung und zu einem Materialabtrag kommt.
Im Zusammenhang mit der 2 wurde das Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Biegesensors am Beispiel einer zweistufigen, wellenlängenselektiven Bearbeitung erläutert. Alternativ oder zusätzlich kann die zweistufige Bearbeitung des Wellenleiterbandes auch mittels eines energiedichteselektiven Verfahrens erfolgen, bei dem im Rahmen des ersten Bearbeitungsschrittes ein Laserstrahl verwendet wird, dessen Energiedichte E₁ derart gewählt ist, dass der Laserstrahl zunächst nur das Hüllmaterial 30 zerstört und dabei die darunter liegende Trennschicht 50 und den eingebetteten Lichtwellenleiter 20c noch unbeschädigt lässt.
Im Rahmen des zweiten Bearbeitungsschrittes, bei dem die Trennschicht 50 und der darunter liegende Lichtwellenleiter 20c bearbeitet werden, ist dann ein Laserstrahl einzusetzen, dessen Energiedichte E₂ sowohl die Trennschicht 50 als auch den Lichtwellenleiter 20c an dessen Oberfläche zerstört bzw. zu einem Materialabtrag führt.
Aufgrund der beschriebenen zweistufigen Bearbeitung des Wellenleiterbandes 10 kann die Veränderung des Lichtwellenleiters 20c unabhängig davon erfolgen, welche Höhe h die obere Materialschicht 140 des Hüllmaterials 40 oberhalb des Lichtwellenleiters 20c aufweist. Dies soll nachfolgend erläutert werden:
Würde man die Bearbeitung des Lichtwellenleiters 20c in einem einzigen Bearbeitungsschritt, beispielsweise mit einem einzigen Laserstrahl, durchführen, so wäre die Bearbeitungstiefe innerhalb des Lichtwellenleiters 20c bzw. der Bearbeitungsbereich 130 innerhalb des Lichtwellenleiters 20c unbestimmt, da sich nämlich Dickenschwankungen der Materialschicht 140 unmittelbar in einer Schwankung der Bearbeitungstiefe des Lichtwellenleiters 20c ausdrücken würden.
Da bei dem beschriebenen Verfahren zunächst die Materialschicht 140 oberhalb des Lichtwellenleiters 20c vollständig entfernt wird, wobei die Trennschicht 50 noch unbearbeitet bleibt, fallen etwaige Dickenschwankungen der Dicke h der Materialschicht 140 nicht ins Gewicht und spielen keine Rolle für den darauf folgenden zweiten Bearbeitungsschritt, bei dem nur noch die Trennschicht 50 und der darin eingebettete Lichtwellenleiter 20c bearbeitet werden.
Ein ganz wesentlicher Vorteil des beschriebenen Verfahrens ist somit darin zu sehen, dass sich unabhängig von etwaigen Dickentoleranzen der Materialschicht 140 die Parameter der Oberflächenstruktur 130 für den zu bearbeitenden Lichtwellenleiter 20c sehr genau einstellen lassen und sich somit sehr genau ein vorgegebenes Dämpfungsverhalten des Lichtwellenleiters 20c erreichen lässt. Es wird somit eine toleranzarme Bearbeitung des Wellenleiterbandes ermöglicht, wobei etwaige Herstellungsschwankungen bei der Herstellung der Dicke h der Materialschicht 140 keinen Einfluss auf das optische Verhalten der darin eingebetteten und nachfolgend mit einer Oberflächenstruktur 130 versehenen Lichtwellenleiter haben.
Zwar sind trotz des Entfernens des Hüllmaterials 40 oberhalb des Lichtwellenleiters 20c die absolute Lage des Lichtwellenleiters 20c und dessen Abstand zum Laser unbekannt, da auch die Dicke h2 der unteren Materialschicht 180 des Hüllmaterials 40 Materialschwankungen unterworfen ist; jedoch spielt dies für das Verfahren keine Rolle: Laser weisen nämlich einen Fokusbereich auf, der größer als die Dickentoleranz der Dicke h2 ist, so dass die Leistungsdichte und der Materialabtrag im zweiten Bearbeitungsschritt unabhängig davon ist, welchen Abstand der Lichtwellenleiter 20c von der Unterseite 200 des Wellenleiterbandes 10 aufweist und welchen tatsächlichen Abstand er zum Laser einnimmt.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optischen Biegesensors, bei dem ein optischer Lichtwellenleiter (20c) randseitig derart mit einer Oberflächenstruktur (130) versehen wird, dass diese bei Biegung des Lichtwellenleiters eine biegungsabhängige Wellenleiterdämpfung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenleiterband (10), in dessen Hüllmaterial (40) zumindest zwei Lichtwellenleiter (20a-20e) eingebettet sind, zweistufig bearbeitet wird, wobei – in einem ersten Bearbeitungsschritt im Bereich der herzustellenden Oberflächenstruktur (130) das Hüllmaterial (40) unter Bildung eines Öffnungsabschnitts (60) entfernt wird und – in einem zweiten Bearbeitungsschritt die Oberflächenstruktur in den im Bereich des Öffnungsabschnitts befindlichen Lichtwellenleiter (20c) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bearbeitungsschritt mit einem Laserstrahl (P) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bearbeitungsschritt mit einem Laserstrahl durchgeführt wird, der sich von dem Laserstrahl des zweiten Bearbeitungsschritts dadurch unterscheidet, dass er den im Hüllmaterial eingebetteten Lichtwellenleiter unbearbeitet lässt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, – dass für den Laserstrahl des ersten Bearbeitungsschritts eine Wellenlänge (λ₁) gewählt wird, für die das Hüllmaterial (40) absorbierend und der Lichtwellenleiter (20c) transparent ist, und – dass für den Laserstrahl des zweiten Bearbeitungsschritts eine Wellenlänge (λ₂) gewählt wird, für die der Lichtwellenleiter absorbierend ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer separaten Trennschicht zwischen dem Hüllmaterial und den eingebetteten Lichtwellenleitern für den Laserstrahl des ersten Bearbeitungsschritts eine Wellenlänge gewählt wird, für die die Trennschicht absorbierend ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, – dass im Falle einer separaten Trennschicht (50) zwischen dem Hüllmaterial (40) und den eingebetteten Lichtwellenleitern (20a-20e) für den Laserstrahl des ersten Bearbeitungsschritts eine Wellenlänge gewählt wird, für die die Trennschicht (50) transparent ist, und – dass für den Laserstrahl des zweiten Bearbeitungsschritts eine Wellenlänge gewählt wird, für die die Trennschicht absorbierend ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Bearbeitungsschritte mit unterschiedlichen Lasern durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, – dass für den Laserstrahl des ersten Bearbeitungsschritts eine Energiedichte (E₁) eingestellt wird, die das Hüllmaterial (40) zerstört und den Lichtwellenleiter (20c) unbearbeitet, zumindest weitgehend unbearbeitet, lässt, und – dass für den Laserstrahl des zweiten Bearbeitungsschritts eine Energiedichte (E₂) eingestellt wird, die den Lichtwellenleiter bearbeitet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer separaten Trennschicht zwischen dem Hüllmaterial und den eingebetteten Lichtwellenleitern für den Laserstrahl des ersten Bearbeitungsschritts eine Energiedichte eingestellt wird, die die Trennschicht zerstört und den Lichtwellenleiter unbearbeitet lässt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer separaten Trennschicht (50) zwischen dem Hüllmaterial (40) und den eingebetteten Lichtwellenleitern (20a-20e) für den Laserstrahl des ersten Bearbeitungsschritts eine Energiedichte eingestellt wird, die die Trennschicht unbearbeitet lässt, und dass für den Laserstrahl des zweiten Bearbeitungsschritts eine Energiedichte eingestellt wird, die die Trennschicht bearbeitet.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Bearbeitungsschritte mit demselben Laser durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtwellenleiter eine optische Faser bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtwellenleiter eine optische Glasfaser bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtwellenleiter eine optische Polymerfaser bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenleiterband (10) mit einem Hüllmaterial (40) aus Acrylat, insbesondere UV-härtendem Acrylat, bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenleiterband (10) mit einer Trennschicht (50) aus Silikon bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Lichtwellenleiter des Wellenleiterbandes jeweils mit einer Oberflächenstruktur versehen werden, und zwar in Längsrichtung der Lichtwellenleiter räumlich versetzt.