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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").
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In der Praxis erfolgt das Verschweißen mittels
elektrischer Glimmentladung oder mittels CO2-Laser.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung betrifft auch ein optisches
System selbst, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verschweißte Komponenten
aufweist.
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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:
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1 eine
Seitenansicht zweier optischer Komponenten in einem Verfahrenszwischenschritt,
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2 – 4 Seitenansichten einer optischen Komponente
mit größerem Querschnitt
in unterschiedlichen Gestaltungen der Anbindungsstelle,
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5 – 7 perspektivische Ansichten
einer solchen optischen Komponente wiederum in unterschiedlichen
Gestaltungen der Anbindungsstellen,
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8 eine
Seitenansicht eines optischen Systems,
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9A – C Seitenansichten eines Kollimatorblocks
in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten, und
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10A und B Seitenansichten eines Kollimator-Rohlings
in unterschiedlichen Abtastschritten.
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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.
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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.
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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.
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Wie aus 7 deutlich wird, kann der im Querschnitt
verringerte Bereich 3 der Linseneinheit 2 auch
als Übergangssteg 8 ausgeformt
sein.
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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.
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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.
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Als „Pointing Accuracy" wird nun der Winkel W
zwischen der idealen Achse 9 und dem in 8 strichpunktiert unterlegten realen
Strahl 10 bezeichnet.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im Übrigen erfolgt die weitere
Bearbeitung des Kollimatorblocks 17 gemäß 10 wie anhand von 9B und C erläutert.