-
Die
Erfindung betrifft eine Koppelanordnung mit einer ersten und einer
zweiten optischen Komponente gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und Verfahren zur Herstellung einer solchen Koppelanordnung.
-
Es
ist bekannt, ein Sende- und/oder Empfangsbauelement eines elektrooptischen
Moduls in einem sogenannten TO- (Transistor Outline) Gehäuse anzuordnen
und das TO-Gehäuse
mit einem Lichtwellenleiter zu koppeln. Ein TO-Gehäuse weist dazu
an seiner Oberseite ein Lichteintritts- bzw. -austrittsfenster (TO-Fenster)
auf, durch das Licht in das Gehäuse
ein- oder aus diesem austritt. Das Sende- bzw. Empfangsbauelement
ist in einem solchen TO-Gehäuse
hermetisch abgeschlossen und gegen Umwelteinflüsse geschützt.
-
Ein
anzukoppelnder Lichtwellenleiter wird zu einem TO-Gehäuse derart
positioniert und fixiert, dass Licht des Sendebauelements möglichst
vollständig
in den Lichtwellenleiter eingekoppelt bzw. aus dem Lichtwellenleiter
ausgekoppeltes Licht möglichst
vollständig
durch das TO-Fenster
hindurch auf eine fotosensitive Fläche des Empfangsbauselements
geleitet wird. Das Licht durchstrahlt dabei zwischen TO-Fenster
und Lichtwellenleiter einen in der Regel mit Luft oder einem Schutzgas
gefüllten
Bereich.
-
Es
besteht dabei das Problem, die optische Verbindung zwischen Lichtwellenleiter
und Modul zuverlässig
vor Umwelteinflüssen
zu schützen,
insbesondere den optischen Strahlengang zuverlässig vor eindringender Feuchtigkeit
bei Waschprozessen zu sichern, wie sie nach dem Bestücken einer
Leiterplatte üblich
sind. Dieses Problem stellt sich insbesondere hinsichtlich der mit
Luft oder einem Schutzgas gefüllten
Bereiche im Kopplungsbereich zwischen TO-Gehäuse und Lichtwellenleiter.
-
Die
bekannten Lösungen
dieses Problems sind recht aufwendig und teuer oder zeichnen sich durch
andere Nachteile aus. Beispielsweise besteht die aufwendige Möglichkeit
eines hermetischen Verschließens
unter eine Schutzgasatmosphäre,
z.B. durch Laserschweißen
oder Lötprozesse.
Auch ist es bekannt, einzelne Bauelemente durch zusätzliche Klebeprozesse
abzudichten. Diese Klebeprozesse sind meist an komplizierten Modulgeometrien
zu realisieren und erreichen für
die Diffusion von Flüssigkeiten
trotzdem keine hermetische Dichtigkeit. Es werden geschlossene Kavitäten erzeugt,
in die über
längere
Zeit Feuchtigkeit eindringen kann.
-
Ein
Vergießen
des vollständigen
optischen Weges nach der Justage mit einem optisch transparenten
Medium bietet zwar einen ausreichenden Schutz gegen Feuchtigkeit.
Nachteilig können
jedoch Lufteinschlüsse
den optischen Weg stören
und kann das transparente Vergußmedium
bei Temperaturänderungen
die Bauelementen dejustieren. Auch ändert sich der Koppelgrad nach
Einbringen des Vergussmediums, so dass ein nachfolgender elektrooptischer
Abgleichprozess notwendig ist.
-
Aus
der
DE 28 12 825 ist
eine Verbindungsvorrichtung bekannt, bei der zwei Lichtwellenleiter unbeweglich
in zwei Kopplungsteilen gehalten werden. Zwischen den Lichtwellenleitern
und innerhalb eines der beiden Kopplungsteile ist ein Pfropfen so angeordnet,
dass die beiden Lichtwellenleiter und der Pfropfen hintereinander
entlang einer Längsrichtung
ausgerichtet sind. Die Lichtwellenleiter in den Kopplungsteilen
können
in der Längsrichtung
so aneinandergeschoben werden, dass der Pfropfen unter Deformation
die beiden Lichtwellenleiter optisch miteinander koppelt.
-
Aus
der
DE 196 47 685 ist
eine Koppelanordnung bekannt, bei der ein Sendearray mit seinen lichtabstrahlenden
Zonen den Endabschnitten von Lichtwellenleitern zugewandt ist. Ein
Träger
der Lichtwellenleiter ist zusammen mit den Endabschnitten derart
abgeschrägt,
dass von den lichtabstrahlenden Zonen abgesandtes Licht senkrecht
zur jeweiligen Lichtwellenleiterlängsachse auf die totalreflektierenden
Endfläche
trifft und über
diese in den jeweiligen Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Bei
einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Koppelanordnung wird
der ausgerichtete Kopplungsbereich zwischen Sender und den Endabschnitten
der Lichtwellenleiter unter Ausfüllung
etwaiger Spalte mit einem Vergussmittel vergossen.
-
Bei
einem Kopplungsverfahren für
Lichtwellenleiter, das aus der
DE
100 04 396 bekannt ist, wird ein Immersionsmittel zur dauerhaften
und dämpfungsarmen
Verbindung eines Lichtwellenleiters mit einem optischen Bauelement
zwischen die jeweiligen Kopplungsflächen gebracht. Dabei werden
vor dem Aufbringen des Immersionsmittels die Endfläche des Lichtwellenleiters
und die Einkoppelfläche
des optischen Bauelements so justiert, dass eine gute optische Kopplung
zwischen ihnen vorliegt.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Koppelanordnung
zur Verfügung
zu stellen, bei der der optische Pfad zwischen einer ersten und
einer zweiten optischen Komponente, insbesondere zwischen einem
TO-Gehäuse
und einem Lichtwellenleiter zuverlässig gegen Umwelteinflüsse wie
Feuchtediffusion geschützt
ist. Des weiteren sollen Verfahren zur Herstellung einer solchen
Koppelanordnung bereitgestellt werden.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Koppelanordnung mit den Merkmalen des Anspruch 1, ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 14 gelöst.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen
angegeben.
-
Danach
zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung dadurch
aus, dass als Koppelmittel zwischen einer ersten Endfläche einer
ersten optischen Komponente und einer zweiten Endfläche einer
zweiten optischen Komponente ein optisch transparentes Elastomer
eingesetzt wird, das als gesondertes Teil ausgebildet ist und mit
den beiden angrenzenden Endflächen
unter elastischer Deformation in Kontakt steht. Als erste optische
Komponente ist ein Lichtwellenleiter mit einer schräg zu seiner
optischen Achse verlaufenden Stirnfläche vorgesehen, als zweite
optische Komponente ein Sende- und/oder
Empfangsgerät.
Dabei ist die Längsachse
des Lichtwellenleiters im Wesentlichen senkrecht zur Lichtaustritts- und/oder
-eintrittsrichtung des Sende- und/oder Empfangsmoduls
ausgerichtet. Erfindungsgemäß wird ein
Elastomer in den Strahlengang gebracht, das eine elastische Deformation
durch die angrenzenden Endflächen
erfährt.
Die elastische Deformation des Elastomers stellt dabei einen festen
und feuchtigkeitsdichten Kontakt jeweils zwischen dem Elastomer
und der Endfläche
sicher.
-
Durch
das mit den beiden Endflächen
in Kontakt stehende Elastomer wird ein hermetisch abgeschlossener
Strahlengang bereitgestellt, der gegen Umwelteinflässe geschützt ist.
Gleichzeitig ermöglicht
das Elastomer eine Verringerung von Rückreflexionen an den optischen
Ein- und Austrittsflächen,
da es bevorzugt brechzahlangepasst ist, d.h. die gleiche oder eine ähnliche
Brechzahl wie die angrenzenden Medien aufweist.
-
Die
Verwendung eines als gesondertes Teil ausgebildeten Elastomers stellt
auch eine kostengünstige
Lösung
dar, die einfach in der Herstellung ist, da kein aufwendiges Verschließen des
Strahlengangs notwendig ist. Auch sind geringere Anforderungen an
die Qualität
der optischen Endflächen
zu stellen, weil Restrauhigkeiten wie Kratzer durch einen Matching-Effekt
des brechzahlangepassten Elastomers ausgeglichen werden.
-
Weiter
ermöglicht
es die erfindungsgemäße Lösung vorteilhafterweise,
das Elastomer aufgrund dessen Elastizität bereits vor einer Justage
der beiden optischen Komponenten in den Strahlengang bzw. optischen
Pfad zu bringen. Es entfällt
dementsprechend die Notwendigkeit eines Abgleichprozesses, wie er
bei Einbringen einer transparenten Vergussmasse nach einer bereits
erfolgten Justage aufgrund einer Änderung des Koppelwirkungsgrades
erforderlich ist.
-
Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Lösung besteht in einer hohen
Temperaturstabilität der
Abdichtung, da Elastomere über
einen hohen Temperaturbereich elastisch sind.
-
Schließlich stellt
es auch einen Vorteil dar, dass durch den höheren Brechungsindex des Elastomers
im Vergleich zu Luft eine verbesserte Strahlfokussierung vorliegt,
wobei der Grad der Strahlfokussierung von den beteiligten abbildenden
Optiken abhängt.
-
Als
Elastomer wird beispielsweise ein optisch transparentes Silikon
verwendet. Silikone bestehen hauptsächlich aus Silizium und Sauerstoff. Sie
sind ölartig,
klar und wasserfest. Das Silikon kann als Silikonkautschuk oder
als Silikongel ausgebildet sein. Insbesondere wird bevorzugt ein
additionsvernetzendes Silikon-Gießharz verwendet, dass sich vollständig rückstandsfrei
aushärtet. Über das
Mischungsverhältnis
der Komponenten kann die Elastizität des Silikons eingestellt
werden.
-
Silikon
und auch andere Elastomere weisen mit Vorteil eine nur sehr geringe
Rauhigkeit auf, so dass das Silikon aufgrund von Adhäsionskräften sehr gut
an der angrenzenden optischen Endfläche anliegt und eine hermetisch
abgedichtete Verbindung bereitstellt.
-
In
einer anderen Ausgestaltung ist die erste optische Komponente insbesondere
eine optische Faser. Die zweite optische Komponente ist dagegen ein
Sende- und/oder Empfangsmodul. Dabei wird die erste optische Endfläche durch
eine Fläche
gebildet, über
die Licht in den Lichtwellenleiter ein- oder ausgekoppelt wird,
und die zweite optische Endfläche durch
eine Lichtaustrittsfläche
eines Gehäuses
des Sende- und/oder Empfangsmoduls. Die erste optische Endfläche ist
dabei nicht notwendigerweise Teil des Lichtwellenleiters, sondern
kann auch an einem Element ausgebildet sein, in dem der Lichtwellenleiter
angeordnet ist.
-
In
einer Weiterbildung dieser Erfindungsvariante ist das Sende- und/oder
Empfangsmodul in TO-Bauform mit einem TO-Gehäuse
ausgeführt.
Die zweite optische Endfläche
wird dann durch das Lichtein/-austrittsfenster des TO-Moduls gebildet.
Auf dem Lichtein/-austrittsfenster des TO-Moduls kann ein optischer
Sperrfilter angeordnet sein, der nur für Licht einer bestimmten Wellenlänge transparent
ist. Dies ist insbesondere bei Anwendungen sinnvoll, bei denen in
dem Lichtwellenleiter Licht mehrerer Datenkanäle bzw. Wellenlängen transportiert
wird.
-
Der
Lichtwellenleiter ist in einer bevorzugten Ausgestaltung in einer
transparenten Ferrule angeordnet und zusammen mit dieser derart
positioniert, dass seine Längsachse
im wesentlichen senkrecht zur Lichtaustritts- oder -eintrittsrichtung
des Sende- und/oder Empfangsmoduls verläuft. Eine Lichteinkopplung
in oder Lichtauskopplung aus dem Lichtwellenleiter erfolgt dadurch,
dass Licht an der schräg verlaufenden
Stirnfläche
des Lichtwellenleiters reflektiert wird. Das Elastomer liegt dabei
am Umfang der transparenten Ferrule oder eines diese umgebenden
Teils an. Statt dessen kann die Anordnung aus Ferrule und Lichtwellenleiter
auch einstückig ausgebildet
werden, indem beispielsweise aus einer Preform in einem Glasziehprozess Ferrule
und Lichtwellenleiter gleichzeitig zu einem Wellenleiterabschnitt
gezogen werden.
-
In
einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Lichtwellenleiter zusammen
mit der Ferrule in einem Montageröhrchen angeordnet ist und reflektiertes
Licht durch einen Längsschlitz
des Montageröhrchen
seitlich aus diesem aus- oder in diesen eintritt, wobei die erste
optischen Endfläche
durch einen Teil des Umfangs des Montageröhrchens gebildet ist. Dabei
ist eine Ein- oder Auskopplung von Licht im wesentlichen senkrecht
zur Längsachse
des Lichtwellenleiters möglich.
In dem Montageröhrchen
sind bevorzugt hintereinander mehrere Lichtwellenleiterabschnitte
mit angeschrägter
Stirnfläche
angeordnet, wobei an jeder angeschrägten Stirnfläche Licht
einer anderen Wellenlänge
ein- oder ausgekoppelt wird.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Koppelanordnung einen Gehäusekörper mit
mindestens einer in dem Gehäusekörper ausgebildeten
Nut auf, die der Aufnahme eines Montageröhrchens dient. Weiter ist mindestens
eine Aussparung im Gehäusekörper vorgesehen,
die den Boden der Nut zumindest teilweise mit umfasst, so dass Licht,
dass aus einem oder in ein in die Nut eingelegten Montageröhrchen aus-
oder eintritt, den Boden der Nut durchstrahlen kann.
-
Der
Gehäusekörper weist
beispielsweise ein T-Profil, insbesondere die Form eines symmetrischen
Doppel-T-Trägers
auf. Die Nut ist mittig an dem Doppel-T-Träger ausgebildet und der Spalt
zwischen einem in die Nut eingelegten Montageröhrchen und dem Lichteintrittsfenster
eines an den Gehäusekörper angekoppelten
Sende- und/oder Empfangsmoduls ist durch das Elastomer gefüllt.
-
Zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Koppelanordnung
sind zwei leicht unterschiedliche Verfahren vorgesehen. Das erste
Verfahren zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
- – Bereitstellen
eines Lichtwellenleiters mit einer schräg zu seiner optischen Achse
verlaufenden Stirnfläche
als eine erste optische Komponente mit einer ersten optischen Endfläche,
- – Bereitstellen
eines Sende- und/oder Empfangsgerätes als eine zweite optische
Komponente mit einer zweiten optischen Endfläche,
- – Bereitstellen
eines Formstücks
aus einem zuvor hergestellten optisch transparenten Elastomer,
- – Anordnen
des Formstücks
zwischen den beiden optischen Endflächen oder auf einem der Endflächen,
- – Ausrichten
der Längsachse
des Lichtwellenleiters im Wesentlichen senkrecht zur Lichtaustritts- und/oder
-eintrittsrichtung des Sende- und/oder Empfangsmoduls, und
- – Verringern
des Abstands zwischen den beiden Endflächen bis sie mit dem Formstück in Kontakt treten
und dieses dabei elastisch deformiert ist.
-
Vor
dem Bereitstellen des Formstücks
wird dieses zuvor gesondert hergestellt. Dies erfolgt beispielsweise
dadurch, dass ein Tropfen flüssigen Elastomers
dosiert auf eine ebene Fläche
gegeben wird. Es bildet sich aufgrund der Oberflächenspannung ein Tropfen mit
einer kugel- bzw. ellipsoiden Form. Nach Aushärten ist das Formstück fertiggestellt.
Die Herstellung ist also sehr einfach. Das Formstück liegt
nach elastischer Deformation an den jeweiligen optischen Endflächen flächig an.
-
Das
zweite Verfahren weist folgende Schritte auf:
- – Bereitstellen
einer ersten optischen Komponente mit einer ersten optischen Endfläche,
- – Anbringen
einer dosierten Menge flüssigen Elastomers
auf der ersten Endfläche,
- – Aushärten des
Elastomers zu einem optisch transparenten Elastomer,
- – Bereitstellen
einer zweiten optischen Komponente mit einer zweiten optischen Endfläche,
- – Verringern
des Abstands zwischen den beiden Endflächen, bis das Elastomer auch
mit der zweiten Endfläche
in Kontakt tritt und dieses dabei elastisch deformiert ist und zwischen
den beiden Endflächen
ein optischer Pfad verläuft.
-
Auch
hier bildet sich nach dem Anbringen einer dosierten Menge flüssigen Elastomers
auf der ersten Endfläche
aufgrund der Oberflächenspannung
ein Tropfen mit einer kugel- bzw. ellipsoiden Form.
-
Bei
beiden Verfahren schließt
sich an die genannten Schritte bevorzugt eine Justage zwischen der
ersten und der zweiten optischen Komponente an. Dies ist gerade
ein Vorteil der vorliegenden Lösung,
dass eine Justage zwischen den optischen Komponenten erst nach Einbringen
des koppelnden Elastomers in den Spalt zwischen den beiden optischen
Komponenten erfolgen braucht.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der
Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf eine
optische Koppelanordnung mit zwei an ein Gehäuse angekoppelten optischen
Subbaugruppen in TO-Bauform;
-
2 einen Schnitt durch das
Gehäuse
der 1 entlang der Linie
A-A;
-
3 einen Schnitt durch das
Gehäuse
der 1 entlang der Linie
B-B;
-
4 einen Schnitt durch das
Gehäuse
der 1 entlang der Linie
C-C;
-
5 das Gehäuse der 1–4 in
der Ansicht von unten;
-
6a eine erste und eine zweite
Lichtfaser, wobei auf der Stirnfläche der einen Lichtfaser ein Formstück aus
Silikon angeordnet ist und
-
6b die Anordnung der 6a, nachdem die beiden Lichtleitfasern
einander angenähert
wurden.
-
In
den 6a und 6b ist schematisch eine Koppelanordnung
mit einer ersten Lichtfaser 101 und einer zweiten Lichtfaser 111 dargestellt.
Die erste Lichtfaser weist eine erste optische Endfläche 102 auf.
Die zweite Lichtleitfaser weist eine zweite optische Endfläche 112 auf.
-
Zur
Kopplung der Lichtleitfasern 102, 111 ist ein
Elastomer 200 vorgesehen, bei dem es sich beispielsweise
um ein Silikonteil handelt. Das Silikonteil 200 wird zunächst auf
der Endfläche
bzw. Stirnfläche 102 der
einen Lichtfaser 101 angeordnet. Es besitzt die Form eines
Tropfens mit einer kugel- bzw. ellipsoiden Form. Grundsätzlich sind
jedoch auch zahlreiche andere Formen denkbar. Die genaue Form des Silikonteils
hängt vom
Herstellungsverfahren ab. Die Brechzahl des Silikonteils ist gleich
oder ähnlich
der Brechzahl der Wellenleiter 101, 111.
-
Aufgrund
einer geringen Oberflächenrauhigkeit
liegt das Silikonteil 200 dicht an der Endfläche 102 an.
-
Nach
Anordnung des Silikonteils 200 auf der Endfläche 102 des
einen Wellenleiters 101 wird der andere Wellenleiter 111 in
Richtung des Pfeils X auf den einen Wellenleiter 101 zubewegt
(oder der eine Wellenleiter 101 wird bewegt). Die Endfläche 112 des anderen
Wellenleiters 111 tritt dann ebenfalls mit dem Silikonteil 200 in
Kontakt, wobei letzteres elastisch deformiert wird. Dabei verbleibt
eine Restschicht zumindest zwischen den Wellenleiterkernen der Wellenleiter 101, 111. Überschüssiges Silikonmaterial
wird zu den Seiten hin weggedrückt.
-
Hierzu
ist zu bemerken, dass die Höhe
h1 des Silikonteil 200 im nichtdeformierten Zustand (vgl. 6a) größer ist als der einzustellende
Abstand h2 zwischen den beiden Endflächen 102, 112 (vgl. 6b).
-
Abschließend erfolgen
eine Justage der beiden Wellenleiter 101, 111 zueinander
und eine Fixierung. Da das Silikonteil 101 sehr weich ist,
wird auf die Wellenleiter 101, 111 in axialer
und radialer Richtung eine nur sehr geringe Kraft ausgeübt. Gleichzeitig
haftet das Silikonteil 200 trotzdem gut an den optischen
Endflächen 102, 112.
Dies hängt
mit der hohen Adhäsivkraft
des Silikons zusammen.
-
Das
Silikonteil 200 wird bevorzugt als gesondertes Formstück hergestellt
und dann auf die Stirnfläche 102 aufgesetzt.
Alternativ wird es als flüssiges Elastomer
auf die Stirnfläche 102 des
einen Wellenleiters 101 dosiert aufgebracht und dann so
ausgehärtet,
dass sich auf der Stirnfläche 102 eine
kugel- bzw. ellipsoide Erhebung bildet. Das flüssige Elastomer fließt bei der
Dosierung aufgrund seiner Oberflächenspannung
und des Benetzungswinkels dabei nur bis zu einer geometrischen Kante,
im dargestellten Ausführungsbeispiel
maximal bis zum Rand der Oberfläche 102.
-
Das
Elastomer 200 stellt eine gegen Umwelteinflüsse sicher
geschützte
optische Kopplung zwischen den beiden Lichtwellenleitern 101, 102 zur Verfügung. Gleichzeitig
werden der Strahlengang komprimiert und Rückreflexionen aus den Endflächen 102, 112 minimiert.
-
Die 1 bis 5 zeigen ein konkretes Ausführungsbeispiel
einer Koppelanordnung mit einem Elastomer als Koppelelement. Die
Koppelanordnung ist eine Koppelanordnung zum Ein- und/oder Auskoppeln optischer Signale
mindestens eines optischen Datenkanals in bzw. aus einem Lichtwellenleiter.
-
Ein
Gehäuse 1 der
Koppelanordnung weist gemäß den 1 und 5 eine im wesentlichen rechteckige Form
auf und besitzt eine Oberseite 101 und eine Unterseite 102.
Im Bereich der Oberseite 101 befindet sich eine langgezogene Öffnung 2,
in deren Mitte zentrisch eine Nut ausgebildet ist, wie anhand der 3 und 4 noch erläutert werden wird. Am Rand
der Öffnung 2 sind
beidseitig Hinterschnitte mit Nasen 19a, 19b ausgebildet,
die ein Federplättchen 4 im
Gehäuse 1 fixieren,
das eine Federkraft auf ein in die Nut eingesetztes Montageröhrchen ausübt und die Öffnung 2 im
wesentlichen abdeckt.
-
An
der Unterseite 102 des Gehäuses sind zwei Grundbohrungen 5, 6 ausgebildet,
die jeweils der Aufnahme einer optischen Subbaugruppe 15, 16, im
dargestellten Ausführungsbeispiel
in TO-Bauform, dienen. Bei den Subbaugruppen handelt es sich beispielsweise
um eine optische Sendebaugruppe 16 und eine optische Empfangsbaugruppe 15.
Die Subbaugruppen 15, 16 sind mit ihrem stirnseitigen
Bereich jeweils in eine der Grundbohrungen 5, 6 eingeführt. Ihre
Befestigung mit dem Gehäuse 1 erfolgt
jeweils über
einen Montagering 18a, 18b, der zum einen mit
der Subbaugruppe 15, 16 fest verbunden und zum
anderen an die Unterseite 101 des Gehäuses 1 angescheißt ist.
-
Im
vorderen Bereich des Gehäuses 1 bildet dieses
einen Ankoppelbereich 103 aus. Der Ankoppelbereich besitzt
zwei seitliche Führungsnuten 7a, 7b,
die an ihrem Ende jeweils einen Hinterschnitt ausbilden. Mittig
tritt aus dem vorderen Ankoppelbereich 103 eine mit dem
Montageröhrchen
gekoppelte Montagehülse 9 aus,
in der ein Lichtwellenleiter angeordnet ist und an die ein Steckerstift
eines optischen Steckers ankoppelbar ist.
-
Die
Koppelanordnung weist gemäß 2 ein bevorzugt aus Phosphorbronze
bestehendes Standard-Montageröhrchen 10 auf,
in dem mehrere, im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Wellenleiterabschnitte 21, 22 axial
hintereinander angeordnet sind. Der eine Wellenleiterabschnitt 22 ragt
um ein definiertes Mass aus dem Montageröhrchen 10 heraus und
weist an seinem herausragenden Ende 22a eine im Winkel
von 90° oder
etwa 90° zur
Längsachse 40 des
Montageröhrchens 10 angeordnete,
polierte Stirnfläche 221 auf.
An seinem anderen, im Montageröhrchen 10 befindlichen
Ende 22b befindet sich eine im Winkel von 45° zur Längsachse 40 ausgerichtete,
polierte Stirnfläche 222.
-
Der
sich an den einen Wellenleiterabschnitt 22 anschließende Wellenleiterabschnitt 21 weist
zwei jeweils im Winkel von 45° zur
Längsachse 4 des Montageröhrchens 1 ausgerichtete,
polierte Endflächen 211, 212 auf.
Grundsätzlich
kann an beiden Wellenleiterabschnitten 21, 22 jeweils
auch ein von 45° abweichender
Winkel vorgesehen sein.
-
Jeder
Wellenleiterabschnitt 21, 22 besteht aus einer
Ferrule (Fiberstub) 51, 52 und einem eigentlichen
Lichtwellenleiter 61, 62, der zu übertragende
optische Signale führt,
wobei der Lichtwellenleiter 61, 62 in an sich
bekannter Weise jeweils in einer zentralen, hochpräzisen Bohrung
der Ferrule 51, 52 geführt wird. Die Enden der Lichtwellenleiter 61, 62 sind
dabei ebenfalls angeschrägt.
Unter „Ferrule" wird jede Struktur
verstanden, die den eigentlichen Lichtwellenleiter umfasst und aufnimmt. Überlicherweise
bestehen Ferrulen aus Keramik oder Kunststoff. Im vorliegenden Fall
bestehen sie allerdings aus Glas, um, wie noch ausgeführt werden
wird, eine Lichtein- und/oder Auskopplung senkrecht zur Längsachse 40 des
Montageröhrchens 10 an
den aneinanderliegenden Stirnflächen 211, 222 der
Wellenleiterabschnitte 21, 22 zu ermöglichen.
-
Das
Montageröhrchen 10 ist
als Schlitzhülse (Split
sleeve) ausgebildet und weist hierzu einen Längsschlitz 10a auf.
-
Aufgrund
der Ausbildung als Schlitzhülse übt das Metallröhrchen 10 eine
federnde Kraft auf die Wellenleiterabschnitte 21, 22 aus
und zentriert beide mit ihren genau im Kern positionierten Lichtwellenleitern 61, 62.
-
Die
beiden Wellenleiterabschnitte 21, 22 sind in dem
Montageröhrchen 10 derart
montiert, dass die im Winkel von 45° ausgerichteten, polierten Stirnflächen 211, 222 aneinanderliegen.
Ein eventuell vorhandener Spalt zwischen den Stirnflächen 211, 222 kann
mit einem Immersionsgel gefüllt
sein. Auf der angeschrägten,
polierten Stirnfläche 211 des
linken Wellenleiterabschnitts 21 ist ein wellenlängenselektiver
Filter (nicht gesondert dargestellt) aufgebracht. In den einen Wellenleiterabschnitt 22 über die
senkrecht ausgerichtete Endfläche 221 eingekoppeltes Licht,
das auf den wellenlängenselektiven
Filter trifft, passiert in Abhängigkeit
von seiner Wellenlänge
entweder diesen Filter und wird dementsprechend in den angrenzenden
Wellenleiterabschnitt 21 eingekoppelt, oder es wird an
dem Filter reflektiert und senkrecht oder im wesentlichen zur Längsachse
des Montageröhrchens 10 ausgekoppelt,
wobei es den Mantel der Glasferrule 51 durchstrahlt und
durch den Längsschlitz 10a des
Montageröhrchens
tritt. Dabei sind die Filterflächen
bezüglich
ihres Drehwinkels derart ausgerichtet, dass das Licht im wesentlichen genau
nach unten und damit durch den Längsschlitz 10a abgestrahlt
wird. Dies erfolgt durch Drehen des Montageröhrchens in der Nut des Gehäuses 1 (vgl. unter 3 und 4).
-
In
den Wellenleiterabschnitt 21 eingekoppeltes Licht wird
an der weiteren schrägen
Stirnfläche 212 ebenfalls
nach unter reflektiert. Es erfolgt somit eine Trennung (bzw. bei
umgekehrtem Strahlengang Vereinigung) von Lichtsignalen unterschiedlicher Wellenlängen λ1, λ2.
-
Dementsprechend
befindet sich das Montageröhrchen
bevorzugt in dem Gehäuse 1,
in dem im rechten Winkel oder in etwa im rechten Winkel zur Längsachse 40 des
Wellenleiterröhrchens 1 mehrere Sende-
und/oder Empfangsbaugruppen 15, 16 angeordnet
sind, über
die Licht in den Wellenleiter 61, 62 wellenlängenselektiv
ein- und/oder ausgekoppelt wird. Dabei können bei prinzipiell gleichem
Aufbau auch mehr als zwei Sende- und/oder Empfangsbaugruppen vorgesehen
sein.
-
In
einer alternativen Ausgestaltung ist statt eines wellenlängenselektiven
Filters ein Strahlteiler vorgesehen, der auf der angeschrägten, polierten Stirnfläche 211 des
linken Wellenleiterabschnitts 21 angebracht ist. Beispielsweise
handelt es sich um einen 3dB-Strahlteiler. Aufgrund des Strahlteilers
wird ankommendes Licht nur teilweise weitergeleitet und in den angrenzenden
Wellenleiterabschnitt 21 eingekoppelt. Der andere Teil
wird reflektiert und ausgekoppelt. Gleichzeitig gelangt Licht vom
Stecker durch den 3dB-Strahlteiler zum Empfänger.
-
Das
Montageröhrchen 10 ist über die
Hülse 9 (vgl. 1) mit einer Steckerferrule
eines optischen Steckers koppelbar. Die Hülse 9 ist bevorzugt zweiteilig
ausgebildet und besteht aus zwei Teilhülsen 9a, 9b.
Sie ist Teil einer Koppelvorrichtung, die neben der zweiteilige
Hülse 9a, 9b ein
weiteres Montageröhrchen 13 für eine Steckerferrule
enthält.
Der optische Stecker wird in eine Steckeraufnahme (nicht dargestellt)
eingesteckt. Die Steckeraufnahme übernimmt dabei in an sich bekannter
Weise Vorführungs- und
Rastfunktionen bei der optischen Kopplung.
-
Den
Schnittdarstellungen der 3 und 4 ist zu entnehnen, dass
das Gehäuse 1 im
Querschnitt die Form eines symmetrischen Doppel-T-Trägers aufweist.
Der Gehäusekörper weist
im Bereich seiner Oberseite die langgezogene Öffnung 2 auf, auf
die bereits hingewiesen wurde. Mittig in der Öffnung 2 ist eine
Nut 12 im Gehäuse
ausgebildet, die durch gegenüberliegende
Flanken am Gehäusekörper gebildet
ist. In der Nut liegt das Montageröhrchen 10, das die
Lichtwellenleiterabschnitte 21, 22 enthält.
-
Aufgrund
der Nut 12 wird das Montageröhrchen 10 in x- und
y-Richtung im wesentlichen
automatisch positioniert und justiert. Es wird dabei mittels des
federnden Plättchens 4 mit
seinen Flanken in die Nut gedrückt.
Das federnde Plättchen 4 ist
an den Hinterschnitten des Gehäuses
verrastet und arretiert damit das Montageröhrchen 10 in der Nut 12.
Gleichzeitig läßt es eine
Drehung des Montageröhrchen
um die eigene Achse zu. Damit können
auch die in dem Montageröhrchen
enthaltenen Wellenleiterabschnitte 21, 22 um ihre
Längsachse
gedreht werden.
-
Die
in dem Montageröhrchen 10 angeordneten
Wellenleiterabschnitte 21, 22 werden so justiert, dass
an den schräg
verlaufenden Stirnflächen
umgelenktes Licht im wesentlichen senkrecht zur Wellenleiterachse 40 im
Röhrchen
nach unten abgelenkt wird. Nach dieser Drehjustage wird das Montageröhrchen 10 bevorzugt
zusätzlich
durch Klebung bzw. Laserschweißung
fixiert. Die Baugruppe, in der das fertig konfektionierte Montageröhrchen in
dem Gehäusekörper fixiert
ist, ist damit separat prüfbar.
-
Im
Bereich des Bodens der Nut 12 erstreckt sich eine in axialer
Richtung beschränkte Öffnung 14, die
gleichzeitig mit dem Bodenbereich der entsprechenden Grundbohrung 5 verbunden
ist. Damit kann aus den angeschrägten
Stirnflächen 211, 212 der Lichtwellenleiterabschnitte
im wesentlichen senkrecht zur Wellenleiterachse 40 ausgekoppeltes
Licht durch die Öffnung 14 hindurchtreten
und in Richtung einer angekoppelten optischen Subbaugruppe 15, 16 gestrahlt
bzw. von dieser empfangen werden.
-
Die Öffnung 14 erstreckt
sich bevorzugt jeweils nur in dem Bereich der Nut 12, durch
den aus dem Wellenleiterröhrchen 10 ausgekoppeltes
Licht strahlt. Grundsätzlich
ist es jedoch auch möglich, dass
sich die Aussparung über
den gesamten Bereich der Nut 12 erstreckt, wobei ggf. Maßnahmen zur
Festigkeit des Gehäuses
zu treffen wären.
-
Auf
der Unterseite des Gehäuses 1 ist
eine Gehäuseanschlagfläche 17 ausgebildet,
die ein Interface für
die Ankoppelung der optischen Sende- und/oder Empfangsbaugruppen 15, 16 darstellt.
-
Die
TO-Baugruppe 15 weist eine Bodenplatte 151 mit
vier elektrischen Durchführungen 152 auf, die
der elektrischen Kontaktierung eines optischen Sende- oder Empfangselementes
bzw. einer Monitordiode und einer Vorverstärkereinheit dienen. Weiter
weist die TO-Baugruppe 15 ein Gehäuseteil 153 auf, das
an seiner Oberseite ein Fenster 154 ausbildet, so dass
Licht in das TO-Gehäuse
ein- oder austreten kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sende-
oder Empfangsbauelement eine Monitordiode, auf die über eine
Linse 156 Licht fällt,
das aus dem Lichtwellenleiter ausgekoppelt wird und durch den Längsschlitz 10a des
Montageröhrchens 10,
den offenen Boden der Nut 12 sowie durch die Öffnung 14 tritt,
bevor es auf das Fenster 154 des TO-Gehäuses trifft.
-
Auf
dem TO-Fenster des Empfangsmoduls 15 ist darüberhinaus
ein Sperrfilter 157 montiert (vgl. 3), der für die empfangene Wellenlänge transparent
ist, jedoch nicht für
das Licht der Wellenlänge
der Sendebaugruppe 16 oder andere Wellenlängen.
-
Die
TO-Baugruppen 5, 6 sind jeweils fest mit dem Montagering 18 verbunden,
dessen Länge
so dimensioniert ist, dass ein definierter Abstand zwischen dem
fixierten Montageröhrchen 10 in
der Nut 12 und dem TO-Gehäuseboden 151 eingestellt
wird. Bei der Justage reicht die TO-Kappe 153 in die Grundbohrung 5 des
Gehäuses 1 hinein.
Wie bereits erwähnt,
ist der Grund der Bohrungen 5 mit einer durch die Öffnung 14 gebildeten
langgezogenen Freimachung zur Nut 12 hin durchbrochen.
-
Weiter
wird darauf hingewiesen, dass in den Spalt zwischen der Strahlaustrittsfläche aus
dem Montageröhrchen 10 und
der Lichtein- bzw. Lichtaustrittsöffnung des TO-Fensters 154 eine
optisch transparentes Silikonkalotte 20 eingebracht ist.
Der Umfang des Wellenleiterabschnitts 21, 22,
an dem eine Lichtein- bzw. -auskopplung erfolgt, stellt eine erste optische
Endfläche
bereit, über
die Licht in den Lichtwellenleiter ein- bzw. ausgekoppelt wird.
Das TO-Fenster 154 bzw. der darauf angeordnete Sperrfilter 157 stellt
eine zweite optische Endfläche
bereits, die dem Sende- bzw. Empfangsmodul 16, 15 zugeordnet
ist. Die Silikonkalotte 20 erfährt zwischen diesen Endflächen eine
elastische Deformation.
-
Die
Silikonkalotte 20 fokussiert das Licht, verbessert damit
den Ankoppelungswirkungsgrad, reduziert Rückreflexionen und schützt vor
kondensierender Feuchtigkeit auf den optischen Endflächen. Gleichzeitig
ist das Silikon über
einen großen
Temperaturbereich dauerelastisch und haftet gut an den optischen
Endflächen.
-
Zur
Herstellung wird die Silikonkalotte 20 bevorzugt als gesondert
gefertigtes Teil auf dem TO-Bauelement 15, 16 angeordnet.
Das TO-Bauelement 15, 16 wird dann gegen den Wellenleiterabschnitte 21, 22 gefahren
und justiert. Nach dem Andruck wird das Koppelmaximum gesucht und
in dieser Lage beispielsweise durch Schweißpunkte fixiert. Die Silikonkalotte 20 wird
durch den Andruck zusammengedrückt
und bildet eine Säule
zwischen der Lichtwellenleiteraustrittsfläche und dem TO-Fenster 154 aus,
die zuverlässig
den optischen Weg schützt. Aufgrund
der inhärenten
Elastizität
kann diese Säule sich
bei Temperaturschwankungen ausreichend ausdehnen bzw. sich zusammenziehen
und damit gewissenmaßen
atmen.
-
Die
Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausführung
nicht auf die vorstehend ausgeführten
Ausführungsbeispiele.
Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass mittels des beschriebenen
Elastomers eine Lichtfaser mit ihrer senkrecht verlaufenden oder
leicht angeschrägten
Stirnfläche
mit einem TO-Modul oder einem Modul anderer Bauart gekoppelt ist (Pigtail-Anordnung).
Das TO-Modul weist dabei eine geeignete Steckeraufnahme auf.