DE102008020828A1

DE102008020828A1 - Faserkoppler

Info

Publication number: DE102008020828A1
Application number: DE102008020828A
Authority: DE
Inventors: Malte Dr. Kumkar; Marcin Michal Dr. Kozak; Clemens Dr. Hönninger; Andreas Dr. Liem; Thomas Dr. Gabler; Inka Dr. Manek-Hönninger
Original assignee: JT OPTICAL ENGINE GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Laser GmbH
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2009-10-29
Also published as: WO2009129774A2; US8787716B2; EP2281216A2; CN102016667A; WO2009129774A3; JP2011519059A; US20110123155A1; JP5575111B2

Abstract

Es wird bereitgestellt ein Faserkoppler mit einem Innenrohr (2), einer im Innenrohr (2) angeordneten Innenfaser (SF) und mehreren um die Innenfaser (SF) herum angeordneten Außenfasern (PF), wobei sich der Faserkoppler in Längsrichtung der Innenfaser (SF) von einem Hauptabschnitt (5) zu einem Endabschnitt (7) verjüngt und der Innenquerschnitt des Innenrohrs (2) entlang des sich verjüngenden Abschnittes (6) des Faserkopplers (1) dem Querschnitt der Innenfaser (SF) entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Faserkoppler.
Ein solcher Faserkoppler wird beispielsweise zum optischen Pumpen eines Faserlasers oder Faserverstärkers verwendet, um über Pumpfasern Pumplicht in den Pumpkern einer Signallicht führenden Signalfaser einzukoppeln.
Derartige Koppler werden beispielsweise in Verbindung mit mantelgepumpten Faserlasern eingesetzt. Für diese ist es wünschenswert, Pumplicht derart in den Pumpmantel der Doppelkernfaser (= aktive Faser) zu koppeln, daß das Licht im Pumpmantel geführt und im aktiven Signalkern der Doppelkernfaser absorbiert wird. Eine gute Absorption des Pumplichts wird bei kleiner Querschnittsfläche des Pumpmantels erreicht, eine gute Führung wird erreicht, wenn die Divergenz des Pumplichts den Akzeptanzwinkel der Doppelkernfaser nicht überschreitet.
Grundlegend ist für einen derartigen Koppler einerseits Licht aus den Pump- bzw. Außenfasern möglichst effizient zu führen. Andererseits soll Signallicht möglichst ungestört in beiden Richtungen durch den Koppler geführt werden können.
Aus der US 6,434,302 ist beispielsweise ein sich verjüngendes Faserbündel bekannt, bei dem die Pumpfasern vorgetapert und dann mit der gegebenenfalls durch Ätzen verjüngten Signalfaser verschmolzen werden. Hierbei ist es von Nachteil, daß die Signalfaser zum Verschmelzen stark erwärmt werden muß und/oder daß die Verschmelzung nicht in einer gut zu brechenden und zu spleißenden Struktur resultiert.
Bei der US 7,016,573 B2 wird die Verjüngung des Faserkopplers durch die Verjüngung einer Signalfaser erreicht, was nachteilig die Führungseigenschaft der Signalfaser beeinflußt, wodurch beispielsweise die maximale Leistung eines diesen Koppler aufweisenden Lasers verringert wird.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Faserkoppler bereit zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Faserkoppler mit einem Innenrohr, einer im Innenrohr angeordneten Innenfaser und mehreren um die Innenfaser herum angeordneten Außenfasern, wobei sich der Faserkoppler in Längsrichtung der Innenfaser, von einem Hauptabschnitt zu einem Endabschnitt verjüngt und der Innenquerschnitt des Innenrohrs entlang des sich verjüngenden Abschnittes des Faserkopplers dem Querschnitt der Innenfaser entspricht.
Durch das Vorsehen des Innenrohrs ist es möglich, den Querschnitt der Innenfaser unverändert zu lassen und gleichzeitig den gewünschten Verjüngungsabschnitt auszubilden. Ferner kann durch das Vorsehen des Innenrohrs erreicht werden, daß die Innenfaser im Herstellungsprozeß des Faserkopplers einer vergleichsweisen geringen thermischen Belastung ausgesetzt wird. Dies begünstigt insgesamt eine ungestörte Signalführung durch den erfindungsgemäßen Faserkoppler.
Ungestörte Signalführung bedeutet hier insbesondere, daß die Verluste möglichst gering gehalten werden und daß die Modenverteilung erhalten bleibt.
Ferner können bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler die Außenfasern das Licht effizient führen, insbesondere durch den sich verjüngenden Abschnitt und den Endabschnitt. Effiziente Führung des Lichts von den Außenfasern durch den Faserkoppler bedeutet hier insbesondere, daß das Licht verlustarm bis zum Endabschnitt geführt wird und daß dabei die Brillanz möglichst gut erhalten bleibt. Bestmögliche Brillanz wird in diesem Fall erreicht, wenn das von den Außenfasern zugeführte Licht durch einen Endabschnitt möglichst kleiner Fläche mit geringst möglicher Divergenz geführt wird.
Das Vorsehen des Innenrohrs bringt auch Vorteile bei der Herstellung des Faserkopplers mit sich. So ist kein direkter Kontakt zwischen Außenfasern und Innenfasern notwendig, da der notwendige optische Kontakt über das Innenrohr erfolgt. Daher kann bei der Herstellung des Faserkopplers die Ausbildung des sich verjüngenden Abschnittes und das Kontaktieren von Außenfasern und Innenrohr z. B. ohne eingeführte Innenfaser erfolgen, so daß bei diesen Herstellungsschritten eine Verschlechterung von Eigenschaften der Innenfasern nicht auftritt. Nachdem der sich verjüngende Abschnitt und der Kontakt zwischen Außenfasern und Innenrohr hergestellt wurde, kann dann die Innenfaser eingeführt werden, so daß bei der Herstellung des Faserkopplers der Wärmeeintrag in die Innenfaser minimiert werden kann.
Bei herkömmlichen Lösungen wurde bisher ein direkter Kontakt zwischen Außenfasern und Innenfaser erzeugt. Dies kann einerseits zu einem unerwünscht hohen Wärmeeintrag in die Innenfaser führen. Andererseits ist man bei der Auswahl der Innenfaser stark eingeschränkt.
Bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler liegt diese Einschränkung nicht vor, da, wie erläutert, der Wärmeeintrag in die Innenfaser minimiert werden kann.
Ferner wird bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler eine Überkopplung des Lichts von den Außenfasern in die Innenfaser im sich verjüngenden Abschnitt bzw. Verjüngungsbereich ermöglicht. Diese Überkopplung ist durch den optischen Kontakt zwischen Innenfaser und Innenrohr einerseits und bei z. B. kompletter Verschmelzung der Außenfasern mit dem Innenrohr andererseits hinsichtlich der im Endabschnitt erzielten Brillanz des Pumplichts günstiger als bekannte Lösungen, bei denen die Pumplichtfasern einzeln verjüngt werden. Jegliche Divergenzerhöhung durch Verjüngung einer Struktur ohne optischen Kontakt zur Innenfaser schränkt die erzielbare Brillanz des Pumplichts im Endabschnitt gegenüber der erfindungsgemäßen Lösung ein.
Der sich verjüngende Abschnitt bzw. Verjüngungsabschnitt kann insbesondere so ausgebildet werden, daß das durch die Außenfasern vom Hauptabschnitt zum Endabschnitt geführte Licht eine vorgegebene (zulässige) Divergenz nicht überschreitet. Die Querschnittsfläche des Endabschnitts ist bevorzugt möglichst klein.
Der Hauptabschnitt kann beispielsweise dadurch charakterisiert werden, daß die Querschnittsform der Außenfasern entlang des Hauptabschnittes weitgehend konstant bleibt. Anders gesagt, kann der Hauptabschnitt so ausgebildet werden, daß die Divergenz des in dem Außenfasern geführten Lichtes nicht oder nicht wesentlich erhöht wird.
Der Endabschnitt kann eine unterschiedliche Ausdehnung in Längsrichtung des erfindungsgemäßen Faserkopplers aufweisen. Diese Ausdehnung kann im Extremfall auch 0 betragen. In diesem Fall ist der Endabschnitt das Ende des Verjüngungsabschnittes.
Wenn die Ausdehnung des Endabschnitts ungleich 0 in der Längsrichtung beträgt, kann der Endabschnitt insbesondere dadurch charakterisiert werden, daß sich die Querschnittsform der Außenfasern entlang des Endabschnittes nicht mehr ändert. Insbesondere können die Außenfasern in direktem optischen Kontakt mit dem Innenrohr entlang des Endabschnittes stehen. So können beispielsweise die Außenfasern mit dem Innenrohr verschmolzen sein.
Ferner weisen bevorzugt der Verjüngungsabschnitt sowie der Endabschnitt keine Lufteinschlüsse zwischen den Außenfasern und dem Innenrohr sowie zwischen dem Innenrohr und der Innenfaser auf.
Der Faserkoppler kann dazu eingesetzt werden, um Licht von den Außenfasern in die Innenfaser einzukoppeln oder Licht von der Innenfaser in die Außerfasern einzukoppeln. Insbesondere wird er zum optischen Pumpen eines Faserlasers oder Faserverstärkers genutzt. In diesem Fall können die Außenfasern als Pumpfasern bezeichnet werden, die Pumplicht in die Innenfaser, die dann als Signalfaser bezeichnet werden kann, einkoppeln.
Die Innenfaser ist bevorzugt eine Doppelkern- oder Triplekernfaser, wobei sie auch mehr als drei Kerne enthalten kann. Sie kann mit laseraktiven Ionen dotiert sein, um sie als Verstärkerfaser/Laserfaser zu nutzen, oder kann auch passiv als Transportfaser eingesetzt werden. Ferner kann die Innenfaser polarsationserhaltend oder polarisierend und/oder als LMA-Faser (Large-Mode-Area Faser) mit oder ohne Lufteinschlüssen ausgebildet sein.
Der Querschnitt der Innen- und Außenfasern kann kreisförmig, oval oder auch eckig bzw. polygonal (beispielsweise rechteckig, 6-ecking, 8-eckig) oder anders geformt sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler können sich die Außenfasern zueinander parallel entlang der Längsrichtung der Innenfaser erstrecken. Ein Verdrillen der Außenfaser entlang der Längsrichtung ist nicht notwendig, ist jedoch möglich.
Bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler wird aufgrund des sich verjüngenden Abschnittes die Strahlqualität (z. B. Brillanz, Leistung und/oder Divergenz des in den Außenfasern und/oder in der Innenfaser geführten Lichtes) vorteilig optimal erhalten, wobei durch die seitliche Ankopplung im Bereich des sich verjüngenden Abschnittes der Außenfasern an die Innenfaser die Signalführung in der Innenfaser nur minimal beeinflußt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler kann der Innenquerschnitt des Innenrohrs entlang des sich verjüngenden Abschnitts gleich bleiben. Es ist jedoch auch möglich, daß er sich verringert. Wesentlich ist insbesondere, daß der Innenquerschnitt des Innenrohrs des sich verjüngenden Abschnitts gleich dem Querschnitt der Innenfaser ist.
Ferner kann das Innenrohr entlang des sich verjüngenden Abschnitts auf die Innenfaser kollabiert sein bzw. mit dieser verschmolzen sein. Das ist dahingehend vorteilhaft, daß das Innenrohr als Stützstruktur für die Außenfaser bei der Herstellung des Verjüngungsabschnittes dienen kann und beim fertigen Faserkoppler Bestandteil des Faserkopplers ist.
Die Außenfasern können sich entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes erstrecken, wobei sich Ihre radiale Ausdehnung entsprechend verjüngt.
Die Außenfasern können über das Innenrohr entlang des sich verjüngenden Abschnittes in optischem Kontakt mit der Innenfaser stehen. Wenn sich die Außenfasern entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes erstrecken, können sie in direktem optischen Kontakt mit dem Innenrohr entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes stehen. Ohne einen solchen Kontakt entlang des sich verjüngenden Abschnittes kann im Endabschnitt keine so hohe Brillanz wie mit diesem Kontakt erzielt werden und die Minderung der aus den Außenfasern bereitgestellten Brillanz wäre erhöht.
Der erfindungsgemäße Faserkoppler kann ferner ein Außenrohr aufweisen, in dem das Innenrohr zumindest zum Teil (in Längsrichtung des Innenrohrs gesehen) angeordnet ist und in dem sich die Außenfasern zumindest teilweise (in Längsrichtung der Außenfasern gesehen) erstrecken.
Insbesondere können sich die Außenfasern zwischen Außenrohr und Innenrohr erstrecken.
Auch ist es möglich, daß sich die Außenfasern bis zu dem sich verjüngenden Abschnitt erstrecken, mit einer Stirnseite des Innenrohrs optisch gekoppelt sind (z. B. durch direkten Kontakt von Endfläche der Außenfasern mit der Stirnseite des Innenrohrs) und die Wandstärke des Innenrohrs entlang des sich verjüngenden Abschnittes abnimmt.
Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler die Wandstärke des Außenrohrs entlang des sich verjüngenden Abschnittes abnehmen.
Des weiteren ist es möglich, daß sich das Außenrohr entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes erstreckt.
Das Außenrohr und das Innenrohr können zusammen einstückig durch Bohrungen in einem Träger ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, Außen- und Innenrohr z. B. zweistückig durch entsprechende Bohrungen in zwei Teilträgern auszubilden. Natürlich ist es auch möglich, Außen- und Innenrohr aus mehr als zwei Teilträgern auszubilden. Die Aufteilung in Teilträgern liegt bevorzugt in Längsrichtung des Faserkopplers vor.
Wenn Außen- und Innenrohr mehrstückig ausgebildet sind, ist es bevorzugt, daß diese mehrstückigen Teile bei dem fertig hergestellten Faserkoppler fest und dauerhaft miteinander verbunden sind (beispielsweise miteinander verschmolzen).
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Faserkopplers vorgeschlagen, das folgende Schritte aufweist:

a) Erzeugen eines Rohlings, der ein Innenrohr sowie mehrere um das Innenrohr herum und/oder an die Stirnseite des Innenrohrs anliegende Außenfasern umfaßt und der entlang der Längsrichtung des Innenrohrs derart verjüngt ist, daß er einen einen Hauptabschnitt des Rohlings mit einem Endabschnitt des Rohlings verbindenden Verjüngungsabschnitt aufweist, wobei zur Erzeugung des Rohlings ein Bereitstellungsschritt, mit dem die mehreren Außenfasern bereitgestellt werden, und ein Verjüngungsschritt, mit dem der Verjüngungsabschnitt gebildet wird, durchgeführt werden, und
b) Einführen einer Innenfaser in das Innenrohr, wobei nach dem Verjüngungsschritt der Innenquerschnitt des Innenrohrs entlang des Verjüngungsabschnitts dem Querschnitt der eingeführten Innenfaser entspricht.

Bei diesem Verfahren wird vorteilhaft der Querschnitt der Innenfaser nicht verändert, so daß der hergestellte Faserkoppler eine Kopplung bereitstellen kann, bei der die Qualität der Innenfaser nicht verschlechtert ist.
Ferner ist es möglich, den Verjüngungsschritt vor dem Schritt b) durchzuführen. In diesem Fall ist es möglich, den Innenquerschnitt des Innenrohrs im Verjüngungsschritt entweder unverändert zu lassen oder zu verändern. Falls er verändert wird, wird er so verändert, daß er nach dem Verjüngen so dem Querschnitt der einzuführenden Innenfasern entspricht, daß die Innenfaser gerade in das Innenrohr eingeführt werden kann.
Vor dem Verjüngungsschritt können die Außenfasern (zumindest teilweise, beispielsweise in dem nachher zu bildenden Verjüngungsabschnitt) mit dem Innenrohr verschmolzen werden. Damit können beispielsweise unerwünschte Lufteinschlüsse verhindert werden.
Der Schritt b) kann vor dem Verjüngungsschritt ausgeführt werden. In diesem Fall wird die Verjüngung bevorzugt so durchgeführt, daß keine Querschnittsänderung der eingeführten Innenfaser auftritt.
Wenn das Herstellungsverfahren als fortlaufendes Verfahren ausgeführt wird, bei dem die Innenfaser vor dem Verjüngen bereits in das Innenrohr eingeführt ist, kann das Verjüngen des Rohlings und gleichzeitig nachlaufend ein Kollabieren des Innenrohrs auf die Signalfaser (beispielsweise zusammen mit einem Verschmelzen von beiden) durchgeführt werden. Das Kollabieren läuft somit dem Verjüngungsschritt räumlich nach.
Bei dem Verfahren kann ferner nach dem Verjüngungsschritt und dem Schritt b) das Innenrohr entlang des Verjüngungsabschnitts auf die Innenfaser kollabiert werden. Damit wird ein guter optischer Kontakt zwischen Außen- und Innenfaser erreicht. Insbesondere kann das Innenrohr mit der Innenfaser entlang des kollabierten Abschnittes verschmolzen werden. Ferner kann beim Kollabieren Unterdruck eingesetzt werden.
Ferner können bei dem Verfahren im Schritt a) die Außenfasern zwischen dem Innenrohr und einem dieses in Längsrichtung zumindest teilweise umgebenden Außenrohr eingeführt werden. Damit liegt ein Rohling vor, bei dem man leicht zum Beispiel durch mechanisches Ziehen des Außenrohrs und der Außenfasern den Verjüngungsabschnitt im Verjüngungsschritt bilden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das im Schritt a) verwendete Außenrohr im Bereich des im Verjüngungsschritt zu erzeugenden Verjüngungsabschnittes einen geschlossenen Innenquerschnitt zur Aufnahme der Innenfaser aufweisen. Der geschlossene Innenquerschnitt kann nicht nur im Bereich des Verjüngungsabschnittes, sondern auch im Bereich des Endabschnittes des Rohlings und somit des dann hergestellten Faserkopplers vorliegen. Ferner ist es möglich, daß das verwendete Innenrohr im Bereich des im Verjüngungsschritt zu erzeugenden Verjüngungsabschnittes ebenfalls einen geschlossenen Querschnitt zur Aufnahme der Innenfaser aufweist. Auch bei dem Innenrohr kann der geschlossene Abschnitt sowohl im Verjüngungsabschnitt als auch im Endabschnitt des Rohlings und somit des dann hergestellten Faserkopplers vorliegen. Durch die geschlossene Ausbildung von Außen- und/oder Innenrohr ist es möglich, während der Herstellung gezielt Über- oder Unterdruck anzulegen, um die Herstellung des Faserkopplers zu verbessern.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können ferner im Bereitstellungsschritt Außenfasern eingesetzt werden, die im Bereich des im Verjüngungsschritt zu erzeugenden Verjüngungsabschnittes selbst bereits verjüngt sind. Damit ist es beispielsweise nicht mehr notwendig, die Außenfasern im Verjüngungsschritt zu verjüngen. Alternativ ist es möglich, die Außenfasern im Verjüngungsschritt nur noch gering zu verjüngen, wodurch der Herstellungsschritt vereinfacht wird.
Die Außenfasern können vor dem Schritt a) vorbearbeitet werden. Dies betrifft beispielsweise das bereits erwähnte Verjüngen der Außenfasern. Es ist auch möglich, die Außenfaser mit einer Zuführfaser zu verspleißen, Modestripper, eine integrierbare Modenfeldanpassung, einen integrierten Filter, ... vorzusehen.
Ebenfalls kann die Innenfaser vor dem Einführen im Schritt b) vorbearbeitet werden. Diese Vorbearbeitung kann beispielsweise eine Modenfeldanpassung, ein Verjüngen, eine Integration von Modenfiltern oder spektralen Filtern, die Herstellung eines Modenfilters und/oder das Verspleißen mehrerer Faserstücke umfassen.
Ferner kann das Verfahren (bevorzugt vor dem Verjüngungsschritt und dem Schritt b) einen Schritt der Ausbildung eines Aufnahmeabschnittes (beispielsweise durch Aufblasen) umfassen, in dem die Außenfasern und/oder die Innenfaser aufgenommen und ebenfalls gestützt werden/wird.
Ferner ist es möglich, während des Herstellungsverfahrens das Innenrohr und/oder das Außenrohr abzukapseln bzw. vorübergehend abzudichten, um gewünschte Druckdifferenzen aufbauen zu können.
Die Verjüngung des Rohlings im Verjüngungsschritt kann durch Materialverformung und/oder Materialabtrag bewirkt werden. Dies trifft für die Pumpfasern zu und falls ein Außenrohr vorgesehen ist, auch für das Außenrohr.
Bei dem Verfahren kann die Wandstärke des Innenrohrs im Verjüngungsschritt verringert werden.
Es ist möglich, den Bereitstellungsschritt vor dem Verjüngungsschritt durchzuführen, um den Schritt a) auszuführen. In diesem Fall ist es bevorzugt, daß durch den Verjüngungsschritt die Außenfasern so verjüngt werden, daß die Querschnittsflächen der Außenfasern im Verjüngungsabschnitt in Richtung der Verjüngung abnehmen.
Natürlich ist es auch möglich, den Verjüngungsschritt vor dem Bereitstellungsschritt auszuführen. In diesem Fall werden dann bevorzugt entsprechend angepaßte Außenfasern angeordnet, die schon verjüngt sein können, wenn sie sich bis in den Verjüngungsabschnitt erstrecken.
In dem Bereitstellungsschritt werden die Außenfasern bevorzugt so angeordnet, daß sie zueinander parallel verlaufen.
Das Vorsehen des Außenrohrs kann dadurch erfolgen, daß ein Träger bereitgestellt wird, der eine Mittelbohrung für die Innenfaser sowie mehrere die Mittelbohrung umgebende Außenbohrungen für die Außenfasern aufweist. Der Träger kann einstückig sein. Es ist jedoch auch möglich den Träger zweistückig auszubilden. In diesem Fall ist bevorzugt ein inneres Teil, das die Mittelbohrung aufweist, und ein äußeres Teil vorgesehen. Die Außenbohrungen können bevorzugt durch das Innen- und Außenteil im zusammengesetzten Zustand ausgebildet sein.
Die Innen- und Außenfasern sind bevorzugt ohne Ummantelung im Faserkoppler eingeführt. Insbesondere sind im verjüngenden Abschnitt bzw. Verjüngungsabschnitt sowohl die Innenfaser als auch die Außenfasern nicht ummantelt. Das Außenrohr kann aus einem niedrigbrechenden Material hergestellt sein.
Die Innen- und Außenbohrungen sind bevorzugt so ausgeführt, daß die Innen- und Außenfasern formschlüssig aufgenommen werden. Besonders vorteilhaft ist insbesondere, wenn zumindest die Innenfaser formschlüssig aufgenommen wird.
Wenn ein Außenrohr verwendet wird, kann ein in Längsrichtung geteiltes Innenrohr eingesetzt werden. Dies ermöglicht, daß der erfindungsgemäße Faserkoppler nicht nur am Ende einer Innenfaser ausgebildet werden kann, sondern in einem Mittelabschnitt ohne Ummantelung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Faserkoppler gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 den Querschnitt entlang der Linie A-A von 1;
3 den Querschnitt entlang der Linie B-B von 1;
4 den Querschnitt entlang der Linie C-C von 1;
5 den Querschnitt entlang der Linie D-D von 1;
6–9 Schritte zur Herstellung des Faserkopplers von 1;
10 der Faserkoppler von 1 mit angespleißter Faser 9;
11 einen Faserkoppler gemäß einer zweiten Ausführungsform;
12 den Querschnitt entlang Linie E-E von 11;
13 den Querschnitt entlang Linie F-F von 11;
14 ein Faserkoppler gemäß einer dritten Ausführungsform;
15 einen Faserkoppler gemäß einer vierten Ausführungsform;
16–19 Schritte zur Herstellung des Faserkopplers von 15;
20–23 Schritte zur Herstellung eines Faserkopplers gemäß einer weiteren Ausführungsform;
24 eine Ansicht eines Trägers, der in den Schritten von 20–23 verwendet wird;
25 ein Querschnitt entlang der Linie A-A in 23;
26 ein mit den Schritten 20–23 hergestellter Faserkoppler;
27a–c Schnittdarstellungen eines zweiteiligen Trägers 10;
28a–c Schnittdarstellungen eines weiteren zweiteiligen Trägers 10;
29–33 verschiedene Ausführungsformen des Trägers von 24;
34 und 35 Schritte zur Herstellung eines weiteren Faserkopplers;
36 der mit den Schritten von 34 und 35 hergestellte weitere Faserkoppler;
37 ein Faserkoppler gemäß einer weiteren Ausführungsform;
38 und 39 Schritte zur Herstellung des Faserkopplers von 37;
40 eine Draufsicht der Endfläche 8 des Endabschnittes 7 des Faserkopplers von 37;
41–43 verschiedene Brechzahlverläufe der Endfläche 8 von 40;
44–47 verschiedene Ausbildungen des Aufnahmeabschnittes 4 des erfindungsgemäßen Faserkopplers;
48 der erfindungsgemäße Faserkoppler mit umgebendem Medium;
49 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des Trägers 10, und
50 und 51 Schritte zur Herstellung eines Faserkopplers gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Bei der in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform umfaßt der erfindungsgemäße Faserkoppler 1 ein Innenrohr 2 mit kreisförmigen Querschnitt, in dem eine Signalfaser SF, die hier als Doppelkernfaser ausgebildet ist, eingeführt ist. Das Innenrohr 2 sitzt mittig in einem Außenrohr 3 und zwischen dem Innen- und Außenrohr 2, 3 sind acht sich in Längsrichtung der Signalfaser SF erstreckende Pumpfasern PF angeordnet. Das Innenrohr 2 stützt die Pumpfasern PF und kann daher auch als Stützrohr bezeichnet werden.
Der Faserkoppler 1 ist so ausgebildet, daß er in der Darstellung von 1 von links nach rechts einen sich verjüngenden Aufnahmeabschnitt 4, einen Hauptabschnitt 5, einen Verjüngungsabschnitt 6 und einen Endabschnitt 7 mit im wesentlichen konstanten Außendurchmesser aufweist.
Das Innenrohr 2 weist bis auf seine Aufweitung auf der linken Seite in 1 zur Aufnahme der Signalfaser SF mit Ummantelung SM einen im wesentlichen konstanten Innenquerschnitt über seine gesamte Länge (innerhalb des Außenrohrs 3) auf. Um die sich verjüngende Ausbildung des Faserkopplers 1 zu realisieren, verjüngen sich die Pumpfasern PF und das Außenrohr 2 im Verjüngungsabschnitt 6. Auch die Wandstärke des Innenrohrs 2 wird entlang des Verjüngungsabschnitt 6 geringer.
Der Verjüngungsabschnitt 6 ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Außenrohrs 3 in Längsrichtung des Faserkopplers 1 abnimmt. Ferner liegt das Innenrohr 2 mit der gesamten Fläche seiner Innenseite entlang des Verjüngungsabschnittes 6 an der Signalfaser SF so an, daß ein direkter optischer Kontakt vorliegt. Lufteinschlüsse zwischen dem Innenrohr 2 und der Signalfaser SF sollten entlang des Verjüngungsabschnittes nicht vorliegen, wie beispielsweise auch der Querschnittsdarstellung in 4 entnommen werden kann. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist das Innenrohr 2 entlang des Verjüngungsabschnittes 6 mit der Signalfaser SF verschmolzen.
Die Länge des Verjüngungsabschnittes 6 wird hier so gewählt, daß die Steigerung der Divergenz im Verjüngungsabschnitt 6 sukzessive über die Länge erfolgt, um zu starke Divergenzerhöhung oder sogar Leistungsverluste zu vermeiden.
Zusätzlich sind entlang des Verjüngungsabschnittes 6 zwischen dem Innenrohr 2 einerseits und den Pumpfasern PF andererseits keine Lufteinschlüsse vorhanden, so daß ein direkter optischer Kontakt zwischen den Pumpfasern PF und dem Innenrohr 2 und somit auch mit der Signalfaser SF vorliegt. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Pumpfasern PF entlang des Verjüngungsabschnittes 6 mit dem Innenrohr 2 verschmolzen.
Ferner liegen auch keine Lufteinschlüsse zwischen den Pumpfasern PF einerseits und dem Außenrohr 3 entlang des Verjüngungsabschnittes 6 vor.
Das linke offene Ende des Außenrohrs 2 weist einen Innendurchmesser auf, der so gewählt ist, daß gerade ausreichend Platz zwischen Innen- und Außenrohr 2, 3 vorliegt, um Pumpfasern PF mit Ihrer Ummantelung PM einführen zu können. Wie aus der Querschnittsdarstellung von 2 ersichtlich ist, sind acht Pumpfasern PF in Umfangsrichtung um das Innenrohr 2 und die Signalfaser SF gleich verteilt.
Die Ummantelung PM erstreckt sich nur bis zu dem sich verjüngenden Bereich des Aufnahmeabschnittes 4 und ab dort weisen die Pumpfasern PF keine Ummantelung PM mehr auf. Daher ist der Innendurchmesser des Außenrohrs 3 beim Übergang vom Aufnahmeabschnitt 4 zum Hauptabschnitt 5 so gewählt, daß der Abstand zwischen der Signalfaser SF und der Innenwandung des Außenrohrs 3 in radialer Richtung geringfügig größer ist als der Durchmesser der Pumpfasern PF.
Entlang des Hauptabschnittes 5 in Richtung hin zum Verjüngungsabschnitt 6 findet schon eine geringe Verformung der Pumpfasern PF und des Außenrohrs 3 statt, um die unerwünschten Lufteinschlüsse zu reduzieren. Wie insbesondere der Darstellung in 1 und der Querschnittsdarstellung in 3 zu entnehmen ist, liegen die Pumpfasern PF bereits an dem Innenrohr 2 an. Die Querschnittsform der Pumpfasern PF ist nicht mehr kreisförmig, sondern bereits leicht von der Kreisform abweichend (3). Der Außendurchmesser des Außenrohres 3 ist entlang des Hauptabschnittes 5 im wesentlichen konstant. Vorzugsweise ist der Hauptabschnitt 5 so ausgebildet, daß die Divergenz des in den Pumpfasern PF geführten (Pump-)Lichtes nicht oder nicht wesentlich erhöht wird. Das Licht kann jedoch auch im Hauptabschnitt 5 teilweise aus den Pumpfasern PF in die übrigen Pumpfasern PF, die Signalfasern SF oder das Außenrohr 3 übertreten.
In dem sich an den Hauptabschnitt 5 anschließenden Verjüngungsabschnitt 6 des Faserkopplers 1 nimmt von links nach rechts in 1 der Außendurchmesser des Faserkopplers 1 und somit des Außenrohrs 3 ab, wohingegen der Innendurchmesser des Innenrohrs 2 entlang des gesamten Verjüngungsabschnittes 6 gleich bleibt. Um dies zu erreichen, nimmt einerseits die Wandungsstärke des Außenrohrs 3 im Verjüngungsabschnitt 6 ab. Ferner wird in gleicher Weise die radiale Ausdehnung der Pumpfasern PF verringert und nimmt ihre Querschnittsfläche ab. Das geht einher mit der Änderung der Querschnittsform der Pumpfasern PF. Die Querschnittsform der Pumpfasern PF nimmt vom leicht von der Kreisform abweichenden Querschnitt (4) zu Beginn des Verjüngungsabschnittes 6 zu einem Querschnitt, der als Kreisringabschnitt bezeichnet werden kann, ab, so daß im anschließenden Endabschnitt 7 die Pumpfasern PF zusammen einen (in sich geschlossenen) Kreisring bilden, wie in der Schnittdarstellung von 5 schematisch gezeigt ist.
Anders gesagt, wird sich die Form der Pumpfasern PF so einstellen, daß diese den Raum zwischen Außenrohr 3 und Innenrohr 2 vollständig ausfüllen, wobei sich die Pumpfasern PF in Richtung Endabschnitt 7 immer weiter verjüngen und enger um das Innenrohr 2 legen.
Der Endabschnitt 7 zeichnet sich bei der hier beschriebenen Ausführungsform dadurch aus, daß sich in Längsrichtung (also in 1 von links nach rechts) die Abmessungen von Innenrohr 2, Außenrohr 3, Signalfaser SF und Pumpfasern PF im Querschnitt nicht mehr ändern. Ferner liegt das Innenrohr 2 entlang des Endabschnitts 7 über seine gesamte Innenseite an der Signalfaser SF an, so daß ein direkter optischer Kontakt vorliegt. Auch im Endabschnitt 7 ist in gleicher Weise wie in dem Verjüngungsabschnitt 6 das Innenrohr 2 mit der Signalfaser SF verschmolzen. Ferner liegen die Pumpfasern PF direkt an dem Innenrohr 2 an und liegt das Außenrohr 3 direkt an den Pumpfasern PF an. Auch im Endabschnitt sind keine Lufteinschlüsse mehr vorhanden. An dem vorderen Ende 8 des Endabschnittes 7 kann eine (nicht gezeigte) Faser angespleißt sein.
Bei dem Faserkoppler von 1 liegen somit vorteilhafterweise die Pumpfasern PF entlang des gesamten Verjüngungsabschnittes 6 am Innenrohr 2 an, so daß in den Pumpfasern PF geführtes Licht (teilweise) in die Signalfaser SF übergekoppelt werden kann, in der das Licht dann weiter geführt wird. Ferner sind die Pumpfasern PF entlang des gesamten Verjüngungsabschnitts 6, jeweils im Querschnitt gesehen, in Umfangsrichtung gleichmäßig um die Signalfaser SF angeordnet, so daß ein effektives Überkoppeln möglich ist.
Das Innenrohr 2 kann durch Wärmeeinwirkung auf die Signalfaser SF kollabiert bzw. mit dieser verschmolzen sein, so daß eine ausgezeichnete optische Kopplung zwischen Pumpfasern PF, die an dem Innenrohr 2 anliegen, und der Signalfaser SF vorliegt.
Eine mögliche Herstellung des Faserkopplers von 1 wird in Verbindung mit 6 bis 9 beschrieben.
Zunächst wird das Innenrohr 2 mit kreisförmigem Querschnitt mittig im Außenrohr 3, das ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, angeordnet. Zwischen dem Innen- und Außenrohr 2, 3 werden in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt die acht Pumpfasern PF eingefügt (6), so daß ein Faserkoppler-Rohling 1' vorliegt. Damit der Innendurchmesser des Innenrohrs 3 nicht verringert wird, wird das Innenrohr mit Druck beaufschlagt, wie durch den Pfeil P1 angedeutet ist.
In dem Schritt von 6 zu 7 wird das Außenrohr 3 mit den Pumpfasern PF im Bereich SB verschmolzen.
Danach werden das Außenrohr 3 sowie die Pumpfasern PF durch mechanisches Ziehen (durch Pfeile P2 angedeutet) unter Erwärmung in einem Mittelabschnitt MA des Rohlings 1' verjüngt (die Ausdehnung in radialer Richtung wird verringert). Somit weist der Faserkoppler-Rohling 1' einen verjüngten Mittelabschnitt MA auf. Während des Verjüngens des Außenrohrs 3 sowie der Pumpfasern PF wird das Innenrohr mit Druck (Pfeil P1) beaufschlagt. Der Druck ist in Abhängigkeit des mechanischen Ziehens und der Erwärmung so gewählt, daß der freie Querschnitt des Innenrohrs 2 nach dem Ziehen gerade dem Querschnitt der einzuführenden Signalfaser SF entspricht bzw. etwas größer ist, damit die Signalsfaser SF einführbar ist.
Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, daß das gesamte Innenrohr 2 oder zumindest der freie Innenquerschnitt des Innenrohrs 2 während des Ziehens nicht verformt wird. Natürlich ist es auch möglich, eine Formänderung zuzulassen, wobei dann sichergestellt wird, daß das Innenrohr 2 nach dem Ziehen den gewünschten freien Innenquerschnitt aufweist.
Bei dem Rohling 1' von 8 kann, muß aber nicht, ein vollständiges Verschmelzen der Struktur aus Innenrohr 2, Pumpfasern PF und gegebenenfalls Außenrohr 3 im Mittelabschnitt MA und den sich beidseitig anschließenden Abschnitten SA1, SA2 mit zunehmenden Außendurchmesser (z. B. bis zu den Punkten SP1, SP2) durchgeführt werden, bei dem Hohlräume bzw. Lufteinschlüsse zumindest aus dem Mittelabschnitt MA und gegebenenfalls aus den sich beidseitig anschließenden Abschnitten SA1, SA2 entfernt werden. Auch bei diesem Schritt wird das Innenrohr 2 bevorzugt mit Druck beaufschlagt.
Bei der Beseitigung der Hohlräume bzw. Lufteinschlüsse kann optional Unterdruck zwischen Innen- und Außenrohr 2, 3 eingesetzt werden.
In den Faserkoppler-Rohling 1' gemäß 8 wird in einem weiteren Schritt die Signalfaser SF eingeführt (9). Nach dem Einführen der Signalfaser wird das Innenrohr 2 zumindest im Bereich des Mittelabschnittes MA und des sich darin anschließenden Seitenabschnittes SA1 auf die Signalfaser SF kollabiert (9), um einen guten optischen Kontakt zwischen Pumpfasern PF und Signalfaser SF zu erzielen. Dieses Kollabieren des Innenrohrs 2 auf die Signalfaser SF kann beispielsweise durch gezielte Wärmeeinwirkung durchgeführt werden. Zusätzlich kann das Innenrohr 2 mit Unterdruck beaufschlagt werden.
Die in den obigen Schritten beschriebene Wärmeeinwirkung kann mit unterschiedlichsten Heizquellen erreicht werden, wie z. B. CO₂-Laser, Lichtbogen oder Widerstandsheizung.
Der Faserkoppler-Rohling 1' von 9 wird dann im Mittelabschnitt durchtrennt (z. B. durch Brechen oder Schneiden), so daß der Faserkoppler 1 von 1 erhalten wird. Der so erhaltene Faserkoppler 1 kann auch an eine geometrisch angepaßte Faser 9 gespleißt werden, wie in 10 schematisch dargestellt ist.
Der in 11 gezeigte Faserkoppler 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform läßt sich im wesentlichen durch die Schritte 6 bis 9 herstellen. Jedoch wird die Erwärmung zum Verschmelzen der Pumpfasern PF mit dem Innerohr 2 und des Innenrohrs 2 mit der eingeführten Signalsfaser SF so durchgeführt, daß dieses Verschmelzen nur in dem Mittelabschnitt MA und dem sich in 11 links anschließenden Seitenabschnitt SA1 auftritt. Damit wird erreicht, daß der optische Kontakt zwischen dem Innenrohr 2 und der Signalfaser SF nur in dem Seitenabschnitt SA1 und dem Mittelabschnitt MA vorliegt. In dem sich rechts an den Mittelabschnitt MA anschließenden Seitenabschnitt SA2 liegt kein optischer Kontakt zwischen dem Innenrohr 2 und der Signalfaser SF vor. Dies läßt sich auch den Querschnittsdarstellungen in 12 und 13, die den Querschnitt entlang des Schnittes E-E bzw. F-F zeigen, entnehmen. Während in dem Querschnitt von 12 ein Kontakt des Innenrohrs 2 mit der Signalfaser SF vorliegt, ist in dem Querschnitt 13 kein direkter Kontakt zwischen Innenrohr 2 und Signalfaser SF vorhanden. Damit liegt in dem Seitenabschnitt SA2 kein optischer Kontakt mehr zwischen dem Innenrohr 2 und der Signalfaser SF vor. Daher kann der Faserkoppler 1 gemäß 11 in der in 11 gezeigten Form verwendet werden. Ein Trennen im Bereich des Mittelabschnittes MA ist nicht notwendig.
In 14 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Faserkopplers 1 gezeigt. Der Faserkoppler von 14 unterscheidet sich von dem Faserkoppler von 1 in der Ausbildung des Endabschnittes 7. Der Endabschnitt 7 ist bei dem Faserkoppler von 14 so ausgebildet, daß er ausschließlich durch die Signalfaser SF selbst gebildet ist. In dem Verjüngungsabschnitt 6 werden das Außenrohr 3, die Pumpfasern PF sowie das Innenrohr 2 so lang verjüngt, bis ihre Dicke auf 0 sinkt, so daß nur noch die Signalfaser SF im Endabschnitt 7 vorhanden ist. Es ist jedoch ferner möglich, das freiliegende Ende der Signalfaser SF abzutrennen, so daß der Endabschnitt 7 in diesem Fall im wesentlichen durch die Endfläche 8 gebildet ist, die in diesem Fall gleichzeitig das Ende des Verjüngungsabschnittes 6 bildet.
In 15 ist ein Faserkoppler gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt, der sich von dem Faserkoppler von 1 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß er an seinem linken offenen Ende keine Aufweitung zur Aufnahme der Pumpfasern PF mit Ummantelung PM aufweist. Somit umfaßt der Faserkoppler 1 von 15 keinen Aufnahmeabschnitt 4, sondern beginnt auf seiner linken Seite in 15 gleich mit dem Hauptabschnitt 5. Damit dies möglich ist, ist das Innenrohr 2 etwas weiter nach links herausgezogen und der Abschnitt der Pumpfasern PF mit der Ummantelung PM ist außerhalb des Außenrohrs 3 auf dem Innenrohr 2 angeordnet.
Die Herstellung des Faserkoppler 1 gemäß 15 ist in 16 bis 19 gezeigt, wobei diese Schritte im wesentlichen den Schritten gemäß 6 bis 9 entsprechen, so daß auf die Ausführungen zu 6 bis 9 verwiesen werden kann.
Es ist möglich, die beschriebenen Herstellungsverfahren so zu modifizieren, daß die Innenfaser bzw. Signalfaser SF nicht erst nach dem Bilden des verjüngten Mittelabschnittes MA eingeführt wird. Vielmehr erfolgt gemäß der Modifikation eine nennenswerte Verformung des Faserkoppler-Rohlings 1' erst nach Einführung der Signalfaser SF.
Der Faserkoppler-Rohling 1', der bei dem Einführen der Signalfaser SF vorliegt, kann unterschiedlich ausgebildet sein.
Wenn beispielsweise die Signalfaser SF direkt nach Einführen der Pumpfasern PF eingeführt wird, dann liegt ein Faserkoppler-Rohling 1' vor, bei dem die einzelnen Komponenten noch nicht verschmolzen sind, so daß sich noch Hohlräume im späteren Verjüngungsbereich des Mittelabschnittes zwischen Innenrohr 2 und Außenrohr 3 befinden.
Der Faserkoppler-Rohring 1' kann vor Einführen der Signalfaser SF jedoch auch bereits teilweise oder vollständig im in den nachfolgenden Schritten verjüngt ausgebildeten Mittelabschnitt MA verschmolzen sein, so daß zwischen dem Innenrohr 2 und dem Außenrohr 3 in dem Mittelabschnitt MA keine Hohlräume mehr vorliegen.
Bezüglich der weiteren Herstellungsschritte kann unterschieden werden, ob eine nennenswerte Verformung des Faserkoppler-Rohlings nur erfolgt, bevor das Innenrohr 2 mit der Signalfaser SF verschmolzen wird oder wenn das Innenrohr 2 und die Signalfaser SF bereits teilweise verschmolzen sind.
Im ersten Fall wird auch die Verjüngung des Mittelabschnittes im wesentlichen vor dem Verschmelzen abgeschlossen, im zweiten Fall bietet sich ein fortlaufendes Verfahren an, bei dem das Kollabieren und Schmelzen des Innenrohrs 2 auf die Signalfaser SF räumlich nachlaufend der Verformung des Faserkoppler-Rohlings 1' erfolgt, um den Wärmeeintrag in die Signalfaser und die Verformung der Signalfaser SF zu minimieren. Im noch nicht auf die Signalfaser SF kollabierten Bereich kann die Verformung des Faserkoppler-Rohlings 1' durch mechanisches Ziehen und Wärmeeintrag unabhängig von der Verformung der Signalfaser SF erfolgen. Ist der betrachtete Abschnitt geeignet verformt, kann das Kollabieren auf die Signalfaser SF erfolgen.
Die Herstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Faserkopplers 1 wird in Verbindung mit 20 bis 25 beschrieben. In 24 ist ein Schnitt durch den Träger 10 von 20 gezeigt, wobei bei der Schnittdarstellung nur der Träger 10 selbst ohne eingeführte Fasern dargestellt ist. Der Träger 10 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf mit einer zentrischen Mittelbohrung 11, die zur Aufnahme der Signalfaser SF dient. Die Wandung der Mittelbohrung 11 bildet somit das Innenrohr.
Um die Mittelbohrung 11 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sechs Pumpfaserbohrungen 12 vorgesehen, die sich in gleicher Weise wie die Mittelbohrung 11 über die gesamte Länge des Trägers 10 erstrecken. Das die Pumpfaserbohrungen 12 außen umgebende Material des Trägers 10 bildet somit das Außenrohr 3 des Faserkopplers.
In weiteren Ausbildungen können natürlich auch mehr oder weniger als sechs Pumpfaserbohrungen vorgesehen sein.
Wie in 20 gezeigt ist, sind in die Pumpfaserbohrungen 12 Pumpfasern PF (ohne Pumpfasermantel PM) eingeführt. Der Durchmesser der Pumpfaserbohrungen 12 ist so gewählt, daß die Pumpfasern PF gerade eingeführt werden können. Ferner ist die rechte Seite der Mittelbohrung 11 durch einen Stopfen 13 verschlossen.
In dem in 21 gezeigten Schnitt werden die Pumpfasern PF mit den Wandungen der Pumpfaserbohrungen 12 im Bereich SB verschmolzen.
Von der rechten Seite werden dabei, wie in 21 angedeutet ist, die Pumpfaserbohrungen 12 mit Unterdruck (Pfeile P2) beaufschlagt. Gleichzeitig wird der mittlere Abschnitt des Faserkoppler-Rohlings 1' erwärmt und die Mittelbohrung 11 von ihrem linken offenen Ende mit Druck beaufschlagt (Pfeil P1), so daß sich ein verjüngender Mittelabschnitt MA bildet und der Durchmesser der Mittelbohrung 11 unverändert bleibt (22).
Danach wird in die Mittelbohrung 11 die Signalfaser SF eingeführt und die Wandung der Mittelbohrung 11 wird auf die Signalfaser kollabiert (23), um den gewünschten optischen Kontakt zwischen Träger 10 und Signalfaser SF zu erreichen.
Das Kollabieren kann mittels Wärmewirkung mit oder ohne Unterdruck erfolgen. Bei guter Übereinstimmung der Querschnittsgeometrie von Signalfaser SF und Innenrohr (bzw. Mittelbohrung 11) kann das Innenrohr mit geringer Wärmeeinbringung gut auf die Signalfaser SF kollabiert werden. Bevorzugt wird hierbei Unterdruck eingesetzt, wodurch auch größere Querschnittsdifferenzen überbrückt werden können. Auch größere Querschnittsflächendifferenzen können so mit geringer Wärmeeinbringung überbrückt werden.
Anschließend liegt der Faserkoppler-Rohling 1' von 23 vor, dessen Querschnitt entlang A-A in 25 gezeigt ist. Der Rohling 1' kann z. B. an diesem Schnittbereich A-A Stelle durchtrennt werden, um den gewünschten Faserkoppler 1 fertig zu stellen, der in 26 gezeigt ist. Der Faserkoppler 1 kann mit der Faser 9 verspleißt sein.
Mittels des Trägers 10 wird bei dieser Ausführungsform die Lage der Pumpfasern PF und Pumpfaserbohrungen 12, die Zentrierung der Innenbohrung 11 zur Außengeometrie des Trägers 10 fest vorgegeben. Diese Lage-Vorgabe zusammen mit dem weitgehenden Formschluß der Pumpfasern PF erleichtert die Symmetrieerhaltung beim Verschmelzen und Verjüngen des Faserkoppler-Rohlings 1', wodurch die Beibehaltung der Zentrierung der Mittelbohrung 11 und die Einhaltung der Querschnittsgeometrie der Mittelbohrung 11 erleichtert bzw. sichergestellt werden kann. Die Pumpfasern PF und das Außenrohr (bzw. der entsprechende Bereich des Trägers 10) werden nur eingeschränkt verformt, so daß eine unerwünschte Aufsteilung der Divergenz des in den Pumpfasern PF geführten Lichtes eingeschränkt werden kann. Ferner kann vorteilhaft die Verschmelzung unter Beseitigung der Hohlräume bei vermindertem Wärmeeintrag erfolgen, auch wenn keine Unterdruck-Unterstützung eingesetzt wird.
Der Träger 10 kann einstückig sein. Es ist jedoch auch möglich, den Träger 10 aus einem Innenteil 15 (27a), das die Mittelbohrung 11 aufweist, und einem Außenteil 16 (27b) zusammenzusetzen, wobei das Innen- und Außenteil 15, 16 im zusammengesetzten Zustand (27c) neben der Mittelbohrung 11 die Pumpfaserbohrungen 12 bilden.
Es ist möglich, die Pumpfaserbohrungen 12 an einen anderen Querschnitt der Pumpfasern anzupassen. Wenn der Querschnitt beispielsweise rechteckförmig ist, können Innen- und Außenteil 15, 16 so ausgebildet werden, wie in 28a–28c gezeigt ist.
Bei der zweiteiligen Ausbildung des Trägers, wie in Verbindung mit 27a–27c und 28a–28c beschrieben ist, kann das Innenteil 15 jeweils so ausgebildet sein, daß es länger ist als das Außenteil 16, so daß es zumindest an einem Ende des Außenteiles 16 über dieses hervorsteht. Damit ist es möglich, die Mittelbohrung 11, sofern gewünscht, mit Druck (Über- oder Unterdruck) zu beaufschlagen. Ferner kann dadurch die Führung der Signalfaser SF und/oder der Pumpfasern PF über den Bereich des Außenteils 16 hinaus ermöglicht werden.
Der gleiche Effekt kann bei einem einteiligen Träger 10 dadurch erreicht werden, daß in die Mittelbohrung 11 ein Innenrohr 2 eingesetzt ist, wie schematisch in 29 gezeigt ist. Die Länge des Innenrohres 2 wird dann so gewählt, daß es zumindest an einem Ende des Trägers 10 über das Ende des Trägers 10 hinaus steht.
Eine andere Art der Zweiteilung des Trägers ist in 30 gezeigt. In diesem Fall weist der Träger 10 ein oberes Teil 15' und ein unteres Teil 16' auf, die im Querschnitt gesehen jeweils halbkreisförmig sind. In den beiden Teilen 15' und 16' sind jeweils zwei Pumpfaserbohrungen 12 vollständig ausgebildet und zwei Pumpfaserbohrungen sowie die dazwischen liegende Mittelbohrung 11 jeweils nur so zur Hälfte, daß nur im zusammengesetzten Zustand, der in 30 gezeigt ist, die beiden Teile 15' und 16' auch die Mittelbohrung 11 sowie die beiden benachbarten Pumpfaserbohrungen 12 bilden. Die beiden Teile 15' und 16' werden durch ein sie umgebendes Halterohr HR fixiert.
Das Halterohr HR kann an seiner Innenseite z. B. einen abgesenkten Brechungsindex aufweisen, was hier durch die dunklere Darstellung angedeutet ist. Die Absenkung des Brechungsindexes der Innenseite im Vergleich zum Außenbereich (der Teil mit größeren Radien) kann z. B. durch eine Fluor-Dotierung erreicht werden.
Bei der Herstellung kann von der Signalfaser SF die Ummantelung SM über die Länge entfernt werden, die der Länge der beiden Teile 15' und 16' entspricht. Danach wird die Signalfaser mit ihrem mantellosen Abschnitt in die halbe Mittelbohrung eines der beiden Abschnitte 15' und 16' gelegt und der andere Abschnitt 16' bzw. 15' auf den Abschnitt 15', 16' mit der Signalfaser SF aufgesetzt. Über diese beiden Teile 15' und 16' mit der Signalfaser SF in der Mittelbohrung 11 wird dann das Halterohr HR geschoben. Die Pumpfasern PF können in die Pumpfaserbohrungen 12 vor oder nach dem Überschieben des Halterohrs eingeführt werden. Der dann vorliegende Faserkoppler-Rohling kann dann z. B. ähnlichen Schritten, wie sie in Verbindung mit 22 und 23 beschrieben wurden, unterworfen werden, um zu einem gewünschten Faserkoppler 1 zu gelangen.
Bei dieser Ausführungsform kann der Faserkoppler völlig ohne Spleißvorgang hergestellt werden und man hat eine durchgehende aktive Faser, an der eine Koppelstelle eingebracht ist.
Natürlich ist es auch möglich, mehr Pumpfasern anzuordnen. In 31 ist ein Beispiel eines Trägers 10 gezeigt, bei dem die Mittelbohrung 11 von achtzehn Pumpfaserbohrungen 12 umgeben ist, wobei alle Bohrungen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. In diesem Fall ist die Signalfaser von mehreren „Pumpringen” umgeben. So bilden die sechs Pumpfaserbohrungen 12, die direkt an die Mittelbohrung 11 angrenzen, einen ersten Ring. Die diese sechs Pumpfaserbohrungen umgebenden Pumpfaserbohrungen bilden einen zweiten Ring. Die Pumpfasern in den entsprechenden Pumpfaserbohrungen bilden somit im hergestellten Faserkoppler einen ersten (inneren) „Pumpring” und einen zweiten (äußeren) „Pumpring”.
In 32 ist ein Beispiel eines Trägers gezeigt, bei dem die Mittelbohrung 11 mit kreisförmigem Querschnitt von vierundzwanzig Pumpfaserbohrungen 12 mit rechteckigem Querschnitt umgeben ist.
In 33 ist eine Variante gezeigt, bei der der Träger die Mittelbohrung 11 mit kreisförmigem Querschnitt aufweist, die von zwölf Pumpfaserbohrungen 12 umgeben ist, die jeweils rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
Bei der in 49 gezeigten Variante weist der Träger 10 eine hexagonale Struktur des Umfanges des Querschnittes auf und ist die Mittelbohrung 11 ebenfalls hexagonal. Die hexagonale Mittelbohrung 11 ist von sechs rechteckförmigen Pumpfaserbohrungen 12 umgeben.
In Verbindung mit 34 bis 36 wird eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Faserkopplers beschrieben. Zunächst wird ein Faserkoppler-Rohling 1' hergestellt (34). Dann wird der Faserkoppler-Rohling 1' in ein Bad 17 aus Flußsäure (HF) getaucht und aus dem Bad 17 (35) nach oben herausgezogen (Pfeil P4). Da die weiter unten liegenden Abschnitte des Faserkoppler-Rohlings 1' somit länger in der Flußsäure verweilen als die weiter oben liegenden Abschnitte, ist der Materialabtrag bei den weiter unten liegenden Abschnitten größer, so daß sich die in 35 angedeutete keilförmige Form des Faserkoppler-Rohlings 1' ergibt. Auf der Oberfläche des Flußsäurebades ist bevorzugt eine Paraffin-Schicht 18 aufgebracht, die dafür sorgt, daß beim Herausziehen des Faserkoppler-Rohlings 1' die Flußsäure vollständig abgestreift wird. Während des Herausziehens kann das Innenrohr mit Druck beaufschlagt werden (P1) oder auch verschlossen werden, um sicherzustellen, daß der Innendurchmesser des Innenrohrs nicht verringert wird.
In den Faserkoppler-Rohling 1' wird dann die Signalfaser SF eingeführt und das Innenrohr 2 wird auf die Signalfaser SF kollabiert. Danach wird durch Trennen das vordere Ende 8 gebildet, das an eine geometrisch angepaßte Faser 9 gespleißt werden kann (36).
Auch in diesem Beispiel kann die Signalfaser vorab (als vor dem Verjüngungsabschnitt gemäß 35) eingeführt werden. Außerdem muß die Verjüngung nicht am Ende erfolgen, Endabschnitt könnte im Verlauf des Prozesses an anderer Stelle vorgesehen werden.
Bei dieser Ausführungsform wird der Verjüngungsabschnitt 6 im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsformen durch Materialabtrag erzeugt. Ferner erstreckt sich der Verjüngungsabschnitt zum vorderen Ende 8 bzw. zur vorderen Stirnseite des Faserkopplers 1, so daß das vordere Ende 8 auch gleichzeitig den Endabschnitt des Faserkopplers 1 bildet.
Bei der in 37 gezeigten weiteren Ausführungsform des Faserkopplers 1 erstreckt sich das Innenrohr 2 im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen des Faserkopplers 1 nicht entlang des gesamten Faserkopplers 1, sondern nur beginnend im Verjüngungsabschnitt 6 und entlang des Endabschnittes 7, wobei der Innendurchmesser des Innenrohrs 2 konstant bleibt, sich aber der Außendurchmesser des Innenrohrs 2 und somit die Wandungsstärke des Innenrohrs 2 entlang des Verjüngungsabschnittes 6 verringert.
Das sich verjüngende Innenrohr 2 ist auf die Signalfaser SF kollabiert und an der linken Stirnseite 20 des Innenrohrs 2 liegen die vorderen Enden der Pumpfasern PF flächig an, um einen guten optischen Kontakt zwischen Pumpfasern PF und Innenrohr 2 zu gewährleisten.
Ein solcher Faserkoppler 1 kann wiederum an eine geometrisch angepaßte Faser 9 gespleißt werden, wie in 37 angedeutet ist.
Die Herstellung des Faserkopplers 1 von 37 wird in Verbindung mit 38 und 39 beschrieben.
Wie in 38 gezeigt ist, ist das Innenrohr 2 nur teilweise von der rechten Seite in 38 in das Außenrohr 3 eingeführt. Von der linken Seite sind acht Pumpfasern PF so eingeführt, daß Ihre vorderen Enden 21 flächig an der Stirnseite 20 des Innenrohrs 2 anliegen. Die Wandungsstärke des Innenrohrs 2 ist hier so gewählt, daß sie dem Durchmesser der Pumpfasern PF entspricht, so daß im Bereich des Mittelabschnittes MA des Rohlings 1' ein Mittelkanal vorliegt, der gerade die Signalfaser SF aufnehmen kann.
Im Bereich SB ist das Außenrohr 3 mit dem Innenrohr 2 verschmolzen. Zwischen Innenrohr 2 und Signalfaser SF und zwischen den Pumpfasern PF und der Signalfaser SF liegt jeweils keine Verbindung vor.
In dem Schritt von 38 zu 39 wird der Rohling 1' so verjüngt, daß der Innendurchmesser des Innenrohrs 2 konstant bleibt, wie in 39 gezeigt ist. Dies kann z. B. durch Ziehen von Außenrohr 3 und Innenrohr 2 und gleichzeitigem Wärmeeintrag erfolgen. Da die Signalfaser SF nicht mit dem Innenrohr 2 verbunden ist, wird sie bei diesem Verjüngen selbst nicht verjüngt. Danach wird das Innenrohr 2 auf die Signalfaser SF kollabiert, um den gewünschten optischen Kontakt zu erzielen, und der Faserkoppler-Rohling 1' wird z. B. an der mit dem Pfeil P5 gezeigten Stelle durchtrennt oder gebrochen, um das vordere Ende 8 zu bilden.
Das vordere Ende 8 kann dann, wie in 37 angedeutet ist, an eine geometrisch angepaßte Faser 9 gespleißt werden.
Natürlich ist es auch möglich, die Signalfaser SF und/oder die Pumpfasern PF erst nach dem Verjüngungsschritt von 38 zu 39 in den Rohling 1' einzuführen und dann das Innenrohr 2 auf die Signalfaser SF zu kollabieren. Dazu ist ähnlich wie bei den anderen Ausführungsbeispielen ein zusätzliches durchgehendes Innenrohr vorzusehen.
In 40 ist das Ende 8 einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Faserkopplers gezeigt. In den 41 bis 43 sind verschiedene mögliche Brechzahlverläufe in radialer Richtung des Endes 8 des Faserkopplers 1 gezeigt. Diese Brechzahlverläufe erstrecken sich bevorzugt in axialer Richtung über den Endabschnitt 7 und den Verjüngungsabschnitt 6 des Faserkopplers 1, wobei sich die radialen Positionen der Brechzahlsprünge verschieben, da sich die Signalfaser SF anders als die übrige Struktur nicht verjüngt.
Bei dem Brechzahlverlauf von 41 ist die Brechzahl n1 des Signalkerns der Signalfaser SF am höchsten. Die Brechzahl der restlichen Signalfaser SF, des Innenrohrs 2 und der Pumpfasern PF sind gleich (n2) und kleiner als n1. Die Brechzahl n3 des Außenrohrs 3 ist wiederum kleiner als die Brechzahl n2. Es ist jedoch auch möglich, daß bei der Variante von 41 in einer Abwandlung n2 und n3 gleich groß sind.
Bei der Variante von 42 weist die Signalsfaser SF ein sogenanntes Brechzahl-Podest mit einer Brechzahl n2 auf, die kleiner ist als die Brechzahl n1 des Signalkerns der Signalfaser SF und größer ist als die Brechzahl von Außenrohr 3, Innenrohr 2 und Pumpfasern PF, die die gleiche Brechzahl n3 oder eine ähnliche Brechzahl aufweisen.
In 43 ist eine Variante gezeigt, bei der ein niedrig brechendes Innenrohr 2 verwendet wird, so daß die Brechzahl n2 des Innenrohrs geringer ist als die Brechzahl n3 des Außenrohrs 3 und der Pumpfasern PF. Ferner weist die Signalfaser SF bis auf ihren Signalkern ebenfalls die Brechzahl n3 auf. Der Signalkern weist eine größere Brechzahl n1 auf. Dieser Brechzahl-Ring des Innenrohrs 2 dient insbesondere dazu, daß parasitäres Signallicht zum Schutz von Pumpquellen (nicht gezeigt) in der Signalfaser SF aus dem Koppelbereich (Endabschnitt 7 und Verjüngungsabschnitt 6) geführt und somit verhindert wird, daß das parasitäre Signallicht über die Pumpfasern PF in die Pumpquellen gelangt. Die gleiche Funktion wird mit dem Brechzahlverlauf von 42 erreicht. Natürlich kann der radiale Brechzahlverlauf einer an das Ende 8 anzuspleißenden Faser entsprechend angepaßt werden.
In 44 bis 47 sind verschiedene Ausgestaltungen des Aufnahmeabschnittes 4 des Faserkopplers 1 gezeigt.
Bei der Ausgestaltung von 44 handelt es sich um eine Ausgestaltung entsprechend der Ausführungsform von 1. Hier weisen Pumpfasern PF und Signalfaser SF jeweils zu Beginn des Aufnahmeabschnittes 4 noch ihre Ummantelungen PM bzw. SM auf.
In 45 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die anschließend verjüngten Pumpfasern PF im Aufnahmeabschnitt 4 enden und mit Zuführfasern PF', die ihrerseits Ummantelungen PM' aufweisen, verbunden sind. Insbesondere können die Pumpfaser PF und Zuführfaser PF' verspleißt sein.
Bei dem Beispiel von 46 ist zumindest ein Abschnitt MS der Pumpfasern PF als sogenannter Modestripper S ausgebildet. Damit wird erreicht, daß in unerwünschter Weise von rechts nach links in Richtung der Pumpquellen (nicht gezeigt) verlaufendes Licht aus dem Material der Pumpfasern ausgekoppelt wird, so daß dieses nicht fortgeführt und an anderer Stelle zu Schäden oder Beeinträchtigungen führt. Typisch wirkt der Modestripper auf das im Mantel aus Glasmaterial geführte Licht von Pumpfasern oder Innenfasern.
In 47 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die Pumpfasern PF keine Ummantelung PM mehr aufweisen, sondern nur noch einen mit Fluor dotierten Außenring PR.
In den 50 und 51 ist jeweils ein Faserkoppler-Rohling 1' gezeigt, der zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Faserkopplers verwendet werden kann. Die Darstellungen in 50 und 51 entsprechen im wesentlichen den Darstellungen von 20 und 22, wobei jedoch im Unterschied zu den Darstellungen von 20 und 22 die Pumpfasern PF jeweils einen Verjüngungsbereich VB umfassen, in dem sie selbst bereits verjüngt ausgebildet sind. Die Verjüngungsbereiche VB der Pumpfasern PF sind bevorzugt so ausgerichtet, daß sie im Bereich des zu bildenden Verjüngungsabschnittes liegen, wie in 51 gezeigt ist.
In dem Schritt von 50 zu 51 kann die Verjüngung des Außenrohrs beispielsweise ausschließlich durch Wärmeeinwirkung erfolgen. Ein Ziehen kann unterbleiben. Es ist jedoch auch möglich, zusätzlich ein mechanisches Ziehen durchzuführen.
Auch bei allen vorher beschriebenen Ausführungsformen können die Pumpfasern einen Verjüngungsbereich VB aufweisen.
Ferner ist es möglich, daß die Pumpfasern PF und/oder die Signalfaser SF jeweils an ihrem vorderen Ende, mit dem sie in das Innen- bzw. Außenrohr eingeführt werden, angefast sind. Das vordere Ende kann auch zugespitzt sein oder selbst verjüngend verlaufen.
Bei der bisherigen Beschreibung wurde stets davon ausgegangen, daß das Signallicht in der Signalfaser SF in Richtung der Verjüngung des Verjüngungsabschnittes 6 geführt wird. Natürlich ist es auch möglich, den erfindungsgemäßen Faserkoppler so einzusetzen, daß das Signallicht in der entgegengesetzten Richtung geführt wird. Auch ist es möglich, daß aus der Signalfaser SF Licht in die Pumpfasern PF übergekoppelt wird und nicht, wie bisher beschrieben, von den Pumpfasern PF in die Signalfaser SF.
Ferner wurde bisher davon ausgegangen, daß die Signalfaser SF in der Regel im Endabschnitt 8 endet. Es ist jedoch auch möglich, den erfindungsgemäßen Faserkoppler 1 so auszubilden, daß die Signalfaser SF sich über den Endabschnitt 7 heraus erstreckt.
Der Faserkoppler bzw. sein Ende 8 kann mit einer weiteren Faser nicht nur verspleißt sein, wie bisher beschrieben, sondern es ist auch jede andere Art der optischen Kopplung möglich. Insbesondere ist eine Freistrahlkopplung möglich. Ferner kann sich die Signalfaser über den Endabschnitt 7 hinaus erstrecken.
Die beschriebenen Druckbeaufschlagungen für die Herstellung der einzelnen Ausführungsformen erleichtern den Herstellungsprozeß. So kann beispielsweise ein Überdruck im Innenrohr und/oder zwischen Innen- und Außenrohr zur Bildung der Aufweitung im Aufnahmeabschnitt 4 genutzt werden. Ein Überdruck im Innenrohr kann bei der Verformung der aus Pumpfasern PF und gegebenenfalls des Außenrohrs 3 zur Steuerung des Innenquerschnitts des Innenrohrs 2 genutzt werden.
Unterdruck zwischen dem Innen- und dem Außenrohr 2, 3 kann beispielsweise so eingesetzt werden, um Lufteinschlüsse in der Struktur aus Pumpfasern, Außenrohr und Innenrohr zu beseitigen.
Bei Ausführungsformen, bei denen ein weitgehender Formschluß zwischen Innenrohr 2 und Signalfaser SF vorliegt, kann mit moderater Wärmeeinbringung in das Innenrohr 2 ein Kollabieren des Innenrohrs 2 und ein Verschmelzen von diesem mit der Signalfaser SF erreicht werden. Zur weiteren Reduzierung der Wärmeeinbringung kann Unterdruck in dem Spalt zwischen Innenrohr 2 und Signalfaser SF angewendet werden. Die Anwendung des Unterdrucks zwischen Innenrohr 2 und Signalfaser SF erlaubt ferner die Überbrückung größerer Spalte und abweichender Geometrie von Signalfaser SF und Innenrohr 2.
Zur Vereinfachung der Druckbeaufschlagung (Über- oder Unterdruck) kann das entsprechende Rohr (Innen- oder Außenrohr 2, 3) verlängert sein, so daß die praktische Durchführbarkeit erleichtert ist.
Die Ummantelung der Signalfaser SF, der Pumpfasern PF und gegebenenfalls der Zuführfasern PF' kann als Polymermantel, Acrylmantel, Nylonmantel, Silikonmantel, als Mantel aus Glasmaterial oder als eine beliebige Kombination der genannten Materialien verwirklicht sein.
Die Führung des Lichtes in den Pumpfasern PF kann durch den gegenüber dem Brechungsindex der Pumpfasern (bei Innenfasern des Pumpkerns) herabgesetzten Brechungsindex der Ummantelung oder durch eingeschlossene Hohlräume (eine sogenannte Luft-Ummantelung auch Air Clad bezeichnet) erreicht werden.
Im Hauptabschnitt, dem Verjüngungsabschnitt und im Endabschnitt ist bevorzugt jeglicher Polymermantel der Signalfaser SF oder der Pumpfasern PF vollständig entfernt. In diesen Abschnitten ist es zur Erzielung höherer Brillanz des Pumplichts im Endabschnitt 7 vorteilhaft, eine Signalfaser SF und/oder Pumpfasern PF ohne oder mit nur dünnem Mantel aus Glasmaterial einzusetzen.
Weiterhin ist es möglich, Pumpfasern PF einzusetzen, bei denen im späteren Verjüngungsbereich nicht nur jegliche Ummantelung vermieden wird, sondern die Pumpfasern vorab bereits verjüngt wurden.
Der Aufnahmeabschnitt 4 kann die Pumpfasern PF und die Signalfaser SF mit oder ohne Ummantelung PM, SM aufnehmen. Im Verjüngungsabschnitt 6 und dem Endabschnitt 7 sind bevorzugt jedwede Ummantelungen entfernt.
Der Aufnahmeabschnitt 4 kann bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler abgedichtet werden, um beispielsweise beim Herstellungsprozeß Druckdifferenzen aufbauen zu können und/oder um beim Herstellungsprozeß oder bei der nachträglichen Verwendung des erfindungsgemäßen Faserkopplers Kontaminationen im Inneren der Struktur zu vermeiden.
Ferner kann auf oder in dem Mantel der zugeführten Fasern (bevorzugte Pumpfasern PF) ein sogenannter Modestripper eingesetzt werden, der Licht aus dem Mantel gezielt abführt und so Schäden durch dieses Licht im weiteren Verlauf verhindert. Der Modestripper wird bevorzugt im Aufnahmeabschnitt 4 angeordnet.
Der Aufnahmeabschnitt 4 kann bevorzugt so ausgebildet sein, daß die Führung des Lichtes in den Pumpfasern PF durch Totalreflexion auch in Abschnitten mit vollständig entfernter Ummantelung, in denen aber noch keine Überkopplung in das Innenrohr 2, in das Außenrohr 3 oder den Träger 10 erfolgt, sichergestellt wird, indem ein unerwünschter Kontakt der Außenflächen der Fasern zu anderen Komponenten vermieden wird. Gleiches gilt für die Signalfaser in Abschnitten mit vollständig entfernter Ummantelung. Im Aufnahmeabschnitt 4 wird dann jeder unerwünschte Kontakt mit dem Innenrohr vermieden.
Die Übereinstimmung der Querschnittsgeometrie zwischen Innenrohr 2 und Signalfaser SF im Verjüngungsabschnitt 6 und Endabschnitt 7 ist insbesondere für den Prozeß des Kollabierens des Innenrohrs 2 auf die Signalfaser SF vorteilhaft. Auch ein Formschluß des Innenrohrs 2 mit den Pumpfasern PF bzw. eine örtliche Fixierung der Pumpfasern PF relativ zum Innenrohr 2 ist vorteilhaft, da dies der Beibehaltung der Querschnittsgeometrie des Innenrohrs 2 beim Verschmelzen mit den Außenfasern PF begünstigt.
Durch das Außenrohr 3 oder die Struktur 10 wird eine Präparation der Endflächen (Brechen und/oder Polieren) vereinfacht und kann vorteilhaft eine bessere Spleißbarkeit erreicht werden.
Der herabgesetzte Brechungsindex im Außenrohr 3 kann genutzt werden, das Überkoppeln des Pumplichts in das Außenrohr 3 zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Damit läßt sich die Brillanz des Pumplichts im Endabschnitt 7 verbessern. Weiterhin können ohne Brillanzverlust Außenrohre 3 größerer Wandstärke eingesetzt werden.
In gleicher Weise kann bei einem zweiteiligen Träger 10 der äußere Teil mit herabgesetztem Brechungsindex ausgeführt oder ein Träger 10 mit einem im Außenbereich herabgesetzten Brechungsindex eingesetzt werden.
Das Außenrohr 3 kann bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler so ausgebildet sein, daß es ebenfalls Licht der Pumpfasern PF führt. Dazu kann das Außenrohr z. B. einen herabgesetzten Brechungsindex aufweisen. Auch ist es möglich, einen geeigneten Brechungsindexverlauf in radialer Richtung im Außenrohr vorzusehen. Ferner kann der Brechungsindex des das Außenrohr umgebenden Mediums M, wie in 48 schematisch dargestellt ist, entsprechend gewählt werden.
Der Aufnahmeabschnitt 4 des erfindungsgemäßen Faserkopplers 1 kann beispielsweise derart ausgeführt sein, daß die Führung des Pumplichtes in den Pumpfasern durch Totalreflexion auch in Abschnitten mit vollständig reduziertem Mantel, in den aber noch keine Überkopplung in das Innenrohr, in das Außenrohr oder den Träger erfolgt, sichergestellt wird, indem ein unerwünschter Kontakt der Außenfläche zu anderen Komponenten vermieden wird.
Ferner kann der Aufnahmeabschnitt bzw. sein offenes Ende gegenüber der Außenseite abgekapselt sein, so daß das Kontaminationsrisiko vermindert ist.
Der Aufnahmeabschnitt verbessert die mechanische Stabilität des Faserkopplers insbesondere dann, wenn die Fasern mit samt Mantel aufgenommen werden.
Aufgrund des Aufnahmeabschnittes kann die gesamte Struktur des Faserkopplers insgesamt vereinfacht sein. Diese Vorteile gelten natürlich auch für einen Aufnahmeabschnitt, der auf der Seite des Endabschnittes des Faserkopplers ausgebildet ist, wie dies z. B. bei der Ausführungsform von 11 der Fall ist.
Das Außenrohr kann einen im Vergleich zu den Pumpfasern herabgesetzten Brechungsindex aufweisen. Ferner kann ein Außenrohr mit Air Clad (= im Mantel des Außenrohrs sind eine Vielzahl von Luft- oder Gasbläschen eingeschlossen, um den Brechungsindex zu beeinflussen) eingesetzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler ist die Signalfaser bevorzugt im Verjüngungsabschnitt nicht verjüngt, wobei gleichzeitig aber eine gute Verschmelzung erreicht wird, ohne daß dafür eine starke Erwärmung der Signalfaser erforderlich ist. Dadurch kann das Modenprofil des Signals der Signalfaser beibehalten werden, wobei auch der Modenquerschnitt bevorzugt beibehalten werden kann.
Es ist ferner möglich, weitere Funktionen in den erfindungsgemäßen Faserkoppler zu integrieren, so daß die Anzahl der einzelnen Komponenten weiter reduziert werden kann. Dies wird insbesondere durch die Stützfunktion des Kopplers begünstigt, die sich durch den Aufnahmeabschnitt ausweiten läßt.
Mit dem erfindungsgemäßen Faserkoppler kann beispielsweise der Modenquerschnitt im Koppler skaliert werden und kann eine Modenfeldanpassung durchgeführt werden.
Die Signalfaser des Faserkopplers kann aus mehreren, durch Spleiß gekoppelte Einzelfasern zusammengesetzt sein.
Weiterhin ist die Integration von Modenkonvertern und/oder Filtern in der Signalfaser und/oder den Pumpfasern möglich.
Durch die Struktur des erfindungsgemäßen Faserkopplers bzw. des Faserkoppler-Rohlings bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird vorteilhaft eine Zentrierung der Pump- bzw. Außenfasern und eine Sicherstellung der Geometrie erreicht, ohne daß dazu aufwendige Hilfsvorrichtungen notwendig wären.
Bei dem Herstellungsverfahren ist es von Vorteil, wenn das Innenrohr und/oder das Außenrohr zumindest im Verjüngungsabschnitt und gegebenenfalls im Endabschnitt eine geschlossene Struktur aufweist, da dann Druckdifferenzen zwischen Innen- und Außenrohr während der Herstellung aufgebaut werden können, die z. B. das Kollabieren des Innenrohrs auf die Signalfaser erleichtern.
Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler nach dem Kollabieren des Innenrohrs auf die Innen- bzw. Signalfaser und ein Verschmelzen von Innenrohr und Signal- bzw. Innenfaser das Innen- und/oder Außenrohr ganz oder teilweise abgeätzt werden. Dies kann Vorteile bei der Brillanz der eingekoppelten Pumpleistungen mit sich bringen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6434302 [0005]
- US 7016573 B2 [0006]

Claims

Faserkoppler mit einem Innenrohr (2), einer im Innenrohr (2) angeordneten Innenfaser (SF) und mehreren um die Innenfaser (SF) herum angeordneten Außenfasern (PF), wobei sich der Faserkoppler in Längsrichtung der Innenfaser (SF) von einem Hauptabschnitt (5) zu einem Endabschnitt (7) verjüngt und der Innenquerschnitt des Innenrohrs (2) entlang des sich verjüngenden Abschnittes (6) des Faserkopplers (1) dem Querschnitt der Innenfaser (SF) entspricht.
Faserkoppler und Anspruch 1, bei dem der Innenquerschnitt des Innenrohrs (2) entlang des sich verjüngenden Abschnittes (6) gleich bleibt.
Faserkoppler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Innenrohr (2) entlang des sich verjüngenden Abschnittes (6) auf die Innenfaser (SF) kollabiert ist.
Faserkoppler nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Innenrohr (2) entlang des gesamten, sich verjüngenden Abschnittes (6) in direktem optischen Kontakt mit der Innenfaser (SF) steht.
Faserkoppler nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Außenfasern (PF) über das Innenrohr (2) entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes (6) in optischem Kontakt mit der Innenfaser (SF) stehen.
Faserkoppler nach einem der obigen Ansprüche, bei dem sich die Außenfasern (PF) entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes (6) erstrecken und ihre Querschnittsfläche entsprechend abnimmt.
Faserkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem sich die Außenfasern (PF) bis zum Innenrohr (2) erstrecken, mit einer Stirnseite (20) des Innenrohrs (2) optisch gekoppelt sind und die Wandstärke des Innenrohrs (2) entlang des sich verjüngenden Abschnittes (6) abnimmt.
Faserkoppler nach einem der obigen Ansprüche, mit einem Außenrohr (3), in dem das Innenrohr (2) zumindest zum Teil angeordnet ist und in dem sich die Außenfasern (PF) zumindest teilweise erstrecken.
Faserkoppler nach Anspruch 8, bei dem sich die Außenfasern (PF) zwischen Außenrohr (3) und Innenrohr (2) erstrecken.
Faserkoppler nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Wandstärke des Außenrohrs (3) entlang des sich verjüngenden Abschnittes (6) abnimmt.
Faserkoppler nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem sich das Außenrohr (3) entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes (6) erstreckt.
Verfahren zum Herstellen eines Faserkopplers, mit den Schritten: a) Erzeugen eines Rohlings, der ein Innenrohr sowie mehrere um das Innenrohr herum und/oder an die Stirnseite des Innenrohrs anliegende Außenfasern umfaßt und der entlang der Längsrichtung des Innenrohrs derart verjüngt ist, daß er einen einen Hauptabschnitt des Rohlings mit einem Endabschnitt des Rohlings verbindenden Verjüngungsabschnitt aufweist, wobei zur Erzeugung des Rohlings ein Bereitstellungsschritt, mit dem die mehreren Außenfasern bereitgestellt werden, und ein Verjüngungsschritt, mit dem der Verjüngungsabschnitt gebildet wird, durchgeführt werden, und b) Einführen einer Innenfaser in das Innenrohr, wobei nach dem Verjüngungsschritt der Innenquerschnitt des Innenrohrs entlang des Verjüngungsabschnitts dem Querschnitt der eingeführten Innenfaser entspricht.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem während des Verjüngungsschrittes der Innenquerschnitt des Innenrohrs unverändert bleibt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem das Innenrohr entlang des Verjüngungsabschnitts auf die Innenfaser kollabiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt b) vor dem Verjüngungsschritt ausgeführt und das Kollabieren des Innenrohrs gleichzeitig und räumlich dem Verjüngungsschritt nachlaufend ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem im Schritt a) die Außenfasern zwischen dem Innenrohr und einem dieses zumindest in Längsrichtung teilweise umgebenden Außenrohr eingeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das im Schritt a) verwendete Außenrohr im Bereich des im Verjüngungsschritt zu erzeugenden Verjüngungsabschnittes einen geschlossenen Innenquerschnitt zur Aufnahme der Innenfaser aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem im Verjüngungsschritt die Wandstärke des Innenrohrs entlang des Verjüngungsabschnittes verringert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei dem die Verjüngung des Rohlings im Verjüngungsschritt durch Materialverformung bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, bei dem die Verjüngung des Rohlings im Verjüngungsschritt durch Materialabtrag bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, bei dem im Bereitstellungsschritt Außenfasern eingesetzt werden, die im Bereich des im Verjüngungsschritt zu erzeugenden Verjüngungsabschnittes selbst bereits verjüngt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, bei dem das im Bereitstellungsschritt verwendete Innenrohr im Bereich des im Verjüngungsschritt zu erzeugenden Verjüngungsabschnittes einen geschlossenen Innenquerschnitt zur Aufnahme der Innenfaser aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, bei dem im Verjüngungsschritt zum Verjüngen Unterdruck eingesetzt wird.