DE10255925A1 - Verfahren zum Verschweißen optischer Komponenten unterschiedlicher Querschnitte und damit hergestelltes optisches System - Google Patents

Verfahren zum Verschweißen optischer Komponenten unterschiedlicher Querschnitte und damit hergestelltes optisches System Download PDF

Info

Publication number
DE10255925A1
DE10255925A1 DE2002155925 DE10255925A DE10255925A1 DE 10255925 A1 DE10255925 A1 DE 10255925A1 DE 2002155925 DE2002155925 DE 2002155925 DE 10255925 A DE10255925 A DE 10255925A DE 10255925 A1 DE10255925 A1 DE 10255925A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
optical
optical component
collimator
cross
welding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2002155925
Other languages
English (en)
Inventor
Markus Stark
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Blz Bayerisches Laserzentrum Gemeinnuetzige Forschungsgesellschaft Mbh
BLZ GmbH
Original Assignee
Blz Bayerisches Laserzentrum Gemeinnuetzige Forschungsgesellschaft Mbh
BLZ GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Blz Bayerisches Laserzentrum Gemeinnuetzige Forschungsgesellschaft Mbh, BLZ GmbH filed Critical Blz Bayerisches Laserzentrum Gemeinnuetzige Forschungsgesellschaft Mbh
Priority to DE2002155925 priority Critical patent/DE10255925A1/de
Publication of DE10255925A1 publication Critical patent/DE10255925A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/255Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
    • G02B6/2551Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding using thermal methods, e.g. fusion welding by arc discharge, laser beam, plasma torch
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/32Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Verschweißen optischer Komponenten stark unterschiedlicher Querschnittsflächen umfasst folgende Verfahrensschritte: DOLLAR A - Bereitstellen einer ersten optischen Komponente (1) mit kleinerem Querschnitt, DOLLAR A - Bereitstellen einer zweiten optischen Komponente (2) mit demgegenüber deutlich größerem Querschnitt, DOLLAR A - Erzeugen eines Bereiches (3) an der zweiten optischen Komponente (2) mit einem dem Querschnitt der ersten Komponente (1) angepassten, deutlich verringerten Querschnitt zur Bildung einer Anbindungsstelle (5) an der zweiten optischen Komponente (2) und DOLLAR A - Verschweißen der ersten Komponente (1) mit dieser Anbindungsstelle (5) der zweiten optischen Komponente (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen optischer Komponenten unterschiedlicher Querschnittsflächen, wie sie vor allem auf dem Gebiet der optischen Datenübertragung und der Optoelektronik verwendet werden. Typische Vertreter solcher optischer Bauteile sind Faserkollimatoren und Faserkollimator-Arrays (im Folgenden „FCAs").
  • Zum Verständnis der Erfindung werden im Folgenden die beim Verbinden optischer Komponenten deutlich verschiedener Querschnitte auftretenden Probleme und aus dem Stand der Technik bekannte Lösungsansätze anhand von Faserkollimatoren bzw. FCAs erläutert. Diese optischen Bauteile bestehen aus einer oder mehreren in einer Reihe oder Ebene angeordneten (Mikro-)Linsen – den Kollimatoren – bzw. aus einem monolithischen, linearen oder zweidimensionalen (Mikro-)Linsen-Array – dem Kollimator-Array – woran an einer Seite entsprechend optische Fasern angebunden sind. Die Erfindung betrifft natürlich ganz allgemein auch eine beliebige Anordnung von (Mikro-)Linsenelementen, an deren einer Seite Fasern angekoppelt sind, um das daraus austretende Licht zu kollimieren.
  • Wichtige Einsatzgebiete von Faserkollimatoren und FCAs sind optische Übertragungssysteme, in denen typischerweise Licht von einer oder mehreren Fasern in eine oder mehrere gegenüberliegende Fasern effizient zu übertragen ist. Durch die Aufweitung der Lichtstrahlen mit Hilfe des emitierenden Kollimators wird dabei die Koppelstelle zwischen Faserpaaren unempfindlicher gegen lateralen Versatz zwischen den Fasern. Zwischen den Kollimatoren können Elemente mit optischen Funktionen, wie beispiels weise optische Sensorsysteme eingebracht werden. Auch einzelne FCAs können für Sensorsysteme eingesetzt werden.
  • Als weitere typischen Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung sind neben den Kollimatoren die Ankopplung von Fasern an andere optische Komponenten, wie Prismen, Gitter, Filter, planare Wellenleiter usw. zu nennen.
  • Grundsätzlich sind aus dem Stand der Technik für die Verbindung optischer Komponenten verschiedene Verfahren bekannt, die auch bei Komponenten deutlich verschiedener Querschnitte eingesetzt werden können. Wichtige Kriterien für eine Verbindungsstelle zwischen optischen Komponenten ist die dort reflektierte Lichtleistung, auf dem Gebiet der Faseroptik insbesondere die in die Faser zurückreflektierte Leistung. Rückreflektion tritt auf, wenn ein Lichtstrahl eine Grenzfläche zwischen zwei Materialien unterschiedlicher optischer Dichte passiert. Die Höhe der reflektierten Leistung hängt dabei vom Unterschied der Brechzahlen zwischen den beiden Materialien ab. In die Sendefaser zurückreflektiertes Licht ist in diesem Zusammenhang bei der optischen Datenübertragung problematisch, da dadurch die empfindlichen Sendeeinheiten gestört werden können. Zur Beherrschung dieses Problems lehrt die EP 1 219 990 A1 beispielsweise bei einer Verbindung zwischen einer optischen Faser und einem Kollimator einen Schrägschliff an den Grenzflächen vorzusehen, sodass das dort reflektierte Licht nicht mehr in die Sendefaser gelangen kann. Die Reflektion selbst und somit auch die entsprechenden Reflektionsverluste werden dadurch allerdings nicht vermieden.
  • Eine Minimierung von Grenzflächenreflektionen kann beispielsweise durch das Aufbringen einer Antireflex-Beschichtung auf die Grenzflächen erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, an der Verbindungsstelle zwischen zwei optischen Komponenten eine Zwischenschicht vorzusehen, die in ihrem Berechnungsindex an die beiden optischen Komponenten angepasst ist. Laut US 2002/0097956 A1 kann es sich bei dieser Zwischenschicht um einen Index-angepassten Kleber handeln, der dann gleichzeitig die Fixierung der Fasern am Kollimatorblock übernimmt. Von Nachteil bei solchen Zwischenschichten ist oft eine deutliche Brechzahländerung bei Temperaturänderung und ein deutlich höherer Wärmeausdehnungskoeffizient im Vergleich zu üblichen Linsen- und Fasermaterialien.
  • Ein weiteres Kriterium für die Verbindungsstelle zwischen optischen Komponenten ist deren Stabilität auch bei starken mechanischen und thermischen Belastungen, wie Schock, Vibration, Temperaturwechsel und dergleichen. In diesem Zusammenhang ist es aus der US 5 500 917 A bekannt, mit Hilfe von Glasloten eine Verbindung herzustellen. Allerdings ist auch hier der Einsatz eines Hilfsstoffes, nämlich des Glaslotes eben, erforderlich.
  • Im Hinblick auf die vorstehend erörterten Probleme ist für das Verbinden von optischen Komponenten das Verschweißen der beiden Fügepartner am besten geeignet. Bei gleichen Materialien für die Komponenten kann unter komplettem Verzicht auf einen Hilfsstoff, wie Lot oder Kleber, ein spaltfreier Übergang zwischen den Partnern und damit ein reflektionsfreier Strahlverlauf erzeugt werden. Darüber hinaus sind Schweißverbindungen bei thermischen und mechanischen Belastungen sehr stabil.
  • Das Verschweißen zweier optischer Fasern ist aus dem Stand der Technik umfassend, z. B. aus der US 4 263 495 A und der US 5 623 570 A bekannt.
  • In der Praxis erfolgt das Verschweißen mittels elektrischer Glimmentladung oder mittels CO2-Laser.
  • Während beim Verschweißen von Fasern aufgrund deren im Wesentlichen übereinstimmenden Querschnitts keine diesbezüglichen Schwierigkeiten auftreten, ist das Anschweißen von Glasfasern an Kollimatorblöcke nur sehr schwierig zu realisieren. Durch die deutlich verschiedenen Querschnitte der beiden Komponenten ist ein gleichzeitiges Aufschmelzen der Fügeflächen beider Komponenten schwierig realisierbar, was vor allem auf monolithische Linsenarrays zutrifft, an die Fasern bzw. Faserarrays angeschweißt werden sollen.
  • Einen Lösungsansatz hierzu zeigt die WO 01/38 913 A2, aus der es bekannt ist, einen Laserstrahl über einen Umlenkspiegel nahezu normal auf die Endfläche der Komponente mit größerem Querschnitt zu richten, sodass von dieser wesentlich mehr Energie absorbiert wird als von der dünneren Faserkomponente. Letztendlich schmelzen durch Wärmeübergang beide Komponenten relativ gleichzeitig an und verschweißen miteinander.
  • Problematisch bei dieser Verschweißtechnik ist die aufwendige Strahlführung des Laserstrahls, die einen Durchgang für die zu verschweißenden Fasern vorsehen muss. Ferner wird das bestehende Ungleichgewicht in den Querschnittsflächen der Fügepartner dadurch grundsätzlich nicht ausgeräumt.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verschweißen optischer Komponenten unterschiedlicher Querschnittsflächen bereitzustellen, bei denen die durch die unterschiedlichen Querschnitte bedingten Nachteile vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird laut Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass an der optischen Komponente mit dem deutlich höheren Querschnitt ein Bereich erzeugt wird, der einen dem kleineren Querschnitt des anderen Fügepartners angepassten Querschnitt aufweist. Somit wird eine Anbindungsstelle an der zweiten optischen Komponente gebildet, die im Querschnitt der ersten optischen Komponente entspricht, sodass beide Komponenten trotz ihrer an sich stark unterschiedlichen Querschnitte auf einfache Weise wie beispielsweise zwei optische Fasern miteinander verschweißt werden können. Durch die querschnittverringerte Anbindungsstelle wird erreicht, dass eine schnellere Erwärmung beider Fügepartner und damit ein leichtes Verschweißen der eigentlich im Querschnitt deutlich verschiedenen Komponenten erzielt werden kann. Der Übergang der Anbindungsstelle zum restlichen Teil der optischen Komponente mit größerem Querschnitt kann dabei im Wesentlichen beliebig sein und ist erfindungstechnisch wenig kritisch. Dies trifft auch für die Geometrie der Fügefläche der Anbindungsstelle zu. Naturgemäß sind die beiden Komponenten umso einfacher zu verschweißen, je ähnlicher die Querschnitte und damit Fügeflächen der zu verbindenden Komponenten an der Anbindungsstelle sind. Beide Partner schmelzen dann nämlich optimal gleichmäßig auf und verschweißen entsprechend homogen miteinander. Von Vorteil bei dieser Verbindungstechnik ist dabei ferner, dass durch die aneinander angepassten Querschnitte der beiden zu verschweißenden und damit anschmelzenden Komponenten im Bereich der Fügestelle Oberflächenspannungen in den aufgeschmolzenen Zonen auftreten, die zu einer gegenseitigen Ausrichtung und – zumindest teilweisen – Zentrierung der beiden zu verschweißenden Komponenten führen kann. Etwaig vorhandene Axialversätze zwischen den optischen Achsen der beiden Komponenten können damit zumindest verringert werden.
  • Zur Erzeugung der Querschnittsverringerung an der Komponente mit größerem Querschnitt – im Folgenden mit „größere Komponente" im Gegensatz zu „kleinerer Komponente", wie beispielsweise einer optischen Faser bezeichnet – können subtraktive oder additive Verfahren verwendet werden. Letztere sehen ein Aufbringen von Zusatzmaterial auf die größere Komponente vor.
  • Bevorzugter dürfte jedoch die Erzeugung der Querschnittsverringerung an der größeren Komponente durch Materialabtragung sein. Hier kommen mechanische, spanabtragende Verfahren, wie Schleifen, Drehen, Fräsen oder Sandstrahlen genauso in Frage wie Laserstrahlabtragen. Auch eine chemische Abtragung über lithografische Verfahren oder Ätzverfahren sind einsetzbar. Lithografische Verfahren sind bei der Erzeugung von Leiterplatten oder Halbleitertopografien bekannt und arbeiten in der Regel durch Belichtung/Strukturierung über Masken oder (ohne Masken) durch direktes Schreiben mit Hilfe eines Scan-Laserstrahls. Schließlich sind Prägeverfahren zur Strukturierung der größeren Komponente für das Einbringen von Querschnittsverringerungen denkbar.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschäftigen sich mit der optisch möglichst korrekten Positionierung der Anbindungsstelle. Bei optischen Systemen mit mehreren Strahlengängen ist nämlich oft wichtig, dass die Strahlen sehr exakt zueinander verlaufen, so beispielsweise bei linearen oder zweidimensionalen FCAs, wo die durch die Mikrolinsen kollimierten Strahlen möglichst parallel zueinander gerichtet sein sollen. Wie im Ausführungsbeispiel noch im Zusammenhang mit der sogenannten „Pointing Accuracy" erläutert wird, treten bei der Verbindung von Faser zum Kollimator(-Array) verschiedene Toleranzgrößen auf, nämlich beispielsweise die Positionierung der Fasern zu den Lin sen des Kollimator(-Arrays und die Positionsabweichungen der Kollimator-Linsen von ihrer Optimalposition selbst.
  • Zur Lösung dieser Problematik kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durch einen allgemein so zu bezeichnenden Probestrahl die optische Optimalposition der Anbindungsstelle zum Strahlformungselement bestimmt und dort die Anbindungsstelle ausgebildet werden. Als Probestrahl kann dabei der eigentlich zu übertragende Lichtstrahl eingesetzt werden und das optische Signal nach Durchlaufen des durch die optischen Komponenten gebildeten Systems ausgewertet und mit einem Soll-Wert verglichen werden. Insoweit wird beispielsweise bei einem Faserkollimator durch die dünnere optische Komponente – also die Faser – hindurch der Lichtstrahl gesendet und nach dem Durchlaufen der größeren Komponente – also dem Kollimatorblock – ausgewertet.
  • Die vorstehenden Verfahrensschritte führen dazu, dass sich die Komponente mit kleinerem Querschnitt an der Idealposition befindet, was an sich im Zusammenhang mit der Erfindung einen grundlegenden Vorteil darstellt. Allerdings besteht noch die Fehlerquelle, dass der verdünnte Bereich an der größeren Komponente aufgrund von Fertigungstoleranzen zu seiner idealen Position versetzt sein kann, womit auch die kleinere Komponente beim Verschweißen zu diesen verdünnten Bereich versetzt verschweißt wird. Dieser Versatz der beiden Fügeflächen an der Anbindungsstelle kann beim Verschweißen zu einer Bewegung zwischen den Komponenten führen, was eine Dejustierung bedeutet.
  • Zur Lösung dieser Problematik sieht die Erfindung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zum Anschweißen insbesondere optischer Fa sern an einen Kollimator oder ein Kollimator-Array mit einer Vielzahl von Strahlformungselementen folgende Verfahrensschritte vor:
    • – Bereitstellen eines Kollimator-Rohlings, der auf einer Seite die Strahlformungselemente des späteren Faserkollimator-Arrays und auf der davon abgewandten Seite eine lichtsensitive Oberflächenschicht aufweist,
    • – Belichten des Kollimator-Rohlings von der Seite der Strahlformungselemente her unter Abbildung des Belichtungsstrahls entsprechend der Abbildungscharakteristik jedes Strahlformungselementes auf die lichtsensitive Oberflächenschicht, und
    • – Abtragen der nicht vom abgebildeten Belichtungsstrahl beaufschlagten Bereiche des Kollimator-Rohlings zur Ausbildung der Anbindungsstellen für die Fasern an der den Strahlformungselementen abgewandten Seite des Kollimators.
  • Die Belichtung erfolgt also hier durch die größere Komponente hindurch, wobei die optische Funktion der Strahlformungselemente in dieser Komponente zur Positionsdefinition der Anbindungsstelle ausgenutzt wird. Jede Abweichung der Position und optischen Eigenschaften eines Strahlformungselementes bildet sich direkt – quasi „in situ" -ab und führt zu einer entsprechenden Positionierung der zugehörigen Anbindungsstelle. Damit ist die reale Konfiguration mit allen Toleranzen der Strahlformungselemente der größeren Komponente berücksichtigt.
  • Weitere bevorzugte Verfahrensmaßnahmen betreffen die Durchführung der Belichtung, die entweder durch synchrone Ausleuchtung aller Strahlformungselemente oder durch Abtasten einzelner oder Gruppen von Strahlformungselementen durch einen Belichtungsstrahl ausgeführt wird. Letzterer kann beliebige Strahlcharakteristiken, also parallel, konvergent oder divergent annehmen, je nach dem wie groß der Querschnitt der Anbindungsstelle sein soll. Um eine weitere, über die optischen Gegebenheiten hinausgehende Verbreiterung zu erreichen, kann der Lichtstrahl vorzugsweise während der Belichtung zusätzlich verkippt oder in eine Taumelbewegung versetzt werden. Insgesamt hängt die Größe der belichteten Bereiche von der Art der Belichtung, der Wellenlänge der Strahlungsquelle, also beispielsweise UV-Strahlung und der Dicke der größeren Komponente verglichen mit der Brennweite deren Strahlformungselemente ab.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht sich auf die Optimierung der Dicke der größeren optischen Komponente, bevor diese mit der kleineren Komponente verschweißt wird. Hintergrund ist die Tatsache, dass es bei optischen Systemen erforderlich sein kann, die Dicke der optischen Komponente auf ihre reale Funktion abzustimmen. Aufgrund von Herstellungstoleranzen sowohl in der Dicke der Komponente als auch bei der Herstellung/Einbringung der entsprechenden optischen Funktion, ist die Dicke der Komponente jeweils an die reale Funktion des einzelnen optischen Elementes bzw. an eine Gruppe von Elementen anzupassen. Für die Dickenoptimierung ist es deshalb notwendig, die benötigte Dicke über eine Vermessung der optischen Funktion oder einer Vermessung der Geometrie des optischen Elements zu bestimmen und anschließend die größere Komponente auf die ermittelte Dicke zu bringen. Insoweit wird also die größere Komponente in ihrer Dicke vor oder nach dem Ausbilden der Anbindungsstellen durch dortiges Materialabtragen oder -aufbringen variiert, bevor die Verschweißung mit der ersten optischen Komponente erfolgt. Dies kann – wie beim Ausbilden der Querschnittserniedrigung und entsprechenden Anbindungsstellen selbst – durch Abtragung auf mechanischen Wege (Schleifen, Läppen, Polieren, Ätzen, Sägen oder dergleichen), Laserstrahlabtragung oder dergleichen erfolgen.
  • Soweit ein Kollimator-Rohling grundsätzlich eine Dicke aufweist, die deutlich über der zu erwartenden Enddicke ist, kann das Herstellungsverfahren so eingerichtet werden, dass immer zur Dickenanpassung ein Abtragen erfolgt.
  • Die kleinere optische Komponente kann schließlich vor dem Verschweißen mit der Anbindungsstelle – wie bereits erwähnt – aktiv entsprechend ihrer durch Online-Messung einer Eigenschaft des Systems ermittelten optischen Soll-Position oder passiv mit einem Haltewerkzeug, wie beispielsweise einer Lochmaske positioniert werden.
  • Wenngleich sich die vorstehend erörterte Verfahrensweise insbesondere auf Kollimatoren oder Kollimator-Arrays bezieht, so ist das beanspruchte Verfahren gleichermaßen für andersartige optische Systeme anwendbar, bei denen Elemente unterschiedlicher Querschnitte miteinander zu verbinden sind und einer der Fügepartner Strahlformungselemente aufweist.
  • Die Erfindung betrifft auch ein optisches System selbst, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verschweißte Komponenten aufweist.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar, in der das erfindungsgemäße Verfahren und damit hergestellte optische Systeme näher erläutert werden. Es zeigen:
  • 1 eine Seitenansicht zweier optischer Komponenten in einem Verfahrenszwischenschritt,
  • 24 Seitenansichten einer optischen Komponente mit größerem Querschnitt in unterschiedlichen Gestaltungen der Anbindungsstelle,
  • 57 perspektivische Ansichten einer solchen optischen Komponente wiederum in unterschiedlichen Gestaltungen der Anbindungsstellen,
  • 8 eine Seitenansicht eines optischen Systems,
  • 9AC Seitenansichten eines Kollimatorblocks in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten, und
  • 10A und B Seitenansichten eines Kollimator-Rohlings in unterschiedlichen Abtastschritten.
  • Anhand von 1 ist das grundsätzliche Verfahren zum Verschweißen optischer Komponenten zu erläutern. So sind zum einen eine optische Faser 1 als erste optische Komponente mit kleinem Querschnitt und zum anderen eine Linseneinheit 2 als Beispiel für eine zweite optische Komponente mit einem gegenüber der Faser deutlich größeren Querschnitt erkennbar. Vor dem Verschweißen dieser beiden optischen Komponenten 1, 2 wird an der Linseneinheit 2 auf der zu verschweißenden Seite ein Bereich 3 erzeugt, der einen der Faser 1 entsprechenden und damit deutlich verringerten Querschnitt aufweist. Dies kann – wie erwähnt – beispielsweise durch Drehen oder Fräsen spanabhebend, durch Sandstrahlen, mit Hilfe von lithografischen Verfahren oder durch Laserstrahlabtragung erfolgen.
  • Danach wird die Faser 1 mit ihrer Fügefläche 4 auf die vom querschnittsverringerten Bereich 3 gebildete Anbindungsstelle in Form der Fügefläche 5 gesetzt und beide Fügeflächen 4, 5 werden durch entsprechende Erwärmung mit Hilfe eines Lichtbogens oder eines CO2-Laserstrahls miteinander verschweißt.
  • Die Geometrie des im Querschnitt verringerten Bereichs 3 kann vielfältig ausgelegt sein. Neben den in 1 und 5 dargestellten Zylindergeometrien kann der Bereich 3 in seiner Außenkontur auch vierkantig ausgebildet sein, wie dies in 2 und 6 dargestellt ist. Neben den stufenförmigen Übergängen zwischen dem Bereich 3 und der verbleibenden Linseneinheit 2 kann auch eine ringförmig konkave Übergangszone 6 – wie in 3 – bzw. eine kegelstumpfförmige Übergangszone 7 vorgesehen sein, wie dies in 4 dargestellt ist.
  • Wie aus 7 deutlich wird, kann der im Querschnitt verringerte Bereich 3 der Linseneinheit 2 auch als Übergangssteg 8 ausgeformt sein.
  • Anhand von 8 ist die bereits angesprochene Problematik der „Pointing Accuracy" zu erörtern. So zeigt 8 eine Faser 1, die an eine Linsenseinheit 2 angeschweißt ist. Strichliert ist in dieser Darstellung die ideale optische Achse 9 eingezeichnet, entlang derer bei entsprechend zentrischer Anbringung der Faser 1 und Fehlerfreiheit der Linseneinheit 2 ein Lichtstrahl durch das optische System laufen würde.
  • In realiter ist die Anbringung der Fasern 1 mit einer Toleranz behaftet, die zu einer exzentrischen Positionierung führt. Ferner weist die Linseneinheit 2 in aller Regel Linsenfehler auf, die auch bei idealer Positionierung der Faser 1 selbst zu Abweichungen vom idealen Strahlengang führen würden.
  • Als „Pointing Accuracy" wird nun der Winkel W zwischen der idealen Achse 9 und dem in 8 strichpunktiert unterlegten realen Strahl 10 bezeichnet.
  • Es kann nun ein Probestrahl durch die Faser 1 geleitet und letztere aktiv in radialer Richtung zur idealen optischen Achse 9 positioniert werden, bis der reale Strahl 10 möglichst gering davon abweicht. Dieses aktive Verfahren für die laterale Positionierung der Fasern führt bereits zu einer deutlichen Verbesserung der optischen Eigenschaften des Systems.
  • Eine Fehlerquelle besteht in diesem Zusammenhang noch darin, dass der im Querschnitt verdünnte Bereich 3 von seiner Idealposition durch Fertigungstoleranzen radial abweichend positioniert wird, sodass zwischen der Faser 1 in ihrer idealen Position und dem Bereich 3 wiederum ein seitlicher Versatz auftritt, wie dies bereits in der Beschreibungseinleitung als problematisch angesprochen wurde.
  • Anhand von 9 ist zur Lösung dieser Problematik eine komplexere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erläutern. So wird als größere optische Komponente ein Kollimator-Rohling 11 bereitgestellt, der auf einer Seite mit einer Vielzahl von Strahlformungselementen in Form von Mikrolinsen 12 versehen ist. Dieses Array von Mikrolinsen 12 ist endbearbeitet und weist dementsprechend bestimmte optische Abbildungseigenschaften auf, die in realiter toleranzbehaftet sind.
  • Auf der den Mikrolinsen 12 abgewandten Rückseite 13 des Kollimator-Rohlings 11 ist eine lichtsensitive Oberflächenschicht 14 aufgebracht, wie sie von lithografischen Strukturierverfahren her bekannt ist. Diese Oberflächenschicht 14 soll die Eigenschaft haben, unter Belichtung zu vernetzen und dann gegen Abtragung durch ätzende Flüssigkeiten resistent zu sein (sogenannte Resist-Schicht).
  • Der so ausgebildete Kollimator-Rohling 11 wird – wie in 9A dargestellt ist – mit UV-Licht 15 von der Seite der Mikrolinsen 12 her beleuchtet. Dabei ist darauf zu achten, dass das UV-Licht 15 sauber parallel zu den idealen Strahlachsen der Mikrolinsen 12 verläuft. Der Belichtungsstrahl 15 wird nun durch die einzelnen Mikrolinsen 12 entsprechend deren realen optischen Eigenschaften auf die lichtsensitive Oberflächenschicht 14 abgebildet und treffen – je nach Verhältnis des Abstandes zwischen Oberflächenschicht 14 und Mikrolinse 12 zu deren Brennweite – entsprechend mehr oder weniger stark gebündelt auf die lichtsensitive Oberflächenschicht 14 auf. Durch die Auslegung der Rohlingsdicke ist also die Geometrie der Ankoppelstelle insoweit bestimmbar, als die vom UV-Licht 15 beaufschlagten Zonen 16 der Oberflächenschicht 14 die Position und den Durchmesser des im Querschnitt jeweils verjüngten Bereiches 3 zum Anschweißen an der jeweiligen Faser definieren. Dieser Bereich 3 wird nun wiederum durch Anwenden bekannter lithografischer Ätzverfahren und entsprechender Abtragung herausgearbeitet, wie dies in 9B dargestellt ist.
  • In 9A und B ist strichliert die Ebene des optimalen Abstandes zwischen der noch anzubringenden Schweißstelle zwischen Faser 1 und Linseneinheit 2 markiert, wie sie durch entsprechende Vermessung der Mikrolinsen 12 ermittelt wurde. In einem weiteren Verfahrensschritt wird nun der Kollimator-Rohling 11 im Bereich der im Querschnitt verdünnten Bereiche 3 von der Oberflächenschicht 14 befreit und weiter abgetragen, bis die die Anbindungsstellen definierenden Fügeflächen 5 der Bereiche 3 auf diesem optimalen Abstand zur Mikrolinse 12 liegt. Damit ist die Dicke des nun gebildeten Kollimatorblocks 17 jeweils an die realen optischen Eigenschaften der Mikrolinsen 12 optimal angepasst. Dabei kann jeder einzelne querschnittsverringerte Bereich 3 eine individuelle Länge L aufweisen.
  • Nach dem in 9C gezeigten Verfahrenszwischenschritt können die einzelnen Fasern 1 (nicht näher dargestellt) mit den Fügeflächen 5 der Bereiche 3 als Anbindungsstellen verschweißt werden.
  • Neben der bei der Verfahrensvariante gemäß 9 verwendete synchronen Beleuchtung des kompletten Kollimator-Rohlings 11 über alle Mikrolinsen 12 hinweg kann auch eine scannende Belichtung der einzelnen Mikrolinsen 12 verwendet werden. Wie anhand von 10A und B erkennbar ist, wird in aufeinanderfolgenden Belichtungsschritten jede Mikrolinse 12.1 ( 10A), 12.2 (10B) usw. einzeln nacheinander belichtet. Hierbei kann jeder einzelne Belichtungsstrahl 15 zur Steuerung des Durchmessers der Strahlabbildung in der Oberflächenschicht 14 verschiedenen Maßnahmen unterworfen werden. So kann neben der dargestellten parallelen Strahlcharakteristik auch eine konvergente oder divergente Strahl-Charakteristik verwendet werden. Zur Vergrößerung der lichtbeaufschlagten Zone 16 in der Oberflächenschicht 14 kann ferner der Belichtungsstrahl 15 in eine um die ideale Achse taumelnde oder verkippte Position verbracht werden. Ersteres in 10A durch den Pfeil 18, Zweiteres in 10B durch den Pfeil 19 angedeutet.
  • Im Übrigen erfolgt die weitere Bearbeitung des Kollimatorblocks 17 gemäß 10 wie anhand von 9B und C erläutert.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Verschweißen optischer Komponenten unterschiedlicher Querschnittsflächen, insbesondere von optischen Fasern mit Kollimator-Anordnungen, mit folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen einer ersten optischen Komponente (1) mit kleinerem Querschnitt, und – Bereitstellen einer zweiten optischen Komponente (2, 17) mit demgegenüber deutlich größerem Querschnitt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Erzeugen eines Bereiches (3) an der zweiten optischen Komponente (2, 17) mit einem dem Querschnitt der ersten Komponente (1) angepassten, deutlich verringerten Querschnitt zur Bildung einer Anbindungsstelle (5) an der zweiten optischen Komponente (2, 17), und – Verschweißen der ersten Komponenten (1) mit dieser Anbindungsstelle (5) der zweiten optischen Komponente (2, 17).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverringerung an der zweiten Komponente (2, 17) durch Materialabtragung, insbesondere durch mechanische Spanabtragung, durch Sandstrahlen, durch Laserstrahlabtragung, chemische Abtragung über lithografische oder Ätzverfahren, Prägeverfahren oder dergleichen erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine der optischen Komponenten (2, 17) mit einem Strahlformungselement (12) versehen ist, insbesondere zum Anschweißen einer optischen Faser (1) an einen Kollimator (17), dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Probestrahl (10) die optische Optimalposition der Anbindungsstelle (5) zum Strahlformungselement (12) bestimmt und dort die Anbindungsstelle (5) ment (12) bestimmt und dort die Anbindungsstelle (5) ausgebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere zum Anschweißen optischer Fasern (1) an einen Kollimator (17) mit einer Vielzahl von Strahlformungselementen (12), gekennzeichnet durch folgende weitere Verfahrensschritte: – Bereitstellen eines Kollimator-Rohlings (11), der auf einer Seite die Strahlformungselemente (12) des Kollimators (17) und auf der davon abgewandten Seite (13) eine lichtsensitive Oberflächenschicht (14) aufweist, – Belichten des Kollimator-Rohlings (11) von der Seite der Strahlformungselemente (12) her unter Abbildung des Belichtungsstrahls (15) entsprechend der Abbildungscharakteristik jedes Strahlformungselementes (12) auf die lichtsensitive Oberflächenschicht (14), und – Abtragen der nicht vom abgebildeten Belichtungsstrahl (15) beaufschlagten Bereiche des Kollimator-Rohlings (11) zur Ausbildung der Anbindungsstellen (5) für die Fasern (1) an der den Strahlformungselementen (12) abgewandten Seite des Kollimators (17).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtung durch synchrone Ausleuchtung aller Strahlformungselemente (12) erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Belichtungsstrahl (15) scannend nacheinander über einzelne oder Gruppen von Strahlformungselementen (12) geführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Belichtungsstrahl (15) während der Belichtung in eine Kipp- und/oder in eine Taumelbewegung (18, 19) um seine Strahlachse versetzt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optische Komponente (2, 17) in ihrer Dicke vor oder nach dem Ausbilden der Anbindungsstelle(n) (5) durch dortiges Materialabtragen oder -aufgingen variiert wird, bevor die Verschweißung mit der ersten optischen Komponente (1) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Komponente (1) vor dem Verschweißen mit der Anbindungsstelle (5) aktiv entsprechend ihrer optischen Sollposition positioniert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Komponente (1) vor dem Verschweißen mit der Anbindungsstelle (5) passiv mit einem Haltewerkzeug, insbesondere einer Lochmaske positioniert wird.
  11. Optisches System, bestehend aus einer ersten optischen Komponente (1) mit einem kleineren Querschnitt und einer zweiten optischen Komponente (2, 17) mit einem demgegenüber deutlich größeren Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden optischen Komponenten (1, 2) im Bereich einer im Querschnitt deutlich verringerten Anbindungsstelle (5) an der zweiten optischen Komponente (2) miteinander verschweißt sind.
DE2002155925 2002-11-29 2002-11-29 Verfahren zum Verschweißen optischer Komponenten unterschiedlicher Querschnitte und damit hergestelltes optisches System Withdrawn DE10255925A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002155925 DE10255925A1 (de) 2002-11-29 2002-11-29 Verfahren zum Verschweißen optischer Komponenten unterschiedlicher Querschnitte und damit hergestelltes optisches System

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002155925 DE10255925A1 (de) 2002-11-29 2002-11-29 Verfahren zum Verschweißen optischer Komponenten unterschiedlicher Querschnitte und damit hergestelltes optisches System

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10255925A1 true DE10255925A1 (de) 2004-06-09

Family

ID=32308864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2002155925 Withdrawn DE10255925A1 (de) 2002-11-29 2002-11-29 Verfahren zum Verschweißen optischer Komponenten unterschiedlicher Querschnitte und damit hergestelltes optisches System

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10255925A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3141904A1 (de) * 1981-10-22 1983-06-30 Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH, 8500 Nürnberg Steckverbinder fuer lichtwellenleiter
US5293438A (en) * 1991-09-21 1994-03-08 Namiki Precision Jewel Co., Ltd. Microlensed optical terminals and optical system equipped therewith, and methods for their manufacture, especially an optical coupling method and optical coupler for use therewith
EP0642042A1 (de) * 1993-09-02 1995-03-08 AT&T Corp. Justiermethoden von optischer Faser
DE19927167A1 (de) * 1999-04-29 2000-11-16 Fraunhofer Ges Forschung Koppelelement zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung und Verfahren zu dessen Herstellung sowie Anordnung aus Koppelelementen zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung
DE10065197A1 (de) * 2000-12-20 2002-07-11 Euromicron Werkzeuge Gmbh Abbildungsoptik

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3141904A1 (de) * 1981-10-22 1983-06-30 Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH, 8500 Nürnberg Steckverbinder fuer lichtwellenleiter
US5293438A (en) * 1991-09-21 1994-03-08 Namiki Precision Jewel Co., Ltd. Microlensed optical terminals and optical system equipped therewith, and methods for their manufacture, especially an optical coupling method and optical coupler for use therewith
EP0642042A1 (de) * 1993-09-02 1995-03-08 AT&T Corp. Justiermethoden von optischer Faser
DE19927167A1 (de) * 1999-04-29 2000-11-16 Fraunhofer Ges Forschung Koppelelement zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung und Verfahren zu dessen Herstellung sowie Anordnung aus Koppelelementen zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung
DE10065197A1 (de) * 2000-12-20 2002-07-11 Euromicron Werkzeuge Gmbh Abbildungsoptik

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2113332B1 (de) Verfahren und Laservorrichtung zum Bearbeiten und/oder Verbinden von Werkstücken mittels Laserstrahlung mit Leistungswirk- und Pilotlaser und mindestens einem diffraktiven optischen Element
DE3101378C2 (de) Optik zur Ankopplung eines faseroptischen Lichtwellenleiters
DE19932430C2 (de) Opto-elektronische Baugruppe sowie Bauteil für diese Baugruppe
DE69533890T2 (de) Filteroptische Muffe und optischer Koppler, hergestellt unter Verwendung der filteroptischen Muffe
DE69933176T2 (de) Optische Wellenleitervorrichtung und deren Herstellungsverfahren
AT504726A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines trennspalts in einer glasscheibe
DE102007034261B4 (de) Vorrichtung zum Vereinigen einzelner Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen zu einem koaxialen Lichtbündel
DE102012209628A1 (de) Faserkoppler
CH697509B1 (de) Laserschweisseinrichtung, bestehend aus einem Lichtleiter oder einem Lichtwellenleiter mit einem optischen Trichter.
DE10320152A1 (de) Optikfaserkoppler mit einer entspannten Ausrichtungstoleranz
EP1186927B1 (de) Verstellvorrichtung und Verfahren zu ihrer Justierung
DE102017206461B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum laserbasierten Trennen eines transparenten, sprödbrechenden Werkstücks
CH616001A5 (en) Method for producing an endpiece, having a lens, for optical fibres.
WO2020193255A1 (de) Vorrichtung zur erzeugung einer räumlich modulierbaren leistungsdichteverteilung aus laserstrahlung
DE102006039601A1 (de) Optisches Koppelelement
DE19840935B4 (de) Abschlußstück für Lichtleitfasern
DE10255925A1 (de) Verfahren zum Verschweißen optischer Komponenten unterschiedlicher Querschnitte und damit hergestelltes optisches System
EP1018053A1 (de) Optisches system zum einkoppeln von laserstrahlung in einen lichtwellenleiter und verfahren zu dessen herstellung
DE102015205163B4 (de) Optisches System für eine Laserbearbeitungsmaschine, mit einem optischen Element in einem Stecker eines Lichtleitkabels
DE102018116782B4 (de) Bestrahlungsvorrichtung und Bestrahlungsverfahren
DE102012025565B4 (de) Optisches Kopplungssystem mit einem optischen Koppler und einem lichtdurchlässigen äußeren Medium sowie Herstellung und Verwendung eines solchen Systems
DE102004059945A1 (de) Sender und Empfänger für Lichtwellenleiterübertragung mit hoher Toleranz
DE10231969B4 (de) Optisches Element zur Formung eines Lichtstrahls und Verfahren zum Bearbeiten von Objekten mittels Laserstrahlen
DE102006039623B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von wenigstens zwei Elementen
DE102008005801B3 (de) Optisches Koppelelement für zweidimensionale Wellenleiter-Arrays und Verfahren zu dessen Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee