DE102008001653A1

DE102008001653A1 - Linsenanordnung für optische Drehübertrager

Info

Publication number: DE102008001653A1
Application number: DE102008001653A
Authority: DE
Inventors: Gregor Popp
Original assignee: Schleifring und Apparatebau GmbH
Current assignee: Schleifring und Apparatebau GmbH
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2009-12-03
Also published as: US20090279829A1; US8355609B2

Abstract

Beschrieben wird ein optischer Drehübertrager, umfassend eine erste Kollimatoranordnung zur Ankopplung von ersten Lichtwellenleitern sowie eine zweite Kollimatoranordnung zur Ankopplung von zweiten Lichtwellenleitern, wobei diese gegenüber der ersten Kollimatoranordnung um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Zwischen den Kollimatoranordnungen ist als derotierendes Element ein Dove-Prisma vorgesehen. Erfindungsgemäß weisen die Kollimatoranordnungen wenigstens ein Mikrolinsenarray auf, auf dem Lichtwellenleiter mit dazugehörigen Ferrulen angeordnet sind. Um Spannungen in der Anordnung oder durch Verbindung des Klebers zwischen den einzelnen Ferrulen zu vermeiden, werden Gräben, Barrieren oder auch Beschichtungen zwischen den einzelnen Ferrulen vorgesehen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen optischen Drehübertrager und ein Linsensystem insbesondere zur Verwendung in optischen Drehübertragern, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Linsensystems.
Stand der Technik
Zur Übertragung optischer Signale zwischen gegeneinander drehbaren Einheiten sind verschiedene Übertragungssysteme bekannt.
In der US 5,568,578 ist ein optischer Drehübertrager für mehrere Kanäle mit einem Dove-Prisma offenbart. Zur Einkopplung beziehungsweise Auskopplung des Lichtes aus Glasfasern ist eine Anordnung mit mehreren GRIN-Linsen vorgesehen.
In der US 2005/0036735 ist ein optischer Drehübertrager für mehrere Kanäle mit einem Dove-Prisma als derotierendes Element offenbart. Licht wird von zuführenden Lichtwellenleitern über Kollimatoren in ein Dove-Prisma eingekoppelt, mittels diesem derotiert und über weitere Kollimatoren in wegführende Lichtwellenleiter eingespeist.
Eine andere Art eines optischen Drehübertragers ist in der WO 01/98801 A2 offenbart. So ist darin ein mikrooptisches System angegeben, welches optische und mechanische Komponenten als einstückiges Bauteil aufweist. Durch diese Ausgestaltung lässt sich eine wesentlich höhere Packungsdichte der einzelnen Glasfasern erreichen.
In der DE 10 2006 022 023 A1 ist ein weiterer optischer Drehübertrager mit Kollimatoren, die eine Vielzahl von Linsen umfassen, offenbart.
Insbesondere bei Kollimatoren mit einer hohen Anzahl von Linsen treten unerwartete Frühausfälle bereits nach kurzer Betriebsdauer auf.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigen optischen Drehübertrager sowie ein Linsensystem für einen solchen Drehübertrager bereitzustellen, der reproduzierbar herstellbar ist und nur eine äußerst geringe Anzahl von Frühausfällen und somit eine erhöhte Zuverlässigkeit aufweist. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Linsensystems angegeben werden.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Linsensystem 1 weist wenigstens eine Trägerplatte mit wenigstens einer Linse auf. An der Trägerplatte sind mehrere Lichtwellenleiter 2a, 2b, 2c, 2d angeordnet. Diese Lichtwellenleiter werden in Ferrulen 3a, 3b, 3c, 3d gehalten. Die Befestigung der Ferrulen auf dem Linsensystem 1 erfolgt mittels Kleber. Als Kleber wird bevorzugt ein ausgehärtetes Epoxydharz eingesetzt. Häufig überlappen sich die Klebestellen benachbarter Ferrulen. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen mit überlappenden Klebestellen 6a, 6b, 6c traten immer wieder Frühausfälle auf. In langwierigen Untersuchungen konnten diese auf innere Spannungen innerhalb der Anordnung zurückverfolgt werden. Eine überraschende Erkenntnis war, dass diese Frühausfälle nahezu vollständig verschwinden, wenn eine Überlappung benachbarter Klebestellen zuverlässig vermieden wird. Somit kann die Zuverlässigkeit von Mikrolinsenarrays sowie optischen Drehübertragern wesentlich erhöht werden. Erfindungsgemäß wird eine solche Überlappung dadurch vermieden, dass in dem Mikrolinsenarray Gräben 5a, 5b, 5c, 5d, 5e beziehungsweise Nuten zwischen den Ferrulen vorgesehen sind. Diese verhindern eine Überlappung der Klebestellen wirkungsvoll. Normalerweise läuft der Kleber bereits aufgrund seiner Oberflächenspannung nicht in die Gräben hinein. Dadurch gibt ergibt sich ein hinreichender Abstand zwischen den Klebestellen benachbarter Ferrulen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden zwischen den einzelnen Ferrulen trennende Stege oder auch Barrieren 7a, 7b, 7c, 7d, 7e angeordnet. Diese Barrieren umfassen vorzugsweise ein Material mit einer Kleber abweisenden Oberfläche, so dass keine feste Verbindung zwischen dem Kleber und einer Barriere entsteht. Alternativ und oder zusätzlich können die Barrieren ein elastisches Material umfassen, so dass keine Kraftübertragung zwischen den Klebestellen benachbarter Ferrulen auftritt. Die Barrieren können vor dem Kleben zusätzlich aufgebracht werden oder bereits als strukturelle Elemente des Mikrolinsenarrays vorgesehen sein. Eine solche Barriere kann ein separates Bauteil oder auch eine Lackschicht sein. Vorzugsweise wird eine Barriere nach dem Aushärten des Klebers entfernt. Dies kann beispielsweise thermisch, wie durch einen Laser oder auch chemisch wie durch Ätzen erfolgen.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist eine Beschichtung 8a, 8b, 8c, 8d, 8e zwischen den Ferrulen vorgesehen. Diese Beschichtung weist Klebstoff abweisende Eigenschaften auf. Dies kann beispielsweise durch eine Erhöhung der Oberflächenspannung durch die Beschichtung erfolgen. Der vom der Beschichtung abgedeckte Bereich kann von dem Kleber nicht oder nur kaum benetzt werden. Somit kann auch eine Verbindung der Klebestellen benachbarter Ferrulen vermieden werden. Als Beschichtung geeignet ist beispielsweise ein Stopp lack, eine Plasmabehandlung, vorzugsweise mit SiO_x oder auch aus Auftragen von Öl.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung besteht darin, dass eine Trennung der Klebestellen nach dem Aushärten des Klebers erfolgt. So wird bevorzugt ein Streifen des Klebers zwischen den Ferrulen abgetragen. Bevorzugterweise wird hierbei ein Laser eingesetzt.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die einzelnen Ferrulen diagonal bezogen auf eine rechteckige Matrix ihrer gesamten Anordnung an benachbarte Ferrulen angrenzen. Durch diese Diagonale Anordnung sind einerseits die Abstände zwischen benachbarten Ferrulen größer und die Berührungsflächen zwischen den Ferrulen kleiner.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Lichtwellenleiter 2 ohne Ferrulen an dem Mikrolinsen-Array, einer Glasplatte oder Glasprofilen befestigt. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise durch Kleben, oder auch durch Schweißen und/oder Spleißen.
Erfindungsgemäß können auch mehrere oder alle der in diesem Dokument beschriebenen Aspekte miteinander kombiniert werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Reduzierung von Frühausfällen aufgrund Mitteln zur Erhöhung der Rückflussdämpfung. Es ist bekannt, die Koppelfläche zwischen dem Lichtwellenleiter 2 und dem Mikrolinsenarray 1 anzuschrägen, um die Reflexionen in den Lichtwel lenleiter zu minimieren. Die Verwendung einer Aufdickungsplatte 10 mit angeschrägten Flächen führt hier auch wieder zu dem Problem großer mechanischer Spannungen zwischen der Aufdickungsplatte 10 und dem Mikrolinsenarray 1 und somit zu verringerter Zuverlässigkeit. Weiterhin ist eine Aufdickungsplatte 10 Fotolithografisch kaum herzustellen. Dieses Problem kann gelöst werden durch den Einsatz von individuellen Glasprofilen 11a, 11b, 11c, 11d, die jeweils einem Lichtwellenleiter zugeordnet sind. Für den Fall, dass diese individuellen Glasprofile auf das Mikrolinsenarray 1 geklebt werden, können die zuvor beschriebenen Maßnahmen eingesetzt werden, die eine Überlappung der Klebestellen verhindern.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Linsensystem sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Linsensystems dahingehend weiterentwickelt, dass ein Aushärten der Klebeverbindung in einem für typische Produktionsabläufe geeigneten Zeitrahmen möglich wird, ohne dass eine Erwärmung der zu klebenden Komponenten, der Klebeverbindung und der Justagevorrichtung vorgenommen wird, welche zusätzliche mechanische Spannungen oder Bewegungen der zu klebenden Komponenten untereinander verursacht. Dies soll insbesondere bei optisch nicht transparenten Werkstoffen, zum Beispiel Edelstahl möglich sein. Um eine beschleunigte Fixierung der optischen Komponenten zu erreichen, sind erfindungsgemäß lichtleitende Strukturen vorgesehen, um UV-Strahlung an den Kleber zu leiten. Solche lichtleitende Strukturen können beispielsweise Bohrungen von der Außenseite bis zur Klebestelle sein. Besonders günstig ist es, wenn solche Bohrungen poliert oder reflektierend beschichtet sind, um die Lichtleitung zu verbessern. Vorteilhaft ist es auch, wenn in die Bohrungen lichtleitende Fasern eingesetzt werden. Dies verhindert ein Eindringen des Klebers in Bohrungen. Da die lichtleitenden Fasern typischerweise eine geringere Dämpfung für UV-Licht haben als der Kleber, kann somit Licht mit geringer Dämpfung in die inneren Bereiche des Klebers zugeführt werden. Eine großflächige Lichtzuführung kann auch durch ein Bauteil erfolgen, welches das Profil einer Bienenwabenstruktur aufweist. Ebenso kann auch mit einem Bauteil mit einer teilweise lichtdurchlässigen, porösen Struktur eine Lichtzuführung auf größerer Fläche erreicht werden. Ein besonders vorteilhafter Aufbau ergibt sich, wenn ein Zwischensubstrat 24 aus einem transparenten Werkstoff, vorzugsweise Glas vorgesehen ist, welches mit einer Seite an den Kleber 4 angrenzt. Das Zwischensubstrat sollte das UV-Licht mit niedriger Dämpfung in das Innere des Bereichs zwischen dem ersten Teil 20 und dem zweiten Teil 21 leiten. Vorteilhafterweise sollte es das UV-Licht diffus streuen, so dass und dadurch die Klebestelle gleichmäßig bestrahlt wird. Vorteilhafterweise wird die Streuwirkung durch Volumen- oder Oberflächenstrukturen gezielt gesteuert, so dass beispielsweise ein Gradient der Streuwirkung von außen nach innen entsteht. Es kann auch ein Mikrolinsenarray als lichtleitende Struktur vorgesehen sein, so dass die Zuführung von UV Licht durch das Mikrolinsenarray erfolgen kann. Besonders günstig ist es aber, noch weitere lichtleitende Strukturen, wie oben beschrieben, einzusetzen.
Grundsätzlich können diese lichtleitenden Strukturen zwischen den zu verklebenden Bauteilen oder an den zu verklebenden Bauteilen, wie Lichtwellenleitern, Ferrulen, Mikrolinsen-Arrays und anderen vorgesehen sein.
Das hier beschriebene Linsensystem sowie das entsprechende Fertigungsverfahren sind besonders vorteilhaft auch für Einkanal-Drehübertrager einsetzbar, bei denen vorgefertigte Kollimatoren in Metallgehäusen verwendet werden. Diese werden dann häufig in Metallhülsen integriert. Ein Beispiel eines solchen Drehübertragers ist in der EP 1 857 847 offenbart. Diese EP 1 857 847 soll gleichzeitig vollständig mit zum Inhalt des vorliegenden Dokuments gehören.
Mit dem Einsatz der hier beschriebenen lichtleitenden Strukturen kann ein Linsensystem mit folgenden Prozessschritten gefertigt werden:

1. Fügen der mit UV aushärtendem Kleber versehenen Bauteile, welche miteinander zu verkleben sind.
2. Justieren der Position der Bauteile.
3. Fixierung der Position der Bauteile durch zumindest teilweises Aushärten des Klebers, ausgelöst durch Bestrahlung mit UV-Licht, welches durch die lichtleitenden Strukturen geführt wird. Grundsätzlich ist zur Fixierung nur ein handfestes Aushärten ausreichend. Es kann jedoch auch eine weitere Aushärtung erfolgen.
4. Entnehmen der fixierten Bauteile aus der Justagevorrichtung.
5. Vollständiges Aushärten des Klebers. Dies kann er durch Lagerung über die aushärtezeit oder auch durch die Lagerung unter erhöhter Umgebungstemperatur erfolgen. Eine Lagerung unter erhöhter Umgebungstemperatur ist nun möglich, da die miteinander verbundenen Teile temperaturkompensiert sind, nicht aber notwendigerweise die Justagevorrichtung.

Als Kleber kann beispielsweise ein Epoxy oder auch ein Methacrylat verwendet werden.
Das beschriebene Verfahren kann noch weiter modifiziert werden. So kann beispielsweise ein schnell aushärtender Kleber erst nach der Justage aufgetragen werden. Hierzu sind vorzugsweise Kanäle zur Zuführung des Klebers angebracht, so dass dann mittels Kapillarwirkung oder durch externen Druck der Kleber an die Klebestellen geführt wird. In einer weiteren Alternative können auch räumlich voneinander isolierte Klebeschichten verwendet werden. Dadurch können unterschiedlich ablaufende Aushärteverfahren angewendet werden. Beispielsweise kann der Kleber im Randbereich durch Bestrahlung mit UV-Licht beschleunigt ausgehärtet werden, während der Kleber im Inneren langsamer, aber mit höherer Festigkeit aushärtet. Vorzugsweise ist hierzu wegen ein Mittel zur Trennung der unterschiedlichen Kleber, beispielsweise ein Trennsteg vorgesehen. Es kann aber auch nur eine Sorte Kleber eingesetzt werden, der beispielsweise nach einem ersten durch UV-Licht gestarteten Aushärteprozess am Rand im inneren anaerob aushärtet. Ein solcher Kleber kann beispielsweise ein Urethanmethacrylat sein.
Ein erfindungsgemäßer optischer Drehübertrager weist anstelle der üblichen Kollimatoranordnungen beziehungsweise Linsensysteme wenigstens ein erfindungsgemäßes Linsensystem auf. Entsprechend kann ein Drehübertrager, wie er in der US 5,568,578 offenbart ist, anstelle der GRIN-Linsen auf jeder Seite des Dove-Prisma mit jeweils einem erfindungsgemäßen Linsensystem auf jeder Seite ausgestaltet sein. Es sind aber auch Drehübertrager ohne derotierendes Element, wie beispielsweise Einkanal-Drehübertrager mit erfindungsgemäßen Linsensystemen ausrüstbar. Ebenso sind auch Drehübertrager, welche beispielsweise einen verspiegelten Graben oder Segmente davon als Lichtleiter verwenden, mit erfindungsgemäßen Linsensystemen zu versehen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Linsensystems für optische Drehübertrager umfasst die Schritte:

a. Bereitstellen eines Mikrolinsenarrays 1;
b. wahlweises Herstellen von Gräben 5, Barrieren 6, einer Beschichtung 8;
c. Verkleben der Ferrulen 3 mit dem Mikrolinsenarray 1;
d. wahlweises Entfernen von Klebstoff zwischen den Ferrulen.

Die Schritte a. und b. können auch in einem gemeinsamen Fertigungsschritt durchgeführt werden. Zwischen einer schritten c. und d. kann noch einen Schritt des Aushärtens des Klebers vorgesehen sein. Der Schritt d. kann auch bei nur teilweise ausgehärtetem Kleber durchgeführt werden.
Ein erfindungsgemäßer optischer Drehübertrager umfasst wenigstens eine erstes Linsensystem 54 zur Ankopplung von ersten Lichtwellenleitern 52. Weiterhin ist wenigstens ein zweites Linsensystem 55 zur Ankopplung von zweiten Lichtwellenleitern 53 vorgesehen. Beide Linsensysteme sind gegenüber einer Drehachse 56 drehbar gegeneinander gelagert und über ein derotierendes optisches Element im Lichtpfad zwischen den beiden Linsensystemen optisch miteinander verbunden. Wenigstens eines der Linsensysteme weist die oben angegebenen erfindungsgemäßen Merkmale auf und/oder wurde nach dem oben angegebenen Verfahren hergestellt. Das derotierende optische Element kann wahlweise auch ein Dove-Prisma, ein Abbe-König-Prisma oder eine beliebiges anderes derotierendes Element sein.
Die hier beschriebenen Linsensysteme bzw. optischen Komponenten und Verfahren zu deren Herstellung sind bevorzugt bei optischen Drehübertragern einsetzbar. Sie können aber auch ion jedem anderen Gebiet der Optik eingesetzt werden.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung mit Gräben zwischen den Ferrulen.
2 zeigt eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit Barrieren zwischen den Ferrulen.
3 zeigt eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit Beschichtungen zwischen den Ferrulen.
4 zeigt eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Anordnung, wobei Klebstoff zwischen den Ferrulen entfernt wurde.
5 zeigt ein Mikrolinsenarray nach dem Stand der Technik.
6 zeigt ein erfindungsgemäßes Mikrolinsenarray nach den 1 bis 4 in der Draufsicht.
7 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Mikrolinsenarray mit 9 Kanälen in der Draufsicht.
8 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Mikrolinsenarray mit 12 Kanälen in der Draufsicht.
9 zeigt ein Mikrolinsenarray mit einer Aufdickungsplatte zur Erhöhung der Reflexionsdämpfung.
10 zeigt ein erfindungsgemäßes Mikrolinsenarray mit Glasprofilen zur Erhöhung der Reflexionsdämpfung.
11 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Mikrolinsenarray mit Glasprofilen zur Erhöhung der Reflexionsdämpfung.
12 zeigt ein Mikrolinsen-Array mit einem Faserarray in Kombination mit einem Glasprofil zu Erhöhung der Reflexionsdämpfung.
13 zeigt eine Anordnung mit Bohrungen zur UV-Lichtzuführung an die Klebestelle.
14 zeigt eine Anordnung mit einem transparenten Zwischensubstrat.
15 zeigt eine Anordnung mit einem transparenten Zwischensubstrat und der Lichtführung von extern eingekoppelter UV-Strahlung.
16 zeigt eine Anordnung mit isolierten Kleberschichten können.
17 zeigt einen erfindungsgemäßen Drehübertrager.
18 zeigt ein erfindungsgemäßes Wabenprofil.
19 zeigt das Wabenprofil mit Deckflächen.
1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung mit Gräben zwischen den Ferrulen. Auf dem Mikrolinsenarray 1 sind Lichtwellenleiter 2a, 2b, 2c, 2d mittels der Ferrulen 3a, 3b, 3c, 3d angebracht. Nachfolgend wird der Einfachheit halber auf die Ferrulen Bezug genommen. Gemeint sind hier jedoch die Ferrulen zusammen mit den Lichtwellenleitern sowie grundsätzlich andere ferrulenartige Bauelemente. Weiterhin wird hier beispielsweise für die einzelnen Lichtwellenleiter 2a, 2b, 2c, 2d das Bezugszeichen 2 für die Gesamtheit dieser Lichtwellenleiter verwendet. Dies gilt auch für die anderen Komponenten. Die Ferrulen 3a, 3b, 3c, 3d sind mittels Kleber 4a, 4b, 4c, 4d mit dem Mikrolinsenarray 1 verklebt. Um hier eine Verbindung zwischen den Klebern zu verhindern, sind erfindungsgemäße zwischen diesen Klebern die Gräben 5a, 5b, 5c, 5d, 5e vorgesehen.
2 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung ähnlich wie in 1. Allerdings sind hier anstelle der Gräben 5a, 5b, 5c, 5d, 5e die Barrieren 7a, 7b, 7c, 7d, 7e vorgesehen. Auch diese verhindern wirkungsvoll eine Verbindung zwischen den Klebern.
In 3 ist eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung offenbart. So ist hier zwischen den Klebern 4 eine Beschichtung 8a, 8b, 8c, 8d, 8e vorgesehen. Die Beschichtung hat Klebstoff abweisende Eigenschaften und kann vom Klebstoff nicht benetzt werden. Dadurch kann keine Verbindung zwischen benachbarten Klebestellen entstehen.
4 zeigt noch eine andere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung, wobei die Kleber 4 zwischen dem Ferrulen 3 an den Positionen 9a, 9b, 9c entfernt wurden.
5 zeigt ein Mikrolinsenarray entsprechend dem Stand der Technik. Hierin verlaufen die Kleber 4 der einzelnen Ferrulen 3 an den Positionen 6a, 6b und 6c miteinander und gehen so eine mechanische Verbindung ein, die zu unerwünschten Spannungen nach dem Aushärten führt.
In 6 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßes Mikrolinsenarray 1 entsprechend einer der 1 bis 4 dargestellt. Zwischen den kreisförmig dargestellten Ferrulen 2 sind als waagerechte und senkrechte Linien beispielsweise die Gräben 5 bezeichnet. Ebenso könnten diese auch Barrieren 7, Beschichtungen 8 oder die Stellen von entfernten Klebstoff 9 sein. Wesentlich für die Erfindung ist, dass diese zwischen den einzelnen Ferrulen vorgesehen sind. Vorzugsweise sind diese auch zum Rand der Anordnung hin vorgesehen, um auch das Verbinden des Klebers mit anderen Komponenten am Rand zu verhindern.
7 zeigt ein erfindungsgemäßes Mikrolinsenarray ähnlich wie in 6, jedoch mit 9 Kanälen in der Draufsicht. Hierbei sind diese noch in eine Matrix mit den Zeilen A, B, C, D, E sowie den Spalten 1, 2, 3, 4, 5 angeordnet. Dadurch, dass die einzelnen Kollimatoren nur diagonal an benachbarte Kollimatoren angrenzen, können die Abstände weiter vergrößert werden, was eine Verbindung der Kleber benachbarter Ferrulen weiter reduziert. Grundsätzlich ist eine solche Ausgestaltung auch ohne die zuvor beschriebenen Mittel wie Gräben, Barrieren, Beschichtung oder auch das Entfernen von Kleber realisierbar. In Verbindung mit diesen Mitteln wird eine weitere Verbesserung erreicht.
8 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung ähnlich wie in Figur sieben, jedoch mit 12 Kanälen entsprechend 12 Ferrulen mit Lichtwellenleitern.
9 zeigt ein Mikrolinsenarray 1 mit einer Aufdickungsplatte 10 nach dem Stand der Technik. Nachteilig an dieser Aufdickungsplatte ist die schwierige Einstellbarkeit sowie die Gefahr von Verspannungen mit dem Mikrolinsenarray.
10 zeigt ein erfindungsgemäßes Mikrolinsenarray, bei dem die Ferrulen auf Glasprofilen 11a, 11b, 11c, 11d mit einer schrägen Oberfläche angeordnet sind. Hierdurch können Rückreflexionen an der Grenzfläche zwischen den Lichtwellenleitern 2 und dem Glasprofilen 11 reduziert werden. Weiterhin sind die relativ kleinen Glasprofilen 11 einfach herstellbar und vermeiden mechanische Spannungen in Verbindung mit dem Mikrolinsenarray 1.
11 zeigt ein erfindungsgemäßes Mikrolinsenarray ähnlich wie in 10. Hier sind jedoch die Lichtwellenleiter 2 ohne Ferrulen auf den Glasprofilen 11a, 11b, 11c, 11d mit einer schrägen Oberfläche angeordnet. Die Lichtwellenleiter können beispielsweise durch Schweissen, Spleissen oder Kleben an den Glasprofilen befestigt werden. So können in einem ersten Fertigungsschritt die Lichtwellenleiter 2 auf den Glasprofilen 11 justiert und befestigt werden. Diese Glasprofile 11 zusammen mit den Lichtwellenleitern 2 können dann in einem zweiten Schritt auf dem Mikrolinsenarray befestigt werden. Grundsätzlich sind alle hier beschriebenen Ausführungsvarianten auch ohne Ferrulen realiiserbar, indem die Lichtwellenleiter direkt auf dem Mikrolinsenarray, einer Glasplatte oder Glasprofilen befestigt werden.
12 zeigt eine Anordnung ähnlich wie in 11. Allerdings sind hier die Lichtwellenleiter 2 in Form eines Faserarrays 12, vorzugsweise mittels eines Halters mit V-Nuten angeordnet. Ebenso kann aber auch ein Halter mit Aufnahmebohrungen, beispielsweise in Silizium, eingesetzt werden. Ein solcher Halter ist beispielsweise in der US6328482 offenbart. Dieser Halter übernimmt die Funktion der einzelnen Ferrulen. Bei sich hier um ein einstückiges Faserarray handelt, ist der Justageaufwand wesentlich geringer, als bei mehreren einzelnen Ferrulen. Die einzelnen Glasprofile 11 sind hier entsprechend größer auszuführen, so dass sie zu den Faserarrays passen. In der Zeichnung ist nur ein einzelnes Faserarray mit einem einzelnen Glasprofil dargestellt. Es können jedoch mehrere entsprechend der 11 auf einem Mikrolinsenarray 1 angeordnet werden. Im rechten Teil der 12 ist die Anordnung aus dem linken Teil der Figur um 90 Grad gedreht dargestellt. Hier ist nun die Abschrägung des Glasprofils 11 deutlich zu erkennen.
13 zeigt eine Anordnung mit Bohrungen zur UV-Lichtzuführung an die Klebestelle. Ein erstes Teil 20 (erste optische Komponente) wird mit einem zweiten Teil 21 (zweite optische Komponente) mittels des Klebers 4 verklebt. In diesem Beispiel ist sowohl das erste Teil 20 als auch das zweite Teil 21 lichtundurchlässig beziehungsweise weist eine hohe Dämpfung für UV-Licht auf. So kann eines der Teile beispielsweise eine Ferrule oder ein anderer Faserhalter aus einem Material wie Metall oder Keramik sein. Eine Aushärtung des Klebers durch seitliche Lichteinstrahlung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil kaum möglich, da hier Licht in den relativ engen Spalt tief in den Kleber hineingeführt werden muss und aufgrund der Lichtabsorption des Klebers im inneren nur noch geringe Strahlungsintensitäten erzielt werden können. Wesentlich günstiger ist es hier, erfindungsgemäß, Lichtleitkanäle, wie beispielsweise dem ersten Lichtleitkanal 22 und den zweiten Lichtleitkanal 23 in dem ersten Teil 20 vorzusehen. Ebenso können einer oder mehrere Lichtleitkanäle in dem zweiten Teil 21 vorhanden sein. Durch diese Lichtleitkanäle kann nun Licht von einer externen Lichtquelle in das Innere des mit Kleber gefüllten Zwischenraums zwischen dem ersten Teil 20 und dem zweiten Teil 21 geleitet werden. Hierzu sind die Lichtleitkanäle vorzugsweise zur Lichtführung mit niedriger Dämpfung für UV-Licht ausgeführt. Vorteilhaft ist eine polierte Wandung der Kanäle. Besonders günstig ist es, in diese Kanäle Lichtleiter einzusetzen, welche eine niedrige Dämpfung für UV-Lichts aufweisen. Hiermit wird auch verhindert, dass Kleber, der typischerweise eine höhere optische Dämpfung als diese Lichtleiter hat, in die Lichtleitkanäle eintritt. Es können auch weitere Kanäle zur Füllung des Zwischenraums zwischen dem ersten Teil 20 und dem zweiten Teil 21 mit Kleber vorgesehen sein.
14 zeigt eine Anordnung mit einem transparenten Zwischensubstrat. Zwischen dem ersten Teil 20 und dem zweiten Teil 21 ist ein transparentes Zwischensubstrat 24 vorgesehen, welches mit einer Fläche an den Kleber 4 angrenzt. Da transparenten Zwischensubstrat 24 weist vorzugsweise eine niedrige Durchgangsdämpfung für UV-Licht auf und ist vorzugsweise so ausgebildet, dass dies eine gleichmäßige Lichtumlenkung eines seitlich von außen eingekoppelten Lichtes in den Kleber 4 erreicht.
15 zeigt eine Anordnung mit einem transparenten Zwischensubstrat wie in 13. Es ist hier zusätzlich noch die UV-Strahlung 27 dargestellt, welche von einer externen Lichtquelle mittels des Lichtleiters 28 seitlich in das Zwischensubstrat 24 eingekoppelt wird. Das in dem Zwischensubstrat 24 geführte Licht wird dann, wie durch die Pfeile dargestellt, in den Kleber 4 abgelenkt.
16 zeigt eine Anordnung mit isolierten Kleberschichten. In dieser Anordnung ist der innere Teil des Zwischenraums zwischen dem ersten Teil 20 und dem zweiten Teil 21 mit einem zweiten Kleber 26 gefüllt, während die Randbereiche mit dem ersten Kleber 4 gefüllt sind. Zur Trennung der beiden Kleber untereinander ist wenigstens ein Trennsteg 25 vorgesehen. Dieser Trennsteg kann beispielsweise bei der gezeigten kreisförmigen Anordnung ein Ring sein. In den äußeren Bereichen wird wie bereits zuvor beschrieben, ein UV-aushärtender Kleber 4 eingesetzt, während im inneren vorzugsweise ein anaerob aushärtender Kleber 26 vorhanden ist. Zunächst erfolgt eine erste Fixierung durch den äußeren Kleber 4, der durch UV-Licht aushärtet. Eine stabile Verbindung wird durch den langsam aushärtenden Kleber 26 erreicht.
17 zeigt in schematischer Form einen erfindungsgemäßen Drehübertrager. Der optische Drehübertrager umfasst eine erste Kollimatoranordnung 54 zur Ankopplung von ersten Lichtwellenleitern 52, sowie eine zweite Kollimatoranordnung 55 zur Ankopplung von zweiten Lichtwellenleitern 53. Die zweite Kollimatoranordnung 55 ist gegenüber der ersten Kollimatoranordnung 54 um die Drehachse 56 drehbar gelagert. Zur Kompensation der Drehbewegung befindet sich im Strahlengang zwischen der ersten Kollimatoranordnung 4 und der zweiten Kollimatoranordnung 55 ein derotierendes Element in Form eines Dove-Prismas 51. Der beispielhafte Strahlengangs eines Lichtstrahls 57 ist ausgehend von ersten Lichtwellenleitern 52 über die erste Kollimatoranordnung 54, durch das Dove-Prisma 51, über die zweite Kollimatoranordnung 55 bis in die zweiten Lichtwellenleiter 53 dargestellt. Die in diesem Dokument beschriebenen Linsensysteme können Teil einer Kollimatoranordnung oder auch eine Kollimatoranordnung selbst sein.
18 zeigt das erfindungsgemäße Wabenprofil 30 mit einer Bienenwabenstruktur.
19 zeigt das Wabenprofil mit Deckflächen. Die Deckflächen 31, 32 des Wabenprofils 30 können beispielsweise das erste Teil 20 und das zweite Teil 21 aus den vorhergehenden Figuren sein.

1: Mikrolinsen-Array
2: Lichtwellenleiter
3: Ferrulen
4: Kleber
5: Gräben
6: Kleberbrücke
7: Barriere
8: Beschichtung
9: Entfernter Klebstoff
10: Aufdickungsplatte
11: Glasprofil
12: Faserarray
20: erstes Teil
21: zweites Teil
22: erster Lichtleitkanal
23: zweiter Lichtleitkanal
24: Zwischensubstrat
25: Trennsteg
26: zweiter Kleber
27: UV-Strahlung
28: UV-Lichtleiter
30: Wabenstruktur
31: Erste Deckfläche
32: Zweite Deckfläche
51: Derotierendes optisches Element
52: Erste Lichtwellenleiter
53: Zweite Lichtwellenleiter
54: Erste Kollimatoranordnung
55: Zweite Kollimatoranordnung
56: Drehachse
57: Lichtstrahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5568578 [0003, 0024]
- US 2005/0036735 [0004]
- WO 01/98801 A2 [0005]
- DE 102006022023 A1 [0006]
- EP 1857847 [0020, 0020]
- US 6328482 [0060]

Claims

Linsensystem umfassend ein Mikrolinsenarray (1), sowie mehrere darauf mittels Kleber (4) aufgeklebte Ferrulen (3) mit Lichtwellenleitern (2), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite des Mikrolinsenarrays (1), auf der die Ferrulen (3) befestigt sind, Gräben (5) und/oder Barrieren (7) und/oder Beschichtungen (8) zwischen den Ferrulen (3) vorgesehen sind, welche eine Verbindung des Klebers (4) benachbarter Ferrulen (3) verhindern.
Linsensystem umfassend ein Mikrolinsenarray (1), sowie mehrere darauf mittels Kleber (4) aufgeklebte Ferrulen (3) mit Lichtwellenleitern (2), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite des Mikrolinsenarrays (1), auf der die Ferrulen (3) befestigt sind, der Kleber zwischen benachbarten Ferrulen (3) entfernt wurde.
Linsensystem umfassend ein Mikrolinsenarray (1), sowie mehrere darauf mittels Kleber (4) aufgeklebter Lichtwellenleiter (2), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite des Mikrolinsenarrays (1), auf der die Lichtwellenleiter (2) befestigt sind, Gräben (5) und/oder Barrieren (7) und/oder Beschichtungen (8) zwischen den Lichtwellenleitern (2) vorgesehen sind, welche eine Verbindung des Klebers (4) benachbarter Lichtwellenleiter (2) verhindern.
Linsensystem umfassend ein Mikrolinsenarray (1), sowie mehrere darauf mittels Kleber (4) aufgeklebter Lichtwellenleiter (2), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite des Mikrolinsenarrays (1), auf der die Lichtwellenleiter (2) befestigt sind, der Kleber zwischen benachbarten Lichtwellenleitern (2) entfernt wurde.
Linsensystem umfassend ein Mikrolinsenarray (1), sowie mehrere Lichtwellenleiter (2), welche optional jeweils in einer Ferrule (3) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils einem Lichtwellenleiter (2) und dem Mikrolinsenarray (1) ein Glasprofil (11) vorgesehen ist, welches auf der Seite des Lichtwellenleiters (2) eine angeschrägte Fläche aufweist.
Linsensystem umfassend ein Mikrolinsenarray (1), sowie mehrere Lichtwellenleiter (2), welche in einem Faserhalter (12) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Lichtwellenleitern (2) und dem Mikrolinsenarray (1) ein Glasprofil (11) vorgesehen ist, welches auf der Seite der Lichtwellenleiter (2) eine angeschrägte Fläche aufweist.
Optisches System umfassend eine erste optische Komponente (20), sowie eine zweite optische Komponente (21), welche mittels eines Klebers (4) miteinander verklebt sind, dadurch gekennzeichnet, dass lichtleitende Strukturen (22, 23) in der zweiten optischen Komponente (21) zur gezielten Zuführung von UV-Strahlung an den Kleber (4) vorhanden sind.
Optisches System nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitenden Strukturen (22, 23) wahlweise Bohrungen, wenigstens ein Teil mit einer Bienenwabenstruktur, eine teilweise lichtdurchlässige poröse Struktur, in Bohrungen eingesetzte lichtleitende Fasern oder ein Zwischensubstrat aus Glas umfassen.
Linsensystem für optische Drehübertrager umfassend wenigstens ein Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder ein optisches System nach einem der Ansprüche 11 oder 12.
Linsensystem für optische Drehübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, oder dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ferrulen (3) bezogen auf eine rechteckige Matrix ihrer Anordnung diagonal zueinander angeordnet sind.
Optischer Drehübertrager zur Übertragung modulierter optischer Signale mit zwei gegeneinander rotierbar gelagerten Einheiten, einem derotierenden optischen Element und wenigstens einem Linsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung eines Linsensystems für optische Drehübertrager umfassend ein Mikrolinsenarray (1), sowie mehrere darauf mittels Kleber (4) aufgeklebte Ferrulen (3) mit Lichtwellenleitern (2) umfassend die folgenden Schritte: a. Herstellen eines Mikrolinsenarrays (1), b. Herstellen von Gräben (5) und/oder von Barrieren (6) und/oder von Beschichtungen (8) zwischen den Positionen der Ferrulen (3), wobei die Schritte a und b auch in einem einzigen Fertigungsschritt beziehungsweise Fertigungsprozess realisiert sein können, c. Aufkleben von Ferrulen (3), d. Aushärten des Klebers.
Verfahren zur Herstellung eines Linsensystems für optische Drehübertrager umfassend ein Mikrolinsenarray (1), sowie mehrere darauf mittels Kleber (4) aufgeklebte Ferrulen (3) mit Lichtwellenleitern (2) umfassend die folgenden Schritte: a. Herstellen eines Mikrolinsenarrays (1), b. Aufkleben von Ferrulen (3), c. Wahlweise vollständiges oder nur teilweises Aushärten des Klebers, d. Entfernen des Klebers an den Positionen (9) zwischen den Ferrulen (3).
Verfahren zur Herstellung eines Linsensystems für optische Drehübertrager umfassend ein Mikrolinsenarray (1), sowie mehrere darauf mittels Kleber (4) aufgeklebte Ferrulen (3) mit Lichtwellenleitern (2) umfassend die folgenden Schritte: a. Einsetzen eines Mikrolinsenarrays (1) in eine Justagevorrichtung, b. Fügen der Kleber (4) versehenen Ferrulen (3) an das Mikrolinsenarray (1), c. justieren der Position wenigstens einer Ferrule (3) in Bezug auf das Mikrolinsenarray (1), d. Fixierung des Klebers durch Bestrahlung mit UV-Licht, e. Entnehmen des Mikrolinsen-Arrays (1) zusammen mit den Ferrulen (3) aus der Justagevorrichtung. f. Vollständiges Aushärten des Klebers durch Lagerung über die Aushärtezeit, wobei wahlweise die Lagerung unter erhöhter Temperatur erfolgen kann.