DE19802173B4

DE19802173B4 - Arrangement for the fine adjustment of an optical fiber-chip coupling

Info

Publication number: DE19802173B4
Application number: DE1998102173
Authority: DE
Inventors: Detlef Dip.-Ing. Rohde; Christian FRÖHLICH
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: DE19802173A1; WO1999036818A1

Abstract

Anordnung für die Feinjustage einer Lichtleitfaser-Chip-Kopplung, bei der die Lage der Faser in einer von drei aufeinander senkrecht stehenden Ordinaten (x; y; z) als Faserlängsachse vorab festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die z-Achse als Faserlängsachse ausgebildet und für die berührungslose Justage in den beiden anderen Ordinaten (x;y) eine magnetische Stelleinheit vorgesehen ist und die Lichtleitfaser (3) im Bereich der Wirksamkeit dieser Stelleinheit eine Umhüllung aus magnetisch leitfähigem Material (4) aufweist.Arrangement for the fine adjustment of an optical fiber-chip coupling, in which the position of the fiber in one of three mutually perpendicular ordinates (x; y; z) is predetermined as the fiber longitudinal axis, characterized in that the z-axis is formed as a fiber longitudinal axis and a magnetic actuating unit is provided for the contactless adjustment in the two other ordinates (x; y) and the optical fiber (3) has a covering made of magnetically conductive material (4) in the area of the effectiveness of this actuating unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Feinjustage einer Lichtleitfaser-Chip-Kopplung, bei der die Lage der Faser in einer von drei aufeinander senkrecht stehenden Ordinaten x; y; z als Faserlängsachse vorab festgelegt ist.The invention relates to an arrangement for fine adjustment an optical fiber-chip coupling, where the position of the fiber is perpendicular to one another in three standing ordinates x; y; z is predetermined as the fiber longitudinal axis.

Bei der Kopplung von Lichtleitfasern an optische Signalgeber bzw. Empfänger für optische Signale kommt es auf möglichst verlustarme Signalübertragung an. Es ist daher eine genaue räumliche Justage der Lichtleitfasern in Bezug auf die Signalgeber bzw. Empfänger erforderlich.When coupling optical fibers it comes to optical signal transmitters or receivers for optical signals on if possible low-loss signal transmission on. It is therefore an exact spatial one Adjustment of the optical fibers in relation to the signal transmitter or receiver required.

So ist aus DE 29 16 763 C2 eine Vorrichtung zum Verbinden von Lichtleitfasern bekannt, bei der die Enden der Fasern mit ferromagnetischen Körpern versehen sind, die die Fasern zur Verbindung aufeinander justieren. Ein äußeres, gesteuertes Magnetfeld zur Justierung wird nicht angelegt.So that's it DE 29 16 763 C2 a device for connecting optical fibers is known in which the ends of the fibers are provided with ferromagnetic bodies which adjust the fibers for connection to one another. An external, controlled magnetic field for adjustment is not created.

In US 4,796,966 A ist ein Schalter zum Schalten von Lichtleitfasern beschrieben, bei dem zwar ein äußeres Magnetfeld zur Krafteinwirkung auf ein Faserende gelegt wird, eine Feinjustierung ist hier aber nicht beabsichtigt.In US 4,796,966 A describes a switch for switching optical fibers, in which an external magnetic field is applied to a fiber end to apply force, but fine adjustment is not intended here.

Die Erfindung geht von der in DE-OS 195 36 185 (G02B 6/24) beschriebenen Einrichtung zur Kopplung einer Lichtleitfaser an ein optisches Bauteil aus , bei der nach Festlegung der die Faser umschließenden Kanüle in z-Richtung (Faserlängsrichtung) eine mechanische Feinjustage in x- und y-Richtung erfolgt. Hierfür sind Stifte vorgesehen, die in einem Gehäuse, das Bohrungen in x- und y-Richtung aufweist, geführt werden. Diese Stifte drücken mit ihren vorderen Stirnflächen gegen die unter radialer Vorspannung stehende Kanüle und bringen diese in die gewünschte Position. Die Stifte werden dann in dieser Lage durch Halteschrauben fixiert. Nachteilig ist hierbei die durch Reibungskräfte beeinflußbare rein mechanische Justage der Lichtleitfaser.The invention starts from in DE-OS 195 36 185 (G02B 6/24) described device for coupling an optical fiber to an optical component, in which after the cannula enclosing the fiber in the z direction (fiber longitudinal direction), mechanical fine adjustment is carried out in the x and y directions. For this purpose, pins are provided which are guided in a housing which has bores in the x and y directions. With their front end faces, these pins press against the cannula, which is under radial prestress, and bring it into the desired position. The pins are then fixed in this position by holding screws. The disadvantage here is the purely mechanical adjustment of the optical fiber that can be influenced by frictional forces.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine von mechanischen Einflüssen freie Feinjustage einer Lichtleitfaser zu erreichen.The invention has for its object a of mechanical influences to achieve free fine adjustment of an optical fiber.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer Anordnung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die z-Achse als Faserlängsachse ausgebildet und für die berührungslose Justage in x- und y-Richtung eine magnetische Stelleinheit vorgesehen ist und die Lichtleitfaser im magnetischen Wirkungsbereich dieser Stelleinheit eine Umhüllung aus magnetisch leitfähigem Material aufweist.The problem is solved in that in a Arrangement of the aforementioned Art according to the z-axis as fiber longitudinal axis trained and for the non-contact Adjustment in the x and y directions provided a magnetic actuator is and the optical fiber in the magnetic effective range of this Actuator a wrapper made of magnetically conductive Has material.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.Useful embodiments of the invention are in the subclaims disclosed.

Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß

1. die Faser berührungslos ohne Einfluß mechanischer Kräfte geführt wird,
2. eine sehr feinfühlige Justage durch die Feindosierung des Magnetfeldes möglich ist,
3. die Justage auch von Hand ohne aufwendige Hilfsmittel vorgenommen werden kann.

The advantages of the invention can be seen in the fact that

1. the fiber is guided contactlessly without the influence of mechanical forces,
2. a very sensitive adjustment is possible through the fine metering of the magnetic field,
3. the adjustment can also be carried out by hand without complex aids.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.The invention is set out below an embodiment based on the associated Drawings closer explained.

Es zeigen:Show it:

1: die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung in einem Photoempfängermodul, 1 : the side view of an arrangement according to the invention in a photo receiver module,

2: die Draufsicht zu 1. 2 : the top view too 1 ,

Im Gehäuse 1 eines Photoempfängermoduls, dessen Seitenansicht in 1 dargestellt ist, ist auf einem Faserträger 2 eine Lichtleitfaser 3 befestigt. Diese Befestigung kann durch Kleben, Löten, Laserschweißen oder auch mittels einer Klemmhalterung erfolgen. In der Nähe ihres vorderen, dem Kopplungspunkt zugewandten Ende trägt die Faser 3 eine Ferritperle 4 als Umhüllung aus magnetisch leitfähigem Material, die durch Kleben auf der Faser 3 in ihrer Position fixiert ist. Oben auf dem Gehäuse 1 befindet sich eine Magnetträgerplatte 5, die in einer Feingewindebohrung eine Stellschraube 6 aufnimmt. Im Bereich dieser Stellschraube 6 weist das Gehäuse 1 eine Durchbrechung auf, die in x-Richtung in Form eines Langloches ausgebildet ist. An der Stirnseite der Stellschraube 6 ist ein Magnet 7 angeordnet, der durch Drehen der Stellschraube 6 in y-Richtung verstellbar ist. Für die Verschiebung der Magnetträgerplatte 5 mit der Stellschraube 6 in x-Richtung weist diese Trägerplatte 5 zu beiden Seiten der Stellschraube 6 Langlöcher 11, dargestellt in 2, auf. Halteschrauben 8, die in Gewindebohrungen des Gehäuses 1 angeordnet sind, fixieren die Trägerplatte 5 in der gewünschten Position. Ein durch die justierte Lichtleitfaser 3 kommendes Signal gelangt über eine selbstfokussierende Linse 9 auf eine Photodiode 10.In the housing 1 of a photoreceiver module, whose side view in 1 is shown is on a fiber carrier 2 an optical fiber 3 attached. This attachment can be done by gluing, soldering, laser welding or by means of a clamp bracket. The fiber supports near its front end facing the coupling point 3 a ferrite pearl 4 as a covering made of magnetically conductive material, which is glued to the fiber 3 is fixed in position. On top of the case 1 there is a magnetic carrier plate 5 a set screw in a fine thread bore 6 receives. In the area of this set screw 6 points the case 1 an opening, which is formed in the x-direction in the form of an elongated hole. On the front of the set screw 6 is a magnet 7 arranged by turning the set screw 6 is adjustable in the y direction. For moving the magnetic carrier plate 5 with the set screw 6 this carrier plate points in the x direction 5 on both sides of the set screw 6 slots 11 , shown in 2 , on. retaining screws 8th in threaded holes in the housing 1 are arranged, fix the carrier plate 5 in the desired position. One through the adjusted optical fiber 3 incoming signal passes through a self-focusing lens 9 on a photodiode 10 ,

Der gesamte Justiervorgang von der Vor- bis zur Feinjustage läuft folgendermaßen ab:
Die Lichtleitfaser wird zunächst unter Beobachtung des Photostroms durch eine in allen drei Achsen wirksame Verstelleinheit so vorjustiert, daß sie eine von der optimalen Kopplungsposition nur wenig abweichende Position in negativer y-Richtung einnimmt. Anschließend wird die Position der Lichtleitfaser 3 auf dem Faserträger 2 durch Kleben, Löten oder andere bekannte Methoden der Verbindung zwischen Faserträger 2 und Faser 3 festgelegt. Damit ist die Faser in z-Richtung endgültig fixiert. Nun wird auf das vordere, dem Kopplungspunkt zugewandten, frei schwebenden Faserende eine kleine Perle 4 aus magnetisch leitfähigem Material (Ferrit) aufgeschoben und durch Kleben fixiert. Die Trägerplatte 5 mit der Stellschraube 6 und dem in der Stirnfläche derselben eingesetzten Magneten 7 wird so über der Ferritperle 4 positioniert, daß durch die Wirkung des Magneten 7 eine Auslenkung der Lichtleitfaser 3 in positiver y-Richtung entgegen der Faserrückstellkraft erreicht wird. Durch die Möglichkeit der Verschiebung der Trägerplatte 5 in x-Richtung kann eine Verschiebung der Faser 3 auch in dieser Richtung erfolgen. Der Abstand des Magneten 7 von der Ferritperle 4 und seine Magnetisierung bestimmen dabei die Verstellwirkung. Für die Fixierung der durch Beobachtung des Photostromes gefundenen optimalen Kopplungsposition sind Festellschrauben 8 für die x-Position und gegebenenfalls eine Kontermutter auf der Stellschraube 6 für die Festlegung der y-Position vorgesehen.The entire adjustment process from pre-adjustment to fine adjustment is as follows:
The optical fiber is first pre-adjusted while observing the photocurrent by means of an adjustment unit effective in all three axes so that it assumes a position in the negative y direction that only slightly deviates from the optimal coupling position. Then the position of the optical fiber 3 on the fiber carrier 2 by gluing, soldering or other known methods of connecting fiber carriers 2 and fiber 3 established. The fiber is finally fixed in the z direction. Now a small pearl is placed on the front, free-floating fiber end facing the coupling point 4 made of magnetically conductive material (ferrite) and fixed by gluing. The carrier plate 5 with the set screw 6 and that in the end face of the same used magnets 7 so over the ferrite pearl 4 positioned that by the action of the magnet 7 a deflection of the optical fiber 3 is reached in the positive y direction against the fiber restoring force. Due to the possibility of moving the carrier plate 5 In the x direction there can be a shift in the fiber 3 also take place in this direction. The distance of the magnet 7 from the ferrite pearl 4 and its magnetization determine the adjustment effect. Fixing screws are used to fix the optimal coupling position found by observing the photocurrent 8th for the x position and, if necessary, a lock nut on the set screw 6 intended for the determination of the y position.

Zur Führung der Trägerplatte 5 bei Verschiebung in x-Richtung kann auch das Gehäuse 1 auf seiner Oberseite eine Ausnehmung in der Breite der Trägerplatte 5 aufweisen. Die Halteschrauben 8 hätten dann nur eine reine Feststellfunktion für die Trägerplatte 5.For guiding the carrier plate 5 when moving in the x direction, the housing can also 1 on its top a recess in the width of the carrier plate 5 exhibit. The retaining screws 8th would then only have a pure locking function for the carrier plate 5 ,

Für bestimmte Anwendungen der erfindungsgemäßen Anordnung kann es zweckmäßig sein, die Auflage der Faser 3 auf dem Faserträger 2 zu ersetzen durch Aufnahme der Faser 3 in eine Kanüle, die dann in einer Bohrung des modifizierten Faserträgers geführt und nach der Justage in z-Richtung durch eine Klemmhalterung festgelegt werden kann.For certain applications of the arrangement according to the invention, it may be expedient to support the fiber 3 on the fiber carrier 2 to be replaced by absorption of the fiber 3 into a cannula, which can then be guided in a hole in the modified fiber carrier and, after the adjustment in the z direction, can be fixed by a clamp holder.

Es kann weiterhin vorteilhaft sein für eine exakte Faserjustage, zwei um 90 ° versetzte Stellschrauben mit daran angebrachten Magneten einzusetzen, so daß sowohl für die Verschiebung der Faser 3 in y-Richtung als auch in x-Richtung jeweils ein Magnet zur Verfügung steht. Als Magnete können sowohl Permanentmagnete als auch Elektromagnete verwendet werden.It may also be advantageous for exact fiber adjustment to use two set screws offset by 90 ° with magnets attached to them, so that both for the displacement of the fiber 3 A magnet is available in both the y direction and the x direction. Both permanent magnets and electromagnets can be used as magnets.

Dabei können die beiden um 90 ° versetzt zueinander angeordneten Stellschrauben entweder auf je einem Schenkel eines winkeleisenförmigen Trägers angeordnet sein, oder jede Stellschraube befindet sich auf einer separaten Trägerplatte.The two can be offset by 90 ° to each other arranged set screws either on one leg of a arranged angle iron carrier be, or each set screw is on a separate Support plate.

Eine weitere mögliche Variante der magnetischen Stelleinheit beinhaltet die Anordnung eines Magneten auf einer schwenkbaren Trägerplatte. Dabei kann der Magnet auf einer Kreisbahn um die z-Achse aus seiner Ausgangsposition nach links und rechts jeweils um 90 ° verschwenkt werden.Another possible variant of the magnetic Actuator includes the arrangement of a magnet on a swivel Support plate. The magnet can move out of its way on a circular path around the z-axis Starting position swiveled 90 ° to the left and right become.

Die Umhüllung der Lichtleitfaser 3 aus magnetisch leitfähigem Material kann entweder aus einer Ferritperle oder aus Mikrowellendämpfungsmaterial bestehen.The coating of the optical fiber 3 made of magnetically conductive material can either consist of a ferrite bead or of microwave damping material.

11: Gehäusecasing
22: Faserträgerfiber carrier
33: Lichtleitfaseroptical fiber
44: Ferritperleferrite bead
55: MagnetträgerplatteMagnet carrier plate
66: Stellschraubescrew
77: Magnetmagnet
88th: Halteschrauberetention screw
99: Linselens
1010: Photodiodephotodiode
1111: LanglochLong hole

Claims

Arrangement for the fine adjustment of an optical fiber-chip coupling, in which the position of the fiber in one of three mutually perpendicular ordinates (x; y; z) is predetermined as the fiber longitudinal axis, characterized in that the z-axis is formed as a fiber longitudinal axis and a magnetic actuating unit is provided for the contactless adjustment in the two other ordinates (x; y) and the optical fiber ( 3 ) in the area of the effectiveness of this control unit, a covering made of magnetically conductive material ( 4 ) having.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the magnetic actuating unit is a carrier plate ( 5 ) and in a threaded hole in this support plate ( 5 ) a set screw ( 6 ) is provided, at the end of which a magnet ( 7 ) is arranged.

Arrangement according to claim 2, characterized in that the carrier plate ( 5 ) on both sides of the set screw ( 6 ) a pair of elongated holes arranged one behind the other ( 11 ) for moving the magnet ( 7 ) in the x direction, whereby to fix the selected position in the elongated holes ( 11 ) one retaining screw each ( 8th ) is provided.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the magnetic actuating unit has two adjusting screws (90 ° offset from one another) ( 6 ) with one magnet each ( 7 ) having.

Arrangement according to claim 4, characterized in that the two adjusting screws (90 ° offset from one another) 7 ) are arranged on each leg of an angular support.

Arrangement according to claim 4, characterized in that the two adjusting screws (90 ° offset from one another) 7 ) on separate support plates ( 5 ) are arranged.

Arrangement according to claim 1, characterized indicates that the sheathing of the fiber ( 3 ) made of magnetically conductive material from a ferrite bead ( 4 ) consists.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the covering of the fiber ( 3 ) is made of magnetically conductive material made of microwave damping material.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the magnetic actuating unit has a pivotable carrier plate on which an adjusting screw ( 6 ) with a magnet ( 7 ) is provided, wherein this carrier plate is pivotable on a circular path about the z-axis.