DE102017113954B3 - High-opening fiber collimator - Google Patents

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Abstract

Asphärischer Faserkollimator (1) mit einem Eingang (1.1) zur Einspeisung von Licht aus einer optischen Faser und einem Ausgang (1.2) zur Abgabe von entlang einer in Längsrichtung angeordneten optischen Achse (A) kollimiertem Licht, umfassend
- ein fokussierendes asphärisches rundoptisches Element (2), dessen Brennpunkt (F) eingangsseitig auf der optischen Achse (A) liegt,
- eine Faseraufnahme (4) zur Aufnahme der optischen Faser derart, dass die Austrittsfläche der optischen Faser senkrecht zur optischen Achse (A) liegt und den Brennpunkt (F) des asphärischen rundoptischen Elements (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (α) des fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements (2) mindestens so groß gewählt ist, dass (1 - 3 · 10-13) · 100 Prozent der von der optischen Faser austretenden optischen Strahlungsenergie in den Öffnungswinkel (α) des fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements (2) fallen.

Figure DE102017113954B3_0000
An aspherical fiber collimator (1) having an input (1.1) for inputting light from an optical fiber and an output (1.2) for outputting light collimated along a longitudinally disposed optical axis (A)
a focusing aspherical round-optical element (2) whose focal point (F) lies on the input side on the optical axis (A),
- A fiber receptacle (4) for receiving the optical fiber such that the exit surface of the optical fiber is perpendicular to the optical axis (A) and the focal point (F) of the aspheric round-optical element (2), characterized in that the opening angle (α ) of the focusing aspheric round-optical element (2) is at least so large that (1 - 3 · 10 -13 ) · 100 percent of the optical radiation energy exiting the optical fiber into the aperture angle (α) of the focusing aspherical round-optical element (2) fall.
Figure DE102017113954B3_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Faserkollimator zur Erzeugung von kollimiertem Licht aus Licht, das von einer Faser eingespeist wird.The invention relates to a fiber collimator for producing collimated light from light which is fed by a fiber.

Aus dem Stand der Technik, vgl. z. B. die DE 10 2017 205 590 B3 , sind Faserkollimatoren bekannt, bei denen eine Sammellinse in einem Gehäuse gefasst ist. Entlang der optischen Achse weist das Gehäuse solcher bekannter Faserkollimatoren der Linse gegenüberliegend eine Faserkupplung zur Aufnahme einer optischen Faser auf. Die Faserkupplung ist so angeordnet, dass die Austrittsfläche der optischen Faser im Brennpunkt der Sammellinse liegt. Aus der Austrittsfläche der optischen Faser treten Strahlen in einer von einem Raumwinkel abhängigen Strahlintensitätsverteilung aus, die durch die numerische Apertur der optischen Faser bestimmt ist.From the prior art, cf. z. B. the DE 10 2017 205 590 B3 , Fiber collimators are known in which a converging lens is captured in a housing. Along the optical axis, the housing of such known fiber collimators has a fiber coupling opposite the lens for receiving an optical fiber. The fiber coupling is arranged so that the exit surface of the optical fiber is at the focal point of the condenser lens. From the exit face of the optical fiber, rays emerge in a solid angle dependent beam intensity distribution determined by the numerical aperture of the optical fiber.

Die optische Wirkung der Sammellinse herkömmlicher Faserkollimatoren besteht darin, ein in einem Teilraumwinkelbereich |θ| ≤ θL aus der Faser austretendes Teilbündel von Eingangsstrahlen aufzunehmen und zu kollimieren, wobei dieser Teilraumwinkelbereich von der numerischen Apertur der Sammellinse bestimmt ist. Anstelle der Sammellinse kann auch eine Rundoptikbaugruppe bestehend aus mehreren optischen Elementen eingesetzt sein.The optical effect of the converging lens of conventional fiber collimators is to have a subspace angle range | θ | ≤ θ L to receive and collapse partial beams of input beams emerging from the fiber, this partial space angle range being determined by the numerical aperture of the converging lens. Instead of the convergent lens, it is also possible to use a round optical assembly consisting of several optical elements.

Ferner sind aus dem Stand der Technik Faserkollimatoren bekannt, bei denen die Sammellinse oder mindestens ein Element einer solchen Rundoptikbaugruppe als asphärische Linse ausgebildet ist und die im Folgenden als asphärische Faserkollimatoren bezeichnet werden. Mittels derartiger asphärischer Faserkollimatoren können sphärische Aberrationen oder Öffnungsfehler bei der Strahlkollimierung vermieden oder vermindert werden.Furthermore, fiber collimators are known from the prior art, in which the converging lens or at least one element of such a round optical assembly is designed as an aspherical lens and which are referred to below as aspherical fiber collimators. By means of such aspherical fiber collimators, spherical aberrations or aperture errors in beam collimating can be avoided or reduced.

Bei Faserkollimatoren nach dem Stand der Technik ist Sammellinse oder die Rundoptikbaugruppe so gewählt, dass deren numerische Apertur der numerischen Apertur der optischen Faser entspricht oder geringfügig darüber liegt, um die Durchmesser solcher Sammellinsen oder Rundoptikbaugruppen zu begrenzen und damit deren Herstellung zu erleichtern.In prior art fiber collimators, the condenser lens or optical assembly is selected such that its numerical aperture is equal to or slightly greater than the numerical aperture of the optical fiber to limit the diameters of such condenser lenses or optical assemblies, thereby facilitating their fabrication.

Unter dieser Bedingung ist somit der Öffnungswinkel der Linse oder der Rundoptikbaugruppe nach dem Stand der Technik gleich oder geringfügig größer als der der numerischen Apertur der optischen Faser zugeordnete Öffnungswinkel. Dann weist das kollimierte Ausgangsstrahlenbündel näherungsweise ein Gauß-Profil auf, bei welchem die Strahlintensität bezogen auf die zentrale Strahlintensität entlang der optischen Achse in Abhängigkeit vom Abstand zur optischen Achse nach einer Gauß-Funktion auf einen Wert von näherungsweise 1/e2 abfällt. Somit wird das aus der optischen Faser austretende Strahlenbündel beim Eintritt in einen solchen Faserkollimator auf diejenigen Strahlen beschnitten, deren Strahlintensität mindestens näherungsweise 13,5% der zentralen Strahlintensität entlang der optischen Achse beträgt. Als eine Folge dieser Beschneidung der Strahlintensität weist die tatsächlich am Ausgang des Faserkollimators erzielte Wellenfront erhebliche Abweichungen von einer ebenen Wellenfront auf, die einer perfekten Kollimierung des Austrittsstrahlenbündels entsprechen würde.Under this condition, therefore, the aperture angle of the lens or the round optical assembly of the prior art is equal to or slightly greater than the aperture angle associated with the numerical aperture of the optical fiber. Then, the collimated output beam approximately has a Gaussian profile at which the beam intensity with respect to the central beam intensity along the optical axis decreases to a value of approximately 1 / e 2 as a function of the distance to the optical axis according to a Gaussian function. Thus, when entering such a fiber collimator, the beam emerging from the optical fiber is trimmed to those beams whose beam intensity is at least approximately 13.5% of the central beam intensity along the optical axis. As a consequence of this beam intensity truncation, the wavefront actually obtained at the output of the fiber collimator has significant deviations from a plane wavefront that would correspond to perfect collimating of the output beam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten asphärischen Faserkollimator anzugeben, mit dem austrittsseitig ein kollimiertes Austrittsstrahlenbündel erzeugt werden kann, dessen Wellenfront geringere Abweichungen von einer ebenen Wellenfront aufweist als Faserkollimatoren nach dem Stand der Technik. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen solchen verbesserten Faserkollimator für optische Fasern mit besonders hoher numerischer Apertur anzugeben, der zudem den Vorteil einer besonders kurzen Baulänge aufweist. Zudem liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein optisches System anzugeben, mit dem in eine optische Faser eingespeistes Licht in kollimiertes austretendes Licht transformiert werden kann, das eine geringere Abweichung von einer ebenen Wellenfront aufweist als bei bekannten optischen Systemen.The invention is based on the object of specifying an improved aspherical fiber collimator with which a collimated exit beam can be produced on the exit side, whose wavefront has smaller deviations from a planar wavefront than fiber collimators according to the prior art. In particular, the invention is based on the object to provide such an improved fiber collimator for optical fibers with a particularly high numerical aperture, which also has the advantage of a particularly short overall length. In addition, the invention is based on the object of specifying an optical system with which light fed into an optical fiber can be transformed into collimated outgoing light, which has a smaller deviation from a planar wavefront than in known optical systems.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des asphärischen Faserkollimators erfindungsgemäß durch einen asphärischen Faserkollimator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des optischen Systems wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein optisches System mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.The object is achieved in terms of the aspherical fiber collimator according to the invention by an aspherical fiber collimator having the features of claim 1. With regard to the optical system, the object is achieved by an optical system having the features of claim 12.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein asphärischer Faserkollimator weist einen Eingang zur Einspeisung von Licht aus einer optischen Faser und einen Ausgang zur Abgabe von entlang einer in Längsrichtung angeordneten optischen Achse kollimiertem Licht auf. Der asphärische Faserkollimator umfasst ein fokussierendes asphärisches rundoptisches Element, dessen objektseitiger Brennpunkt eingangsseitig auf der optischen Achse liegt.An aspherical fiber collimator has an input for feeding light from an optical fiber and an output for outputting light collimated along a longitudinally arranged optical axis. The aspherical fiber collimator comprises a focusing aspherical round-optical element whose object-side focal point is on the input side on the optical axis.

Der asphärische Faserkollimator umfasst ferner eine Faseraufnahme zur Aufnahme der optischen Faser derart, dass die Austrittsfläche der optischen Faser senkrecht zur optischen Achse liegt und den Brennpunkt des asphärischen rundoptischen Elements umfasst, also in der Brennebene des asphärischen rundoptischen Elements liegt.The aspherical fiber collimator further comprises a fiber receptacle for receiving the optical fiber such that the exit surface of the optical fiber is perpendicular to the optical axis and comprises the focal point of the aspherical round optical element, that is in the focal plane of the aspherical round optical element.

Erfindungsgemäß ist der Öffnungswinkel α des fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements mindestens so groß gewählt, dass (1 - 3 · 10-13) · 100 Prozent der von der optischen Faser austretenden optischen Strahlungsenergie in den Öffnungswinkel α des fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements fallen. Der minimale Öffnungswinkel α des fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements ergibt sich somit aus der numerischen Apertur NA der optischen Faser nach der Beziehung α = 2 atan ( tan ( asin ( N A ) ) 1 2 ln ( 3 10 13 ) )

Figure DE102017113954B3_0001
According to the invention, the opening angle α of the focusing aspheric round-optical element is at least so large that (1 - 3 · 10 -13 ) · 100 percent of the optical radiation energy emitted by the optical fiber fall within the aperture angle α of the focusing aspheric round-optical element. The minimum aperture angle α of the focusing aspheric round-optical element thus results from the numerical aperture NA of the optical fiber according to the relationship α = 2 atan ( tan ( asin ( N A ) ) - 1 2 ln ( 3 10 - 13 ) )
Figure DE102017113954B3_0001

Wenn ein Anteil P ≥ 1 - 3 · 10-13 der aus der optischen Faser austretenden Strahlungsenergie in den Öffnungswinkel α des fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements einfallen soll, so ergibt sich der dafür notwendige Öffnungswinkel α allgemein zu α = 2 atan ( tan ( asin ( N A ) ) 1 2 ln ( 1 P ) )

Figure DE102017113954B3_0002
If a proportion P ≥ 1 - 3 · 10 -13 of the radiation energy emerging from the optical fiber is to be incident on the opening angle α of the focusing aspheric round-optical element, then the required opening angle α generally results α = 2 atan ( tan ( asin ( N A ) ) - 1 2 ln ( 1 - P ) )
Figure DE102017113954B3_0002

In vorteilhafter Weise werden dadurch Randstrahlen des von der Austrittsfläche der optischen Faser emittierten Lichts aufgenommen, die auf Grund der begrenzten Apertur von Faserkollimatoren nach dem Stand der Technik nicht aufgenommen werden können. Damit wird eine verbesserte Güte der Wellenfront des am asphärischen Faserkollimator austretenden kollimierten Lichts bewirkt. Insbesondere wird eine geringere Abweichung von einer ebenen Wellenfront bewirkt, insbesondere werden Abweichungen höherer Ordnung korrespondierend zu Zernike - Polynomen einer höheren Ordnung, verringert.Advantageously, edge rays of the light emitted by the exit surface of the optical fiber are thereby received, which can not be absorbed due to the limited aperture of fiber collimators according to the prior art. This results in an improved quality of the wavefront of the collimated light emerging at the aspherical fiber collimator. In particular, a smaller deviation from a plane wavefront is effected, in particular, higher order deviations corresponding to Zernike polynomials of a higher order are reduced.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das rundoptische asphärische Element in einem asphärischen Faserkollimator, der für die Aufnahme von Licht aus einer optischen Faser mit einer numerischen Apertur von höchstens 0,15 vorgesehen ist, eine numerische Apertur von mindestens 0,5 auf. In vorteilhafter Weise ist bei dieser Ausführungsform die Aufnahme aller Randstrahlen durch den asphärischen Faserkollimator möglich, deren Strahlintensität mindestens 5 · 10-7% der zentralen Strahlintensität entlang der optischen Achse beträgt. Damit kann eine besonders ebene Wellenfront mit besonders geringen Abweichungen höherer Ordnung erzielt werden.In one embodiment of the invention, the round optical aspheric element in an aspherical fiber collimator intended to receive light from an optical fiber having a numerical aperture of at most 0.15 has a numerical aperture of at least 0.5. Advantageously, in this embodiment, it is possible to record all edge rays through the aspherical fiber collimator whose beam intensity is at least 5.times.10.sup.-7 % of the central beam intensity along the optical axis. Thus, a particularly flat wavefront can be achieved with particularly small deviations of higher order.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das rundoptische asphärische Element in einem asphärischen Faserkollimator eine numerische Apertur von mindestens 0,6 auf. In vorteilhafter Weise kann damit eine besonders ebene Wellenfront mit besonders geringen Abweichungen höherer Ordnung erzielt werden, wenn Licht aus optischen Fasern mit einer numerischen Apertur von höchstens 0,15 eingespeist wird.In one embodiment of the invention, the round optical aspherical element in an aspherical fiber collimator has a numerical aperture of at least 0.6. Advantageously, a particularly flat wavefront can be achieved with particularly small deviations of higher order, if light from optical fibers with a numerical aperture of at most 0.15 is fed in.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das asphärische rundoptische Element eine Brennweite von mindestens 20mm auf. In vorteilhafter Weise sind damit asphärische rundoptische Elemente verwendbar, die eine geringe Oberflächenkrümmung aufweisen und sich leicht und genau fertigen lassen.In one embodiment of the invention, the aspheric round optical element has a focal length of at least 20mm. In this way, aspheric round-optical elements can advantageously be used which have a low surface curvature and can be manufactured easily and accurately.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das rundoptische Element als plankonvexe oder bikonvexe asphärische Linse ausgebildet und für eine beugungsbegrenzte Fokussierung kollimierter Strahlen im Brennpunkt vorgesehen. Mittels derartiger Linsen mit mindestens einer asphärischen Fläche ist eine besonders hohe Kollimationswirkung für monochromatisches Licht erzielbar, sofern die Austrittsfläche der Faser korrekt in dem der Wellenlänge entsprechenden Abstand zur Planfläche der asphärischen Linse justiert ist.In one embodiment of the invention, the round-optical element is designed as a plano-convex or biconvex aspherical lens and provided for a diffraction-limited focusing of collimated rays in the focal point. By means of such lenses with at least one aspherical surface, a particularly high collimation effect for monochromatic light can be achieved, provided that the exit surface of the fiber is correctly adjusted in the distance corresponding to the wavelength to the plane surface of the aspherical lens.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der asphärische Faserkollimator justierbar ausgebildet. Dabei ist das fokussierende asphärische rundoptische Element in einer Fassung mit einem Feingewinde, das koaxial zur optischen Achse des rundoptischen Elements ein Feingewinde angeordnet ist, gefasst.In one embodiment of the invention, the aspherical fiber collimator is adjustable. In this case, the focusing aspherical round-optical element in a socket with a fine thread, which is arranged coaxially to the optical axis of the round-optical element a fine thread, taken.

Dabei ist ferner die Faseraufnahme hülsenförmig geformt und nimmt die Fassung konzentrisch auf. Die Faseraufnahme umfasst eine Faserkupplung zur Aufnahme der optischen Faser.In this case, furthermore, the fiber receptacle is sleeve-shaped and takes up the socket concentrically. The fiber receptacle comprises a fiber coupling for receiving the optical fiber.

Die Faserkupplung liegt dem rundoptischen Element entlang der optischen Achse gegenüber. Die hülsenförmige Faseraufnahme weist einen radial nach außen auskragenden Fixieranschlag auf.The fiber coupling lies opposite the round optical element along the optical axis. The sleeve-shaped fiber receptacle has a radially outwardly projecting fixing stop.

Die Faseraufnahme weist ferner eine Exzenteraufnahme zur drehbaren Aufnahme einer exzentrischen Fixierschraube im Hülsenmantel auf, wobei die Schraubenachse der Fixierschraube in radialer Richtung, also senkrecht zur optischen Achse, verläuft.The fiber receptacle also has an eccentric receptacle for rotatably receiving an eccentric fixing screw in the sleeve casing, wherein the screw axis of the fixing screw in the radial direction, that is perpendicular to the optical axis runs.

Auf der Innenseite des Hülsenmantels der Faseraufnahme ist ein Feingewinde angeordnet, das in das Feingewinde der Fassung eingreift und das eine Drehbewegung der Faseraufnahme relativ zur Fassung in eine Längsverschiebung der Faseraufnahme relativ zur Fassung umsetzt.On the inside of the sleeve sheath of the fiber receptacle, a fine thread is arranged, which engages in the fine thread of the socket and which converts a rotational movement of the fiber receptacle relative to the frame in a longitudinal displacement of the fiber receptacle relative to the socket.

Der Faserkollimator umfasst ferner eine Justageschale, die die Faseraufnahme ringförmig konzentrisch zur optischen Achse umschließt und die relativ zur Faseraufnahme drehbeweglich ist und zugleich relativ zur Fassung drehfest ist.The fiber collimator further comprises an adjustment tray, which surrounds the fiber receptacle annular concentric to the optical axis and which is rotatable relative to the fiber receptacle and at the same time is rotationally fixed relative to the socket.

Die Justageschale umfasst eine gegen die Fassung längsbewegliche, also koaxial zur optischen Achse bewegliche, Fixierhalbschale. Die Fixierhalbschale weist einen entlang eines Teils des Umfangs ausgenommenen Fixierschlitz zur Aufnahme des Schraubenkopfes der Fixierschraube auf. The adjustment tray comprises a longitudinally movable, so coaxial to the optical axis movable, fixing half-shell. The Fixierhalbschale has a recessed along one part of the circumference fixing slot for receiving the screw head of the fixing screw.

Aufgrund ihrer Exzentrizität bewirkt die Fixierschraube bei einer Drehung im Fixierschlitz eine Längsbewegung der Fixierhalbschale. Dabei ist die Justageschale in einer Fixierposition haftreibend gegen den Fixieranschlag gepresst und in einer Löseposition von diesem gelöst.Due to its eccentricity, the fixing screw causes a longitudinal movement of the Fixierhalbschale with a rotation in the fixing slot. In this case, the adjustment shell is pressed in a fixing position against the fixing stop adhesive and released in a release position of this.

Mittels der Faserkupplung wird eine koaxiale, zentrierte und verkippungsfreie Anordnung der Faseraustrittsfläche einer eingeführten optischen Faser erzielt. Durch Drehung der Faseraufnahme relativ zur Fassung wird bei gelöster Fixierschraube, vermittelt durch die Feingewinde der Fassung und der Faseraufnahme, der Abstand zwischen dem rundoptischen Element und der Faseraustrittsfläche verändert. Somit ist es durch einfache Drehung möglich, eine für die eingespeiste Wellenlänge optimale Position der Faseraustrittsfläche zu bestimmen und einzustellen. Ist eine solche Position gefunden, ist es durch Anziehen der Fixierschraube in die Fixierposition möglich, eine Haftreibung zwischen der Fixierhalbschale und dem auskragenden Fixieranschlag der Faseraufnahme zu erzeugen, die eine weitere Drehbewegung der Justageschale relativ zur Fassung verhindert. Da die Justageschale drehfest zur Fassung gekoppelt ist, ist somit auch eine Drehung und damit, über die Feingewinde der Fassung und der Faseraufnahme, eine Längsverschiebung zwischen der Faseraufnahme und der Fassung verhindert. Somit verbleibt die Faseraustrittsfläche an der einmal bestimmten optimalen Position entlang der optischen Achse.By means of the fiber coupling, a coaxial, centered and tilt-free arrangement of the fiber exit surface of an inserted optical fiber is achieved. By rotation of the fiber receptacle relative to the socket is dissolved in the fixing screw, mediated by the fine thread of the socket and the fiber receptacle, the distance between the round-optical element and the fiber exit surface changed. Thus, it is possible by simple rotation to determine and adjust an optimal for the injected wavelength position of the fiber exit surface. If such a position found, it is possible by tightening the fixing screw in the fixing position to generate a static friction between the Fixierhalbschale and the projecting fixing stop of the fiber receptacle, which prevents further rotational movement of the adjustment shell relative to the socket. Since the adjustment shell is rotatably coupled to the socket, thus a rotation and thus, over the fine thread of the socket and the fiber receptacle, a longitudinal displacement between the fiber receptacle and the socket prevented. Thus, the fiber exit surface remains at the optimal position once determined along the optical axis.

In vorteilhafter Weise wirkt dabei die Reibungskraft zur Fixierung in Längsrichtung zwischen der Fixierhalbschale und der Faseraufnahme. Da die Fixierhalbschale längsbeweglich zur Fassung ist, wird keine Kraft auf die Fassung übertragen. Somit wird vermieden, dass bei der Fixierung unter der Einwirkung einer Fixierkraft die Lage der Fassung mit dem gefassten rundoptischen Element verändert, beispielsweise dezentriert wird oder dass unter Einwirkung der Fixierkraft Spannungen im rundoptischen Element entstehen, die die optische Wirkung beeinflussen könnten.Advantageously, the frictional force for fixing in the longitudinal direction between the fixing half-shell and the fiber receptacle acts. Since the Fixierhalbschale is longitudinally movable to the socket, no force is transmitted to the socket. Thus, it is avoided that in the fixation under the action of a fixing force changes the position of the socket with the composite round optical element, for example, decentered or that under the influence of the fixing force tensions in the round optical element arise, which could affect the optical effect.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der justierbare asphärische Faserkollimator ferner ein Gehäuse, das die Faseraufnahme und die Justageschale umgibt. Das Gehäuse weist einen in Umfangsrichtung länglich ausgesparten Bediendurchgriff auf, durch welchen die Justageschale drehbar zugänglich ist. Das Gehäuse weist ferner eine Bohrung auf, die radial oberhalb der Exzenteraufnahme angeordnet ist und durch welche die Fixierschraube zugänglich ist. Das Gehäuse ist drehfest zur Faseraufnahme angeordnet. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass das Gehäuse eine komfortable Grifffläche bietet, die die Verdrehung der Justageschale erleichtert. Das Gehäuse erleichtert ferner die Handhabung des Faserkollimators und kann zudem staubdicht schließend ausgeführt sein.In one embodiment of the invention, the adjustable aspherical fiber collimator further includes a housing surrounding the fiber receptacle and the adjustment cup. The housing has a longitudinally recessed operating handle, through which the adjustment tray is rotatably accessible. The housing further has a bore which is arranged radially above the eccentric receiver and through which the fixing screw is accessible. The housing is rotatably arranged to the fiber intake. An advantage of this embodiment is that the housing provides a comfortable gripping surface, which facilitates the rotation of the adjustment tray. The housing further facilitates the handling of the fiber collimator and can also be performed dust-tight closing.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung überragt das Gehäuse ausgangsseitig das rundoptische Element, wobei im ausgangsseitigen Überstand ein Innengewinde angeordnet ist. An dem zum rundoptischen Element weisenden Ende des Innengewindes ist ferner ein Anschlag angeordnet. Das Innengewinde und der Anschlag sind so ausgebildet, dass ein gefasstes optisches Bauelement in einem Gehäuse mit einem komplementären Außengewinde und mit einem komplementären Anschlag justagefrei mit dem justierbaren Faserkollimator verschraubbar ist, wobei der Anschlag als Passfläche wirkt.In one embodiment of the invention, the housing projects beyond the round-optical element on the output side, wherein an internal thread is arranged in the output-side projection. At the pointing to the round optical element end of the internal thread a stop is also arranged. The internal thread and the stop are designed so that a captive optical component in a housing with a complementary external thread and with a complementary stop without adjustment screwed to the adjustable fiber collimator, the stopper acts as a mating surface.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass durch den festen Bezug des Anschlags des Faserkollimationsgehäuses zum Anschlag des Gehäuses eines weiteren optischen Bauelements dessen optische Achse zur optischen Achse des Faserkollimators zentriert und kollinear ausgerichtet wird. Somit besteht der einzige Freiheitsgrad bei der Ausrichtung des weiteren optischen Bauelements in der Anpassung des Abstandes zu dem rundoptischen Element entlang der optischen Achse, die leicht mittels Drehung der Justageschale bei gelöster Fixierschraube erfolgen kann. Diese Ausführungsform eignet sich daher besonders gut für den Aufbau zusammengesetzter Optiken. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das weitere optische Bauelement als Strahlaufweiter ausgebildet.An advantage of this embodiment is that the solid reference of the stop of the fiber collimator housing for abutment of the housing of another optical component whose optical axis is centered and aligned collinear to the optical axis of the fiber collimator. Thus, the only degree of freedom in the alignment of the further optical component is the adjustment of the distance to the round optical element along the optical axis, which can be done easily by rotation of the adjustment tray with the fixing screw loosened. This embodiment is therefore particularly suitable for the construction of composite optics. In a particularly preferred embodiment, the further optical component is designed as a beam expander.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Fassung und die Justageschale mittels mindestens eines Mitnehmers drehfest miteinander verbunden, wobei der Mitnehmer durch einen Radialschlitz im Mantel der Faseraufnahme geführt ist. Mit dieser Ausführungsform lässt sich ein großes Drehspiel, korrespondierend zu einem großen Verstellbereich für die Position der Faseraustrittsfläche längs der optischen Achse, bei einer ausreichenden statischen Festigkeit des Faserkollimators erzielen. Dieses Drehspiel wird durch die Länge des Radialschlitzes in Umfangsrichtung bestimmt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Radialschlitz über ein Viertel bis ein Drittel des Mantelumfangs der Faseraufnahme.In one embodiment of the invention, the socket and the adjustment shell are rotatably connected to each other by means of at least one driver, wherein the driver is guided by a radial slot in the jacket of the fiber receptacle. With this embodiment, a large rotational play, corresponding to a large adjustment range for the position of the fiber exit surface along the optical axis, can be achieved with a sufficient static strength of the fiber collimator. This rotational play is determined by the length of the radial slot in the circumferential direction. In a particularly preferred embodiment, the radial slot extends over a quarter to a third of the shell circumference of the fiber receptacle.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Justageschale eine Führungshalbschale, durch welche der mindestens eine Mitnehmer geführt wird. Die Führungshalbschale ist mittels eines Gleitlagers drehfest mit der Fixierhalbschale gekoppelt, wobei das Gleitlager ein Längsspiel zwischen der Fixierhalbschale und der Führungshalbschale entlang der optischen Achse aufweist.In one embodiment of the invention, the adjustment shell comprises a guide half-shell, through which the at least one driver is guided. The guide half shell is by means of a Sliding bearing rotatably coupled to the Fixierhalbschale, wherein the sliding bearing has a longitudinal clearance between the Fixierhalbschale and the guide half-shell along the optical axis.

Durch das Längsspiel des Gleitlagers ist es möglich, die Fixierhalbschale längs der optischen Achse zwischen der Löseposition und der Fixierposition zu bewegen, ohne diese Längsbewegung auf eine Längsbewegung der Führungshalbschale zu übertragen, die somit ortsfest relativ zur Fassung bleibt. Dadurch ist eine besonders einfache Kopplung zwischen der Führungshalbschale und der Fassung ermöglicht. In einer besonders bevorzugten Variante dieser Ausführungsform sind die Mitnehmer als Stifte oder Zapfen ausgebildet, deren radial innen liegendes Ende in einem Sackloch im Außenmantel der Fassung aufgenommen wird und deren radial außenliegendes Ende in einem Sackloch in der Innenfläche der Führungshalbschale aufgenommen wird.Due to the longitudinal play of the sliding bearing, it is possible to move the fixing half-shell along the optical axis between the release position and the fixing position, without transferring this longitudinal movement to a longitudinal movement of the guide half-shell, which thus remains stationary relative to the socket. This allows a particularly simple coupling between the guide half shell and the socket. In a particularly preferred variant of this embodiment, the drivers are designed as pins or pins whose radially inner end is received in a blind hole in the outer casing of the socket and whose radially outer end is received in a blind hole in the inner surface of the guide half-shell.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Sacklöcher zur Aufnahme jeweils eines Mitnehmers entlang eines Umfangs im Außenmantel der Fassung so angeordnet, dass bei jedem Drehwinkel der Fassung relativ zur Faseraufnahme der Radialschlitz jeweils eine Mehrzahl von Sacklöchern überdeckt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass ein Mitnehmer zur drehfesten Kopplung der Fassung mit der Führungshalbschale so in einem Sackloch angeordnet werden kann, dass ein großes, vorzugsweise symmetrisches Drehspiel erzielt wird, das zu einem großen Justage- oder Verstellbereich für eine Längsverschiebung der Fassung relativ zur Faseraufnahme korrespondiert.In one embodiment of the invention, a plurality of blind holes for receiving in each case a driver along a circumference in the outer jacket of the socket are arranged so that covers at each rotation angle of the socket relative to the fiber receiving the radial slot each having a plurality of blind holes. An advantage of this embodiment is that a driver for the rotationally fixed coupling of the socket with the guide half-shell can be arranged in a blind hole that a large, preferably symmetrical rotational play is achieved, the relative to a large Justage- or adjustment for longitudinal displacement of the socket corresponds to the fiber absorption.

Ein optisches System zur Erzeugung von entlang einer optischen Achse kollimiertem Licht umfasst einen erfindungsgemäßen asphärischen Faserkollimator. In der Faseraufnahme des asphärischen Faserkollimators ist eine optische Faser aufgenommen, deren numerische Apertur höchstens 0,25 beträgt. Das rundoptische Element des asphärischen Faserkollimators, das vorzugsweise als asphärische Linse ausgebildet ist, weist eine numerische Apertur von mindestens 0,6 auf.An optical system for generating light collimated along an optical axis comprises an aspherical fiber collimator according to the invention. In the fiber receptacle of the aspherical fiber collimator, an optical fiber is recorded whose numerical aperture is at most 0.25. The round optical element of the aspherical fiber collimator, which is preferably designed as an aspherical lens, has a numerical aperture of at least 0.6.

In vorteilhafter Weise ist ein solches System geeignet, Licht mittels aus dem Stand der Technik bekannter optischer Fasern einzukoppeln und austrittsseitig kollimiertes Licht mit einer Wellenfront sehr großer Güte für eine weitere optische Verarbeitung bereitzustellen. Insbesondere ist ein solches System mit optischen Fasern größerer numerischer Apertur herstellbar, wie sie im Bereich der optischen Nachrichtenübertragungstechnik zunehmend eingesetzt werden.Advantageously, such a system is suitable for coupling light by means of optical fibers known from the prior art and providing collimated light with a wavefront of very high quality for further optical processing on the exit side. In particular, such a system can be made with optical fibers of larger numerical aperture, as they are increasingly used in the field of optical communications technology.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing.

Darin zeigen:

  • 1 schematisch einen asphärischen Faserkollimator nach dem Stand der Technik,
  • 2 und 3 schematisch den Strahlengang in einem hochöffnenden asphärischen Faserkollimator,
  • 4 einen schematischen Längsschnitt durch einen justierbaren asphärischen Faserkollimator,
  • 5 eine schematische Draufsicht auf eine Faseraufnahme, umgeben von einer Justageschale,
  • 6 eine schematische Ansicht von unten auf einen justierbaren asphärischen Faserkollimator ohne Gehäuse,
  • 7 eine schematische Ansicht von oben auf einen justierbaren asphärischen Faserkollimator mit Gehäuse und
  • 8 eine schematische Ansicht von unten auf einen justierbaren asphärischen Faserkollimator mit Gehäuse.
Show:
  • 1 1 schematically shows an aspherical fiber collimator according to the prior art,
  • 2 and 3 schematically the beam path in a high-opening aspherical fiber collimator,
  • 4 a schematic longitudinal section through an adjustable aspherical fiber collimator,
  • 5 a schematic plan view of a fiber receptacle surrounded by an adjustment tray,
  • 6 a schematic view from below of an adjustable aspherical fiber collimator without housing,
  • 7 a schematic top view of an adjustable aspherical fiber collimator with housing and
  • 8th a schematic view from below of an adjustable aspherical fiber collimator with housing.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt schematisch den Strahlengang in einem asphärischen Faserkollimator 1 nach dem Stand der Technik, der rotationssymmetrisch zu einer optischen Achse A ausgebildet ist. Am optischen Eingang 1.1 des Faserkollimators 1 wird Licht, vorzugsweise monochromatisches Laserlicht, eines Eintrittsstrahlenbündels ES durch eine nicht näher dargestellte optische Faser eingespeist. Am optischen Ausgang 1.2 des Faserkollimators 1 tritt kollimiertes Licht in einem Austrittsstrahlenbündel AS aus. 1 schematically shows the beam path in an aspherical fiber collimator 1 according to the prior art, the rotationally symmetrical to an optical axis A is trained. At the optical input 1.1 of the fiber collimator 1 becomes light, preferably monochromatic laser light, of an entrance beam IT fed by an optical fiber, not shown. At the optical output 1.2 of the fiber collimator 1 occurs collimated light in an exit beam AS out.

Die optische Wirkung wird durch eine plankonvexe asphärische Linse 2 erzielt, deren plane erste Fläche 2.1 auf die Austrittsfläche der koaxial zur optischen Achse A angeordneten, nicht näher dargestellten optischen Faser weist und deren gegenüberliegende zweite Fläche zum Ausgang 1.2 des Faserkollimators 1 weist. Die asphärische Linse 2 ist in einer Fassung 3 gefasst und weist einen optisch wirksamen Durchmesser D auf. Die Austrittsfläche der Faser ist im Brennpunkt F der asphärischen Linse 2 angeordnet.The optical effect is achieved by a plano-convex aspherical lens 2 scored, whose plane first surface 2.1 on the exit surface of the coaxial to the optical axis A arranged, not shown optical fiber has and the opposite second surface to the output 1.2 of the fiber collimator 1 has. The aspherical lens 2 is in a version 3 taken and has an optically effective diameter D on. The exit surface of the fiber is in focus F the aspherical lens 2 arranged.

Die konvexe asphärische zweite Fläche 2.2 der asphärischen Linse 2 ist so geformt, dass sich die Austrittsfläche der optischen Faser für eine gewisse, vorgegebene Wellenlänge eingespeisten Lichts im Brennpunkt der asphärischen Linse 2 befindet. Die Brennweite der asphärischen Linse 2 beträgt f = 10,9 mm bei einer numerischen Apertur von 0,25. Aus der optischen Faser austretendes Licht wird unter einem Öffnungswinkel α in die asphärische Linse 2 eingekoppelt.The convex aspherical second surface 2.2 of the aspherical lens 2 is shaped so that the exit surface of the optical fiber for a certain predetermined wavelength input light at the focal point of the aspherical lens 2 located. The Focal length of the aspherical lens 2 f = 10.9 mm with a numerical aperture of 0.25. Light emerging from the optical fiber becomes at an aperture angle α in the aspherical lens 2 coupled.

Wird in einen solchen asphärischen Faserkollimator 1 Licht von einer als Single Mode Faser ausgebildeten optischen Faser mit einer numerischen Apertur von 0,15 eingekoppelt, so ist die Strahlintensität am Rand des kollimierten Austrittsstrahlenbündels AS auf näherungsweise 0,01% der zentralen Strahlintensität auf der optischen Achse A abgefallen und fällt von dort abrupt auf null ab.Turns into such an aspherical fiber collimator 1 Light from an optical fiber formed as a single-mode fiber with a numerical aperture of 0.15 coupled, the beam intensity is at the edge of the collimated exit beam AS to approximately 0.01% of the central beam intensity on the optical axis A dropped off and abruptly drops to zero from there.

Eine perfekt ebene Wellenfront kann mit einem solchen asphärischen Faserkollimator 1 nach dem Stand der Technik auch bei Vernachlässigung der sphärischen Aberrationen nicht erreicht werden, da von der optischen Faser Strahlen mit einer Strahlintensität von weniger als etwa 1/e2 der zentralen Strahlintensität nicht eingekoppelt werden, da sie nicht in den Öffnungswinkel α der Linse 2 fallen. Somit werden nur 100 % 1 2 π φ = 0 2 π r = 2 2 e r 2 r   d r   d φ = 100 % ( 1 1 e 2 ) = 86,5 %

Figure DE102017113954B3_0003
der gesamten aus der optischen Faser austretenden Energie in den Faserkollimator 1 eingekoppelt. Somit liegen 13,5% der gesamten von der optischen Faser emittierten Strahlungsenergie außerhalb des Öffnungswinkels α der Linse 2. Dadurch werden Abweichungen höherer Ordnung beziehungsweise eine verminderte Güte der Wellenfront des kollimierten Austrittsstrahlenbündels AS bewirkt.A perfectly flat wavefront can be achieved with such an aspherical fiber collimator 1 in the prior art, neglecting the spherical aberration can not be achieved because of the optical fiber rays with a beam intensity of less than about 1 / e 2 of the central beam intensity are not coupled because they are not in the opening angle α the lens 2 fall. Thus only 100 % 1 2 π φ = 0 2 π r = - 2 2 e - r 2 r d r d φ = 100 % ( 1 - 1 e 2 ) = 86.5 %
Figure DE102017113954B3_0003
the total energy exiting the optical fiber into the fiber collimator 1 coupled. Thus, 13.5% of the total radiant energy emitted by the optical fiber is outside the aperture angle α the lens 2 , As a result, deviations of a higher order or a reduced quality of the wavefront of the collimated exit beam become AS causes.

Diese Nachteile werden mit einem erfindungsgemäßen asphärischen Faserkollimator 1 mit vergrößerter numerischer Apertur behoben, für den der Strahlengang in 2 schematisch dargestellt ist. Der asphärische Faserkollimator 1 weist eine numerische Apertur von 0,5 bei einer gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik unveränderten Brennweite von f = 10mm und einem Linsendurchmesser von D = 9,7mm auf. Nimmt ein solcher asphärischer Faserkollimator 1 Licht von einer als Single Mode Faser ausgebildeten optischen Faser mit einer numerischen Apertur von 0,15 auf, so ist am äußeren Rand des Austrittsstrahlenbündels AS die Strahlintensität auf unter 5 · 10-7 % der zentralen Strahlintensität abgefallen. Somit liegen nur 3 · 10-13 % der gesamten von der optischen Faser emittierten Strahlungsenergie außerhalb des Öffnungswinkels α der Linse 2. Somit lässt sich eine verbesserte Güte der Wellenfront des kollimierten Austrittsstrahlenbündels AS erzielen.These disadvantages are obtained with an aspherical fiber collimator according to the invention 1 fixed with enlarged numerical aperture, for which the beam path in 2 is shown schematically. The aspherical fiber collimator 1 has a numerical aperture of 0.5 at a focal length of f = 10 mm and a lens diameter of D = 9.7 mm, which is the same as in the prior art embodiment. Takes one such aspherical fiber collimator 1 Light from a single-mode fiber optical fiber having a numerical aperture of 0.15 is at the outer edge of the exit beam AS the beam intensity dropped to below 5 × 10 -7 % of the central beam intensity. Thus, only 3 × 10 -13 % of the total radiant energy emitted by the optical fiber is outside the aperture angle α the lens 2 , This allows an improved quality of the wavefront of the collimated exit beam AS achieve.

3 zeigt schematisch den Strahlengang für ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen asphärischen Faserkollimators 1 mit einer numerischen Apertur von 0,6 bei einer gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik unveränderten Brennweite von f = 10mm und einem Linsendurchmesser von D = 11,5 mm auf. Der Öffnungswinkel α der asphärischen Linse 2 beträgt somit 74°. 3 schematically shows the beam path for a further embodiment of an aspherical fiber collimator according to the invention 1 with a numerical aperture of 0.6 at a focal length of f = 10mm and a lens diameter of D = 11.5 mm, unchanged from the prior art embodiment. The opening angle α the aspherical lens 2 is thus 74 °.

Nimmt ein solcher asphärischer Faserkollimator 1 Licht von einer als Single Mode Faser ausgebildeten optischen Faser mit einer numerischen Apertur von 0,15 auf, so ist am äußeren Rand des durch den Öffnungswinkel α begrenzten Eintrittsstrahlenbündels ES und somit auch am äußeren Rand des Austrittsstrahlenbündels AS die Strahlintensität auf unter 2 · 10-10 % der zentralen Strahlintensität abgefallen. Somit liegen nur 1,2 · 10-15 % der gesamten von der optischen Faser emittierten Strahlungsenergie außerhalb des Öffnungswinkels α der Linse 2.Takes one such aspherical fiber collimator 1 Light from a designed as a single-mode fiber optical fiber with a numerical aperture of 0.15, so is at the outer edge of the opening angle α limited entrance beam IT and thus also at the outer edge of the exit beam AS the beam intensity dropped to below 2 × 10 -10 % of the central beam intensity. Thus, only 1.2 × 10 -15 % of the total radiant energy emitted by the optical fiber is outside the aperture angle α the lens 2 ,

In vielen Anwendungsbereichen optischer Fasern, beispielsweise in der Telekommunikation, werden heute optische Fasern mit einer numerischen Apertur zwischen 0,12 bis 0,15 eingesetzt. Jedoch weisen optische Fasern mit einer größeren numerischen Apertur Vorteile auf, beispielsweise eine verkürzte Baulänge von optischen Anordnungen zur Einkopplung oder Auskopplung von Licht in die oder aus der optischen Faser. Die Verwendung derartiger optischer Fasern mit vergrößerter numerischer Apertur in Faserkollimatoren nach dem Stand der Technik führt zu einem im Verhältnis zum Aperturanstieg überproportional höheren Verlust an optischem Durchsatz und zu einer verminderten Güte der Wellenfront.In many applications of optical fibers, for example in telecommunications, today optical fibers are used with a numerical aperture between 0.12 to 0.15. However, optical fibers having a larger numerical aperture have advantages such as a shortened length of optical arrangements for coupling or decoupling light into or out of the optical fiber. The use of such optical fibers with increased numerical aperture in prior art fiber collimators results in a disproportionately higher loss of optical throughput relative to the aperture increase and a reduced wavefront quality.

Somit besteht ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer hochöffnender asphärischer Faserkollimatoren 1 darin, dass sie mit optischen Fasern mit vergrößerter numerischer Apertur gekoppelt werden können, wobei der Verlust an optischem Durchsatz und die Verschlechterung der Wellenfrontgüte gegenüber einer Kopplung solcher optischer Fasern mit Faserkollimatoren nach dem Stand der Technik vermindert sind.Thus, there is a further advantage of inventive high-opening aspheric fiber collimators 1 in that they can be coupled to optical fibers with increased numerical aperture, reducing the loss of optical throughput and degradation of wavefront quality over coupling of such optical fibers to prior art fiber collimators.

Es ist bekannt, dass die Fokuslage einer Linse 2 abhängig von der Wellenlänge des fokussierten Lichts ist. Somit ist es vorteilhaft, den Fokusabstand zwischen der Austrittsfläche der optischen Faser und der Linse 2 in einem Faserkollimator 1 anzupassen. Eine leichte Anpassbarkeit des Fokusabstands ist besonders vorteilhaft für einen hochöffnenden asphärischen Faserkollimator 1, da bereits bei eine geringe Abweichung der Lage der Austrittsfläche der optischen Faser vom wellenlängenabhängigen Brennpunkt der asphärischen Linse 2 zu Verzerrungen der austrittseitigen Wellenfront führt, welche die durch die Randmodulation der Strahlintensität bei Aperturbegrenzung bewirkten Verzerrungen der Wellenfront dominiert. Die Wirksamkeit eines hochöffnenden asphärischen Faserkollimators 1 kann daher für viele Anwendungen herabgesetzt sein, wenn keine Möglichkeit einer genauen und gut reproduzierbaren Justierung der Faseraustrittsfläche relativ zur asphärischen Linse 2 bereitgestellt wird.It is known that the focus position of a lens 2 depending on the wavelength of the focused light. Thus, it is advantageous to have the focal distance between the exit surface of the optical fiber and the lens 2 in a fiber collimator 1 adapt. An easy adaptability of the focal distance is particularly advantageous for a high-open aspherical fiber collimator 1 because even with a slight deviation of the position of the exit surface of the optical fiber from the wavelength-dependent focal point of the aspherical lens 2 leads to distortions of the exit-side wavefront, which dominates the wavefront distortions caused by the edge modulation of the beam intensity in the case of aperture limitation. The effectiveness of a high-opening aspherical fiber collimator 1 can therefore be degraded for many applications, though no possibility of an exact and well reproducible adjustment of the fiber exit surface relative to the aspherical lens 2 provided.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele eines asphärischen Faserkollimators 1 beschrieben, bei dem die Faseraustrittsfläche relativ zur asphärischen Linse 2 justierbar ist. In vorteilhafter Weise verbessern diese Ausführungsbeispiele die Güte der austrittseitigen Wellenfront insbesondere für Anwendungen, bei denen ein hochöffnender asphärischer Faserkollimator dafür vorgesehen ist, Licht verschiedener Wellenlänge von einer optischen Faser aufzunehmen.The following are examples of an aspherical fiber collimator 1 described in which the fiber exit surface relative to the aspherical lens 2 is adjustable. Advantageously, these embodiments improve the quality of the exit-side wavefront especially for applications where a high-open aspherical fiber collimator is intended to receive light of different wavelength from an optical fiber.

4 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen justierbaren asphärischen Faserkollimator 1, der rotationssymmetrisch zu einer optischen Achse A ausgebildet ist. Am optischen Eingang 1.1 des Faserkollimators 1 wird Licht, vorzugsweise monochromatisches Laserlicht, durch eine nicht näher dargestellte optische Faser eingespeist. Am optischen Ausgang 1.2 des Faserkollimators 1 tritt kollimiertes Licht aus. 4 shows a schematic longitudinal section through an adjustable aspherical fiber collimator 1 that is rotationally symmetric to an optical axis A is trained. At the optical input 1.1 of the fiber collimator 1 is light, preferably monochromatic laser light, fed by an optical fiber, not shown. At the optical output 1.2 of the fiber collimator 1 occurs collimated light.

Die optische Wirkung wird durch eine asphärische Linse 2 erzielt, deren erste Fläche 2.1 auf die Austrittsfläche der koaxial zur optischen Achse A angeordneten, nicht näher dargestellten optischen Faser weist und deren gegenüberliegende zweite Fläche zum Ausgang 1.2 des Faserkollimators 1 weist. Die asphärische Linse 2 ist so geformt, dass das kollimierte Licht am Ausgang 1.2 eine ebene Wellenfront senkrecht zur optischen Achse A aufweist. Vorliegend ist die asphärische Linse 2 eine plankonvexe Linse, wobei die erste Fläche 2.1 als Planfläche und die gegenüberliegende zweite Fläche als asphärische Fläche ausgebildet sind. Anstelle der plankonvexen Linse 2 kann auch eine bikonvexe Linse verwendet werden, deren erste und/oder die zweite Fläche als asphärische Fläche ausgebildet sein kann. Ebenso kann anstelle der asphärischen Linse 2 auch ein mehrteiliges optisches Element, beispielsweise ein gefasstes optisches Element mit mehreren Teillinsen, verwendet werden.The optical effect is through an aspherical lens 2 scored, their first surface 2.1 on the exit surface of the coaxial to the optical axis A arranged, not shown optical fiber has and the opposite second surface to the output 1.2 of the fiber collimator 1 has. The aspherical lens 2 is shaped so that the collimated light at the output 1.2 a plane wavefront perpendicular to the optical axis A having. The present is the aspherical lens 2 a plano-convex lens, wherein the first surface 2.1 are designed as planar surface and the opposite second surface as aspherical surface. Instead of the plano-convex lens 2 it is also possible to use a biconvex lens whose first and / or the second surface can be designed as an aspherical surface. Likewise, instead of the aspherical lens 2 Also, a multi-part optical element, for example, a captured optical element with a plurality of partial lenses used.

Die asphärische Linse 2 wird von einer rohrförmigen Fassung 3 gehalten, die sich entlang der optischen Achse A erstreckt und koaxial zu dieser angeordnet ist. An ihrem austrittseitig angeordneten Ende weist die Fassung 3 eine innen liegende Linsenaufnahme 3.1 mit einer ringförmigen Stirnfläche 3.2 auf. Die Planfläche 2.1 der Linse 2 liegt entlang eines äußeren Rings auf der Stirnfläche 3.2 senkrecht zur optischen Achse A auf. Die Stirnfläche 3.2 ist so genau gefertigt, dass die durch eine Verkippung der Planfläche 2.1 relativ zur optischen Achse A hervorgerufene Abweichung des kollimierten Lichts am Ausgang 1.2 von einer ebenen Wellenfront vernachlässigbar ist. Vernachlässigbar ist eine Wellenfrontabweichung für monochromatisches Licht, welche kleiner als λ/10 ist, wobei λ die Wellenlänge des eingespeisten monochromatischen Lichts ist. Die Linse 2 ist in der Linsenaufnahme 3.1 mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren befestigt, beispielsweise gekittet. Die Linse 2 ist zur optischen Achse A zentriert, wobei die Zentrierung ebenfalls nach Verfahren aus dem Stand der Technik erfolgen kann, beispielsweise mittels eines Autokollimationsfernrohrs.The aspherical lens 2 is made of a tubular socket 3 held along the optical axis A extends and is arranged coaxially thereto. At its outlet side arranged end has the socket 3 an internal lens holder 3.1 with an annular end face 3.2 on. The plane surface 2.1 the lens 2 lies along an outer ring on the face 3.2 perpendicular to the optical axis A on. The face 3.2 is manufactured so precisely that by tilting the plane surface 2.1 relative to the optical axis A caused deviation of the collimated light at the output 1.2 from a plane wavefront is negligible. Negligible is a wavefront deviation for monochromatic light which is smaller than λ / 10, where λ is the wavelength of the injected monochromatic light. The Lens 2 is in the lens holder 3.1 fastened with known from the prior art method, for example, cemented. The Lens 2 is to the optical axis A centered, wherein the centering can also be done by methods of the prior art, for example by means of a Autokollimationsfernrohrs.

An ihrem eintrittseitigen Ende weist die Fassung 3 an einer äußeren Mantelfläche 3.3 eine Verjüngung des Außendurchmessers auf. Im Bereich der Verjüngung ist ein Fassungsfeingewinde 3.4 in die äußere Mantelfläche 3.3 eingearbeitet.At its entrance end, the socket has 3 on an outer lateral surface 3.3 a taper of the outer diameter. In the area of rejuvenation is a socket thread 3.4 in the outer jacket surface 3.3 incorporated.

Auf einem entlang der Längsausdehnung näherungsweise mittig angeordneten Umkreis sind in die äußere Mantelfläche 3.3 äquidistante Sacklöcher eingebracht.On a circumference approximately centrally arranged along the longitudinal extent are in the outer circumferential surface 3.3 Equidistant blind holes introduced.

Die Fassung 3 ist längs der optischen Achse A von einer hülsenförmigen Faseraufnahme 4 umschlossen, die ebenfalls koaxial zur optischen Achse A angeordnet ist. Die Faseraufnahme 4 weist einen inneren Hohlzylinder mit einer inneren Mantelfläche 4.1 zur Aufnahme der hohlzylindrischen Fassung 3 auf. Die innere Mantelfläche 4.1 der Faseraufnahme 4 führt die äußere Mantelfläche 3.3 der Fassung 3 so genau, dass bei einer Verschiebung der Faseraufnahme 4 entlang der optischen Achse A relativ zur Fassung 3 die Verkippung der Faseraufnahme 4 relativ zur Fassung 3 so weit begrenzt wird, dass diese Verkippung keine oder höchstens eine vernachlässigbare Abweichung des kollimierten Lichts am Ausgang 1.2 von einer ebenen Wellenfront bewirkt.The version 3 is along the optical axis A from a sleeve-shaped fiber receptacle 4 enclosed, which is also coaxial with the optical axis A is arranged. The fiber intake 4 has an inner hollow cylinder with an inner circumferential surface 4.1 for receiving the hollow cylindrical socket 3 on. The inner lateral surface 4.1 the fiber intake 4 leads the outer surface 3.3 the version 3 so accurate that when shifting the fiber intake 4 along the optical axis A relative to the version 3 the tilting of the fiber intake 4 relative to the version 3 is limited so far that this tilting no or at most a negligible deviation of the collimated light at the output 1.2 caused by a flat wavefront.

An ihrem eintrittseitigen Ende weist die innere Mantelfläche 4.1 eine zur Verjüngung des Außendurchmessers der äußeren Mantelfläche 3.3 der Fassung 3 korrespondierende Verjüngung des Innendurchmessers auf. Im Bereich der Verjüngung ist ein Aufnahmefeingewinde 4.2 eingearbeitet, welches in das Fassungsfeingewinde 3.4 der Fassung 3 eingreift. Die Feingewinde 3.4, 4.2 sind so gefertigt, dass die Gewindesteigung auf die erforderliche Genauigkeit der Verstellung des Längsabstandes entlang der optischen Achse A zwischen der Fassung 3 und der Faseraufnahme 4 abgestimmt ist. Die Gewindesteigung ist ferner darauf abgestimmt, dass ein erforderlicher axialer Verfahrbereich für die Verstellung dieses Längsabstandes mit einer durch ein Drehspiel zwischen der Faseraufnahme 4 und der Fassung 3 begrenzten Drehung erzielt wird, wie nachfolgend noch genauer erläutert.At its entrance end, the inner circumferential surface 4.1 a for the tapering of the outer diameter of the outer lateral surface 3.3 the version 3 corresponding taper of the inner diameter. In the area of the rejuvenation is a receptacle thread 4.2 incorporated, which in the Fassungsfeingewinde 3.4 the version 3 intervenes. The fine thread 3.4 . 4.2 are manufactured so that the thread pitch on the required accuracy of the adjustment of the longitudinal distance along the optical axis A between the version 3 and the fiber intake 4 is tuned. The thread pitch is further tuned to a required axial Verfahrbereich for the adjustment of this longitudinal distance with a by a rotational clearance between the fiber intake 4 and the version 3 limited rotation is achieved, as explained in more detail below.

An ihrem eintrittseitigen Ende weist die Faseraufnahme 4 mittig zur optischen Achse A eine Faserkupplung 4.3 mit einer Aufnahmebuchse 4.3.1 zur Führung des austrittseitigen Faserendes einer optischen Faser und mit einem Faseranschlags 4.3.2 auf. Die Aufnahmebuchse 4.3.1 bewirkt eine zur optischen Achse A zentrierte, koaxiale Ausrichtung des austrittseitigen Faserendes. Der Faseranschlag 4.3.2 definiert die Lage der Faseraustrittsfläche entlang der optischen Achse A. Faserkupplungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und liegen in verschiedenen Normierungen vor, beispielsweise als verschraubbare fiber connector (FC) Faserkupplungen oder als straight tip (ST) Faserkupplungen mit Bajonettverschluss.At its entrance end, the fiber intake 4 centered to the optical axis A a fiber coupling 4.3 with a receiving socket 4.3.1 for guiding the exit end fiber end of a optical fiber and with a fiber stop 4.3.2 on. The receiving socket 4.3.1 causes one to the optical axis A centered, coaxial alignment of the exit end fiber end. The fiber stop 4.3.2 defines the position of the fiber exit surface along the optical axis A , Fiber couplings are well known in the art and are available in various standardizations such as screw-type fiber connector (FC) fiber couplings or straight tip (ST) bayonet-type fiber couplings.

Auf einem Umfang sind in die hülsenförmige Faseraufnahme 4 als radial nach außen auskragend umfasste Öffnungen ein Radialschlitz und eine Exzenteraufnahme 4.5 eingebracht. Der Radialschlitz 4.4 erstreckt sich über etwa ein Drittel des Umfangs und überdeckt in der Längsausdehnung die Sacklöcher 3.5 der Fassung 3. Somit sind durch den Radialschlitz einige Sacklöcher 3.5 zugänglich.On a circumference are in the sleeve-shaped fiber intake 4 As radially outwardly projecting openings comprising a radial slot and an eccentric receiving 4.5 brought in. The radial slot 4.4 extends over about one third of the circumference and covers the blind holes in the longitudinal extent 3.5 the version 3 , Thus, through the radial slot some blind holes 3.5 accessible.

Die Exzenteraufnahme 4.5 liegt dem Radialschlitz auf dem Umfang gegenüber. Die Exzenteraufnahme 4.5 weist ein Exzenterinnengewinde 4.5.1 auf. In die Exzenteraufnahme 4.5 ist eine exzenterförmige Fixierschraube 5 mit einem korrespondierenden Schraubenaußengewinde 5.1 einschraubbar. Alternativ sind auch andere drehbewegliche Befestigungen einer Fixierschraube 5 in der Exzenteraufnahme 4.5 möglich.The eccentric recording 4.5 lies opposite the radial slot on the circumference. The eccentric recording 4.5 has an eccentric thread 4.5.1 on. In the eccentric recording 4.5 is an eccentric fixing screw 5 with a corresponding external screw thread 5.1 screwed. Alternatively, other rotatable attachments of a fixing screw 5 in the eccentric recording 4.5 possible.

Durch Drehung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 wird mittels der Feingewinde 3.4, 4.2 eine Längsverschiebung entlang der optischen Achse und somit eine Veränderung des Abstands zwischen der Austrittsfläche der optischen Faser und der Planfläche 2.1 der Linse 2 bewirkt. Da die Lage des Brennpunkts F der Linse 2 entlang der optischen Achse A von der Wellenlänge λ abhängt, kann der Faserkollimator 1 somit durch einfache Drehung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 an Laserquellen unterschiedlicher Wellenlänge λ angepasst werden.By turning the socket 3 relative to the fiber intake 4 becomes by means of the fine thread 3.4 . 4.2 a longitudinal displacement along the optical axis and thus a change in the distance between the exit surface of the optical fiber and the plane surface 2.1 the lens 2 causes. Because the location of the focal point F the lens 2 along the optical axis A depends on the wavelength λ, the fiber collimator 1 thus by simple rotation of the socket 3 relative to the fiber intake 4 be adapted to laser sources of different wavelength λ.

In einfacher Weise kann eine solche Drehung mittels einer Justageschale 6 umgesetzt werden, die die Faseraufnahme 4 mit der eingeschlossenen Fassung 3 umschließt. Die Justageschale 6 ist in Längsausdehnung von innenliegenden radialen Abschlussringen 6.3, 6.4 begrenzt. Der austrittseitige Abschlussring 6.4 ist in radialen Führungsnuten 4.7 geführt, die von dem radial auskragenden Fixieranschlag 4.6 einerseits und von der radial auskragenden Umfassung der Exzenteraufnahme 4.5 sowie von der radial auskragenden Umfassung des Radialschlitz andererseits gebildet werden. Somit ist die Justageschale 6 relativ zur Faseraufnahme 4 drehbeweglich und in den durch das Längsspiel des austrittseitigen Abschlussrings 6.4 in den Führungsnuten 4.7 gegebenen Grenzen auch längsverschiebbar entlang der optischen Achse A.In a simple way, such a rotation by means of an adjustment tray 6 be implemented, which is the fiber intake 4 with the enclosed version 3 encloses. The adjustment cup 6 is in longitudinal extension of inner radial end rings 6.3 . 6.4 limited. The exit-side end ring 6.4 is in radial guide grooves 4.7 guided by the radially projecting fixing stop 4.6 on the one hand and from the radially projecting enclosure of the eccentric recording 4.5 and formed by the radially projecting enclosure of the radial slot on the other hand. Thus, the adjustment shell 6 relative to the fiber intake 4 rotatable and in the by the longitudinal clearance of the exit-side end ring 6.4 in the guide grooves 4.7 given limits also longitudinally displaceable along the optical axis A ,

Die Justageschale 6 wird durch eine Führungshalbschale 6.1 und eine Fixierhalbschale 6.2 gebildet, die sich über jeweils etwa den halben Umfang der Justageschale 6 erstrecken. Die Halbschalen 6.1, 6.2 sind mittels Gleitlager 7 in Längsrichtung, also parallel zur optischen Achse A, gegeneinander beweglich und in Richtung einer Drehbewegung um die Faseraufnahme 4 beziehungsweise um die optische Achse A aneinander gekoppelt.The adjustment cup 6 is through a guide half shell 6.1 and a fixing half shell 6.2 formed, each about about half the circumference of the adjustment shell 6 extend. The half-shells 6.1 . 6.2 are by means of plain bearings 7 in the longitudinal direction, ie parallel to the optical axis A , movable against each other and in the direction of a rotational movement about the fiber intake 4 or about the optical axis A coupled together.

Wie in Figur 5 näher dargestellt, weist die Führungshalbschale 6.1 am Ende ihres Umfangs einen Steg 6.1.1 auf. Die Fixierhalbschale 6.2 weist am gegenüberliegenden Ende ihres Umfangs eine Ausnehmung 6.2.1 auf, die den Steg 6.1.1 mit einem Längsspiel entlang der optischen Achse A aufnimmt. Durch eine koaxial zur optischen Achse A angeordnete Führung durch den Steg 6.1.1 ist ein Stift 7.1 geführt. Führung und Stift 7.1 sind als Gleitlager 7 ausgeführt. Die Enden des Stifts 7.1 sind in den gabelförmigen Enden um die Ausnehmung 6.2.1 der Fixierhalbschale 6.2 gehalten.As in figure 5 shown in more detail, the guide half-shell 6.1 at the end of its circumference a bridge 6.1.1 on. The fixation half shell 6.2 has at the opposite end of its circumference a recess 6.2.1 on that the jetty 6.1.1 with a longitudinal play along the optical axis A receives. Through a coaxial to the optical axis A arranged tour of the bridge 6.1.1 is a pen 7.1 guided. Leadership and pen 7.1 are as plain bearings 7 executed. The ends of the pen 7.1 are in the forked ends around the recess 6.2.1 the fixing half shell 6.2 held.

Wie besser sichtbar in 6 dargestellt, ist in die Fixierhalbschale 6.2 ein entlang ihres Umfangs länglich ausgedehnter Fixierschlitz 6.2.2 eingebracht, in dem die Fixierschraube 5 mit einem Spiel koaxial zur optischen Achse A geführt ist. Die Fixierschraube 5 weist einen exzentrischen Schraubenkopf 5.2 auf, also einen Schraubenkopf 5.2, welcher nicht konzentrisch zur Längsachse des Schraubenaußengewindes 5.1 angeordnet ist. Im Schraubenkopf 5.2 ist konzentrisch zur Längsachse des Schraubenaußengewindes 5.1 ein Mitnahmeprofil als Innensechskant ausgebildet. Dem Fachmann sind aus seinem Fachwissen andere Mitnahmeprofile bekannt, beispielsweise ein Schlitzprofil, ein sternförmiges Profil mit abgerundeten oder abgeflachten Nocken oder ein Vielzahnprofil, welche hier ebenso eingesetzt werden können. Der Schraubenkopf 5.2 führt den Fixierschlitz 6.2.2 an der austrittseitigen Innenkante 6.2.3.As better visible in 6 is shown in the fixing half shell 6.2 a longitudinally extending fixing slot along its circumference 6.2.2 introduced in which the fixing screw 5 with a clearance coaxial to the optical axis A is guided. The fixing screw 5 has an eccentric screw head 5.2 on, so a screw head 5.2 which is not concentric with the longitudinal axis of the screw outer thread 5.1 is arranged. In the screw head 5.2 is concentric with the longitudinal axis of the screw outer thread 5.1 a driving profile designed as a hexagon socket. The person skilled in the art is familiar with other driving profiles from his specialist knowledge, for example a slot profile, a star-shaped profile with rounded or flattened cams or a multi-tooth profile, which can also be used here. The screw head 5.2 leads the fixation slot 6.2.2 on the outlet-side inner edge 6.2.3 ,

Die Fixierschraube 5 ist so angeordnet und geformt, dass in einer Fixierposition die Fixierhalbschale 6.2 gegen den Fixieranschlag 4.6 der Faseraufnahme 4 gepresst wird. Dadurch ist die Justageschale 6 aufgrund der Haftreibung zwischen der Fixierhalbschale 6.2 und der Faseraufnahme 4 drehfest mit der Faseraufnahme 4 gekoppelt. In einer Löseposition der Fixierschraube 5 ist die Fixierhalbschale 6.2 drehbeweglich gegenüber der Faseraufnahme 4.The fixing screw 5 is arranged and shaped so that in a fixing position, the fixing half shell 6.2 against the fixing stop 4.6 the fiber intake 4 is pressed. This is the adjustment shell 6 due to the stiction between the fixing half shell 6.2 and the fiber intake 4 rotatably with the fiber intake 4 coupled. In a release position of the fixing screw 5 is the fixation half shell 6.2 rotatable relative to the fiber intake 4 ,

Der Fixierhalbschale 6.2 radial gegenüberliegend ist die Führungshalbschale 6.1 um die Faseraufnahme 4 angeordnet und mit der in der Faseraufnahme 4 liegenden Fassung 3 gekoppelt, wie aus Figur 4 näher ersichtlich ist. Dazu ist in der Innenwand der Führungshalbschale 6.1 ein bolzen- oder stiftförmiger Mitnehmer 6.1.2 radial nach innen weisend eingebracht. Das radial innenliegende Ende des Mitnehmers 6.1.2 ist passgenau zu den Sacklöchern 3.5 in der äußeren Mantelfläche 3.3 der Fassung 3 ausgeführt.The fixation half shell 6.2 radially opposite is the guide half-shell 6.1 to the fiber intake 4 arranged and with the in the fiber receptacle 4 lying version 3 coupled, as shown in FIG 4 can be seen in more detail. This is in the inner wall of the guide half shell 6.1 a bolt or pin-shaped driver 6.1.2 introduced radially inward. The radially inner end of the follower 6.1.2 is perfectly fitting to the blind holes 3.5 in the outer lateral surface 3.3 the version 3 executed.

Vor der Montage der Justageschale 6 wird zunächst mittels eines nicht näher dargestellten Werkzeugs durch Verdrehung der Fassung 3 gegenüber der Faseraufnahme 4 ein wellenlängenabhängig vorbestimmter Abstand des Faseranschlags 4.3.2 relativ zur Planfläche 2.1 der in der Fassung 3 gefassten Linse 2 hergestellt. Dadurch wird die Austrittsfläche einer in die Faserkupplung 4.3 eingeführten Faser näherungsweise in den Brennpunkt F der Linse 2 gebracht. Die Führungshalbschale 6.1 wird auf die Faseraufnahme 4 aufgesetzt und mittels des Gleitlagers 7 mit der ebenso aufgesetzten Fixierhalbschale 6.2 verbunden. Dabei wird der Mitnehmer 6.1.2 in ein Sackloch 3.5 eingeführt. Before mounting the adjustment cup 6 is first by means of a tool not shown by rotation of the socket 3 opposite the fiber intake 4 a wavelength dependent predetermined distance of the fiber stop 4.3.2 relative to the plane surface 2.1 in the version 3 captured lens 2 produced. As a result, the exit surface of one in the fiber coupling 4.3 introduced fiber approximately in the focus F the lens 2 brought. The guide half shell 6.1 is on the fiber intake 4 put on and by means of the sliding bearing 7 with the likewise attached Fixierhalbschale 6.2 connected. This is the driver 6.1.2 in a blind hole 3.5 introduced.

Vorzugsweise wird dazu ein Sackloch 3.5 ausgewählt, das in Umfangsrichtung mittig im Radialschlitz liegt.Preferably, this is a blind hole 3.5 selected, which lies centrally in the radial slot in the circumferential direction.

Bei gelöster Fixierschraube 5 ist die Justageschale 6 drehbeweglich relativ zur Faseraufnahme 4. Eine Drehbewegung der Justageschale 6 wird über den Mitnehmer 6.1.2 auf die Fassung 3 übertragen. Die Drehbewegung der Fassung 3 bewirkt über das Fassungsfeingewinde 3.4 und das Aufnahmefeingewinde 4.2 eine Längsbewegung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 und somit auch relativ zur Austrittsfläche der eingeführten Faser. Somit lässt sich in sehr einfacher Weise eine wellenlängenabhängig notwendige Korrektur des Abstands der Faser von der Planfläche 2.1 der Linse 2 vornehmen, so dass die Austrittsfläche der Faser über einen gewissen justierbaren Wellenlängenbereich stets in den wellenlängenabhängigen Brennpunkt F der Linse 2 gebracht werden kann. Der justierbare Wellenlängenbereich wird durch das Drehspiel der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 bestimmt. Dieses Drehspiel wird zum einen durch den Radialschlitz in der Faseraufnahme 4 im Zusammenwirken mit dem Mitnehmer 6.1.2 begrenzt. Dieses Drehspiel wird zum anderen durch die Ausnehmung 6.2.1 im Zusammenwirken mit der Fixierschraube 5 begrenzt.When the fixing screw is loosened 5 is the adjustment shell 6 rotatable relative to the fiber intake 4 , A rotary movement of the adjustment shell 6 is about the driver 6.1.2 to the version 3 transfer. The rotational movement of the socket 3 effected via the Fassungsfeingewinde 3.4 and the pickup thread 4.2 a longitudinal movement of the socket 3 relative to the fiber intake 4 and thus also relative to the exit surface of the introduced fiber. Thus, in a very simple manner, a wavelength-dependent necessary correction of the distance of the fiber from the plane surface 2.1 the lens 2 make, so that the exit surface of the fiber over a certain adjustable wavelength range always in the wavelength-dependent focal point F the lens 2 can be brought. The adjustable wavelength range is determined by the rotational play of the socket 3 relative to the fiber intake 4 certainly. This rotation is on the one hand by the radial slot in the fiber intake 4 in cooperation with the driver 6.1.2 limited. This rotational game is the other by the recess 6.2.1 in cooperation with the fixing screw 5 limited.

Für eine symmetrische Justierbarkeit um eine vorbestimmte Mittenwellenlänge ist es daher vorteilhaft, die Justierschale 6 so anzuordnen, dass bei der Mittenwellenlänge der Mitnehmer 6.1.2 in Umfangsrichtung näherungsweise mittig im Radialschlitz liegt und die Fixierschraube 5 in Umfangsrichtung näherungsweise mittig in der Ausnehmung 6.2.1 liegt. Besonders vorteilhaft ist daher eine äquidistante ausreichend dichte Anordnung von Sacklöchern 3.5 auf einem Umfang der äußeren Mantelfläche 3.3, so dass stets ein Sackloch 3.5 mit einer nur geringen Abweichung von der bevorzugten Mittenlage relativ zum Radialschlitz zur Aufnahme des Mitnehmers 6.1.2 verfügbar ist. Somit wird eine Dreh- oder Justagebewegung ermöglicht, die sich in jedem Richtungssinn etwa über die halbe Länge des Radialschlitzes in Umfangsrichtung erstreckt. Die Längsverschiebung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 entlang der optischen Achse A bewirkt über den Mitnehmer 6.1.2 eine Längsverschiebung auch des Justagerings 6 relativ zur Faseraufnahme 4. Die Führungsnuten 4.7 sowie der Radialschlitz und die Ausnehmung 6.2.1 sind in Längsrichtung entlang der optischen Achse so dimensioniert, dass ein Längsspiel bewirkt wird, welches mindestens den mit der Justagebewegung erzeugten Längsverschiebebereich überdeckt.For a symmetrical adjustability by a predetermined center wavelength, it is therefore advantageous, the Justierschale 6 to arrange so that at the center wavelength of the driver 6.1.2 in the circumferential direction approximately centrally located in the radial slot and the fixing screw 5 in the circumferential direction approximately centrally in the recess 6.2.1 lies. Therefore, an equidistant sufficiently dense arrangement of blind holes is particularly advantageous 3.5 on a circumference of the outer circumferential surface 3.3 , so always a blind hole 3.5 with only a slight deviation from the preferred center position relative to the radial slot for receiving the driver 6.1.2 is available. Thus, a rotational or adjustment movement is made possible, which extends in each sense of direction about half the length of the radial slot in the circumferential direction. The longitudinal displacement of the socket 3 relative to the fiber intake 4 along the optical axis A causes over the driver 6.1.2 a longitudinal displacement and the Justagerings 6 relative to the fiber intake 4 , The guide grooves 4.7 as well as the radial slot and the recess 6.2.1 are dimensioned in the longitudinal direction along the optical axis so that a longitudinal clearance is effected, which covers at least the longitudinal displacement area generated by the adjustment movement.

Zur verbesserten Bedienbarkeit ist hülsenförmig um die Faseraufnahme 4 ein Gehäuse 8 angeordnet, welches mit der Faseraufnahme 4 drehfest verbunden ist. Wie in den 7 und 8 erkennbar, weist das Gehäuse 8 einen schlitzförmigen Bediendurchgriff 8.1 sowie radial gegenüberliegend eine Bohrung 8.2 auf. Der Bediendurchgriff 8.1 ist in radialer Richtung über der Führungshalbschale 6.1 angeordnet und ermöglicht das Verdrehen der Führungshalbschale 6.1 relativ zum Gehäuse 8, und somit auch relativ zur Faseraufnahme 4, bei gelöster Fixierschraube 5. Die Bohrung 8.2 ist in radialer Richtung über der Fixierschraube 5 angeordnet, wobei durch die Bohrung 8.2 hindurch das Mitnahmeprofil der Fixierschraube 5 mittels eines korrespondierend zu diesem Mitnahmeprofil geformten Werkzeugs, vorliegend mittels eines Sechskantschlüssels zugänglich ist.For improved operability is sleeve-shaped to the fiber intake 4 a housing 8th arranged, which with the fiber intake 4 rotatably connected. As in the 7 and 8th recognizable, the housing has 8th a slot-shaped operator handle 8.1 and radially opposite a bore 8.2 on. The operator grip 8.1 is in the radial direction over the guide half-shell 6.1 arranged and allows the rotation of the guide half-shell 6.1 relative to the housing 8th , and thus also relative to the fiber intake 4 , with loosening fixing screw 5 , The hole 8.2 is in the radial direction over the fixing screw 5 arranged, passing through the hole 8.2 through the driving profile of the fixing screw 5 is accessible by means of a corresponding to this driving profile shaped tool, in this case by means of a hexagonal wrench.

Nach einer bei der Montage des Faserkollimators 1 vorgenommenen Verschiebung der Faseraustrittsfläche in die Nähe des wellenlängenabhängigen Brennpunkts F der Linse 2 kann eine Justage einfach und präzise wie folgt vorgenommen werden. Zunächst wird durch die Bohrung 8.2 hindurch die Fixierschraube 5 in die Löseposition gestellt und somit die Drehbeweglichkeit des Gehäuses 8 und der mit dem Gehäuse 8 verbundenen Faseraufnahme 4 relativ zur Fassung 3 hergestellt. Danach wird durch den Bediendurchgriff 8.1 die Führungshalbschale 6.1 relativ zum Gehäuse 8 um die optische Achse A gedreht. Über die Mitnehmer 6.1.2 bewirkt diese Drehbewegung eine gleichlaufende Drehbewegung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4.After one during assembly of the fiber collimator 1 made displacement of the fiber exit surface in the vicinity of the wavelength-dependent focal point F the lens 2 An adjustment can be made simply and precisely as follows. First, through the hole 8.2 through the fixing screw 5 placed in the release position and thus the rotational mobility of the housing 8th and the one with the case 8th connected fiber intake 4 relative to the version 3 produced. Thereafter, by the operator grip 8.1 the guide half shell 6.1 relative to the housing 8th around the optical axis A turned. About the drivers 6.1.2 causes this rotational movement a concurrent rotational movement of the socket 3 relative to the fiber intake 4 ,

Mittels der ineinander greifenden Feingewinde 3.4, 4.2 wird diese Drehbewegung in eine Verschiebung zwischen der Fassung 3 und der Faseraufnahme 4 entlang der optischen Achse A übersetzt. Somit kann die Faseraustrittsfläche der von der Faseraufnahme 4 gehaltenen Faser relativ zu einem Brennpunkt F der von der Fassung 3 gehaltenen Linse 2 entlang der optischen Achse A verschoben werden. Wenn sich die Faseraustrittsfläche im wellenlängenabhängigen Brennpunkt F der Linse 2 befindet, wird die Fixierschraube 5 in die Fixierposition gedreht und damit eine weitere Drehung zwischen Fassung 3 und Faseraufnahme 4 unterbunden. Infolgedessen bleibt die Faseraustrittsfläche wie justiert im wellenlängenabhängigen Brennpunkt F der Linse 2.By means of the interlocking fine thread 3.4 . 4.2 This rotational movement is in a shift between the version 3 and the fiber intake 4 along the optical axis A translated. Thus, the fiber exit surface of the fiber receptacle 4 held fiber relative to a focal point F the one of the version 3 held lens 2 along the optical axis A be moved. When the fiber exit surface in the wavelength-dependent focal point F the lens 2 is located, the fixing screw 5 turned into the fixing position and thus another rotation between version 3 and fiber intake 4 prevented. As a result, the fiber exit surface remains as adjusted in the wavelength-dependent focal point F the lens 2 ,

Dabei wird die zur Fixierung erforderliche Reibungskraft zwischen der Fixierhalbschale 6.2 und dem Fixieranschlag 4.6 in Längsrichtung koaxial zur optischen Achse A aufgebracht. Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Fixiervorrichtungen, bei denen üblicherweise mittels einer Madenschraube eine in radialer Richtung wirkende Reibungskraft aufgebracht wird, weist die erfindungsgemäße Lösung zur Fixierung den Vorteil auf, dass eine Dezentrierung zwischen der Fassung 3 und der Faseraufnahme 4 infolge einer einseitig aufgebrachten Kraft bei der Fixierung vermieden wird.In this case, the friction force required for fixing between the Fixierhalbschale 6.2 and the fixing stopper 4.6 in the longitudinal direction coaxial to the optical axis A applied. Compared to known from the prior art fixing devices in which usually by means of a grub screw acting in a radial direction friction force is applied, the inventive solution for fixing has the advantage that a decentering between the socket 3 and the fiber intake 4 is avoided as a result of a force applied on one side in the fixation.

Die zur Fixierung erforderliche Reibungskraft wird zwischen der Fixierhalbschale 6.2 und dem Fixieranschlag 4.6 erzeugt. Da die Fassung 3 über die Mitnehmer 6.1.2 mit der Führungshalbschale 6.1 gekoppelt ist, welche wegen des Gleitlagers 7 ein Längsspiel gegenüber der Fixierhalbschale 6.2 aufweist, wird diese Reibungskraft jedoch nicht auf die Fassung 3 und somit nicht auf die Linse 2 übertragen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung zur Fixierung ist daher, dass bei der Fixierung keine mechanischen Spannungen auf die Fassung 3 übertragen werden und die Linse 2 in ihrer Form und in ihren optischen Eigenschaften bei der Fixierung unverändert bleibt.The friction force required for fixing is between the fixing half shell 6.2 and the fixing stopper 4.6 generated. Because the version 3 about the drivers 6.1.2 with the guide half shell 6.1 coupled, which because of the sliding bearing 7 a longitudinal play against the fixing half shell 6.2 However, this frictional force is not on the version 3 and therefore not on the lens 2 transfer. Another advantage of the fixation solution according to the invention is therefore that during fixing no mechanical stresses on the socket 3 be transferred and the lens 2 remains unchanged in its shape and in its optical properties during fixation.

Wie in 4 erkennbar, weist das Gehäuse 8 am austrittseitigen Ende ein Innengewinde 8.3 sowie einen Gehäuseanschlag 8.4 auf. In das Innengewinde 8.3 kann ein korrespondierendes Außengewinde eines nicht näher dargestellten weiteren optischen Bauelements eingeschraubt werden, wobei der Gehäuseanschlag 8.4 einen definierten Abstand des weiteren optischen Bauelements entlang der optischen Achse A zum Faseranschlag 4.3.2 der Faserkupplung 4.3 bestimmt. Das weitere optische Bauelement kann beispielsweise als Strahlaufweiter ausgebildet sein. Der Gehäuseanschlag 8.4 sowie ein dazu korrespondierender Anschlag des weiteren optischen Bauelements können sehr präzise gefertigt werden, so dass durch bloßes Zusammenschrauben des Faserkollimators 1 mit dem weiteren optischen Bauelement eine justagefreie Montage ermöglicht ist.As in 4 recognizable, the housing has 8th at the outlet end an internal thread 8.3 and a housing stop 8.4 on. In the internal thread 8.3 a corresponding external thread of a further optical component, not shown, can be screwed in, wherein the housing stop 8.4 a defined distance of the further optical component along the optical axis A to the fiber stop 4.3.2 the fiber coupling 4.3 certainly. The further optical component can be formed, for example, as a beam expander. The housing stop 8.4 as well as a corresponding stop of the further optical component can be made very precisely, so that merely by screwing together the fiber collimator 1 with the other optical component a adjustment-free assembly is possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Faserkollimatorfiber collimator
1.11.1
Eingangentrance
1.21.2
Ausgangoutput
22
Linselens
2.12.1
Planflächeplane surface
33
Fassungversion
3.13.1
Linsenaufnahmelens holder
3.23.2
Stirnflächeface
3.33.3
äußere Mantelflächeouter jacket surface
3.43.4
Fassungsfeingewinde, FeingewindeCupping thread, fine thread
3.53.5
Sacklochblind
44
Faseraufnahmefiber intake
4.14.1
innere Mantelflächeinner jacket surface
4.24.2
Aufnahmefeingewinde, FeingewindeReceptacle thread, fine thread
4.34.3
Faserkupplungfiber coupling
4.3.14.3.1
Aufnahmebuchsereceiving socket
4.3.24.3.2
Faseranschlagfiber stop
4.54.5
ExzenteraufnahmeExzenteraufnahme
4.5.14.5.1
ExzenterinnengewindeExzenterinnengewinde
4.64.6
FixieranschlagFixieranschlag
4.74.7
Führungsnutguide
55
Fixierschraubefixing screw
5.15.1
SchraubenaußengewindeScrew external thread
5.25.2
Schraubenkopfscrew head
66
JustageschaleJustageschale
6.16.1
FührungshalbschaleGuiding half-shell
6.1.16.1.1
Stegweb
6.1.26.1.2
Mitnehmertakeaway
6.26.2
FixierhalbschaleFixierhalbschale
6.2.16.2.1
Ausnehmungrecess
6.2.26.2.2
Fixierschlitzfixing slot
6.2.36.2.3
Innenkanteinner edge
6.36.3
Abschlussringend ring
6.46.4
Abschlussringend ring
77
Gleitlagerbearings
7.17.1
Stiftpen
88th
Gehäusecasing
8.18.1
BediendurchgriffOperating penetration
8.28.2
Bohrungdrilling
8.38.3
Innengewindeinner thread
8.48.4
Gehäuseanschlag housing stop
AA
optische Achseoptical axis
ASAS
AustrittsstrahlenbündelExit radiation beam
ESIT
EintrittsstrahlenbündelInput beam
FF
Brennpunktfocus
ff
Brennweitefocal length
DD
LinsendurchmesserLens diameter
αα
Öffnungswinkelopening angle

Claims (12)

Asphärischer Faserkollimator (1) mit einem Eingang (1.1) zur Einspeisung von Licht aus einer optischen Faser und einem Ausgang (1.2) zur Abgabe von entlang einer in Längsrichtung angeordneten optischen Achse (A) kollimiertem Licht, umfassend - ein fokussierendes asphärisches rundoptisches Element (2), dessen Brennpunkt (F) eingangsseitig auf der optischen Achse (A) liegt, - eine Faseraufnahme (4) zur Aufnahme der optischen Faser derart, dass die Austrittsfläche der optischen Faser senkrecht zur optischen Achse (A) liegt und den Brennpunkt (F) des asphärischen rundoptischen Elements (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (α) des fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements (2) mindestens so groß gewählt ist, dass (1 - 3 · 10-13) · 100 Prozent der von der optischen Faser austretenden optischen Strahlungsenergie in den Öffnungswinkel (α) des fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements (2) fallen.An aspherical fiber collimator (1) having an input (1.1) for inputting light from an optical fiber and an output (1.2) for outputting light collimated along a longitudinally arranged optical axis (A), comprising - a focusing aspherical round optical element (2 ) whose focal point (F) is located on the input side on the optical axis (A), - a fiber receptacle (4) for receiving the optical fiber such that the exit surface of the optical fiber is perpendicular to the optical axis (A) and the focal point (F) of the aspheric round-optical element (2), characterized in that the aperture angle (α) of the focusing aspheric round-optical element (2) is at least so large that (1 - 3 · 10 -13 ) · 100 percent of that of the optical fiber emerging optical radiation energy in the opening angle (α) of the focusing aspherical round-optical element (2) fall. Asphärischer Faserkollimator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einkopplung von Licht aus einer optischen Faser mit einer numerischen Apertur von höchstens 0,15 das asphärische rundoptische Element (2) eine numerische Apertur von mindestens 0,5 aufweist.Aspherical fiber collimator (1) after Claim 1 , characterized in that when coupling light from an optical fiber having a numerical aperture of at most 0.15, the aspheric round-optical element (2) has a numerical aperture of at least 0.5. Asphärischer Faserkollimator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das asphärische rundoptische Element (2) eine Brennweite (f) von mindestens 20mm aufweist.Aspherical fiber collimator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the aspherical round-optical element (2) has a focal length (f) of at least 20 mm. Asphärischer Faserkollimator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das asphärische rundoptische Element (2) als plankonvexe asphärische Linse für eine beugungsbegrenzte Fokussierung kollimierter Strahlen im Brennpunkt (F) ausgebildet ist.Aspheric fiber collimator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the aspherical round optical element (2) is designed as a plano-convex aspherical lens for a diffraction-limited focusing of collimated beams at the focal point (F). Asphärischer Faserkollimator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das asphärische rundoptische Element (2) als bikonvexe asphärische Linse (2) ausgebildet ist und für eine beugungsbegrenzte Fokussierung kollimierter Strahlen im Brennpunkt (F) vorgesehen ist.Aspheric fiber collimator (1) according to one of the preceding Claims 1 to 3 , characterized in that the aspherical round-optical element (2) is designed as a biconvex aspherical lens (2) and is provided for a diffraction-limited focusing of collimated rays in the focal point (F). Asphärischer Faserkollimator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass das fokussierende asphärische rundoptische Element (2) in einer Fassung (3) mit einem Feingewinde (3.4) gefasst ist, - dass die Faseraufnahme (4) die Fassung (3) konzentrisch aufnimmt und hülsenförmig geformt ist und eine Faserkupplung (4.3) zur Aufnahme der optischen Faser, einen radial nach außen auskragenden Fixieranschlag (4.6), eine Exzenteraufnahme (4.5) zur drehbaren Aufnahme einer exzentrischen Fixierschraube (5) im Hülsenmantel und ein auf der Innenseite des Hülsenmantels angeordnetes Feingewinde (4.2), das im Feingewinde (3.4) der Fassung (3) geführt ist und das eine Drehbewegung in eine Längsverschiebung der Faseraufnahme (4) relativ zur Fassung (3) umsetzt, umfasst und - dass der asphärische Faserkollimator eine die Faseraufnahme (4) ringförmig umschließende und hierzu drehbewegliche sowie zur Fassung (3) drehfeste Justageschale (6) umfasst, wobei die Justageschale (6) eine gegen die Fassung (3) längsbewegliche Fixierhalbschale (6.2) umfasst, die einen entlang des Umfangs ausgenommenen Fixierschlitz (6.2.2) zur Aufnahme des Schraubenkopfes (5.2) der Fixierschraube (5) aufweist, und wobei die Justageschale (6) mittels der Fixierschraube (5) in einer Fixierposition haftreibend gegen den Fixieranschlag (4.6) gepresst und in einer Löseposition von diesem gelöst ist.Aspheric fiber collimator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the focusing aspherical round-optical element (2) is held in a socket (3) with a fine thread (3.4), - that the fiber receptacle (4) supports the socket (3 ) concentrically receives and sleeve-shaped and a fiber coupling (4.3) for receiving the optical fiber, a radially outwardly projecting Fixieranschlag (4.6), an Exzenteraufnahme (4.5) for rotatably receiving an eccentric fixing screw (5) in the sleeve casing and on the inside the sleeve sheath arranged fine thread (4.2), which is in the fine thread (3.4) of the socket (3) and which converts a rotational movement in a longitudinal displacement of the fiber receptacle (4) relative to the socket (3) comprises, and - that the aspherical fiber collimator one Includes fiber receiving (4) annularly enclosing and rotatable thereto and the socket (3) non-rotatable adjustment sheath (6), wherein the Justag (6) has a fixing half-shell (6.2) which can be moved longitudinally relative to the holder (3) and has a fixing slot (6.2.2) recessed along the circumference for receiving the screw head (5.2) of the fixing screw (5), and wherein the adjusting tray (6 ) is pressed against the fixing stop (4.6) in a fixing position by means of the fixing screw (5) and is released from it in a release position. Asphärischer Faserkollimator (1) nach Anspruch 6, ferner umfassend ein die Faseraufnahme (4) und die Justageschale (6) umgebendes Gehäuse (8) mit einem Bediendurchgriff (8.1) und einer Bohrung (8.2), wobei das Gehäuse (8) drehfest zur Faseraufnahme (4) und die Bohrung (8.2) radial oberhalb der Exzenteraufnahme (4.5) angeordnet sind und wobei der Bediendurchgriff (8.1) für eine Drehung der Justageschale (6) vorgesehen ist.Aspherical fiber collimator (1) after Claim 6 , further comprising a housing (8) surrounding the fiber receptacle (4) and the adjustment sheath (6), having an operating passage (8.1) and a bore (8.2), the housing (8) being rotationally fixed to the fiber receptacle (4) and the bore (8.2 ) are arranged radially above the eccentric receptacle (4.5) and wherein the operating passage (8.1) for rotation of the adjustment tray (6) is provided. Asphärischer Faserkollimator (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) ausgangsseitig ein Innengewinde (8.3) sowie einen Anschlag (8.4) aufweist, die so ausgebildet sind, dass ein gefasstes optisches Bauelement mit einem komplementären Außengewinde und mit einem komplementären Anschlag justagefrei mit dem justierbaren Faserkollimator (1) verschraubbar ist.Aspherical fiber collimator (1) after Claim 6 or 7 , characterized in that the housing (8) on the output side an internal thread (8.3) and a stop (8.4), which are formed so that a seized optical component with a complementary external thread and with a complementary stop without adjustment with the adjustable fiber collimator (1 ) is screwed. Asphärischer Faserkollimator (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (3) und die Justageschale (6) mittels mindestens eines Mitnehmers (6.1.2) drehfest verbunden sind, welcher durch einen Radialschlitz im Mantel der Faseraufnahme (4) geführt ist.Aspheric fiber collimator (1) after one of Claims 6 to 8th , characterized in that the socket (3) and the adjustment tray (6) by means of at least one driver (6.1.2) are rotatably connected, which is guided by a radial slot in the jacket of the fiber receptacle (4). Asphärischer Faserkollimator (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Justageschale (6) eine Führungshalbschale (6.1) umfasst, die den mindestens einen Mitnehmer (6.1.2) führt und die mittels eines Gleitlagers (7) drehfest sowie mit einem Längsspiel mit der Fixierhalbschale (6.2) gekoppelt ist.Aspheric fiber collimator (1) after one of Claims 6 to 9 , characterized in that the adjustment tray (6) comprises a guide half-shell (6.1), which guides the at least one driver (6.1.2) and by means of a sliding bearing (7) rotatably and with a longitudinal clearance with the fixing half shell (6.2) is coupled. Asphärischer Faserkollimator (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Sacklöcher (3.5) zur Aufnahme jeweils eines Mitnehmers (6.1.2) entlang eines Umfangs im Außenmantel der Fassung (3) so angeordnet sind, dass bei jedem Drehwinkel der Fassung (3) relativ zur Faseraufnahme (4) der Radialschlitz jeweils eine Mehrzahl von Sacklöchern (3.5) überdeckt.Aspherical fiber collimator (1) after Claim 9 or 10 , characterized in that blind holes (3.5) for receiving in each case a driver (6.1.2) along a circumference in the outer casing of the socket (3) are arranged so that at each rotation angle of the socket (3) relative to the fiber receptacle (4) of the radial slot each covers a plurality of blind holes (3.5). Optisches System zur Erzeugung von entlang einer optischen Achse (A) kollimiertem Licht, umfassend einen asphärischen Faserkollimator (1) nach Anspruch 1 und eine in der Faseraufnahme (4) des asphärischen Faserkollimators (1) aufgenommene optische Faser, wobei die numerische Apertur der optischen Faser höchsten 0,25 beträgt und das rundoptische Element ( 2) des asphärischen Faserkollimators (1) eine numerische Apertur von mindestens 0,6 aufweist.An optical system for generating light collimated along an optical axis (A), comprising an aspherical fiber collimator (1) Claim 1 and an optical fiber accommodated in the fiber receptacle (4) of the aspherical fiber collimator (1), wherein the numerical aperture of the optical fiber is 0.25 and the round optical element (2) of the aspherical fiber collimator (1) has a numerical aperture of at least 0, 6 has.
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