DE19911982A1 - Verfahren zur Herstellung einer glatten Endfläche bei einem Kunststoff-Lichtwellenleiter sowie Vorrichtung hierfür - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer glatten Endfläche bei einem Kunststoff-Lichtwellenleiter sowie Vorrichtung hierfür

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer glatten Endfläche bei einem Kunststoff-Lichtwellenleiter (4), dessen freies Ende (5) durch Wärmezufuhr bis zum Aufschmelzen seiner Stirnseite erhitzt und zum Anformen einer gleichmäßigen Endfläche an eine polierte Platte (3) angedrückt wird, bei dem die Stirnseite am freien Ende (5) des Kunststoff-Lichtwellenleiters (4) mittels eines Laserstrahls (2) kurzzeitig bis zum Überschreiten des Schmelzpunktes erhitzt wird, in dessen Strahlengang vor dem freien Ende (5) des Kunststoff-Lichtwellenleiters (4) die für das Laserlicht durchlässige, ausschließlich Kühlfunktion aufweisende polierte Platte (3) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren einschließlich Vorrichtung zur Herstellung einer glatten Endfläche bei einem Kunststoff-Lichtwellenleiter, dessen freies Ende durch Wärme­ zufuhr bis zum Aufschmelzen seiner Stirnseite erhitzt und zum Anformen einer gleichmäßigen Endfläche an eine polierte Plat­ te angedrückt wird.
Wie beispielsweise der Artikel "Kunststoff statt Glas" in der Funkschau, Heft 3, S. 78-80, 1999, darlegt, finden Lichtwellen­ leiter aus Kunststoff, insbesondere aus Polymerfasern, zur Verkabelung elektronischer Geräte eine zunehmende Bedeutung, da sie gegenüber Lichtwellenleitern aus Glasfasern insbeson­ dere geringere Fertigungs- und Verarbeitungskosten verursa­ chen.
Bei Lichtwellenleitern kommt einer geringen Einfügungsdämp­ fung des Lichts beim Übergang von einem Lichtwellenleiter in ein anderes Medium eine große Bedeutung zu. Beispiele hierfür sind die Aaskopplung von elektrooptischen Sendern (LEDs, Laser­ dioden) und/oder elektrooptischen Empfängern (Photodioden, Phototransistoren) an Lichtwellenleiter oder die Verbindung von getrennten Lichtwellenleitern miteinander. Hier setzt ei­ ne ausreichend verlustarme Aaskopplung unter anderem voraus, daß die Endflächen der Lichtwellenleiter glatt und riefenfrei sind.
Beispielsweise durch die Literaturstelle G 93 09 432.9 ist es bekannt, glatte Endflächen bei Kunststoff-Lichtwellenleitern durch Anwendung des sogenannten "Hotplate"-Verfahrens herzu­ stellen. Bei diesem Verfahren wird der Kunststoff-Licht­ wellenleiter mit der Stirnfläche an seinem freien Ende gegen eine polierte Metallplatte bzw. Metallfolie gedrückt. Die Me­ tallplatte wird zunächst aufgeheizt, bis die Stirnfläche an­ schmilzt. Sodann wird die Metallplatte bzw. Metallfolie vor dem Abheben des freien Endes des Kunststoff-Lichtwellen­ leiters wieder abgekühlt, bis dessen Stirnfläche erstarrt ist. Durch die thermische Trägheit beim Aufheizen und wieder Abkühlen der polierten Metallplatte bzw. Metallfolie ist die­ ser Herstellungsprozeß relativ zeitaufwendig. Das "Hotplate"- Verfahren ist daher für die Fertigung hoher Stückzahlen wenig geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Ver­ fahren einschließlich Vorrichtung anzugeben, das eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit bei der Herstellung großer Stückzahlen von glatten Endflächen bei Kunststoff-Lichtwellenleitern zu­ läßt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Stirnseite am freien Ende des Kunststoff-Lichtwellen­ leiters mittels eines Laserstrahls kurzzeitig bis zum Über­ schreiten des Schmelzpunktes erhitzt wird, in dessen Strah­ lengang vor dem freien Ende des Kunststoff-Lichtwellenleiters die für das Laserlicht durchlässige, ausschließlich Kühlfunk­ tion aufweisende, polierte Platte angeordnet ist und daß das erhitzte freie Ende des Kunststoff-Lichtwellenleiters zum An­ formen einer gleichförmigen Endfläche mit seiner Stirnseite an der polierten Platte bis zur Materialerstarrung abgekühlt wird.
Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß sich die Herstellung glatter Endflächen bei Kunststoff-Licht­ wellenleitern dann wesentlich kürzer gestalten läßt, wenn die Heiz- und Abkühlungsfunktion in verschiedene Elemente der Be­ arbeitungsvorrichtung aufgetrennt werden.
Zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens nach Anspruch 1 sind in den weiteren Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.
Bei der Auftrennung von Heiz- und Abkühlfunktion auf ver­ schiedene Elemente besteht die Möglichkeit, daß während der Aufheizphase durch den Laserstrahl an der Stirnseite am frei­ en Ende des Kunststoff-Lichtwellenleiters eine Hautbildung stattfindet, die die Oberflächenqualität der herzustellenden glatten Endfläche beeinträchtigt. In Weiterbildung der Erfin­ dung kann dies, wie im Anspruch 5 ausgeführt ist, mit Sicher­ heit dadurch unterbunden werden, daß das freie Ende des Kunststoff-Lichtwellenleiters bereits vor dem Ende der Auf­ heizphase mit seiner Stirnseite an die polierte Platte ange­ drückt wird.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 6 bis 10 angegeben.
Anhand eines in der Zeichnung im Schema dargestellten Vor­ richtungsbeispieles zur Durchführung des Verfahrens soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.
Die schematische Darstellung des Vorrichtungsbeispieles zeigt einen Laser 1, eine für den Laserstrahl 2 durchlässige po­ lierte Platte 3, nämlich eine Glasscheibe, sowie einen Kunst­ stoff-Lichtwellenleiter 4, auf dessen freies Ende 5 eine Stec­ kerferrule 6 aufgeschoben ist und eine Halterung 7, in der die Steckerferrule 6 mit dem freien Ende 5 des Kunststoff- Lichtwellenleiters 4 während der Endflächenbearbeitung fi­ xiert ist. Der Laserstrahl 2, der sowohl fokussiert als auch unfokussiert sein kann, ist in der Achse des freien Endes 5 des Kunststoff-Lichtwellenleiters 4 ausgerichtet und in sei­ nem Strahlquerschnitt am Bearbeitungsort gleich oder größer als der Querschnitt des Kunststoff-Lichtwellenleiters 4 be­ messen. Senkrecht zum Laserstrahl 2 ist in seinem Strahlen­ gang zwischen dem Laser 1 und dem freien Ende 5 des Kunst­ stoff-Lichtwellenleiters 4 die Platte 3 angeordnet, die we­ nigstens auf Seiten des Kunststoff-Lichtwellenleiters 4 po­ liert ist.
Die während der Herstellung der glatten Endfläche am freien Ende 5 des Kunststoff-Lichtwellenleiters 4 erforderliche Re­ lativbewegung zwischen der Halterung 7 und der polierten Platte 3 erfolgt entsprechend dem Doppelpfeil 8 bei ortsfe­ ster Halterung 7 durch Verschieben der polierten Platte 3 und bei ortsfester polierter Platte 3 durch Verschieben der Hal­ terung 7.
Zweckmäßig wird das freie Ende 5 des Kunststoff-Lichtwellen­ leiters 4 mit seiner Stirnseite bereits während der Aufheiz­ phase mittels des Laserstrahls 2 durch die Relativbewegung zwischen der Halterung 7 und der polierten Platte 3 an die polierte Platte 3 angedrückt. Wie bereits erwähnt, läßt sich dadurch mit Sicherheit eine unerwünschte Hautbildung an der Stirnfläche vor ihrem Andrücken an die polierte Platte 3 un­ terbinden. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, den Kunststoff-Lichtwellenleiter 4 mit der Stirnseite an seinem freien Ende 5 bereits zu Beginn der Aufheizzeit durch den La­ serstrahl 2 an die polierte Platte 3 anzudrücken.
Der Laser 1 kann beispielsweise ein Neodym-YAG-Laser oder ein Halbleiter-Diodenlaser ausreichender Leistung sein. Bei einer bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist der Laser ein CO2-Laser und die polierte Platte 3 eine Sili­ ziumscheibe, vorzugsweise ein Standard-Wafer mit einer Dicke d von z. B. 0,5 mm. Im Dauerbetrieb erwärmt sich dabei die po­ lierte Siliziumscheibe maximal nur auf 40°C.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung einer glatten Endfläche bei ei­ nem Kunststoff-Lichtwellenleiter (4), dessen freies Ende (5) durch Wärmezufuhr bis zum Aufschmelzen seiner Stirnseite er­ hitzt und zum Anformen einer gleichmäßigen Endfläche an eine polierte Platte (3) angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stirnseite am freien Ende (5) des Kunststoff-Licht­ wellenleiters (4) mittels eines Laserstrahls (2) kurzzeitig bis zum Überschreiten des Schmelzpunktes erhitzt wird, in dessen Strahlengang vor dem freien Ende (5) des Kunststoff- Lichtwellenleiters (4) die für das Laserlicht durchlässige, ausschließlich Kühlfunktion aufweisende polierte Platte (3) angeordnet ist und
das erhitzte freie Ende (5) des Kunststoff-Lichtwellen­ leiters (4) zum Anformen einer gleichförmigen Endfläche mit seiner Stirnseite an der polierten Platte (3) bis zur Materi­ alerstarrung abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das freie Ende (5) des Kunststoff-Lichtwellenleiters (4), der mit einer Steckerferrule (6) versehen sein kann, zur Endflächenbearbeitung in einer Halterung (7) fixiert wird und
während der Endflächenbearbeitung zwischen der polierten Platte (3) und der Halterung (7) eine Relativbewegung ausge­ führt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (5) des Kunststoff-Lichtwellenleiters (4) von einem in seiner Achse ausgerichteten Laserstrahl (2) er­ hitzt wird, der in seinem Strahlquerschnitt am Bearbeitungs­ ort gleich oder größer als der Querschnitt des Kunststoff- Lichtwellenleiters (4) bemessen ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die polierte Platte (3) zum Laserstrahl (2) senkrecht ausgerichtet ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (5) des Kunststoff-Lichtwellenleiters (4) bereits vor dem Ende der Aufheizphase mit seiner Stirnseite an die polierte Platte (3) angedrückt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Strahl eines Lasers (1) durchlässige polier­ te Platte (3) eine polierte Glasscheibe ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die polierte Platte (3) eine polierte Siliziumscheibe und der Laser (1) ein CO2-Laser ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die polierte Siliziumscheibe ein Standard-Wafer mit ei­ ner Materialstärke von z. B. 0,5 mm ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (1) ein Neodym-YAG-Laser ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (1) ein Halbleiter-Diodenlaser ausreichender Leistung ist.
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