DE10394280B4

DE10394280B4 - Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters mit Einkerbungen in der Manteloberfläche

Info

Publication number: DE10394280B4
Application number: DE10394280T
Authority: DE
Inventors: Marcus Janssen; Martin Gerster
Original assignee: GERSTER TECHTEX GmbH
Current assignee: GERSTER TECHTEX GmbH
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2023-11-20
Also published as: DE10394280D2; WO2005052658A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters (110) mit zwei Stirnflächen (111, 112), wobei in mindestens eine der Stirnflächen (111, 112) Licht einkoppelbar ist, sowie mit einer eine Mehrzahl von Einkerbungen (114) aufweisenden Manteloberfläche (113), wobei an den Einkerbungen jeweils ein Teil des eingekoppelten Lichtes austritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (110) als Schussfaden in eine Webmaschine (200) eingeführt wird, wobei ein aus einer Mehrzahl zueinander parallel angeordneter Stichstäbe (210) gebildeter Riet (220) mit einem solchen Anpressdruck gegen einen jeweiligen Lichtwellenleiter-Schussfaden (110) geführt wird, dass eine Ausbildung entsprechender Einkerbungen (114) in einem jeden Lichtwellenleiter-Schussfaden (110) sichergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters mit zwei Stirnflächen, wobei in mindestens eine der Stirnflächen Licht einkoppelbar ist, sowie mit einer eine Mehrzahl von Einkerbungen aufweisenden Manteloberfläche, wobei an den Einkerbungen jeweils ein Teil des eingekoppelten Lichtes austritt.
Die Lichtwellenleiter werden im Stand der Technik verwendet, um Licht unterschiedlichster Vellenlängen nahezu verlustfrei gezielt von einem Ort A zu einem Ort B zu leiten. Dabei wird angestrebt, dass für eingeleitetes Licht innerhalb eines Lichtwellenleiters die Bedingungen einer Totalreflexion gegeben sind, so dass das Licht nicht an der Mantelfläche sondern nur an einer Stirnfläche des Lichtwellenleiters austreten kann. Die bekannten Lichtwellenleiter-Vorrichtungen weisen dadurch jedoch den Nachteil auf, dass insbesondere eine großflächige Raumbeleuchtung, wie sie für viele Fälle in der Praxis wünschenswert ist, nicht ermöglicht ist.

Aus EP 0 594 089 A1 ist ein Lichtwellenleiter mit einem lichtaussendenden Bereich bekannt. In dem lichtaussendenden Bereich sind Reflexionsflächen vorgesehen, von denen wenigstens eine eine Querschnittsfläche aufweist, die kleiner als diejenige des Lichtwellenleiters ist. Auf die Reflexionsflächen auftreffendes Licht wird dabei aus dem Lichtwellenleiter ausgeleitet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für Lichtwellenleiter zu schaffen, bei denen Licht insbesondere mehrfach über die Mantelfläche ausleitbar ist, so dass neuartige Anwendungsmöglichkeiten für die Lichtwellenleiter geschaffen werden und auch eine großflächige Raumbeleuchtung ermöglicht ist.

Für ein Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß einer ersten Alternative dadurch gelöst, dass der Lichtwellenleiter als Schussfaden in eine Webmaschine eingeführt wird, wobei ein aus einer Mehrzahl zueinander parallel angeordneter Stichstäbe gebildeter Riet mit einem solchen Anpressdruck gegen einen jeweiligen Lichtwellenleiter-Schussfaden geführt wird, dass eine Ausbildung entsprechender Einkerbungen in einem jeden Lichtwellenleiter-Schussfaden sichergestellt ist.

Gemäß einer zweiten Alternative wird die obige Aufgabe dadurch gelöst, dass der Lichtwellenleiter als Kettfaden in eine Webmaschine eingeführt wird, wobei ein jeweiliger Lichtwellenleiter-Kettfaden durch das Auge eines Litzenstabes geführt wird, dessen Innenrand nach einem jeden Einführen eines Schussfadens mit einem solchen Anpressdruck in eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung eines Lichtwellenleiter-Kettfadens geführt wird, dass eine Ausbildung entsprechender Einkerbungen in dem Lichtwellenleiter-Kettfaden sichergestellt ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei den erfindungsgemäßen Verfahren wird je nach Größe des gewählten Anpressdrucks des Riets gegen einen jeweiligen Lichtwellenleiter eine flachere oder tiefere Einkerbung erzielt. Je größer der Anpressdruck dabei gewählt ist, um so stärker ist auch die mechanische Einwirkung auf das Material eines Lichtwellenleiters gegeben, die bei entsprechend gewählten Drücken automatisch auch zu einer merklichen Änderung des Brechungsindex des Lichtwellenleitermaterials an denjenigen Stellen führt, an denen ein Stichstab auf die Manteloberfläche eines Lichtwellenleiters eingewirkt hat.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß erster Alternative ist vorgesehen, dass in einem Riet (220) etwa 5 bis 40 und insbesondere 15 bis 25 Stichstäbe (210) pro cm vorgesehen sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß zweiter Alternative ist vorgesehen, dass ein Litzenstab eine Breite von 0,1 mm bis 1 mm aufweist.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgeführt, die sich auf beide Alternativen der Erfindung beziehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren gemäß beider Alternativen ist vorgesehen, dass die Einkerbungen näherungsweise rechtwinklig zur Längsrichtung des Lichtwellenleiters ausgerichtet sind und eine Länge aufweisen, die kleiner als der Radius des Lichtwellenleiters bemessen ist. Dabei weisen die Einkerbungen vorzugsweise jeweils eine näherungsweise geradlinig verlaufende Basis auf, deren mittlerer Bereich einen größeren Abstand zur Manteloberfläche des Lichtwellenleiters aufweist als deren jeweilige Endbereiche. Des weiteren weist der jeweilige mittlere Bereich der einzelnen Einkerbungen vorzugsweise einen so großen Abstand zur Manteloberfläche auf, dass die Einkerbungen jeweils auf eine Länge von 0,5% bis 10% des Radius des Lichtwellenleiters bemessen sind. Die Einkerbungen sind alternative vorzugsweise jeweils auf eine Länge von 30% bis 200% des Radius des Lichtwellenleiters bemessen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass der Lichtwellenleiter in einem der jeweiligen Einkerbung nahen Raumbereich einen Brechungsindex aufweist, der unterschiedlich zu dem allgemeinen Brechungsindex des Lichtwellenleiters ist. Je nach Anwendungsfall und gewünschter Ablenkrichtung des Lichtes kann der Brechungsindex des Lichtwellenleiters in einem der jeweiligen Einkerbung nahen Raumbereich größer sein als der allgemeine Brechungsindex des Lichtwellenleiters, oder der Brechungsindex des Lichtwellenleiters kann alternativ in einem der jeweiligen Einkerbung nahen Raumbereich kleiner sein als der allgemeine Brechungsindex des Lichtwellenleiters.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Mehrzahl der Einkerbungen in äquidistantem Abstand zueinander angeordnet sind.

Die Einkerbungen können beispielsweise im Querschnitt näherungsweise rechteckig ausgebildet werden, oder sie können im Querschnitt näherungsweise dreiecksförmig oder näherungsweise kreissegmentförmig ausgebildet werden.

Die Einkerbungen weisen dabei vorzugsweise jeweils eine lichte Breite von 0,05 mm bis 1,0 mm und insbesondere von 0,2 mm aufweisen.

Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass der Lichtwellenleiter als polymere optische Faser ausgebildet wird, und dass der Lichtwellenleiter als Bündel einer Vielzahl von Einzelfasern ausgebildet wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:

1 Eine Systemansicht einer Webmaschine zur Herstellung der in 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform von Lichtwellenleitern;

2 eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter-Vorrichtung in einer Ansicht von schräg oben;

3 die in 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsansicht;

4 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsansicht;

5 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsansicht;

6 eine Webmaschine zur Herstellung der in den 2 und 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von schräg oben:

7 eine Webmaschine zur Herstellung der in den 2 und 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von schräg oben.

1 zeigt eine Systemansicht einer Webmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Lichtwellenleiters (110) mit zwei Stirnflächen (111, 112), wobei in mindestens eine der Stirnflächen (111, 112) Licht einkoppelbar ist, sowie mit einer eine Mehrzahl von Einkerbungen (114) aufweisenden Manteloberfläche (113), wobei an den Einkerbungen jeweils ein Teil des eingekoppelten Lichtes austritt. Ein Lichtwellenleiter (110) wird dabei als Schussfaden in eine Webmaschine (200) eingeführt, wobei ein aus einer Mehrzahl zueinander parallel angeordneter Stichstäbe (210) gebildeter Riet (220) mit einem solchen Anpressdruck gegen einen jeweiligen Lichtwellenleiter-Schussfaden (110) geführt wird, dass eine Ausbildung entsprechender Einkerbungen (114) in einem jeden Lichtwellenleiter-Schussfaden (110) sichergestellt ist.
Der in den 2 und 3 dargestellte Lichtwellenleiter 110 enthält zwei Stirnflächen 111, 112 sowie eine Manteloberfläche 113, wobei in mindestens eine der Stirnflächen 111, 112 Licht einkoppelbar ist. Wesentlich ist dabei, dass die Manteloberfläche 113 eine Mehrzahl von Einkerbungen 114 aufweist, an denen jeweils ein Teil des eingekoppelten Lichtes austritt.
Die Einkerbungen 114 sind näherungsweise rechtwinklig zur Längsrichtung des Lichtwellenleiters 110 ausgerichtet und weisen eine Länge auf, die kleiner als der Radius des Lichtwellenleiters 110 bemessen ist. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, weist eine Einkerbung 114 eine im wesentlichen geradlinig verlaufende Basis 115 auf, deren mittlerer Bereich 116 einen größeren Abstand zur Manteloberfläche 113 des Lichtwellenleiters 110 aufweist als deren jeweilige Endbereiche 117, 117'. Der mittlere Bereich 116 einer Einkerbung 114 weist einen so großen Abstand zur Manteloberfläche 113 auf, dass die Einkerbung 114 auf eine Länge von etwa 2% des Radius des Lichtwellenleiters 110 bemessen ist, der einen Durchmesser von 0,25 mm aufweist.
Der Lichtwellenleiter 110 ist in einem einer Einkerbung 114 nahen Raumbereich mit einem Brechungsindex versehen, der größer bemessen ist als der allgemeine Brechungsindex des Lichtwellenleiters 110.
Die Mehrzahl von Einkerbungen 114 sind in äquidistantem Abstand zueinander angeordnet, wobei eine Einkerbung 114 im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist und eine lichte Breite von etwa 0,2 mm aufweist.
Die 4 und 5 zeigen jeweils weitere bevorzugte Ausführungsformen eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Lichtwellenleiters in einer Querschnittsansicht.
Die dargestellten Lichtwellenleiter 110 sind hergestellt mit Hilfe einer in den 6 und 7 in einer Prinzipansicht dargestellten Webmaschine 200, wobei der Lichtwellenleiter 110 als Schussfaden in die Webmaschine 200 eingeführt ist, und wobei ein aus einer Mehrzahl zueinander parallel angeordneter Stichstäbe 210 gebildeter Riet 220 mit einem solchen Anpressdruck gegen einen jeweiligen Lichtwellenleiter-Schussfaden 110 geführt wird, dass eine Ausbildung entsprechender Einkerbungen 114 in einem jeden Lichtwellenleiter-Schussfaden 110 sichergestellt ist. Je nach gewähltem Anpressdruck des Riets 220 gegen einen jeweiligen Lichtwellenleiter-Schussfaden 110 wird bei diesem Herstellungsverfahren eine flachere oder tiefere Einkerbung 114 erzielt.
Je größer der Anpressdruck dabei gewählt ist, um so stärker ist die mechanische Einwirkung auf das Material eines Lichtwellenleiters 110 gegeben, die bei entsprechend gewählten Drücken automatisch zu einer merklichen Änderung des Brechungsindex des Lichtwellenleitermaterials an denjenigen Stellen führt, an denen ein Stichstab 210 auf die Manteloberfläche 113 eines Lichtwellenleiters 110 eingewirkt hat.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung dient lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche definierten erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch das Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters (110) mit zwei Stirnflächen (111, 112), wobei in mindestens eine der Stirnflächen (111, 112) Licht einkoppelbar ist, sowie mit einer eine Mehrzahl von Einkerbungen (114) aufweisenden Manteloberfläche (113), wobei an den Einkerbungen jeweils ein Teil des eingekoppelten Lichtes austritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (110) als Schussfaden in eine Webmaschine (200) eingeführt wird, wobei ein aus einer Mehrzahl zueinander parallel angeordneter Stichstäbe (210) gebildeter Riet (220) mit einem solchen Anpressdruck gegen einen jeweiligen Lichtwellenleiter-Schussfaden (110) geführt wird, dass eine Ausbildung entsprechender Einkerbungen (114) in einem jeden Lichtwellenleiter-Schussfaden (110) sichergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Riet (220) 5 bis 40 Stichstäbe (210) pro cm vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Riet (220) 15 bis 25 Stichstäbe (210) pro cm vorgesehen sind.
Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters (110) mit zwei Stirnflächen (111, 112), wobei in mindestens eine der Stirnflächen (111, 112) Licht einkoppelbar ist, sowie mit einer eine Mehrzahl von Einkerbungen (114) aufweisenden Manteloberfläche (113), wobei an den Einkerbungen jeweils ein Teil des eingekoppelten Lichtes austritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (110) als Kettfaden in eine Webmaschine (200) eingeführt wird, wobei ein jeweiliger Lichtwellenleiter-Kettfaden durch das Auge eines Litzenstabes geführt wird, dessen Innenrand nach einem jeden Einführen eines Schussfadens mit einem solchen Anpressdruck in eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung eines Lichtwellenleiter-Kettfadens geführt wird, dass eine Ausbildung entsprechender Einkerbungen (114) in dem Lichtwellenleiter-Kettfaden sichergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Litzenstab eine Breite von 0,1 mm bis 1 mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbungen (114) näherungsweise rechtwinklig zur Längsrichtung des Lichtwellenleiters (110) ausgerichtet sind und eine Länge aufweisen, die kleiner als der Radius des Lichtwellenleiters (110) bemessen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbungen (114) jeweils eine näherungsweise geradlinig verlaufende Basis (115) aufweisen, deren mittlerer Bereich (116) einen größeren Abstand zur Manteloberfläche (113) des Lichtwellenleiters (110) aufweist als deren jeweilige Endbereiche (117, 117').
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige mittlere Bereich (116) der einzelnen Einkerbungen (114) einen so großen Abstand zur Manteloberfläche (113) aufweist, dass die Einkerbungen (114) jeweils auf eine Länge von 0,5% bis 10% des Radius des Lichtwellenleiters (110) bemessen sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbungen (114) jeweils auf eine Länge von 30% bis 200% des Radius des Lichtwellenleiters (110) bemessen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (110) in einem der jeweiligen Einkerbung (114) nahen Raumbereich einen Brechungsindex aufweist, der unterschiedlich zu dem allgemeinen Brechungsindex des Lichtwellenleiters (110) ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex des Lichtwellenleiters (110) in einem der jeweiligen Einkerbung (114) nahen Raumbereich größer ist als der allgemeine Brechungsindex des Lichtwellenleiters (110).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex des Lichtwellenleiters (110) in einem der jeweiligen Einkerbung (114) nahen Raumbereich kleiner ist als der allgemeine Brechungsindex des Lichtwellenleiters (110).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Einkerbungen (114) in äquidistantem Abstand zueinander angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbungen (114) im Querschnitt näherungsweise rechteckig ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbungen (114) im Querschnitt näherungsweise dreiecksförmig ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbungen (114) näherungsweise im Querschnitt kreissegmentförmig ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbungen (114) jeweils eine lichte Breite von 0,05 mm bis 1,0 mm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbungen (114) jeweils eine lichte Breite von 0,2 mm aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (110) als polymere optische Faser ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (110) als Bündel einer Vielzahl von Einzelfasern ausgebildet wird.