DE19806627A1

DE19806627A1 - Anordnung zur Kopplung zweier Lichtleitkabel und Verfahren zum Multiplexen

Info

Publication number: DE19806627A1
Application number: DE1998106627
Authority: DE
Inventors: Bjoern Wedel
Original assignee: Highyag Lasertechnologie GmbH
Current assignee: Highyag Lasertechnologie GmbH
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 1999-09-09

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kopplung zweier Lichtleitkabel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Multiplexen gemäß Anspruch 8. Die Erfindung betrifft insbesondere die Kopplung von Hochlei stungslaserlicht zwischen zwei Lichtleitkabeln.

Üblicherweise wird die Kopplung von Hochleistungslaser licht zwischen zwei Lichtleitkabeln mit einem optischen Element als Koppler zwischen den Lichtleitkabeln reali siert. Die DE-OS 41 09 651 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von optischen Kopplern aus Po lymeren. In dem in dieser Druckschrift aufgeführten Stand der Technik wird ausführlich auf die Problematik der Ein kopplung von Licht aus einem ersten Lichtleitkabel in ein zweites Lichtleitkabel eingegangen. Dies geschieht immer unter Zwischenschaltung optischer Bauelemente zwischen den jeweiligen Lichtleitkabeln. Derartige Koppler beste hen beispielsweise aus einem transparenten Körper, wel cher an der Lichteintritt- und an der Lichtaustrittsseite mit Lichtwellenleitern verbunden ist. Neben den Kopplern, die durch zusammenkleben oder zusammenschmelzen von transparenten Formkörpern mit Lichtwellenleitern entste hen, sind auch Koppler bekannt, zu deren Herstellung Lichtwellenleiterbündel verdrillt und an der Verdrill stelle verstreckt werden (Agarwal, Fiber Integr. Optics 6 (1), 27-53, 1987).

Aus der DE-OS 37 37 930 ist bekannt, das Faserbündel aus Polymer-Lichtwellenleitern mittels eines Schrumpf schlauchs verschmolzen werden können. Die oben genannte DE-OS 41 09 651 beschreibt ein optisches Kopplungsele ment, welches im Spritzgießverfahren hergestellt wird. All die genannten Kopplungsmethoden haben den entschei denden Nachteil, daß sie nur mit einem optischen Bauele ment als Hilfsmittel der Kopplung auskommen. Optische Kopplungselemente haben aber grundsätzlich den Nachteil, daß wegen der auftretenden Abbildungsfehler dabei oft der Kerndurchmesser des zweiten Lichtleitkabels erhöht wird, was dann eine Verschlechterung der Strahlqualität und da mit Leistungsverlust des Gesamtsystems zur folge hat.

Zur Behebung dieses Nachteils wurden Multiplexer meist durch Strahlweichenanordnungen im Laserkopf realisiert. Konventionelle Strahlweichen erfordern dabei einen großen Bauraum, so daß Anordnungen mit mehr als vier Ausgängen nur als Spezialanfertigung erhältlich sind. Dies treibt die Kosten derartiger Anordnungen in die Höhe und verrin gert die wirtschaftliche Akzeptanz.

Bekannt ist ferner auch eine Multiplexanordnung mit einem optischen Übertragungssystem, das mittels eines Drehspie gels das Licht aus einem Lichtleiter in andere Lichtlei ter umlenkt. Auch dieses Verfahren hat den Nachteil, daß ein optisches Element zur Kopplung verwendet wird, so daß hohe Verluste bei der Übertragung auftreten und das nur eine begrenzte Anzahl von möglichen Lichtleitkabeln ein gekoppelt werden kann. Ferner besteht ein Nachteil in der durch die Konstruktion bedingten Verluste der Strahlqua lität durch Bauteil- und Justiertoleranzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zur Kopplung zweier Lichtleitkabel zur Verfü gung zu stellen ohne die Verwendung eines optischen Bau elementes als Kopplungshilfselement und ein Verfahren zum Multiplexen der Einkopplung von Hochleistungslaserlicht in mehrere Lichtleitkabel zur Verfügung zu stellen.

Gelöst werden diese Aufgaben durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und 8. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß die Stirnflächen zweier Lichtleitkabel in geringem Abstand zueinander, ohne daß ein optisches Bau element dazwischen geschaltet wird, angeordnet werden. Vorteilhaft ist es dabei, wenn der Abstand zwischen den Stirnflächen der sich gegenüberstehenden Fasern der Lichtleitkabel das 0- bis 2fache des Durchmessers vom Kernbereich des Lichtkabels betragen und daß der Durch messer vom Kernbereich des Lichtleitkabels, aus dem die Laserstrahlung austritt, kleiner oder gleich groß dem Kerndurchmesser des Lichtleitkabels ist, in das die Strahlung eintritt.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen werden geringere Verluste an Strahlqualität und Leistung erzielt als bei anderen Verfahren, die üblicherweise auf optische Bauele mente zurückgreifen. Ferner ist eine derartige erfin dungsgemäße Anordnung platzsparend und flexibel, so daß sie vielerlei Anwendung finden kann.

Eine mögliche Anwendung der Erfindung liegt zum Beispiel im folgenden Bereich: Lichtleitkabel werden oftmals über weite Strecken innerhalb eines Systems oder einer ganzen Fabrikhalle verlegt. Bei Bruch eines Lichtleitkabels ist üblicherweise das gesamte Lichtleitkabel auszutauschen, was zum einen einen erheblichen Kostenaufwand verursacht und zum anderen nicht ohne größere bauliche Maßnahmen vonstatten geht. Durch die erfindungsgemäße Lösung jedoch können die beiden Faserenden des gebrochenen Lichtleitka bels derart fixiert werden, daß eine nahezu verlustfreie Strahlübertragung wieder ermöglicht wird. Dies bedeutet, daß an dem Ort des Bruches des Lichtleitkabels - ohne daß das gesamte Kabel ausgetauscht werden muß - das Licht leitkabel wieder "repariert" werden kann. Im Falle einer Beschädigung des Lichtleitkabels braucht daher nur der kurze Bereich in der Nähe der Bearbeitungsstelle ausge tauscht zu werden. Das Ersatzteil ist somit deutlich bil liger als ein neues, komplettes Lichtleitkabel, das gege benenfalls sogar durch eine gesamte Fabrikhalle verlegt werden müßte. Eine geeignete Fixiereinrichtung könnte in einem Abstandhaltersystem bestehen, in dem die beiden Fa serenden in einem bestimmten Abstand zueinander justiert und aufeinander ausgerichtet werden, einschließlich evtl. notwendiger Isolier- und Schutzgehäuse.

Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß zum Multiplexen der Laserstrahlung ein Lichtleitkabel gegenüber mehreren an deren Lichtleitkabeln verschoben wird. Hierbei wird in Form einer Kaskadenanordnung ein Lichtleitkabel über die Stirnflächen weiterer Lichtleitkabel verschoben, um z. B. die Anzahl von Ausgängen zu erhöhen oder verschiedene La ser mit einer Bearbeitungsstation zu verbinden. Diese Multiplex-Anordnung kann elektronisch gesteuert werden und auf engsten Raum, z. B. auf einer Platine angeordnet sein. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß hier nicht der oben beschriebene "Wiederherstellungseffekt" nach einem Bruch des Lichtleitkabels aufgegriffen wird, sondern daß die Erkenntnis, ohne optische Bauelemente ei ne Einkopplung von Licht aus unterschiedlichen Lichtleit kabeln zu ermöglichen, aufgegriffen wird, um das Licht aus einem Lichtleitkabel verlustfrei in mehrere dicht zu einander angeordnete andere Lichtleitkabel weiterzulei ten. Auf diese Weise kann das Signal des ersten Licht leitkabels quasi vervielfacht werden und eine einzige La serquelle kann dazu benutzt werden, um mehrere Laserend geräte zu bedienen.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Un teransprüchen enthalten. Die Erfindung ist in den anlie genden Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 die schematische Darstellung ei ner erfindungsgemäßen Übertragungs einrichtung;

Fig. 2 eine Kaskadenanordnung mehrerer Lichtleitkabel.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellungsweise zwei Lichtleitkabel 1 und 2. Beide Lichtleitkabel 1 und 2 ver fügen über je eine Stirnfläche 1a und 2a, die in geringem Abstand zueinander angeordnet sind. Vorteilhaft ist es, wenn der Abstand das 0- bis 2fache des Durchmessers des Kernbereichs 3 des Lichtkabels 1 beträgt, da es durch diese Maßnahme zu einer nahezu vollständigen Einkopplung des Lichts aus dem ersten Lichtleitkabel 1 in das zweite Lichtleitkabel 2 kommt. Die Einkopplung wird noch verbes sert, wenn der Durchmesser des Kernbereichs 3 des Licht leitkabels 1, aus dem die Laserstrahlung austritt kleiner oder gleich groß dem Kerndurchmesser 4 des Lichtleitka bels 2 ist, in daß die Strahlung eintritt. Im entgegenge setzten Fall (größerer Durchmesser 3 als 4) wären zwangs läufig Verluste bei der Einkopplung zu beobachten.

Die Fig. 2 zeigt ein Multiplexanordnung am Beispiel ei ner Kaskadenanordnung, wobei zweite Lichtleitkabel 2 und 2' stirnflächig zu einem einzigen, über die Stirnflä chen verschiebbaren ersten Lichtleitkabel 1 angeordnet sind. Der Abstand des ersten Lichtleitkabels zu den zwei ten Lichtleitkabel 2, 2' ist vorbestimmbar. Das erste Lichtleitkabel 1 kann sukzessive über die anderen Licht leitkabel, resp. deren Stirnflächen verschoben werden, so daß gezielt eine Strahlübertragung von dem ersten Licht leitkabel 1 (welches quasi als "Quelle" dient) in ein oder mehrere Lichtleitkabel 2, 2' erfolgen kann. Aus die se Weise können gezielte Endgeräte permanent oder zeit weilig angesteuert werden.

Die Kaskaden-Multiplexanordnung kann beispielsweise in einem gemeinsamen Bauteil angeordnet sein - auch auf ge ringstem Raum, wie z. B. auf einer Platine 5.

Gesteuert wird die Strahlübertragung beispielsweise elek tronisch im Fall des Multiplexens. Auch manuell können zwei Lichtleitkabel in dem erforderlichen Abstand zuein ander justiert werden, wobei für die Justierung ein im wesentlichen bekannter Haltemechanismus Einsatz findet.

Bezugszeichenliste

1

erstes Lichtleitkabel

1

a Stirnfläche zu

1

2

zweites Lichtleitkabel

2

' weiteres Lichtleitkabel

2

a Stirnfläche zu

2

3

Kernbereich zu

1

4

Kernbereich zu

2

5

Bauteil

Claims

1. Übertragungseinrichtung zur Übertragung von Laser strahlung aus einem ersten Lichtleitkabel in ein zweites Lichtleitkabel, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (1a) des ersten Lichtleitkabels (1) in unmittelbaren Abstand zu der Stirnfläche (2a) ei nes zweiten Lichtleitkabels (2) angeordnet ist.

2. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Stirnflä chen (1a, 2a) der sich gegenüberstehenden Lichtleit kabel (1, 2) das 0- bis 2fache des Durchmessers des Kernbereichs (3) des Lichtkabels (1) beträgt.

3. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kernbe reichs (3) des Lichtleitkabels (1), aus dem die La serstrahlung austritt kleiner oder gleich groß dem Kerndurchmesser (4) des Lichtleitkabels (2) ist, in daß die Strahlung eintritt.

4. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß das zweite Lichtleitkabel (2) zusammen mit weiteren Lichtleitkabeln (2') in ei nem vorbestimmten Abstand angeordnet ist und daß über die jeweiligen Stirnflächen des zweiten und der wei teren Lichtleitkabel (2, 2') das erste Lichtleitkabel stirnflächig sukzessive verfahrbar ist, so daß es je weils über der Stirnfläche des zweiten oder der Stirnfläche eines der weiteren Lichtleitkabel zum Stillstand kommt.

5. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die die Laserstrahlung aufnehmen den zweiten und weiteren Lichtleitkabel (2, 2') in nerhalb eines Bauteils (5) gehalten sind.

6. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Bauteil (5) eine Platine.

7. Übertragungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des ersten Lichtleitkabels (1) zum zweiten Lichtleitkabel (2, 2') variierbar ist.

8. Verfahren zur Übertragung von Laserstrahlung aus ei nem ersten Lichtleitkabel in ein weiteres Lichtleit kabel durch Einkopplung von Laserlicht aus einem er sten Lichtleitkabel in ein weiteres Lichtleitkabel, insbesondere unter Verwendung der Übertragungseinrich tung nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeich net, daß das erste Lichtleitkabel derart gegenüber weiteren Lichtleitkabeln verfahren wird, daß die Stirnfläche des ersten Lichtleitkabels in unmittelba rem Abstand zu den Stirnflächen der weiteren Licht leitkabel gehalten wird, so daß hierdurch eine ver lustfreie Einkopplung von Laserlicht aus dem ersten Lichtleiter in den zweiten Lichtleiter ermöglicht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl Abstand, als auch Verweildauer des ersten Lichtleitkabels über der Stirnfläche eines zweiten oder weiteren Lichtleitkabels über eine elektronische Datenverarbeitungsanlage gesteuert und synchronisiert wird.