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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Faserbaugruppe zur optischen Beeinflussung von Lichtwellen mit zwei Lichtwellenleitern. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Faserbaugruppe. Ferner betrifft die Erfindung einen Resonator mit mindestens einer erfindungsgemäßen Faserbaugruppe.
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Zur optischen Beeinflussung von Licht innerhalb eines Lichtwellenleiters werden aktuell vor allem Faser-Bragg-Gitter verwendet, die von außen mittels UV-Belichtung eingeschrieben werden. Diese Gitter können das hindurchlaufende Licht gemäß ihren Gittereigenschaften beeinflussen. Allerdings erreichen diese Gitter aufgrund des geringen Brechzahlunterschiedes nicht den hohen Reflexionsgrad, wie er bei beschichteten Laseroptiken üblich ist. Solche reflektierende Beschichtungen können auch am Ende einer Faser aufgebracht werden, sie können aber nicht innerhalb einer Faserbaugruppe verwendet werden, da die derartig bearbeiteten Enden einer Faser mit den üblichen Verbindungsmethoden, wie dem Spleißen, zerstört werden würden. Zudem sind derartige reflektierenden Beschichtungen sehr empfindlich gegenüber mechanischen Einflüssen von außen, etwa Verkratzen oder Verschmutzen, was eine Verwendung derselben als Mittel zur Lichtwellenbeeinflussung weiter erschwert.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Faserbaugruppe aufzuzeigen, die es ermöglicht, wenigstens zwei Lichtwellenleiter mit einer verbesserten Lichtwellenbeeinflussung zu einer Faserbaugruppe zusammenzufügen.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt vorrichtungsgemäß zunächst mit einer Faserbaugruppe gemäß Anspruch 1. Die erfindungsgemäße Faserbaugruppe zeichnet sich dadurch aus, dass die zwei Lichtwellenleiter mit jeweils einem Ende innerhalb einer Ferrule miteinander zugewandten Enden angeordnet sind, wobei jeder Lichtwellenleiter an einem zu seinem Ende beabstandeten Verbindungbereich mit der Ferrule verbunden ist und wobei zumindest einer der Lichtwellenleiter an seinem in der Ferrule angeordneten Ende eine optisch wirksame Beschichtung aufweist.
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Ein Haupteinsatzgebiet dieser erfindungsgemäßen Faserbaugruppen wird im Bereich der Faserlaser gesehen. Bei diesen Lasern wird Pumplicht in einen dotierten Faserkern eingekoppelt, meist als Doppelkernfaser ausgebildet, wodurch dieser angeregt wird und seinerseits Licht emittiert. Über zwei reflektierende Elemente, die etwa die oben genannten Faser-Bragg-Gitter oder extern angebrachte Spiegel sein können, kann ein Resonator erstellt werden, der das erzeugte Licht in Laserlicht wandelt. Die erfindungsgemäße Faserbaugruppe kann ebenfalls an dieser Stelle als reflektierendes Element eingesetzt werden. Da sie deutlich höhere Reflexionswerte aufweist, als ein Faser-Bragg-Gitter und im Gegensatz zu extern angebrachten Spiegeln keine zusätzlichen Verluste mit sich bringt, kann auf diese Weise eine deutliche Verbesserung des Resonators und damit des Faserlasers erzielt werden.
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Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, dass die empfindliche, optisch wirksame Beschichtung zwar am Ende wenigstens eines Lichtwellenleiters eingesetzt werden soll, wohingegen die Verbindung der beiden Lichtwellenleiter an einer räumlich zur optisch wirksamen Beschichtung beabstandeten Stelle erfolgen soll. Es findet also eine räumliche Trennung der Funktionen „Beeinflussung von Lichtwellen“ und „Verbinden“ statt. Unter dem Begriff „Lichtwellenleiter“ sind aus dem Stand der Technik bekannte Einzelkern-, Doppelkern und Hohlkern-Fasern gemeint, beispielsweise Glasfaserkabel, die üblicherweise zur Leitung und Beeinflussung von Laserlicht dienen. Derartige Lichtwellenleiter können undotiert oder mit einem Dotiermedium dotiert sein.
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Dabei ist zunächst unwesentlich, ob nur eines oder beide der in der Ferrule befindlichen Enden der zwei Lichtwellenleiter mit einer erfindungsgemäßen optischen Beschichtung versehen sind. Entscheidend ist jedoch, dass wenn eines jener Enden eine derartige optisch wirksame Beschichtung aufweist, diese optisch wirksame Beschichtung einen definierten Mindestabstand zu den Verbindungsbereichen in der Ferrule aufweist. Die relative Position der Beschichtung zur Ferrule sowie die relative Position der Verbindungsbereiche zur Ferrule ist hingegen variabel.
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Vorteilhafterweise weist das in der Ferrule angeordneten Ende ferner eine Grinlinse und/oder ein Endcap auf, wobei die optisch wirksame Beschichtung an der Grinlinse und/oder dem Endcap ausgebildet ist.
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Das in der Ferrule befindliche Ende des Lichtwellenleiters kann also auch durch ein Endcap oder eine Grinlinse ergänzt sein, welche an das Ende der Faser angespleißt werden kann und statt dem Faserende mit einer entsprechenden Beschichtung versehen ist. Unter dem Begriff „optischer Beeinflussung“ wird im Wesentlichen die Reflektion von Lichtwellen gemeint, jedoch umfasst dieser Begriff auch eine Absorption von Lichtwellen. Unter optisch wirksamer Beschichtung werden in erster Linie Beschichtungen verstanden, deren primäre Wirkung eine Lichtwellenlängen-abhängige Reflexion und/oder Transmission von Licht ist.
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In einem Faserlaser werden für den inneren Kern häufig möglichst kleine Durchmesser angestrebt, um ein bestmögliches Strahlprofil zu erhalten. Dies führt zu sehr hohen Leistungsdichten, die zu einer Zerstörung der Beschichtung in diesem Bauteil führen können. Es kann daher zweckmäßig sein, am Ende der aktiven Faser des Faserlasers eine Grinlinse in Faserform anzuspleißen und entsprechend der obigen Beschreibung das Ende dieser Linse zu beschichten und in der Ferrule zu verbauen. Diese Grinlinse kann durch einen graduell verlaufenden Brechungsindex den Strahl aufweiten und so die Leistungsdichte senken. Der Durchmesser des Laserstrahls lässt sich auf diese Weise um ca. einen Faktor zehn vergrößern, wodurch sich die Leistungsdichte an der Beschichtung um einen Faktor einhundert reduziert. Durch die Verwendung einer identischen zweiten Grinlinse am zweiten Faserende innerhalb der Ferrule kann die Strahlqualität des Lasers erhalten bleiben.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Grinlinse ist, dass der Strahl beim Eintritt in den Luftspalt zwischen den beiden Faserenden parallelisiert wird. Dies verhindert, dass Licht an der gegenüberliegenden Faser vorbeiläuft und verringert somit den Verlust des Bauteils.
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Zweckmäßigerweise weist der Verbindungsbereich eine feste abgeschlossene Verbindung auf. Unter feste abgeschlossene Verbindung kann beispielsweise eine Spleißverbindung verstanden werden. Derartige Spleißverbindungen sind in der Technologie der optischen Faserkomponenten weit verbreitet und können mittels herkömmlicher Spleißgeräte hergestellt werden. Gelegentlich werden derartige Spleißverbindungen auch Schmelzverbindungen genannt. Beispielsweise können solche Spleißverbindungen mit Hilfe eines CMS-Geräts hergestellt werden. Letzteres kann zudem während des Herstellens der Spleißverbindung zur Positionierung der Lichtwellenleiter in der Ferrule verwendet werden. Anstelle des Spleißens sind auch andere Verbindungen möglich, etwa Klebeverbindungen.
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Dabei ist es dienlich, wenn der Abstand zwischen einem Ende eines Lichtwellenleiters zu dem Verbindungsbereich so groß ist, dass durch die beim Herstellen der Spleißverbindung freigesetzte Wärme keine funktionale Beeinträchtigung der optisch wirksamen Beschichtung verursacht wird. Es befinden sich also zwei Lichtwellenleiterenden innerhalb der Ferrule und diese werden mit der Ferrule mittels einer Spleißverbindung unter Einhaltung eines Sicherheitsabstands zwischen dem Verbindungsbereich und dem Ende des jeweiligen Lichtwellenleiters verbunden. Wie erwähnt kann dies beispielsweise mit Hilfe eines CMS-Geräts erfolgen. Naturgemäß hängt die Größe dieses Sicherheitsabstands von mehreren Faktoren ab, etwa der Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Materialien, dem Energieeintrag des Spleißgeräts sowie von Wärmeströmen, die von etwaig vorhandenen Kühleinrichtungen induziert werden. Entscheidend im Sinne der Erfindung ist jedoch, dass der besagte Abstand so gewählt wird, dass es nicht zu einer negativen Beeinflussung der optischen Funktion kommt.
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Weiterbildend ist innerhalb der Ferrule zwischen den zwei Enden der Lichtwellenleiter ein Spalt mit einer wohldefinierten Spaltbreite ausgebildet. Damit ist die Lücke zwischen den beiden sich gegenüberstehenden Enden inklusive der einen oder auch der zwei optisch wirksamen Beschichtungen gemeint. Beispielsweise kann die wohldefinierte Spaltbreite 100 µm oder weniger betragen. Besonders vorteilhaft ist eine Spaltbreite von 10 µm oder weniger.
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Der Zweck dieses Spalts ist die Vermeidung eines stofflichen Kontakts zwischen zwei Lichtwellenleiterenden, der zu einer Beschädigung einer, oder falls zwei optisch wirksame Beschichtungen vorliegen, beider optisch wirksamer Beschichtung führen könnte. Ziel ist ganz allgemein, diesen Spalt bzw. diese Spaltbreite so klein wie möglich auszugestalten, um Verluste in der Lichtwellenleitung bei der Leitung des Lichts über diesen Spalt hinweg möglichst gering zu halten. Ganz allgemein gilt, dass je kleiner diese Spaltbreite ausgeführt ist, desto besser ist die Effizienz der Lichtwellenleitung über die gesamte Faserbaugruppe. Ferner ist es wünschenswert, dass das Licht möglichst parallel durch den Spalt verläuft, um Verluste bei der Lichtleitung zu vermeiden.
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Im äußersten Fall stehen die zwei Enden der Lichtwellenleiter innerhalb der Ferrule auf Stoß miteinander in Kontakt. Im Idealfall kann dadurch gewährleistet werden, dass die zu leitenden Lichtwellen nahezu vollständig im Feststoff, also rein durch die Lichtwellenleiter und die wenigstens eine optisch wirksame Beschichtung hinweg geleitet werden. Dadurch wird die Effizienz der Lichtwellenleitung nochmals erhöht.
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Zweckmäßigerweise ist der Spalt mittig in der Ferrule angeordnet. So kann die Länge der Ferrule im Extremfall auf ein Minimum reduziert werden. Dann setzt sich die Gesamtlänge der Ferrule aus der zweifachen Länge des Abstands zwischen einem Ende mit optisch wirksamer Beschichtung eines Lichtwellenleiters und den beiden davon beabstandeten Verbindungsstellen zusammen. Sind beide Enden der Lichtwellenleiter mit einer optisch wirksamen Beschichtung versehen, muss die Spaltbreite zu der Gesamtlänge der Ferrule zu der theoretischen minimalen Länge der Ferrule hinzugerechnet werden. In aller Regel wird die Spaltbreite jedoch vernachlässigbar klein sein.
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Dabei ist es dienlich, wenn die Faserbaugruppe zur Umgebung hin hermetisch versiegelt ist. Mit hermetischer Versiegelung ist gemeint, dass keine Stoffströme über eine Systemgrenze der Faserbaugruppe zum Inneren der Ferrule sowie aus dem Inneren der Ferrule nach außen hin auftreten. Dies hat den Vorteil, dass die optisch wirksame Beschichtung weitestgehend vor äußeren Störeinflüssen geschützt wird.
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Weiterbildend ist in der Ferrule eine gezielt hergestellte, auf den Schutz der optisch wirksamen Beschichtung und/oder auf die Verbesserung der Lichtleitung abgestimmte Ferrulengasatmosphäre vorgesehen. Unter dem Begriff „Ferrulengasatmosphäre“ fallen dabei sämtliche Systemzustände und Stoffzusammensetzungen eines Gases oder Gasgemisches, welches entweder die wirksame Beschichtung schützt oder die Lichtleitung innerhalb der Faserbaugruppe verbessert oder beides. Unter dem Begriff „Ferrulengasatmosphäre“ soll hierbei auch ein Vakuum im Sinne eines weitgehend von Gas befreiten Leerraums verstanden werden. Diese „Ferrulengasatmosphäre“ soll einen eventuellen Veränderungsprozess der optisch wirksamen Beschichtung verlangsamen bzw. verhindern.
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Zweckmäßigerweise ist die optisch wirksame Beschichtung eine dielektrische Beschichtung, die vorzugsweise zumindest eine Metalloxidverbindung aufweist. Derartige dielektrische Beschichtungen finden insbesondere bei Hochleistungs-Laseranwendung Verwendung. Die besonderen Vorteile derartiger dielektrischer Beschichtungen können niedrige Streuverluste und sehr hohe Reflexionen (R > 99,99%) sowie eine hohe Packungsdichte, geringe Wassereinlagerung und damit extrem geringer Temperaturdrift sein. Im Ergebnis kann durch die Verwendung einer derartigen dielektrischen Beschichtung eine hervorragende optische Beeinflussung des zu leitenden Lichts im Lichtwellenleiter erzielt werden, was verglichen zu eingeschriebenen optischen Gittern eine erhebliche Verbesserung der Effizienz darstellen kann. Genauer gesagt kann durch die Verwendung dielektrischer Beschichtungen der komplette Spektralbereich von 195 nm (UV) bis hin zu 3,2 µm (MIR) abgedeckt werden.
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Ferner kann es vorteilhaft sein, dass eine Grinlinse am Ende des Lichtwellenleiters vorgesehen ist, wobei in diesem Fall die Grinlinse an ihrem Ende eine dielektrische Beschichtung aufweist.
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Zweckmäßigerweise ist die Faserbaugruppe so ausgebildet, dass die Einstellung der optischen Eigenschaften der Faserbaugruppe, wie die Transmissions-, Reflektions- und/oder Absorptionswerte von Licht, im Wesentlichen über die Beschaffenheit der optisch wirksamen Beschichtung erfolgt. Die Beeinflussung der Lichtwellen obliegt damit hauptsächlich der optisch wirksamen Beschichtung. Sämtliche übrigen Komponenten der Faserbaugruppe wie etwa Lichtwellenleiter, Spalte oder andere lichtbeeinflussende Komponenten haben gemäß dieser Weiterbildung einen nur unwesentlichen Einfluss auf die Beeinflussung des zu leitenden Lichts. Diese Eigenschaften können so gewählt werden, dass in einem Faserlaser das Pumplicht ungehindert passieren kann, während das Laserlicht, welches im dotierten Kern entsteht Reflektiert und so im Resonator verstärkt wird.
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Bei den Lichtwellenleitern kann es sich sowohl um Fasern mit einer gewöhnlichen Kern-Cladding-Struktur handeln, als auch um Fasern mit einer Doppelkern-Cladding-Struktur, wie sie in Faserlasern eingesetzt werden. Eine derartige Doppelkernfaser besitzt also um den eigentlichen laseraktiven Kern herum noch einen zweiten Kern, der das Pumplicht führt. Dabei werden zweckmäßigerweise von dem Teil des Lichtwellenleiters, der in die Ferrule eingeführt wird, die Mantelmaterialien entfernt. Diese verhindert normalerweise das Abbrechen der Faser und wird daher innerhalb der Ferrule nicht benötigt. Alle optisch aktiven Teile der Faser bleiben erhalten.
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Zweckmäßigerweise ist zumindest einer der Lichtwellenleiter zumindest bereichsweise mit einem Dotiermedium dotiert. Unter Dotiermedium sind in die Faser eingebrachte Stoffe zu verstehen, die üblicherweise in der Größenordnung von 1000 bis 1500 ppm im Kern vorliegen. Typischerweise sind diese Seltenerdionen, die durch die Wechselwirkung mit dem umgebenden Glas je nach verwendetem eine charakteristische Emissionswellenlänge hervorrufen.
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Vorteilhafterweise sind der Innendurchmesser der Ferrule und der Außendurchmesser des Lichtwellenleiters so aufeinander abgestimmt, dass im zusammengebauten Zustand eine möglichst geringe Spielpassung ausgebildet ist. Im Idealfall ist im eingebauten Zustand überhaupt kein Spiel zwischen dem Außendurchmesser des Lichtwellenleiters und dem Innendurchmesser der Ferrule vorhanden. Hintergrund ist hierbei, dass der Verlust beim Überkoppeln, durch einen Versatz der beiden Lichtwellenleiterenden zueinander innerhalb der Ferrule, minimiert werden soll.
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Die Faserbaugruppe ist bevorzugt so gestaltet, dass sie sich mit handelsüblicher Technologie an andere Faserbaugruppen anspleißen lässt und auf diese Weise komplexe optische Aufbauten realisiert werden können.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner mit einem Resonator zur Wandlung von Pumplicht in Laserlicht mit einem definierten Wellenspektrum gemäß Anspruch 14 gelöst. Dabei ist zumindest eine Faserbaugruppe so mit einer weiteren Faserbaugruppe mit wenigstens einer weiteren optisch wirksamen Beschichtung gekoppelt, dass Licht zwischen den Faserbaugruppen und der weiteren optisch wirksamen Beschichtung hin- und herlaufen kann. Je nach verwendeten optisch wirksamen Beschichtungen kann somit eine wellenlängenselektive Beeinflussung des beaufschlagten Lichts erfolgen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass einer oder mehrere Lichtwellenleiter an ihrem einen Ende einen vollreflektierenden Spiegel aufweisen und an ihrem anderen Ende einen teilreflektierenden Spiegel aufweisen. Zweckmäßigerweise kann die weitere optisch wirksame Beschichtung ebenfalls eine Komponente einer erfindungsgemäßen Faserbaugruppe darstellen. Grundsätzlich ist es ausreichend, einen Lichtwellenleiter mit zwei Spiegeln (einem voll- und einem teilreflektierenden Spiegel) auszustatten, um einen vollständigen Resonator zu bilden. Es sind auch komplexere Resonatoren mit mehr als zwei Spiegeln möglich.
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Verfahrensseitig wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe des Weiteren mit einem Verfahren zum Herstellen einer Faserbaugruppe gelöst, wobei das Verfahren die Schritte aufweist des
- • Herstellen zur Längsachse der Lichtwellenleiter senkrechter Stirnflächen;
- • Aufbringen einer optisch wirksamen Beschichtung auf zumindest einer Stirnfläche von einem der Lichtwellenleiter;
- • Anordnen der Enden der beiden Lichtwellenleiter innerhalb der Ferrule, sodass ein Spalt mit einer möglichst geringen Breite oder eine Verbindung der beiden Lichtwellenleiter auf Stoß ausgebildet wird;
- • Verschmelzen der Ferrule mit dem Lichtwellenleiter an einem zu dem jeweiligen Ende beabstandeten Verbindungsbereich.
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Die zur Längsachse der Lichtwellenleiter senkrechten Stirnflächen dienen also als Grundlage für die Aufbringung der optisch wirksamen Beschichtung. Für die Herstellung derselben ist demnach ein besonders hohes Maß an Präzision erforderlich, um jedwede ungewollte Reflektion an dieser Stirnfläche zu vermeiden. Das Aufbringen einer optisch wirksamen Beschichtung kann auf vielerlei Art erfolgen. Ein Beispiel hierfür ist das sogenannte E-Beam-Verfahren, welches auch als PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) bezeichnet wird. Darüber hinaus kann das sogenannte lAD-Verfahren (Ion-Assisted Deposition) oder das sogenannte IBS-Verfahrens (Ion Beam Sputtering) zum Einsatz kommen. Mit beiden Verfahren lassen sich hoch präzise Schichten auf Lichtwellenleitern abscheiden. Das Verschmelzen der Ferrule mit dem Lichtwellenleiter erfolgt vorteilhafterweise mithilfe eines Spleißes, der bspw. mithilfe eines CMS-Geräts durchgeführt werden kann. Auch das Anordnen der Enden innerhalb der Ferrule kann mithilfe dieses CMS-Geräts erfolgen.
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Zweckmäßigerweise erfolgt das Verspleißen durch Erzeugen eines Plasmarings, wobei der Abstand eines jeden Endes eines Lichtwellenleiters zu jedem Verbindungbereich so groß gewählt ist, dass durch die beim Herstellen der Spleißverbindung freigesetzte Wärme keine funktionale Beeinträchtigung der optisch wirksamen Beschichtung verursacht wird. Unter funktionaler Beeinträchtigung sollen hauptsächlich die optischen Funktionen der optisch wirksamen Beschichtung verstanden werden. Der erwähnte Abstand hängt naturgemäß von den während des Verspleißens erzeugten Wärmeströmen ab und ggf. von etwaig vorhandenen Kühlmaßnahmen. Hierbei muss unter Betrachtung der Wärmetransportphänomene sichergestellt werden, dass die optisch wirksame Beschichtung durch den Vorgang des Verspleißens ihre optischen Eigenschaften beibehält.
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Alternativ kann die während des Verspleißens erzeugte Wärme bewusst zum Erreichen der finalen optischen Eigenschaften der optisch wirksamen Beschichtung herangezogen werden. Auf diese Weise können herkömmliche und etablierte Spleißverfahren mit bislang ungenutzten, weil sensiblen optischen Technologien gekoppelt werden.
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Zweckmäßigerweise erfolgt das Verspleißen der Ferrule unter Ferrulengasatmosphäre. So wird sichergestellt, dass im zusammengebauten Zustand in der Ferrule die Ferrulengasatmosphäre vorliegt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner mithilfe eines Lasers mit einer Pumplichtquelle und einem erfindungsgemäßen Resonator gelöst. Durch die vorteilhafte optische Effizienz des Resonators kann der Laser mit einem erheblich höheren Wirkungsgrad, als bislang für möglich gehalten, betrieben werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen schematisch:
- 1 einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Faserbaugruppe; und
- 2 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Resonators, der zwei erfindungsgemäße Faserbaugruppen gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels aufweist.
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Die in 1 gezeigte Faserbaugruppe 10 zeigt eine Baugruppe, mit der von links eingebrachtes, einfallendes Licht E wellenlängenselektiv transmittiert wird, und rechts teilweise als transmittiertes Licht T die Faserbaugruppe 10 verlässt. Der reflektierte Lichtanteil, das reflektierte Licht R, verlässt die Faserbaugruppe 10 links. Die gezeigte Faserbaugruppe 10 weist zwei Lichtwellenleiter 11 auf, die jeweils mit einem ihrer Enden 12 in einer Ferrule 13 positioniert sind. Die Verbindung der Lichtwellenleiter 11 mit der Ferrule 13 erfolgt dabei an einem Verbindungsbereich 14. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist jedes in der Ferrule 13 positionierte Ende 12 der beiden Wellenleiter 11 eine optisch wirksame Beschichtung 15 auf, welche einmal als teilreflektierender Spiegel 15B und einmal als antireflektierende Schicht 15A ausgeführt ist. Gleichwohl kann auch nur eines der beiden Enden 12 eine derartige optisch wirksame Beschichtung 15 aufweisen. Wesentlich für die Erfindung ist die Erkenntnis, dass jedes Ende 12, das eine derartige optisch wirksame Beschichtung 15, bzw. 15A und 15B aufweist, zumindest einen Abstand A zu beiden Verbindungsbereichen 14 aufweisen muss. Der Abstand A ist demnach als Mindestabstand oder Sicherheitsabstand aufzufassen. Durch die Einhaltung dieses Abstands A wird sichergestellt, dass die hinsichtlich Wärmebelastung sensible optisch wirksame Beschichtung 15 bzw. 15A und durch die Herstellung des Verbindungsbereichs 14 nicht in ihrer optischen Funktionalität beeinträchtigt wird. Es findet also eine gezielte räumliche Trennung der Funktionen „Verbinden der Ferrule mit den Lichtwellenleitern“ und „Beeinflussung der Lichtwellen“ statt.
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Um die optisch wirksame Beschichtung zudem auch von mechanischen Störeinflüssen zu schützen, weist die Faserbaugruppe 10 ferner einen Spalt 16 zwischen den beiden einander zugewandten optisch wirksamen Beschichtungen 15 bzw. 15A und 15B der beiden Enden 12 der Lichtwellenleiter 11 auf. Allerdings sei darauf hingewiesen, dass es auch denkbar ist, dass die beiden einander zugewandten optisch wirksamen Beschichtungen 15 auf Stoß miteinander in der Ferrule 13 positioniert werden. Innerhalb der Ferrule 13 ist eine hier als Vakuum ausgebildete Ferrulengasatmosphäre vorhanden.
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Die Lichtwellenleiter des in 1 abgebildeten Ausführungsbeispiels sind als Faser mit einer Kern-Cladding Struktur ausgeführt. Diese Faser weist hierzu einen lichtleitenden Kern 17 sowie eine um den lichtleitenden Kern 17 ausgebildete Reflexionshülle 18 zur Leitung von Licht auf. Die Reflexionshülle 18 wiederum ist mit einer äußeren Ummantelung (die auch als Coating bezeichnet wird) 19 umhüllt, die dem Schutz der Faser dient. Alternativ können die Lichtwellenleiter 11 als Doppelkernfasern ausgeführt sein, die einen zweiten Kern zum Führen des Pumplichtes aufweisen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die äußere Ummantelung 19 nur noch dort vorhanden, wo die Lichtwellenleiter 11 außerhalb der Ferrule 13 verlaufen. Innerhalb der Ferrule 13 ist die Ummantelung entfernt. Dort erfüllt diese die Funktionen der äußeren Ummantelung 19. In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel sind die optischen Beschichtungen 15A und 15B dielektrische Beschichtungen. Dies muss aber wie gesagt nicht zwingend der Fall sein. So kann auch nur ein Ende 12 der beiden in der Ferrule 13 positionierten Enden 12 eine optisch wirksame Beschichtung 15 aufweisen.
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2 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Resonators 100 für einen Pumplaser, der zwei Faserbaugruppen 10 aufweist. Bei der in 2 abgebildeten Faser handelt es sich um eine Doppelkernfaser. Diese weist im Inneren der Refexionshülle 18 zwei lichtleitende Kerne auf, nämlich den äußeren lichtleitenden Kern 17A und den inneren lichtleitenden Kern 17B. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Faser zur Umgebung hin mit einer äußeren Ummantelung 19 abgeschirmt.
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In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel weisen die beiden Faserbaugruppen 10 an ihrem Ende 12 innerhalb der Ferrule 13 jeweils eine Grinlinse 20 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist jede Grinlinse 20 mit einer optisch wirksamen Beschichtung 15 versehen, wobei unterschiedliche optische Beschichtungen 15 verwendet werden, wie im Folgenden erläutert wird.
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Wie in 2 abgebildet, läuft einfallendes Licht E von links durch die linke Doppelkernfaser in die erste Faserbaugruppe 10. Beide Doppelkernfasern weisen an ihrem zueinander zugewandten Ende 12 jeweils eine Grinlinse 20 auf, wobei sich der Spalt 16 zwischen den beiden Grinlinsen 20 erstreckt. Die Grinlinsen 20 sind an ihrer Lichtübertragungsfläche jeweils mit einer optisch wirksamen Beschichtung versehen. Die linke Faser der linken Faserbaugruppe weist eine für die Wellenlänge des geleiteten Lichts transmissive, antireflektierende Schicht 15A auf, um eine möglichst verlustarme Lichtaustragung aus der Doppelkernfaser zu gewährleisten. Die einander zugewandten Grinlinsen 20 sind identisch ausgebildet, wodurch der über den Spalt 16 übertragende Lichtstrahl zuerst in der ersten Grinlinse 20 aufgeweitet wird, dann im Spalt parallel verläuft und anschließend in der zweiten Grinlinse 20 wieder gebündelt wird. Diese Charakteristik wird in 2 mit Hilfe der gestrichelten Linien vereinfachend dargestellt.
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Das austretende Licht tritt über die gegenüberliegende Grinlinse 20 in die folgende Doppelkernfaser ein, in der das Licht durch eine Dotierung des inneren Kerns 17B umgewandelt wird, wodurch sich die Wellenlänge ändert. In dem mittleren Abschnitt wird das Licht mittels eines vollreflektierenden Spiegels 15C an der linken Grinlinse 20 und mittels eines teilreflektierenden Spiegels 15B an der rechten Grinlinse 20 hin- und her geworfen. Dies ist in 2 als hin- und herlaufende Lichtmenge L vereinfacht dargestellt. Die schrägen, schraffiert dargestellten Pfeile stellen den Eintritt von Licht aus dem äußeren Kern 17A in den inneren Kern 17B dar. Die Menge der hin- und her laufenden Lichtmenge L, die den teilreflektierenden Spiegel 15B passiert, wird an der gegenüberliegenden Grinlinse 20 in die folgende Doppelkernfaser eingeleitet und tritt als transmittiertes Licht T aus dem Resonator aus.
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In 2 sind die beiden Faserbaugruppen 10 mit geringem Abstand zueinander ausgebildet. Gleichwohl kann die Faserlänge zwischen den beiden Faserbaugruppen 10 auch größer sein. Wie auch bei der Diskussion der 1 geschildert ist es stets erforderlich, dass ein definierter Abstand A zwischen den Verbindungsbereichen 14 und den optisch wirksamen Beschichtungen 15 gewährleistet ist. Der in 2 abgebildete Resonator 100 kann gebildet werden, in dem dieser jeweils an die Enden einer aktiven Faser einer Faserbaugruppe angespleißt wird (nicht abgebildet).
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Der in 2 gezeigte Resonator 100 kann einen eingespleißten Lichtwellenleiter 11 aufweisen, der die beiden Faserbaugruppen 10 miteinander verbindet. In diesem -nicht abgebildeten- Fall wäre der zwischen den beiden Faserbaugruppen 10 verlaufende, eingespleißte Lichtwellenleiter 11 an beiden Enden an den Lichtwellenleiter 11 der jeweils angrenzenden Faserbaugruppe 10 angespleißt. Dadurch können sehr große Gesamtlängen des Resonators 100 realisiert werden.
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Bezugszeichen liste
- A
- Abstand
- E
- einfallendes Licht
- L
- hin- und her laufende Lichtmenge
- R
- reflektiertes Licht
- T
- transmittiertes Licht
- 10
- Faserbaugruppe
- 11
- Lichtwellenleiter
- 12
- Ende des Lichtwellenleiters
- 13
- Ferrule
- 14
- Verbindungsbereich
- 15
- optisch wirksame Beschichtung
- 15A
- antireflektierende Schicht
- 15B
- teilreflektierender Spiegel
- 15C
- vollreflektierender Spiegel
- 16
- Spalt
- 17
- lichtleitender Kern
- 17A
- äußerer lichtleitender Kern
- 17B
- innerer lichtleitender Kern
- 18
- Reflexionshülle
- 19
- äußere Ummantelung
- 20
- Grinlinse
- 100
- Resonator
- 200
- Laser
- 220
- Pumplichtquelle
