DE102006047207B3

DE102006047207B3 - Optischer Drehverteiler für Lichtwellenleiter

Info

Publication number: DE102006047207B3
Application number: DE102006047207A
Authority: DE
Inventors: Georg Prof. Ankerhold
Original assignee: Fachhochschule Koblenz
Current assignee: Fachhochschule Koblenz
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2026-10-06
Also published as: US7613371B2; US20080118204A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum drehbaren Koppeln von Lichtleitfasern, wobei eine Kopplungsvorrichtung umfasst: ein erstes Gehäuseelement (14) und ein zweites Gehäuseelement (16), wobei die Kopplungsvorrichtung eine Rotationsachse (12) aufweist, um welche das erste und zweite Gehäuseelement (14, 16) relativ zueinander drehbar sind; ein erstes Faserpositionierelement (44) zum Positionieren eines Abschnitts einer ersten Lichtleitfaser (LF1) relativ zum ersten Gehäuseelement (14); ein zweites Faserpositionierelement (48) zum Positionieren eines Abschnitts einer zweiten Lichtleitfaser (LF2) relativ zum zweiten Gehäuseelement (16); und einen Faserführungskörper (28), in welchem eine Faserführungskapillare (30) ausgebildet ist, wobei die Faserführungskapillare (30) sich entlang der Rotationsachse (12) von einer ersten Fasereinführöffnung (32) zum Aufnehmen eines Endabschnitts der ersten Lichtleitfaser (LF1) zu einer zweiten Fasereinführöffnung (34) zum Aufnehmen eines Endabschnitts der zweiten Lichtleitfaser (LF2) durchgängig erstreckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kopplungsvorrichtung für Lichtleitfasern und insbesondere einen optischen Drehkoppler mit verbesserten Kopplungseigenschaften.
Vorrichtungen, die die Übertragung optischer Signale über eine Glasfaser zwischen zwei sich drehenden Einheiten erlauben, sind schon seit langem bekannt (siehe z. B. US 5 039 193 A . Seitdem Glasfasern industriell in großem Rahmen eingesetzt werden, um Datenströme sehr schnell zu übertragen, eine galvanische Entkopplung zwischen zwei elektrischen Systemen herzustellen oder durch einen rein optischen Aufbau eine hohe Sicherheit gegenüber elektrischen Störstrahlungen zu gewährleisten, gibt es immer wieder das Problem, auch zwischen rotierenden Systemen eine optische Signalübertragung zu ermöglichen.
Optische Drehkoppler besitzen ein breites Anwendungsspektrum beispielsweise in der Stahl- und Papierindustrie, bei Fertigungsrobotern in der Automobilindustrie, bei Radar- und medizinischen Tomographiesystemen aber auch bei vielen Sensoranwendungen, wo eine hohe Datenübertragungsrate verbunden mit großer Störsicherheit erforderlich ist. Weiterhin kommt es bei der analogen Übertragung optischer Signale wie z. B. bei Sensoranwendungen darauf an, eine von der Drehbewegung möglichst unabhängige optische Dämpfung zu haben, um eine zusätzliche durch die Drehbewegung eingebrachte Störmodulation zu vermeiden.
Die Signalführung erfolgt bei optischen Drehkopplern in der Regel über rotierende Lichtleitfasern. Bei geringen Datenströmen werden in der Regel mechanisch und optisch unempfindlichere Multi-Mode-Fasern eingesetzt, bei hohen Datenraten werden hingegen in der Regel Single-Mode-Fasern verwendet. Das Problem bei rotierenden Single-Mode-Lichtleitfasern mit einem lichtführenden Kerndurchmesser von beispielsweise nur etwa 9 μm besteht darin, einen möglichst dämpfungsfreien und von der Rotationsbewegung weitgehend unabhängigen, also zeitlich konstanten, optischen Übergang zu gewährleisten.
Typische Durchgangsdämpfungen in herkömmlichen Systemen liegen im Bereich von etwa 2 bis 2,5 dB. Darüber hinaus zeigt sich durch die Drehbewegung eine zusätzliche drehwinkelabhängig schwankende optische Dämpfung mit einem Minimum-Maximum-Wert im Bereich von etwa 1 dB, die sich in Folge der Rotation als zusätzliche Modulation des optischen Signals auswirkt. Die Stärke dieser Modulation wird im Allgemeinen mit der Dämpfungsvarianz des Drehkopplers beschrieben. Für digitale Übertragungen mit hinreichend hohen optischen Signalpegeln braucht diese rotationsabhängige Modulation in der Regel nicht weiter betrachtet zu werden. Für eine Übertragung analoger optischer Signale, wie zum Beispiel bei Sensoranwendungen, erweist sich dieser Effekt hingegen nicht nur als außerordentlich hinderlich und nachteilig, sondern in vielen Fällen auch als begrenzend.
Um ein optisches Signal von einer rotierenden in eine stationäre Faser bzw. zwischen relativ zueinander drehende Fasern zu übertragen, muss berücksichtigt werden, dass der lichtleitende Kerndurchmesser einer Single-Mode-Faser nur 9 μm beträgt und das Licht unter einem relativ großen Öffnungswinkel divergent aus der Faser austritt. Ein direktes Überkoppeln von einem rotierenden zu einem gegenüberstehenden stationären Faserende bzw. zwischen relativ zueinander drehende Fasern ist daher angesichts der stets auftretenden mechanischen Schwankungen schwierig und mit großen Verlusten behaftet. Bereits ein geringer axialer Abstand bzw. eine leichte laterale radiale Versetzung von wenigen μm zweier zu koppelnder Lichtleitfaserenden führt zu erheblichen Verlusten.
Daher wird in herkömmlichen Drehkopplern das aus einer ersten Lichtleitfaser bzw. Glasfaser tretende Licht mit einer Linsenoptik aufgeweitet und kollimiert und über eine gegenüberliegende zweite Linse in eine zweite Lichtleitfaser bzw. Glasfaser wieder eingekoppelt. Eine typische Funktionsweise eines optischen Drehkopplers mit Kollimationslinsen gestaltet sich wie folgt: Licht, das durch eine Glasfaser austritt, wird aufgeweitet, kollimiert und auf den sich drehenden Rotor geschickt. Dort sammelt ein mit dem Rotor fest verbundener Kollimator das Licht und koppelt es in die sich ebenfalls drehende Glasfaser wieder ein. Durch Aufweiten des Strahldurchmessers wird verhindert, dass insbesondere bei Single-Mode-Fasern mit einem Kerndurchmesser von wenigen Mikrometern (typischerweise etwa 9 μm) feinmechanische Ungenauigkeiten oder kleinste Justageänderungen durch äußere Erschütterungen bzw. Temperatureinflüsse aber auch Staub auf der Stirnseite der Glasfaser zu einer starken optischen Übertragungsdämpfung an der rotierenden Schnittstelle führen.
Ein typischer Aufbau eines herkömmlichen optischen Drehkopplers für Multi-Mode- und Single-Mode-Betrieb ist in 9 dargestellt. Dabei wird das durch einen ersten Lichtwellenleiter 110 geleitete Licht in eine Kollimationsoptik aus einer in der Drehachse liegenden ersten Gradientenindexlinse 112 ("GRIN-Linse", "graded refractive index lens") geführt und dort in seinem Strahldurchmesser aufgeweitet. Nach Durchlaufen einer kurzen Strecke von < 1 mm wird das Licht mit einer ebenfalls in der Drehachse liegenden zweiten GRIN-Linse 114 aufgefangen und in einen vorzugsweise relative zum ersten Lichtwellenleiter 110 rotierbaren zweiten Lichtwellenleiter 116 wieder eingekoppelt. Durch Verwendung von GRIN-Linsen anstelle geschliffener Quarzglaslinsen gestalten sich die Abmessungen des optischen Drehkopplers als klein und sehr kompakt.
Um eine aufwändige nachträgliche Justage eines mit GRIN-Linsen aufgebauten Drehkopplers zu vermeiden, werden hohe Anforderungen an die so genannte "Punktstabilität" der verwendeten GRIN-Linsenkollimatoren gestellt, siehe 10. Unter der "Punktstabilität" versteht man den Winkel α (sog. "Swinging Angle") zwischen dem austretendem Lichtstrahl und der geometrischen Achse eines zylindersymmetrischen GRIN-Linsenkollimators 118. Die "Punktstabilität" bestimmt zusammen mit den mechanischen Fertigungstoleranzen die Einkoppeleffizienz des übertragenen Lichtes und damit die Dämpfungsvarianz bei Rotation. In herkömmlichen Drehkoppler beträgt diese typischerweise etwa 1 bis 2 dB.
In herkömmlichen Drehkopplern ist es unumgänglich, Eintritts- und Austrittsflächen von Linsen mit Antireflexschichten zu versehen, da ansonsten starke Rückreflexionen auftreten. Solche Antireflexschichten weisen typischerweise eine Wellenlängenabhängigkeit auf und können meist nur für eine bestimmte Wellenlänge (z. B. 1310 nm ± 20 nm oder 1550 nm ± 20 nm) optimiert werden. Nachteilig erweist sich zudem der kleine Luftspalt zwischen den beiden Linsen, in den optisch störende Luftfeuchtigkeit oder Staub eindringen kann.
DE 42 08 140 A1 beschreibt eine Drehkupplung für relativ zueinander verdrehbare Lichtwellenleiter, welche ein Kupplungsteil mit einer dem Durchmesser der zu kupplenden Faserenden der Lichtwellenleiter passgenau entsprechenden Bohrung aufweist. Diese nimmt nach dem Stift-Hülse-Prinzip die ungefasst gelassenen und aus einer jeweiligen Fassungsbuchse herausragenden Faserenden Stirn an Stirn gegenüberliegend auf.
US 5 633 963 A offenbart eine Drehkupplung für Lichtwellenleiter mit zwei korrespondierenden Steckverbinderkomponenten. Dabei umfasst jede der beiden Steckverbinderkomponenten eine Steck- bzw. Klemmhülse, in die jeweils ein Endabschnitt eines Lichtwellenleiters eingesteckt ist. Im gekoppelten Zustand sind die beiden Steckhülsen in eine Führungshülse in Form einer Schlitzhülse eingesteckt und mit ihren Stirnseiten zur Übertragung optischer Signale aneinander angeordnet.
DE 26 37 448 C2 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden von zusammenpassenden Enden eines Paares optischer Fasern in einer Verspleißvorrichtung.
In DE 197 29 978 A1 ist eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden zweier Lichtleiter oder Lichtleiterbündel miteinander beschrieben. Dabei ist jeweils ein Ende der beiden Lichtleiter in einer Aufnahmebuchse festgelegt. Jede Aufnahmebuchse und das jeweils darin festgelegte Ende der Lichtleiter weisen eine gemeinsame plangeschliffene Stirnfläche auf, und die beiden Aufnahmebuchsen und die jeweils darin festgelegten Enden der Lichtleiter sind an ihren Stirnflächen mittels einer die beiden Aufnahmebuchsen umschließenden Überwurfhülse koaxial zueinander unter Druck in Kontakt miteinander zusammengehalten.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum rotierbaren Koppeln von Lichtleitfasern mit verbesserten Kopplungseigenschaften bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kopplungsvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und ein Verfahren mit den im Anspruch 15 angegebenen Merkmalen erfüllt. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Somit stellt die vorliegende Erfindung eine Kopplungsvorrichtung für Lichtleitfasern bereit, welche umfasst:

– ein erstes Gehäuseelement und ein zweites Gehäuseelement, wobei die Kopplungsvorrichtung eine Rotationsachse aufweist, um welche das erste und zweite Gehäuseelement relativ zueinander drehbar sind;
– ein erstes Faserpositionierelement zum Positionieren eines Abschnitts einer ersten Lichtleitfaser relativ zum ersten Gehäuseelement;
– ein zweites Faserpositionierelement zum Positionieren eines Abschnitts einer zweiten Lichtleitfaser relativ zum zweiten Gehäuseelement; und
– einen Faserführungskörper, in welchem eine Faserführungskapillare insbesondere zum Aufnehmen einer Immersionsflüssigkeit ausgebildet ist, wobei die Faserführungskapillare sich entlang der Rotationsachse von einer ersten Fasereinführöffnung zum Aufnehmen eines Endabschnitts der ersten Lichtleitfaser zu einer zweiten Fasereinführöffnung zum Aufnehmen eines Endabschnitts der zweiten Lichtleitfaser, welche relativ zur ersten Lichtleitfaser rotierbar ist, durchgängig erstreckt,

Damit wird eine einfache sowie sehr stabile und zuverlässige Ausrichtung von zwei zu koppelnden Lichtleitfaserenden erreicht. Durch diese Anordnung gelingt somit eine weitgehende Entkopplung von äußeren mechanischen Einflüssen und Drifterscheinungen, die bei herkömmlichen Drehkopplern mit Linsenoptik aufgrund lateraler, relativer Verschiebungen der Lichtleitfaserenden gegeneinander zu unerwünscht hohen Dämpfungsverlusten führen. Somit wird durch die vorliegende Erfindung eine Verbesserung der Kopplungseigenschaften bei einer drehbaren Kopplung von Lichtleitfasern erreicht. Als Lichtleitfasern eignen sich insbesondere Single-Mode-Fasern und Multi-Mode-Fasern, worunter insbesondere Gradientenindex-Fasern, Stufenindex-Fasern, Hohlkern-Fasern, Multikern-Fasern aus verschiedenen Materialien wie z. B. polymeroptische Fasern (Kunststoff- oder auch "polymer optical fibers" bzw. POF-Fasern), Fluorid-Fasern oder Chalgonid-Fasern fallen.
Die Faserführungskapillare enthält vorzugsweise zumindest teilweise eine Immersionsflüssigkeit, insbesondere eine brechungsindexangepasste Immersionsflüssigkeit. Bei einer brechungsindexangepassten Immersionsflüssigkeit kann der Brechungsindex etwa um bis zu etwa +/–20%, bevorzugt um bis zu etwa +/–10% von dem Brechungsindex der Lichtleitfaser, insbesondere von dessen Faserkern, abweichen, wobei ein zu großer Brechzahlunterschied von Lichtleitfaser, insbesondere Faserkern, und Immersionsöl eine Zunahme der optischen Durchgangsdämpfung, insbesondere durch Rückreflexion von Licht in die Faser, bewirkt.
Vorzugsweise ist eines der beiden Gehäuseelemente als Stator und das andere als Rotor ausgestaltet bzw. einsetzbar. In einer alternativen Ausführungsform sind beide Gehäuseteile als Rotor ausgestaltet bzw. einsetzbar.
Vorzugsweise ist der Faserführungskörper mit dem ersten Gehäuseelement verbunden und zusammen mit dem ersten Gehäuseelement relativ zum zweiten Gehäuseelement entlang der Rotationsachse drehbar.
Vorzugsweise ist der Faserführungskörper als einstückige Komponente, insbesondere als Glaskapillarröhrchen ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Faserführungskapillare zumindest teilweise einen kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse auf, dessen Durchmesser vorzugsweise dem Durchmesser einer eingesetzten bzw. einzusetzenden Lichtleitfaser entspricht. Besonders bevorzugt liegt der Durchmesser bei etwa 125 μm.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform weist die Faserführungskapillare zumindest teilweise einen nicht kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse auf. Vorzugsweise weist die Faserführungskapillare einen zum Querschnitt eines der in der Faserführungskapillare aufgenommenen Endabschnitte der Lichtleitfasern unterschiedlichen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse auf.
Insbesondere weist die Faserführungskapillare vorzugsweise zumindest teilweise bzw. abschnittsweise einen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse derart auf, dass sich bei eingesetzter Lichtleitfaser mit insbesondere kreisförmigem Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse eine Vielzahl von Mikrokanälen zur Aufnahme und/oder zum Transport einer Flüssigkeit, insbesondere einer Immersionsflüssigkeit zwischen der Lichtleitfaser und dem Faserführungskörper und eine Vielzahl von Faserführungskontakten ausbilden, in denen die Lichtleitfaser in mechanischem Kontakt mit dem Faserführungskörper steht. Damit lässt sich in besonders effizienter Weise die mechanische Reibung zwischen der Lichtleitfaser und dem Faserführungskörper verringern, während eine gute laterale Führung der Lichtleitfaser in der Faserführungskapillare sichergestellt ist. Dabei wird vorzugsweise durch die Flüssigkeit, insbesondere die Immersionsflüssigkeit an den Faserführungskontakten eine Schmierung zwischen den der Lichtleitfaser und dem Faserführungskörper gebildet.
Vorzugsweise weist die Faserführungskapillare einen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse auf, der zumindest teilweise durch einen Polygonzug, insbesondere ein Dreieck, ein Quadrat oder ein vorzugsweise regelmäßiges Fünf- oder Sechseck, usw., beschrieben werden kann, dem ein Kreis einbeschrieben werden kann. Dabei bilden sich vorzugsweise im Bereich der Ecken des Polygonzugs Mikrokanäle aus, während vorzugsweise jede Seite des Polygonzugs unter Bildung eines Faserführungskontakts mit der eingesetzten Lichtleitfaser in mechanischem Kontakt steht.
Besonders bevorzugt weist die Faserführungskapillare zumindest bereichsweise bzw. abschnittsweise einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse auf. Der "im wesentlichen" quadratische Querschnitt bezeichnet dabei insbesondere einen Querschnitt, dessen Rand zum größten Teil von einem Quadrat beschrieben wird, wobei beispielsweise insbesondere die Ecken auch abgerundet oder abgeschnitten sein können. Auch wenn der Rand des Querschnitt im wesentlichen durch andere Polygonzüge beschrieben werden kann, können die Ecken abgerundet oder abgeschnitten sein. Vorzugsweise entspricht die Seitenlänge des vorzugsweise im wesentlichen quadratischen Querschnitts im wesentlichen dem Durchmesser der Lichtleitfaser, besonders bevorzugt beispielsweise etwa 125 μm.
Vorzugsweise weitet sich der Querschnitt der Faserführungskapillare zur ersten und/oder zweiten Fasereinführöffnung hin auf. Insbesondere ist die Faserführungskapillare zur ersten und/oder zweiten Faserführungsöffnung hin im wesentlichen konische bzw. trichterförmig ausgebildet, wobei sie in einem zentralen bzw. mittleren Abschnitt einen im wesentlichen in etwa konstanten Querschnitt aufweist. Vorzugsweise weist die Faserführungskapillare auf einer Länge parallel zur Rotationsachse von mindestes etwa 3 mm, vorzugsweise mindestens etwa 5 mm noch mehr bevorzugt mindestens etwa 10 mm, am meisten bevorzugt mindestens etwa 20 mm einen im wesentlichen konstanten Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse auf.
Vorzugsweise wird der Faserführungskörper von einer Aufnahmehülse getragen, mittels welcher der Faserführungskörper mit dem ersten Gehäuseelement verbunden ist.
Vorzugsweise bildet bzw. bilden das erste und/oder zweite Gehäuseelement einen Flüssigkeitsaufnahmeraum der mit der Faserführungskapillare zum Flüssigkeitsaustausch in Verbindung steht oder es schließt bzw. sie schließen Flüssigkeitsaufnahmeraum ein. Vorzugsweise ist im ersten und/oder zweiten Gehäuseelement zumindest ein Flüssigkeitskanal ausgebildet, der den Flüssigkeitsaufnahmeraum mit zumindest einer von außerhalb der Vorrichtung zugänglichen Flüssigkeitseinfüllöffnung verbindet.
Vorzugsweise sind das erste und zweite Gehäuseelement in Richtung parallel zur Rotationsachse (axial) um weniger als etwa 1 mm, besonders bevorzugt um weniger als etwa 500 μm, noch mehr bevorzugt um weniger als etwa 100 μm, am meisten bevorzugt um weniger als etwa 25 μm relativ zueinander bewegbar. Die Länge des Faserführungskörpers parallel zur Rotationsachse liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 20 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von etwa 2 mm bis etwa 10 mm, noch mehr bevorzugt in einem Bereich von weniger als etwa 5 mm und am meisten bevorzugt bei etwa 4 mm.
Vorzugsweise sind das erste und zweite Gehäuseelement über zumindest ein Wälzlager miteinander verbunden. Vorzugsweise ist am ersten und/oder zweiten Gehäuseelement eine Antriebseinrichtung angeordnet oder ausgebildet.
Somit lässt sich gemäß der vorliegenden Erfindung eine verbesserte drehbare Kopplung von Lichtleitfasern bereitstellen. Eine solche Kopplung umfasst dabei vorzugsweise eine Kopplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung oder einer bevorzugten Ausführungsform davon. Außerdem umfasst die Kopplung eine erste und eine zweite Lichtleitfaser, deren Endabschnitte in der Faserführungskapillare mit einem gegenseitigen Kopplungsabstand angeordnet sind. Der Bereich zwischen den Endabschnitten der Lichtleitfasern in der Faserführungskapillare ist dabei vorzugsweise mit einer Immersionsflüssigkeit gefüllt.
Die vorliegenden Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum rotierbaren optischen Koppeln einer ersten Lichtleitfaser mit einer zweiten Lichtleitfaser bereit. Dabei umfasst das Verfahren die Schritte:

– Einführen eines Endabschnitts der ersten Lichtleitfaser durch eine erste Fasereinführöffnung in eine sich in einem Faserführungskörper von der ersten Fasereinführöffnung zu einer zweiten Fasereinführöffnung durchgängig erstreckenden Faserführungskapillare, welche zumindest teilweise bzw. abschnittsweise einen Querschnitt senkrecht zu einer Rotationsachse derart aufweist, dass sich bei eingesetzter Lichtleitfaser eine Vielzahl von Mikrokanälen zur Aufnahme und/oder zum Transport einer Flüssigkeit zwischen der Lichtleitfaser und dem Faserführungskörper und eine Vielzahl von Faserführungskontakten ausbilden, in denen die Lichtleitfaser in mechanischem Kontakt mit dem Faserführungskörper steht, wobei durch die Flüssigkeit, insbesondere die Immersionsflüssigkeit an den Faserführungskontakten eine Schmierung zwischen den der Lichtleitfaser und dem Faserführungskörper bildet; und
– Einführen eines Endabschnitts der zweiten Lichtleitfaser, welche relativ zur ersten Lichtleitfaser rotierbar ist, in die Faserführungskapillare durch die zweite Fasereinführöffnung.

Durch das erfindungsgemäße Führen der Lichtleitfaserenden in der Faserführungskapillare wird eine sichere laterale Ausrichtung der zu koppelnden Faserenden gewährleistet. Abweichend von herkömmlichen Kopplungsverfahren ist somit eine Strahlaufweitung vorteilhaft nicht erforderlich. Dies bewirkt eine stabile und insbesondere gegen äußere mechanische Einflüsse unempfindliche drehbare Kopplung der Lichtleitfasern innerhalb der Faserführungskapillare. Durch das Ausbilden der optischen Kopplung innerhalb der Faserführungskapillare wird außerdem eine Degradation von Oberflächen insbesondere der Lichtleitfasern durch äußere Einflüsse verringert. Darüber hinaus wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auch die Handhabung während des Koppelns vereinfacht, da beispielsweise keine empfindliche Justage erfolgen muss.
Somit wird eine optische Kopplung zwischen einander zugewandten Endflächen der Lichtleitfasern innerhalb der Faserführungskapillare vorzugsweise ohne Zwischenschaltung von optischen Elementen zur Lichtstrahlaufweitung ausgebildet.
Vorzugsweise wird die Faserführungskapillare zumindest im Bereich zwischen den Endabschnitten der Lichtleitfasern mit einer Immersionsflüssigkeit gefüllt, deren Brechungsindex an den Brechungsindex eines Faserkerns zumindest einer der Lichtleitfasern angepasst ist. Bei einer Brechungsindexanpassung ist eine Anpassung des Brechungsindexes der Immersionsflüssigkeit im Bereich von etwa +/–20%, bevorzugt von etwa +/–10% des Brechungsindexes von der Lichtleitfaser, insbesondere von dessen Faserkern bevorzugt. Grundsätzlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren ohne Immersionsflüssigkeit und insbesondere ohne indexangepasste Immersionsflüssigkeit durchführen. Allein das erfindungsgemäße Führen der Lichtleitfaserenden in einer Faserführungskapillare stellt eine sichere laterale bzw. radiale Ausrichtung der zu koppelnden Faserenden sicher. Zumindest nach einer Präparation, insbesondere einem entsprechenden Polieren der Faserendflächen, und einem geringen Abstand der Faserenden in der Faserführungskapillare bewirkt eine stabile und insbesondere gegen äußere mechanische Einflüsse unempfindliche drehbare Kopplung. Bei Verwendung einer brechungsindexangepassten Immersionsflüssigkeit kann aber darüber hinaus auf das Bearbeiten der entsprechenden Fasern, insbesondere auf zeitaufwendige Polieren der Faserstirnflächen verzichtet werden. Außerdem werden dadurch Reflexionen effizient unterdrückt, was die Koppeleffizienz noch weiter erhöht.
Vorzugsweise wird im Endabschnitt der ersten und/oder zweiten Lichtleitfaser vor dessen Einführen in die Faserführungskapillare zumindest teilweise der Fasermantel (coating) entfernt wird. Besonders bevorzugt wird als erste und/oder zweite Lichtleitfaser eine Single-Mode-Faser verwendet wird. Insbesondere bei Single-Mode-Fasern, welche ein hohe Präzision bei der Kopplung voraussetzen, äußern sich die Vorteile der zuverlässigen und stabilen Kopplung der Lichtleitfasern gemäß der vorliegenden Erfindung besonders deutlich.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf begleitende Zeichnungen bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Obwohl Ausführungsformen getrennt beschrieben werden, können einzelne Merkmale auch von getrennt beschriebenen Ausführungsformen zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden. Dabei zeigt:
1A–1B: eine schematische Darstellung einer Kopplungsvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht entlang der Rotationsachse (1A) bzw. in einem Querschnitt parallel zur Rotationsachse, wobei die Schraffur in 1B keine Bedeutung hat;
2: eine perspektivische Ansicht einer Kopplungsvorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3: einen schematischen Querschnitt einer Kopplungsvorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4A: eine Fotografie einer Querschnittsansicht senkrecht zur Rotationsachse eines Faserführungskörpers einer Kopplungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4B: eine Fotografie eines vergrößerten Ausschnitts einer Querschnittsansicht gemäß 4A mit einer eingesetzten Lichtleitfaser;
5: eine Fotografie eines Faserführungskörpers und einer Aufnahmehülse einer Kopplungsvorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6: eine Fotografie eines Prototyps einer Kopplungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7: eine graphische Darstellung einer Messung der optischen Dämpfung und der Dämpfungsvarianz als Ergebnis eines Langzeittests einer Vorrichtung gemäß dem Prototyp von 6;
8: eine graphische Darstellung einer Messung der optischen Dämpfung der Kopplung in Abhängigkeit von axialen Abstand der Faserenden;
9: eine schematische Darstellung der Kopplung von Lichtleitfasern mittels GRIN-Linsenkollimatoren in herkömmlichen Drehkopplern; und
10: eine schematische Darstellung der Punktstabilität von GRIN-Linsenkollimatoren.
1A zeigt eine schematische Darstellung einer Kopplungsvorrichtung 10 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht entlang einer Rotationsachse 12. 1B zeigt die Kopplungsvorrichtung 10 von 1A in einem Querschnitt entlang der Ebene B-B.
In dieser Ausführungsform umfasst die Kopplungsvorrichtung 10 ein erstes Gehäuseelement 14 und ein zweites Gehäuseelement 16, die um die Rotationsachse 12 relativ zueinander rotierbar bzw. drehbar sind. In der Kopplungsvorrichtung 10 ist ein Flüssigkeitsaufnahmeraum 18 vorgesehen bzw. definiert, der als Hohlraum innerhalb der Kopplungsvorrichtung 10 ausgebildet ist und vorzugsweise von den beiden Gehäuseelementen 14, 16 im wesentlichen eingeschlossen ist oder zumindest teilweise von den beiden Gehäuseelementen 14, 16 gebildet wird. In der gezeigten Ausführungsform weist das erste Gehäuseelement 14 vorzugsweise eine Einpasskavität 20 auf, in die ein Einpassabschnitt 22 einer Aufnahmehülse 24 zumindest teilweise eingesetzt bzw. eingepasst ist bzw. werden kann. Vorzugsweise ist die Aufnahmehülse 24 über den Einpassabschnitt 22 mit dem ersten Gehäuseelement 14 verbunden. Damit kann vorzugsweise eine Positionierung und/oder eine Fixierung der Aufnahmehülse 24 relativ zum Gehäuseelement 14 erreicht werden, die während des Einsatzes bzw. der Verwendung der Kopplungsvorrichtung 10 eine axiale Bewegung und/oder eine Rotationsbewegung der Aufnahmehülse 24 relativ zum Gehäuseelement 14 im wesentlichen verhindert bzw. unterdrückt bzw. hemmt.
In der Aufnahmehülse 24 ist ein sich zumindest teilweise, in der gezeigten, bevorzugten Ausführungsform sogar über seine zumindest teilweise gesamte Länge hin, entlang der Rotationsachse 12 erstreckender Aufnahmekanal 26 ausgebildet. Der Aufnahmekanal 26 weist zumindest bereichsweise bzw. abschnittsweise einen im wesentlichen konstanten Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse 12 auf. Im Aufnahmekanal 26 der Aufnahmehülse ist ein Faserführungskörper 28 angeordnet. Im Faserführungskörper 28 ist eine Faserführungskapillare 30 ausgebildet, welche sich entlang der Rotationsachse 12 durchgängig von einer ersten Fasereinführöffnung 32 zum Aufnehmen eines Endabschnitts einer ersten Lichtleitfaser zu einer zweiten Fasereinführöffnung 34 zum Aufnehmen eines Endabschnitts einer zweiten Lichtleitfaser erstreckt. Der Faserführungskörper 28 ist vorzugsweise derart in den Aufnahmekanal 26 der Aufnahmehülse 24 eingesetzt bzw. eingepasst, dass damit eine axiale Bewegung (d. h. eine Bewegung parallel zur Rotationsachse 12) und/oder eine Rotationsbewegung (um die Rotationsachse 12) des Faserführungskörpers 28 relativ zur Aufnahmehülse 24 und besonders bevorzugt relativ zum ersten Gehäuseelement 14 insbesondere während des Einsatzes bzw. der Benutzung der Kopplungsvorrichtung 10, d. h. im montierten bzw. gekoppelten Zustand, verhindert oder zumindest eingeschränkt wird.
Vorzugsweise ist die Faserführungskapillare 30 zumindest über die zweite Fasereinführöffnung 34 insbesondere zum Flüssigkeitsaustausch mit dem Flüssigkeitsaufnahmeraum 18 verbunden. Damit kann eine Flüssigkeit (z. B. Silikonöl Typ 1000) und insbesondere eine Immersionsflüssigkeit von der Faserführungskapillare 30 in den Flüssigkeitsaufnahmeraum 18 und/oder vom Flüssigkeitsaufnahmeraum 18 in die Faserführungskapillare 30 fließen. Vorzugsweise ist in zumindest einem der beiden Gehäuseelemente 14, 16 zumindest eine Flüssigkeitseinfüllöffnung 36 ausgebildet, über welche von außerhalb der Kopplungsvorrichtung 10 Flüssigkeit und insbesondere eine Immersionsflüssigkeit, vorzugsweise eine brechungsindexangepasste Immersionsflüssigkeit, in den Flüssigkeitsaufnahmeraum 18 eingefüllt werden kann. Eine brechungsindexangepaßte Flüssigkeit ist hierbei eine Flüssigkeit, deren Brechungsindex im Bereich von etwa 80% bis etwa 120%, bevorzugt von etwa 90% bis etwa 110% des Brechungsindexes der Lichtleitfasern liegt. In der gezeigten Ausführungsform ist die zumindest eine Flüssigkeitseinfüllöffnung 36 im ersten Gehäuseelement 14 ausgebildet. Außerdem ist im ersten Gehäuseelement zumindest ein Flüssigkeitskanal 38 ausgebildet, der die Flüssigkeitseinfüllöffnung 36 mit dem Flüssigkeitsaufnahmeraum 18 verbindet. Zum Verschließen der Flüssigkeitseinfüllöffnung 36 ist ein Flüssigkeitseinfüllverschluss 40 vorgesehen.
Im ersten Gehäuseelement 14 ist ein erster Fasereinführkanal 42 ausgebildet, durch den eine Durchführung der ersten Lichtleitfaser von außerhalb der Kopplungsvorrichtung bis in die Faserführungskapillare 30 des Faserführungskörpers 28 ermöglicht wird. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der erste Fasereinführkanal 42 im wesentlichen entlang der Rotationsachse 12. In alternativen Ausführungsformen könnte der erste Fasereinführkanal 42 auch einen von 0° verschiedenen Winkel zur Rotationsachse 12 einschließen. Insbesondere könnte er sogar zumindest teilweise in einem Winkel von 90° relativ zur Rotationsachse verlaufen.
Im ersten Fasereinführkanal 42 ist zumindest teilweise ein erstes Faserdurchführungselement 44 angeordnet. Vorzugsweise ist das erste Faserdurchführungselement 44 als ein erstes Faserpositionierelement zum Positionieren eines Abschnitts der ersten Lichtleitfaser relativ zum ersten Gehäuseelement 14 ausgestaltet. Dazu ist das erste Faserdurchführungselement 44 vorzugsweise ausgelegt, zumindest teilweise einen formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Kontakt mit einer äußeren Fläche bzw. Oberfläche der ersten Lichtleitfaser, insbesondere einer äußeren Fläche bzw. Oberfläche eines Lichtleitfasermantels ("coating") der ersten Lichtleitfaser zu bilden. Damit wird vorzugsweise zumindest ein von dem ersten Faserdurchführungselement 44 zumindest teilweise umschlossener Abschnitt der ersten Lichtleitfaser relativ zum ersten Gehäuseelement 14 positioniert oder fixiert. Insbesondere wird dadurch vorzugsweise eine axiale Bewegung der ersten Lichtleitfaser und insbesondere des in die Faserführungskapillare 30 eingeführten Endabschnitts der ersten Lichtleitfaser verhindert bzw. unterdrückt oder zumindest eingeschränkt. Außerdem wird vorzugsweise durch eine formschlüssige Durchführung der ersten Lichtleitfaser mittels des ersten Faserdurchführungselements 44 ein Austreten einer Flüssigkeit und insbesondere der Immersionsflüssigkeit aus dem Inneren der Kopplungsvorrichtung 10 und insbesondere aus dem Flüssigkeitsaufnahmeraum 18 verhindert.
Vorzugsweise analog zum ersten Gehäuseelement 14 weist das zweite Gehäuseelement 16 einen zweiten Fasereinführkanal 46 auf, über den eine Durchführung einer zweiten Lichtleitfaser von außerhalb der Kopplungsvorrichtung 10 bis in die Faserführungskapillare 30 des Faserführungskörpers 28 ermöglicht wird. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform verläuft der zweite Fasereinführkanal 46 im wesentlichen entlang der Rotationsachse 12. In einer alternativen Ausführungsform könnte der zweite Fasereinführkanal 46, insbesondere wie für den ersten Fasereinführkanal 42 bereits beschrieben, zumindest teilweise einen von 0° verschiedenen Winkel mit der Rotationsachse 12 einschließen. Im bzw. am zweiten Fasereinführkanal 46 und insbesondere in einem äußeren Endbereich des zweiten Fasereinführkanals 46 ist ein zweites Faserdurchführungselement 48 angeordnet. Vorzugsweise ist das zweite Faserdurchführungselement 48 im wesentlichen baugleich zum ersten Faserdurchführungselement 44 ausgebildet bzw. angeordnet. Besonders bevorzugt ist das zweite Faserdurchführungselement 48 ausgelegt, eine äußere Fläche bzw. Oberfläche der zweiten Lichtleitfaser und insbesondere eine äußere Fläche bzw. Oberfläche eines Lichtleitfasermantels ("coating") der zweiten Lichtleitfaser zumindest teilweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig zu umfassen. Vorzugsweise ist das zweite Faserdurchführungselement 48 ausgelegt, zumindest einen umfassten Abschnitt der zweiten Lichtleitfaser relativ zum zweiten Gehäuseelement 16 zu positionieren oder zu fixieren, d. h. dessen Rotationsbewegung und/oder axiale Bewegung relativ zum zweiten Gehäuseelement 16 zu verhindern oder zumindest einzuschränken. Das zweite Faserdurchführungselement 48 ist vorzugsweise als zweites Faserpositionierelement zum Positionieren eines Abschnitts der zweiten Lichtleitfaser relativ zum zweiten Gehäuseelement 16 ausgestaltet. Damit wird vorzugsweise eine axiale Bewegung eines in die Faserführungskapillare 30 eingeführten Endabschnitts der zweiten Lichtleitfaser relativ zum zweiten Gehäuseelement 16 verhindert bzw. unterdrückt oder zumindest verringert.
Abweichend von der beschriebenen Ausführungsform könnte in einer anderen Ausführungsform das erste Faserpositionierelement und/oder das zweite Faserpositionierelement als separate Komponente unabhängig vom ersten Faserdurchführungselement 44 bzw. dem zweiten Faserdurchführungselement 48 ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das erste Faserpositionierelement und/oder das zweite Faserpositionierelement an bzw. auf der Rotationsachse 12 angeordnet. Damit wird in besonders effizienter Weise eine axiale Bewegung der in die Faserführungskapillare 30 eingeführten Endabschnitte der ersten bzw. zweiten Lichtleitfaser unterdrückt.
In der gezeigten Ausführungsform von 1B umfasst das zweite Gehäuseelement 16 einen Rotationseinsatz 50 und eine Mitnehmerscheibe 52, die vorzugsweise fest bzw. kraftschlüssig miteinander verbunden sind. In einer alternativen Ausführungsform könnte das zweite Gehäuseelement 16 auch einstückig ausgestaltet sein. Wie in 1B dargestellt, sind das erste Gehäuseelement 14 und der Rotationseinsatz 50 des zweiten Gehäuseelements 16 über ein oder mehrere (z. B. wie gezeigt zwei) Rillenkugellager 54, 56 miteinander drehbar verbunden. Damit wird eine besonders genaue axiale Positionierung des ersten Gehäuseelements 14 relativ zum zweiten Gehäuseelement 16 und eine geringe mechanische Reibung bei Rotation der beiden Gehäuseelemente zueinander erreicht. Zwischen den Rillenkugellagern 54, 56 ist zur genauen Einpassung bzw. Positionierung eine Passscheibe 64 angeordnet. Zur Abdichtung des Flüssigkeitsaufnahmeraums 18 ist zwischen dem ersten Gehäuseelement 14 und dem zweiten Gehäuseelement 16 ein Wellendichtring 58 angeordnet. In einer nicht dargestellten Ausführungsform werden ein oder mehrere Kugellager im Immersionsöl laufen gelassen und erst dann nach außen der Wellendichtring eingesetzt, wodurch sich auch eine ständige Schmierung von zumindest einem Teil der Kugellager ergibt. Untersuchungen haben ergeben, daß sich die optische Dämpfung dadurch nicht verschlechtert. Daher sind ebenfalls Ausführungsformen möglich, in denen ganz oder teilweise auf Kugellager verzichtet wird und die beiden äußeren Gehäusehälften auf dem dünnen Immersionsölfilm laufen gelassen wird. Zur weiteren Abdichtung sind in Ausnehmungen im ersten Gehäuseelement 14 bzw. im zweiten Gehäuseelement 16 ein oder mehrere O-Ringe 60 vorgesehen.
Vorzugsweise ist die Kopplungsvorrichtung 10, insbesondere sind das erste Gehäuseelement 14 und das zweite Gehäuseelement 16 derart ausgebildet, daß die Faserenden der zu koppelnden Lichtleitfasern bevorzugt weniger als etwa 750 μm, weiter bevorzugt weniger als etwa 500 μm, noch bevorzugter weniger als etwa 250 μm am bevorzugtesten weniger als etwa 100 μm in der Faserführungskapillare 30 voneinander beabstandet. Weiterhin bevorzugt liegt der Abstand der Faserenden im Bereich von etwa 100 μm bis etwa 500 μm.
2 zeigt eine Kopplungsvorrichtung 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Kopplungsvorrichtung 10 ist im wesentlichen baugleich zur beschriebenen ersten Ausführungsform, weshalb hier auf die Ausführungen zu 1A und 1B verwiesen wird. Für die im wesentlichen gleiche bzw. entsprechenden Komponenten wurden in 2 die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in 1A und 1B. In 2 ist an die Mitnehmerscheibe 52 des zweiten Gehäuseelements 16 eine Antriebsscheibe 62 angeordnet. Diese dient als Antriebselements für eine Rotation des zweiten Gehäuseelements 16 um die Rotationsachse. Damit lässt sich das zweite Gehäuseelement 16 über einen Riemen angetrieben in Rotation um die Rotationsachse 12 versetzen. Dabei wird in der hier gezeigten Ausführungsform das erste Gehäuseelement 14 vorzugsweise als Stator und das zweite Gehäuseelement 16 vorzugsweise als Rotor verwendet.
3 zeigt eine weitere Kopplungsvorrichtung 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wiederum sind im wesentlichen gleiche bzw. vergleichbare Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen wie in 1A und 1B. Unterschiede zur ersten gezeigten Ausführungsform liegen unter anderem in der alternativen Anordnung der das erste Gehäuseelement 14 mit dem zweiten Gehäuseelement 16 drehbar verbindenden Wälzlager 54, 56 und in der alternativen Anordnung des Wellendichtrings 58. Außerdem ist in der in 3 dargestellten Ausführungsform die Mitnehmerscheibe 62 direkt als Antriebsscheibe ausgestaltet, welche durch einen Antriebsriemen drehbar angetrieben werden kann. Wie in 3 dargestellt, weist die Kopplungsvorrichtung 10 in axialer Richtung vorzugsweise eine Länge von einigen 10 mm im gezeigten Beispiel eine Länge von vorzugsweise weniger als 50 mm, insbesondere eine Länge von etwa 47 mm auf.
5 zeigt als Fotografie die Abbildungen einer Aufnahmehülse 24 und eines Faserführungskörpers 28 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei umfasst die Aufnahmehülse 24 einen Einpassabschnitt 22 mit einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse 12 der größer ist als der Querschnitt der übrigen Aufnahmehülse 24. Damit lässt sich eine gute mechanische Verbindung zwischen der Aufnahmehülse 24 und dem ersten Gehäuseelement 14 erreichen. Die Aufnahmehülse 24 ist vorzugsweise aus Kunststoff. Der Faserführungskörper 28 weist vorzugsweise ein Glas-Kapillarröhrchen auf. Vorzugsweise weist der Faserführungskörper 28 einen über die gesamte Länge entlang der Rotationsachse 12 im wesentlichen konstanten kreisförmigen Querschnitt senkrecht zu Rotationsachse 12 auf. Dementsprechend weist vorzugsweise auch der in der Aufnahmehülse 24 ausgebildete Aufnahmekanal 26 einen zumindest teilweise entlang der Rotationsachse 12 im wesentlichen konstanten kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse auf, wobei der Durchmesser des Aufnahmekanals 26 im wesentlichen dem Außendurchmesser des Faserführungskörpers 28 entspricht.
In einem Verfahren zum drehbaren Koppeln von Lichtleitfasern bzw. Glasfasern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die erste und die zweite Lichtleitfaser LF1, LF2 bzw. Glasfaser vom Lichtleitfasermantel ("coating"), insbesondere einem schützenden Kunststoffmantel, auf einer Länge von einigen Millimetern befreit und jeweils von der ersten Fasereinführöffnung 32 bzw. der zweiten Fasereinführöffnung 34 her in die Faserführungskapillare 30 des Faserführungskörpers 28 eingeführt. Beim Entfernen des Lichtleitfasermantels ("coating") wird jeweils das den lichtführenden Faserkern umgebende Faser-Cladding freigelegt. Der Gesamtdurchmesser der vom Lichtleitfasermantel befreiten Lichtleitfaser liegt dabei beispielsweise bei etwa 125 μm. Vorzugsweise weist die Faserführungskapillare 30 einen derartigen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse 12 auf, dass sie eine Lichtleitfaser mit insbesondere kreisförmigem Querschnitt und einem maximalen Durchmesser der dem Durchmesser der zu koppelnden Lichtleitfasern entspricht aufnehmen kann. Insbesondere könnte die Faserführungskapillare 30 einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse 12 aufweisen, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser der zu koppelnden Lichtleitfasern entspricht.
4A zeigt eine Fotografie eines Querschnitts des Faserführungskörpers 28 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse 12. Der Faserführungskörper 28 ist vorzugsweise als Glas-Kapillarröhrchen mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse 12 ausgestaltet. Wie in 4A gezeigt, ist entlang der Rotationsachse 12 im Faserführungskörper 28 die Faserführungskapillare 30 ausgebildet. Zur besseren Erkennbarkeit wurde in 4A der Umriss des Faserführungskörpers 28 sowie der Umriss der Faserführungskapillare 30 jeweils durch eine weiße Linie hervorgehoben. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform weist die Faserführungskapillare 30 einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse 12 auf. Die Seitenlänge des quadratischen Querschnitts entspricht dabei vorzugsweise dem Durchmesser der zu koppelnden Lichtleitfasern. 4B zeigt eine Fotografie eines vergrößerten Ausschnitt des achsnahen Bereichs eines Faserführungskörpers 28 ähnlich dem in 4A dargestellten Faserführungskörper 28. Darin 1st der im wesentlichen quadratische Querschnitt der Faserführungskapillare 30 senkrecht zur Rotationsachse 12 erkennbar. Zur besseren Erkennbarkeit wurde in 4B der Umriss der Faserführungskapillare 30 sowie der Umriss einer darin eingeführten Lichtleitfaser LF jeweils durch eine weiße Linie hervorgehoben.
In die Faserführungskapillare 30 ist eine Lichtleitfaser LF eingeführt, deren Durchmesser im wesentlichen der Seitenlänge des im wesentlichen quadratischen Querschnitts der Faserführungskapillare 30 entspricht. Damit wird eine gute laterale Führung der Lichtleitfaser LF bewirkt, d. h. eine unerwünschte Bewegung bzw. Verschiebung der Lichtleitfaser LF in einer Richtung senkrecht zur Rotationsachse 12 wird durch die Ausbildung von Faserführungskontakten 66 zwischen der Oberfläche der Lichtleitfaser LF und der Innenfläche der Faserführungskapillare 30 verhindert. Es ist insbesondere wünschenswert, eine solche laterale Bewegung soweit zu verhindern, dass sie kleiner ist als der Durchmesser des Faserkerns 68 der Lichtleitfaser LF. Damit lassen sich zwei zu koppelnde Enden zweier Lichtleitfasern LF stabil und zuverlässig in lateraler Richtung zueinander zentriert anordnen. Bei einer nicht-kreisförmigen Ausgestaltung des Querschnitts der Faserführungskapillare 30, wie in der gezeigten Ausführungsform, entstehen zwischen der Innenwand der Faserführungskapillare 30 und der Oberfläche der Lichtleitfaser LF Mikrokanäle 70, in denen eine Flüssigkeit und insbesondere eine Immersionsflüssigkeit geführt werden kann. Es ist dabei besonders bevorzugt, als Immersionsflüssigkeit eine Flüssigkeit zu verwenden, die einen Brechungsindex aufweist, der dem Brechungsindex des Faserkerns 68 für zumindest eine zu übertragende Lichtwellenlänge (mit einer erlaubten Abweichung von etwa 20%, bevorzugt von etwa 10%) entspricht und die außerdem geeignet ist, die Gleitreibung zwischen der Lichtleitfaser LF und der Innenwand der Faserführungskapillare 30, insbesondere die Gleitreibung an den Faserführungskontakten 66 zu verringern. Es ist somit insbesondere bevorzugt, eine schmierende Flüssigkeit als Immersionsflüssigkeit zu verwenden. Vorzugsweise wird bei der Wahl der Immersionsflüssigkeit darauf geachtet, dass die physikalischen Eigenschaften wie z. B. die Viskosität bei Temperaturänderungen in einem Temperaturbereich von vorzugsweise zwischen –40°C und +85°C weitgehend erhalten bleiben und insbesondere kein Vereisen auftritt. Vorzugsweise wird als Immersionsflüssigkeit ein Silikonöl (z. B. Typ 1000) oder ein vollsynthetisches Motoröl (z. B. Castrol) verwendet. Ein vollsynthetisches Motoröl besitzt als Immersionsflüssigkeit den Vorteil, dass seine chemischen und physikalischen Eigenschaften über einen großen Temperaturbereich wohlbekannt sind. Neben vollsynthetischem Motoröl können auch andere brechungsindexähnliche bzw. -angepaßte Flüssigkeiten eingesetzt werden. Denkbar wäre für spezielle Anwendungen ebenfalls Wasser, jedoch ergeben sich zum einen wegen der potenziellen Eisbildung und zum anderen wegen der faserschädigenden Wirkung durch die OH-Ionen Beschränkungen in der Anwendbarkeit. Ganz besonders vorteilhaft erscheint als Immersionsflüssigkeit "Silikonöl". Um den optischen Drehkoppler insbesondere bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen einsetzen zu können, ist es wichtig, dass die temperaturabhängige Viskosität des Immersionsöls nicht zu groß wird und damit eine Gefahr des Faserbruchs wirkungsvoll vermieden werden kann. Hierbei haben sich verschiedene Silikonöle als besonders vorteilhaft erwiesen, da verschiedene Silikonöle mit verschiedenen Eigenschaften, insbesondere in unterschiedlicher Abstufung des so genannten "Stockpunktes", ab dem sich die Flüssigkeit verfestigt und somit eine erhöhte Faserbruchgefahr gegeben ist, verfügbar sind. Wählt man z. B. das Silikonöl aus der sog. "M-Klasse", insbesondere mit der markenspezifischen Bezeichnung "M5", so liegt der Stockpunkt bei etwa –100°C. Bei Verwendung von Silikonöl der Klasse M5 könnte der optische Drehkoppler mit diesem Immersionsöl in einem Temperaturbereich betrieben werden, der bis in Nähe dieser sehr niedrigen Temperatur reichen könnte. In anderen Worten ist es vorteilhaft, die Immersionsflüssigkeit derart auszuwählen, daß deren Brechungsindex dem der Lichtleitfaser angepaßt ist und/oder der Temperaturbereich, in dem der Drehkoppler verwendet ist, oberhalb des Stockpunktes der Immersionsflüssigkeit liegt.
Vorzugsweise wird die Immersionsflüssigkeit in die Faserführungskapillare 30 eingeführt bevor die Endabschnitte der Lichtleitfasern in die Faserführungskapillare 30 eingeführt werden. Durch die Ausbildung der Mikrokanäle 70 kann anschließend beim Einführen der Lichtleitfasern LF die verdrängte Immersionsflüssigkeit über die Mikrokanäle 70 aus der Faserführungskapillare austreten. Um das Einführen der Lichtleitfasern LF in die Faserführungskapillare 30 weiter zu vereinfachen weitet sich der Querschnitt der Faserführungskapillare 30 zu den Enden des Führungskörpers hin, also zur ersten Fasereinführöffnung 32 bzw. zu der zweiten Fasereinführöffnung 34 hin auf. Somit ist die Faserführungskapillare 30 im Bereich der ersten Fasereinführöffnung 32 und/oder im Bereich der zweiten Fasereinführöffnung 34 zulaufend (insbesondere im wesentlichen konisch bzw. trichterförmig) ausgebildet.
In einem Verfahren zum Koppeln von Lichtleitfasern LF gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf einer Länge von wenigen Millimetern der Kunststoffmantel (Faser-Coating) an jeweils einem Ende der beiden Lichtleitfasern bzw. Lichtwellenleitern bzw. Glasfasern, insbesondere Single-Mode-Fasern, entfernt, so dass der lichtführende Faserkern mit dem umgebenden Cladding frei liegt. Der Gesamtdurchmesser des hochbrechenden Faserkerns und des niedrigbrechenden Claddings beträgt dabei vorzugsweise in etwa 125 μm. Um eine optische Verbindung zwischen zwei Lichtleitfasern herzustellen die relativ zueinander rotierbar sind, werden vorzugsweise beide Faserenden in eine mit einer Immersionsflüssigkeit gefüllten Glaskapillare eingeführt, deren Länge vorzugsweise etwa 4 mm und deren Innendurchmesser 125 μm beträgt. Um das Einfädeln der Fasern zu erleichtern, ist es vorteilhaft, die beiden Enden des Kapillarröhrchens trichterförmig auszugestalten und an der Kopplungsstelle auf den Durchmesser der Lichtleitfaser zu verjüngen. Als Immersionsflüssigkeit wird vorzugsweise ein sogenanntes brechungsindex-angepasstes Medium verwendet, dessen Brechungsindex zumindest annähernd mit dem des hochbrechenden Faserkerns übereinstimmt. Das Kapillarröhrchen bewirkt dabei eine präzise Faserführung für die relativ zueinander rotierbaren bzw. rotierenden Lichtleitfasern, insbesondere für eine rotierende und eine stationäre Single-Mode-Lichtleitfaser, die über die Immersionsflüssigkeit optisch verbunden sind. Durch diese Anordnung gelingt eine weitgehende Entkopplung von äußeren mechanischen Einflüssen und Drifterscheinungen, die bei herkömmlichen Drehkopplern mit Linsenoptik aufgrund lateraler, relativer Verschiebungen der Lichtleitfaserenden gegeneinander zu unerwünscht hohen Dämpfungsverlusten führen.
Wird darüber hinaus die Querschnittsfläche der Kapillare 30, die die vorzugsweise runden Fasern LF bündig umschließt, beispielsweise im wesentlichen quadratisch ausgelegt (vgl. 4B), so werden zusätzlich mechanische Reibungen minimiert und somit sehr hohe Drehgeschwindigkeiten ermöglicht. Über die an den Seiten entstehenden vier Mikrokanäle 70 kann Immersionsflüssigkeit ein- und austreten, was den Zusammenbau des optischen Drehkopplers deutlich erleichtert, sowie vorteilhaft eine gute bzw. zuverlässige Schmierwirkung zwischen Faser LF und Kapillare 30 an den Kontaktpunkten 66 ermöglicht.
Mit einem in 6 als Fotografie dargestellten Prototyp einer Kopplungsvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurden drei mikro-optische Rotationskoppler aufgebaut und in Langzeittests unter verschiedenen Umgebungsbedingungen in einer Kimakammer untersucht. Die Drehgeschwindigkeit wurde systematisch von 40 rpm auf 200 rpm erhöht, die relative Luftfeuchte von 0 bis 100% variiert und die Temperatur von 80°C auf –5°C stufenweise abgesenkt. Im Ergebnis zeigte sich, dass selbst nach 12 Millionen Drehungen die optische Durchgangsdämpfung konstant weniger als 0,01 dB mit einer Varianz von kleiner als 0,004 dB beträgt, wie in 7 dargestellt. 7 zeigt das Langzeitverhalten des mikro-optischen Drehkopplers, wobei die winkelabhängige Dämpfung zu Beginn des Tests und nach 11 780 000 Umdrehungen dargestellt ist. Eine Degradation der Dreh-Kopplung wurde unter den verschiedenen Betriebsparametern nicht beobachtet.
Die vorliegende Erfindung eignet sich somit insbesondere für die Anwendung zur optischen Übertragung analoger Signale, z. B. bei Sensoranwendungen, wo eine drehwinkelabhängige Dämpfung besonders kritisch bzw. hinderlich ist.
Die einzig mögliche Translationsbewegung der Lichtleitfasern im Kapillarröhrchen verläuft entlang der Rotationsachse 12 (z-Achse). Ändert sich der Abstand der beiden Faserenden, so könnte dies zu einer Veränderung der optischen Dämpfung führen. Für die mechanische Auslegung eines Drehkopplers bzw. Kopplungsvorrichtung 10 ist es daher von Bedeutung, die Abhängigkeit der Durchgangsdämpfung von dem Abstand der beiden Faserenden zu bestimmen.
Für einen Drehkoppler gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem insbesondere der Zwischenraum zwischen den Faserenden mit einer Immersionsflüssigkeit gefüllt ist, zeigt sich im Experiment, dass selbst bei einem Faserabstand von etwa 500 μm die optische Dämpfung noch weit unterhalb des für herkömmliche Drehkoppler üblicherweise angegebenen 3-dB-Grenzwerts liegt. In 8 ist die Abhängigkeit der optischen Durchgangsdämpfung bei der Kopplung zweier Lichtleitfasern von dem Abstand der beiden Faserenden in der Faserführungskapillare 30 dargestellt. Aus den experimentellen Daten ist erkennbar, dass die mit einer brechungsindex-angepassten Immersionsflüssigkeit gefüllte Faserführungskapillare 30 einen Faserabstand von bis zu 500 μm bei im wesentlichen gleich bleibender Durchgangsdämpfung optisch ausgleichen kann. Aufgrund des Zusammenspiels zwischen der präzisen lateralen Faserführung mittels des Faserführungskörpers einerseits und der brechungsindex-angepassten Immersionsflüssigkeit, welche eine Lichtsignalübertragung zwischen den beiden Faserenden ohne störende Reflexions- und Streueffekte ermöglicht, kann mit der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Übertragung bei gleichzeitiger Reduzierung der Anforderungen an die Fertigungstoleranzen eines Drehkopplers erreicht werden. Der 3-dB-Bezugspunkt liegt bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei etwa 800 μm und damit deutlich außerhalb üblicher mechanischer Toleranzbereiche. Daher sind enge Fertigungstoleranzen des Drehkopplers, insbesondere der Drehkopplergehäuseelemente sowie deren drehbarer Lagerung, vorteilhaft nicht notwendig.
Grundsätzlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren ohne Immersionsflüssigkeit und insbesondere ohne indexangepasste Immersionsflüssigkeit durchführen. Allein das erfindungsgemäße Führen der Lichtleitfaserenden in einer Faserführungskapillare stellt eine sichere laterale Ausrichtung der zu koppelnden Faserenden sicher. Zumindest nach einer Präparation bzw. Bearbeitung der Faser(n), insbesondere einem entsprechenden Polieren der Faserendflächen, und einem geringen Abstand der Faserenden in der Faserführungskapillare bewirkt eine stabile und insbesondere gegen äußere mechanische Einflüsse unempfindliche drehbare Kopplung.
Bei Verwendung einer im wesentlichen indexangepassten Immersionsflüssigkeit kann aber darüber hinaus auf das zeitaufwendige Polieren der Faserstirnflächen verzichtet werden. Wie sich in den Experimenten herausstellte, verbleibt die Flüssigkeit insbesondere durch Adhäsionskräfte auch nach mehreren Millionen Umdrehungen sicher zwischen den beiden Faserenden. Spektral einengende Antireflexionsbeschichtungen optischer Komponenten sind insbesondere bei Verwendung einer indexangepassten Immersionsflüssigkeit nicht erforderlich. Da im technologisch interessanten Spektralbereich von 800 bis 1600 nm die Dispersion und die Absorption einer geeigneten Immersionsflüssigkeit klein sind, lässt sich die vorliegenden Erfindung insbesondere bei der Verwendung einer Immersionsflüssigkeit über einen breiten Wellenlängenbereich einsetzen. Es ist somit möglich, auf mehreren Laserwellenlängen gleichzeitig zu übertragen, um damit insgesamt eine Erhöhung der Datenübertragungsrate zu erzielen. Vorteilhafterweise können mit zumindest einer Lichtleitfaser ebenfalls sehr viele Wellenlängen im wesentlichen gleichzeitig übertragen werden, was z. B. bei Telekommunikationsanwendungen zur Erhöhung der Datentransferrate mit dem so genannten "Wavelength Division Multiplexing" (WDM) angewandt wird. Bei der Immersionsölkopplung ist es vorteilhaft möglich, einen sehr breiten Spektralbereich – also viele verschiedene Wellenlängen gleichzeitig – zu übertragen. Dies erfolgt derart, dass die Wellenlängenabhängigkeit oder auch "Dispersion" des Faserkerns und der Immersionsflüssigkeit ähnlich sind und/oder keine nennenswerte Lichtabsorption durch die Koppelflüssigkeit entsteht. Vorteilhafterweise ist der spektrale Verwendungsbereich eines optischen Drehkopplers nicht eingeschränkt, wobei für die verwendete Lichtleitfaser bevorzugt eine indexangepasste Immersionsflüssigkeit verwendet wird. Auch z. B. im ultravioletten Spektralbereich für Wellenlängen kleiner als etwa 390 nm sind verschiedene faserbasierte Sensorapplikationen bekannt, bei denen optische Drehkoppler bei Bedarf eingesetzt werden können.
Die Gesamtmaterialkosten sind durch die Verwendung preiswerter Glaskapillaren mit quadratischem bzw. im wesentlichen quadratischem Innenprofil gegenüber bisherigen Drehkopplern mit antireflex-beschichteter abbildender Linsenoptik erheblich geringer. Eine Betauung und Verunreinigung optischer Flächen wird insbesondere durch die Unterbringung der Faserenden innerhalb der Faserführungskapillare erheblich reduziert. Schließlich erlaubt ein mikro-optischer Aufbau der Kopplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einfacher Weise eine Miniaturisierung und kann sowohl für Multi-Mode-Fasern als auch für Single-Mode-Fasern verwendet werden. Als Lichtleitfasern eignen sich insbesondere Single-Mode-Fasern und Multi-Mode-Fasern, worunter insbesondere Gradientenindex-Fasern, Stufenindex-Fasern, Hohlkern-Fasern, Multikern-Fasern aus verschiedenen Materialien wie z. B. polymeroptische Fasern (Kunststoff- oder auch POF-Fasern), Fluorid-Fasern oder Chalgonid-Fasern fallen.
Die Kopplungsvorrichtung für Lichleitfasern bzw. das Verfahren zum rotierbaren optischen Koppeln von Lichtleitfasern gemäß der Erfindung oder einer bevorzugten Ausführungsform hiervon können beispielsweise in der Stahl- und Papierindustrie, bei Fertigungsrobotern in der Automobilindustrie, bei Radar- und medizinischen Tomographiesystemen aber auch bei vielen Sensoranwendungen, bei denen insbesondere eine hohe Datenübertragungsrate verbunden mit großer Störsicherheit erforderlich ist, vorteilhaft angewandt werden.

10: Kopplungsvorrichtung
12: Rotationsachse
14: erstes Gehäuseelement
16: zweites Gehäuseelement
18: Flüssigkeitsaufnahmeraum
20: Einpasskavität
22: Einpassabschnitt
24: Aufnahmehülse
26: Aufnahmekanal
28: Faserführungskörper
30: Faserführungskapillare
32: erste Fasereinführöffnung
34: zweite Fasereinführöffnung
36: Flüssigkeitseinfüllöffnung
38: Flüssigkeitskanal
40: Flüssigkeitseinfüllverschluss
42: erster Fasereinführkanal
44: erstes Faserdurchführungselement
46: zweiter Fasereinführkanal
48: zweites Faserdurchführungselement
50: Rotationseinsatz
52: Mitnehmerscheibe
54, 56: Rillenkugellager
58: Wellendichtring
60: O-Ringe
62: Antriebsscheibe
64: Passscheibe
66: Faserführungskontakt
68: Faserkern
110: erster Lichtwellenleiter
112: erste GRIN-Linse
114: zweite GRIN-Linse
116: zweiter Lichtwellenleiter
α: Winkel (swinging angle)
LF, LF1, LF2: Lichtleitfasern

Claims

Kopplungsvorrichtung (10) für Lichtleitfasern (LF) umfassend: – ein erstes Gehäuseelement (14) und ein zweites Gehäuseelement (16), wobei die Kopplungsvorrichtung eine Rotationsachse (12) aufweist, um welche das erste und zweite Gehäuseelement (14, 16) relativ zueinander drehbar sind; – ein erstes Faserpositionierelement (44) zum Positionieren eines Abschnitts einer ersten Lichtleitfaser (LF1) relativ zum ersten Gehäuseelement (14); – ein zweites Faserpositionierelement (48) zum Positionieren eines Abschnitts einer zweiten Lichtleitfaser (LF2) relativ zum zweiten Gehäuseelement (16); und – einen Faserführungskörper (28), in welchem eine Faserführungskapillare (30) ausgebildet ist, wobei die Faserführungskapillare (30) sich entlang der Rotationsachse (12) von einer ersten Fasereinführöffnung (32) zum Aufnehmen eines Endabschnitts der ersten Lichtleitfaser (LF1) zu einer zweiten Fasereinführöffnung (34) zum Aufnehmen eines Endabschnitts der zweiten Lichtleitfaser (LF2), welche relativ zur ersten Lichtleitfaser (LF1) rotierbar ist, durchgängig erstreckt, wobei die Faserführungskapillare (30) zumindest teilweise oder abschnittsweise einen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse (12) derart aufweist, dass sich bei eingesetzter zweiter Lichtleitfaser (LF; LF2) eine Vielzahl von Mikrokanälen (70) zur Aufnahme und/oder zum Transport einer Flüssigkeit zwischen der zweiten Lichtleitfaser (LF; LF2) und dem Faserführungskörper (28) und eine Vielzahl von Faserführungskontakten (66) ausbilden, in denen die zweite Lichtleitfaser (LF; LF2) in mechanischem Kontakt mit dem Faserführungskörper (28) steht; und wobei die Flüssigkeit an den Faserführungskontakten (66) eine Schmierung zwischen der zweiten Lichtleitfaser (LF; LF2) und dem Faserführungskörper (28) bildet.
Kopplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Faserführungskörper (28) mit dem ersten Gehäuseelement (14) verbunden und zusammen mit dem ersten Gehäuseelement (14) relativ zum zweiten Gehäuseelement (16) entlang der Rotationsachse (12) drehbar ist.
Kopplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Faserführungskörper (28) als einstückige Komponente ausgebildet ist.
Kopplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei der Faserführungskörper (28) als Glaskapillarröhrchen ausgebildet ist.
Kopplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Faserführungskapillare (30) zumindest bereichsweise oder abschnittsweise einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse (12) aufweist.
Kopplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei sich der Querschnitt der Faserführungskapillare (30) zur ersten und/oder zweiten Fasereinführöffnung (32; 34) hin aufweitet oder vergrößert.
Kopplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das erste Gehäuseelement (14) einen Flüssigkeitsaufnahmeraum (18) bildet oder einschließt, der mit der Faserführungskapillare (30) zum Flüssigkeitsaustausch in Verbindung steht.
Kopplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zweite Gehäuseelement (16) einen Flüssigkeitsaufnahmeraum (18) bildet oder einschließt, der mit der Faserführungskapillare (30) zum Flüssigkeitsaustausch in Verbindung steht.
Kopplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste und zweite Gehäuseelement (14; 16) einen Flüssigkeitsaufnahmeraum (18) bilden oder einschließen, der mit der Faserführungskapillare (30) zum Flüssigkeitsaustausch in Verbindung steht.
Kopplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei im ersten Gehäuseelement (14) zumindest ein Flüssigkeitskanal (38) ausgebildet ist, der den Flüssigkeitsaufnahmeraum (18) mit zumindest einer Flüssigkeitseinfüllöffnung (36) verbindet.
Kopplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei im zweiten Gehäuseelement (14; 16) zumindest ein Flüssigkeitskanal (38) ausgebildet ist, der den Flüssigkeitsaufnahmeraum (18) mit zumindest einer Flüssigkeitseinfüllöffnung (36) verbindet.
Kopplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei im ersten und zweiten Gehäuseelement (14; 16) zumindest ein Flüssigkeitskanal (38) ausgebildet ist, der den Flüssigkeitsaufnahmeraum (18) mit zumindest einer Flüssigkeitseinfüllöffnung (36) verbindet.
Kopplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das erste und zweite Gehäuseelement (14, 16) in Richtung parallel zur Rotationsachse (12) um weniger als 1 mm relativ zueinander bewegbar sind.
Kopplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei das erste und zweite Gehäuseelement (14, 16) in Richtung parallel zur Rotationsachse (12) um weniger als 500 μm relativ zueinander bewegbar sind.
Kopplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 14, wobei das erste und zweite Gehäuseelement (14, 16) in Richtung parallel zur Rotationsachse (12) um weniger als 100 μm relativ zueinander bewegbar sind.
Kopplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei die Länge des Faserführungskörpers parallel zur Rotationsachse in einem Bereich von 1 mm bis 20 mm liegt.
Kopplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 16, wobei die Länge des Faserführungskörpers parallel zur Rotationsachse in einem Bereich von 2 mm bis 10 mm liegt.
Kopplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 17, wobei die Länge des Faserführungskörpers parallel zur Rotationsachse in einem Bereich von weniger als 5 mm liegt.
Kopplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 18, wobei die Länge des Faserführungskörpers parallel zur Rotationsachse bei 4 mm liegt.
Kopplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das erste und zweite Gehäuseelement (14, 16) über zumindest ein Wälzlager miteinander verbunden sind.
Kopplungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei am ersten und/oder zweiten Gehäuseelement (14; 16) eine Antriebseinrichtung (62) angeordnet oder ausgebildet ist.
Verfahren zum optischen Koppeln einer ersten Lichtleitfaser (LF1) mit einer zweiten Lichtleitfaser (LF2) umfassend die Schritte: – Einführen eines Endabschnitts der ersten Lichtleitfaser (LF1) durch eine erste Fasereinführöffnung (32) in eine sich in einem Faserführungskörper (28) von der ersten Fasereinführöffnung (32) zu einer zweiten Fasereinführöffnung (34) durchgängig erstreckenden Faserführungskapillare (30); – Einführen eines Endabschnitt der zweiten Lichtleitfaser (LF2), welche relativ zur ersten Lichtleitfaser (LF1) rotierbar ist, durch die zweite Fasereinführöffnung (34) in die Faserführungskapillare (30), welche zumindest teilweise oder abschnittsweise einen Querschnitt senkrecht zu einer Rotationsachse (12) derart aufweist, dass sich bei eingesetzter zweiter Lichtleitfaser (LF; LF2) eine Vielzahl von Mikrokanälen (70) zur Aufnahme und/oder zum Transport einer Flüssigkeit zwischen der zweiten Lichtleitfaser (LF; LF2) und dem Faserführungskörper (28) und eine Vielzahl von Faserführungskontakten (66) ausbildet, in denen die zweite Lichtleitfaser (LF; LF2) in mechanischem Kontakt mit dem Faserführungskörper (28) steht; und – Einführen einer Flüssigkeit in die Faserführungskapillare (30), wobei die Flüssigkeit an den Faserführungskontakten (66) eine Schmierung zwischen der zweiten Lichtleitfaser (LF; LF2) und dem Faserführungskörper (28) bildet.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Flüssigkeit eine Immersionsflüssigkeit ist, deren Brechungsindex an den Brechungsindex eines Faserkerns (68) zumindest einer der Lichtleitfasern (LF1; LF2) angepasst ist.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, wobei eine optische Kopplung zwischen einander zugewandten Endflächen der Lichtleitfasern (LF1, LF2) innerhalb der Faserführungskapillare (30) ohne Zwischenschaltung von optischen Elementen zur Lichtstrahlaufweitung ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 22, 23 oder 24, wobei die Faserführungskapillare (30) zumindest im Bereich zwischen den Endabschnitten der Lichtleitfasern (LF1, LF2) mit einer Immersionsflüssigkeit gefüllt wird, deren Brechungsindex an den Brechungsindex eines Faserkerns (68) zumindest einer der Lichtleitfasern (LF1; LF2) angepasst ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei im Endabschnitt der ersten und/oder zweiten Lichtleitfaser (LF1; LF2) vor dessen Einführen in die Faserführungskapillare (30) zumindest teilweise der Fasermantel entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei als erste und/oder zweite Lichtleitfaser (LF1; LF2) eine Single-Mode-Faser verwendet wird.