DE19927167A1

DE19927167A1 - Koppelelement zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung und Verfahren zu dessen Herstellung sowie Anordnung aus Koppelelementen zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung

Info

Publication number: DE19927167A1
Application number: DE19927167A
Authority: DE
Inventors: Detlef Krabe; Guenter Lang; Norbert Arndt-Staufenbiel
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1999-04-29
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2000-11-16

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Anordnung zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung durch steckverbinder und gibt Verfahren zu deren Herstellung an. Das Verfahren findet überall dort Anwendung, wo Lichtstrahlung sehr hoher Intensität über Fasern übertragen werden muß und eine Verbindung über Steckverbinder notwendig ist, um einen flexiblen Systemaufbau zu ermöglichen. Vor allem für Singlemode-Fasersysteme werden durch die erfindungsgemäße Anordnung kritische Leistungsdichten an der Stirnfläche der Steckverbinder vermieden und eine zuverlässige Verbindung für die Übertragung der Lichtstrahlung erreicht. DOLLAR A Erreicht wird dieses durch Aufweiten und Kollimieren der intensiven, im Faserkern befindlichen Lichtleistung durch ein angeschweißtes Glasteil mit inhomogener Indexverteilung. Das Licht verläßt das Glasteil kollimiert mit unkritischer, weit verringerter Leistungsintensität. Das Gegenstück besitzt ein gleiches Glasteil, das an die zweite Glasfaser ebenfalls angeschweißt wurde. Der Strahlengang in diesem Gegenstück ist genau spiegelverkehrt und fokussiert den Strahl auf den Kern der zweiten Faser. DOLLAR A Ein weiterer Vorteil neben der verringerten Leistungsdichte an der Steckerendfläche ist die Tatsache, daß die Toleranz für den Steckprozeß relaxiert wird. Vorteilhaft ist weiterhin, daß Standardtechniken zur Verbindung der Fasern mit den koppelnden Glasteilen genutzt werden. DOLLAR A Die Erfindung findet Einsatz in der Telekommunikation, Elektronik/Elektrotechnik, Sensorik, Optik, ...

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Koppelelement zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung und ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie eine Anordnung aus Koppelelementen zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung.

Die Erfindung findet überall dort Anwendung, wo Lichtstrahlung sehr hoher Intensität über Lichtleitfasern übertragen werden muß und eine Verbindung über Steckverbinder notwendig ist, um einen flexiblen Systemaufbau zu ermöglichen. Unter anderem ist die Erfindung in Singlemode-Fasersystemen der Nachrichtentechnik anwendbar, da hier vor allem auf lang reichweitigen Übertragungsstrecken immer höhere Lichtintensitäten und damit verbundenen höheren Leistungsdichten zum Einsatz kommen.

Die erfindungsgemäße Anordnung von Koppelelementen und die Koppelelemente selbst finden ihren Einsatz in der Telekommunikation, Elektronik/Elektrotechnik, Sensorik, Optik, Biologie und Medizin.

Stand der Technik

Bisherige Anordnungen zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung durch Steckverbinder und Verfahren zu deren Herstellung beschränken sich darauf, die Faserendflächen, die sich in Steckern oder Buchsen befinden, unter strengster Vermeidung von Verschmutzungen hoch präzise gegeneinander zu positionieren und gegebenenfalls mit Druck aneinanderzupressen. Die dabei erreichte hohe Positioniergenauigkeit liegt im Sub-µm-Bereich und hat die techno logische Grenze erreicht.

Besonders in der Singlemode-Technik bei Kernquerschnittsdurchmessern der Lichtleitfasern von nur ca. 8,0 µm und darunter werden bereits ab 200 mW Lichtleistung kritische Lei stungsdichten von 1 MW/cm² und mehr in der Nähe der Zerstörungsschwelle von Glasober flächen erreicht. Bereits leichteste Verunreinigungen oder Fehler der Glasfaserendflächen führen unmittelbar zur Zerstörung der Endflächen. Die Steckverbindungen werden un brauchbar.

Darstellung der Erfindung

Ausgehend von dem dargelegten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Koppelelement zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung aus einer oder in eine Lichtleitfaser sowie eine Anordnung aus lichtzuführenden und lichtaufnehmenden Koppelelementen zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung und ein Verfahren zur Her stellung eines Koppelelementes zur Kopplung hochintensiver Strahlung anzugeben.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Koppelelement nach An spruch 1, einer Anordnung von Koppelelementen nach Anspruch 14, einem Verfahren zur Herstellung eines Koppelelementes nach Anspruch 30 sowie einem Koppelelement nach An spruch 57. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen aufgeführt.

Das erfindungsgemäße Koppelelement enthält eine Lichtleitfaser und ein strahlformendes Element mit einer ersten Koppel- und einer zweiten Koppelfläche, wobei der Kernbereich einer Faserendfläche der Lichtleitfaser durch Verschweißung (Fusion) mit der ersten Koppel fläche des strahlformenden Elements stoffschlüssig verbunden ist, und daß die Lichtstrah lungsquerschnittsfläche in der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements größer ist als die Lichtstrahlungsquerschnittsfläche in der zweiten Koppelfläche des strahlformenden Elements. Eine stoffschlüssige Verbindung zeichnet sich dadurch aus, daß sie keine Grenzflä chen aufweist. Dadurch wird erstens erreicht, daß die Glas-schlüssige Verbindungsstelle zwi schen dem Kern der Lichtleitfaser und der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements durch die hohe in der Lichtleitfaser geführte Lichtstrahlung nicht zerstört wird. Denn auf grund des stoffschlüssigen Übergangs von der Lichtleitfaser in das strahlformende Element, der deutlich verringerten Anzahl von Gefügefehlern im Glasübergang im Vergleich zu einer Glas-Luft-Grenzfläche kommt es zu keinem nennenswerten Energieeintrag durch Streuung sowie Absorption in die Verbindungsstelle und dadurch auch nicht zu deren Zerstörung. Die erfindungsgemäßen Verbindungen widerstehen so den durchstrahlenden hohen Leistungen. Durch die Erfindung werden hohe Strahlungsleistungsdichten an Glas-Luft-Grenzflächen und Glas-Glas-Grenzflächen vermieden. Sie, die hohen Strahlungsleistungsdichten, treten nur an Flächen auf, wo das Material in zumindest der überwiegenden Zahl von Flächenpunkten ste tige oder lokal homogene optische Eigenschaften aufweist. Der Lichtstrahlungsquerschnitts durchmesser im jeweiligen optischen Element wird durch dessen optische Eigenschaften, vornehmlich durch das Brechzahlprofil bestimmt. Das Brechzahlprofil selbst resultiert aus der Art, der Menge und der örtlichen Verteilung der in das Glasgrundmaterial des optischen Elements zugesetzten Dotierungsstoffe. Bekanntermaßen hängt die Lichtstrahlungsquer schnittsfläche in einem derartigen optischen Element auch von der numerischen Apertur ab, mit welcher das Licht in dieses optische Element eingekoppelt worden ist. Generell genügt das Produkt aus Strahlquerschnittsfläche und numerischer Apertur bei einem verlustlosem optischen Element einem Erhaltungssatz, wobei dieses Produkt eine Konstante ist, die von der Wellenlänge des Lichtes und der Brechzahl des durchstrahlten Mediums abhängt.

Die stoffschlüssige Verbindung ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein in ihren optischen Eigenschaften stetiges Stoffsystem. Durch den stetigen Übergang von der Lichtleitfaser in das strahlformende Element wird der Energieeintrag durch Absorption und Streuung vom Lichtstrahl in das Glasmedium noch weiter reduziert und somit jede nachtei lige Veränderung oder Zerstörung verhindert.

In einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher sich das Licht von der Lichtleitfaser in Richtung des strahlformenden Elementes ausbreitet, ist die erste Koppelfläche des strahlfor menden Elements auch als Einkoppelfläche, die zweite Koppelfläche auch als Auskoppelflä che zu bezeichnen. Bei umgekehrter Ausbreitungsrichtung des Lichts ist die zweite Koppel fläche die Einkoppelfläche für das licht in das strahlformende Element und die erste Koppel fläche die Auskoppelfläche. Bei kreisförmigem Strahlquerschnittsprofil, z. B. bei Gauß-förmi ger Strahlung, im strahlformenden Element, ist zur eindeutigen Charakterisierung der Strahl querschnittsfläche auch der Strahlquerschnittsdurchmesser verwendbar. In gängiger Weise wird dieser Durchmesser an der Stelle gemessen, wo die Strahlleistung auf 1/e-tel ihres ma ximalen Wertes abgesunken ist.

Als Lichtleitfaser eines Koppelelements wird vorzugsweise eine Singlemode-Lichtleitfaser oder eine Multimode-Lichtleitfaser verwendet. In einer Singlemode-Lichtleitfaser wird bei vorbestimmter Wellenlänge genau eine Lichtwelle entlang der Lichtleitfaser transportiert; typische Kerndurchmesser liegen im Bereich von ca. 2 µm bis 10 µm, die Mantelaußen durchmesser weisen 125 µm auf. In einer Multimode-Lichtleitfaser breiten sich mehrere Lichtwellen aus; typische Kerndurchmesser liegen bei ca. 50 bis 100 µm, Mantelaußen durchmesser liegen bei ca. 125 bis 140 µm.

Neben rein passiven Lichtleitfasern werden in einer Ausführungsform auch aktive Lichtwel lenleiter eingesetzt. Diese aktiven Lichtwellenleiter sind durch spezielle Dotierungsstoffe, z. B. Erbium, Neodym, Praseodym, im Faserkernbereich in der Lage, das in die Lichtleitfaser einge koppelte Licht nicht nur zu leiten, sondern auch zu verstärken.

In bevorzugten Ausführungsformen enthält das erfindungsgemäße Koppelelement als strahl formendes Element eine Gradienten-Index-Multimode-Lichtleitfaser oder eine Gradienten- Index-Linse. Diese strahlformenden Elemente bewirken durch ihre spezielle Dotierung und/oder durch ihre gewählte Länge, daß das eingekoppelte Licht einer Transformation un terzogen wird, in der Weise daß aus einer kleinen Strahlquerschnittsfläche mit numerischer Apertur von 0,05 bis 0,25 eine größere Strahlquerschnittsfläche mit kleinerer Apertur ge macht wird bzw. umgekehrt. In einer besonderen Ausführungsform enthält das Koppelele ment als strahlformendes Element eine oder mehrere Gradienten-Index-Linsen und/oder eine oder mehrere Gradienten-Index-Multimode-Lichtleitfasern.

Das in einem erfindungsgemäßen Koppelelement enthaltene strahlformende Element ist derart gestaltet, daß es den mit kleiner Strahlquerschnittsfläche in der Lichtleitfaser propagie renden Lichtstrahl in einen kollimierten Lichtstrahl mit größerer Strahlquerschnittsfläche transformiert. Diese Lichtstrahltransformation ist durch das Profil des Brechungsindex und/oder die Länge des strahlformenden Elementes eingestellt.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Verbund aus Lichtleitfaser und strahlformendem Element eines Koppelelementes in einer Ferrule für Stecker oder gegebenenfalls für Buchsen befestigt. Dies erhöht die mechanische Stabilität des Verbundes und erleichtert somit auch die Handhabung und Montage. In einer besonderen Ausführungsform ist der Verbund aus Lichtleitfaser und strahlformendem Element eines Koppelelements in einer innen speziell nach den geometrischen Abmessungen des Verbunds aus Lichtleitfaser und strahlformen dem Element geformten Ferrule befestigt ist. Dies garantiert eine noch bessere mechanische Fixierung des Verbundes in der Ferrule. Ferner ist die Lichtleitfaser zur Zugentlastung an meh reren Stellen befestigt. Zur Befestigung wird vorzugsweise Kleber eingesetzt, der zufolge Wärmeeintrag oder UV-Bestrahlung oder aufgrund der besonderen Klebermischung schon bei Raumtemperatur aushärtet.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Lichtleitfaser entlang ihrer gesamten Länge in Kle ber eingelagert. Dies garantiert höchstmögliche Zugentlastung und mechanische Stabilität.

Bei einer weiteren Ausführungsform zur Herstellung eines Koppelelementes wird ein Präge verfahren benutzt, bei dem die Faser oder der Verbund aus Faser und strahlformendem Ele ment justiert und fixiert wird. Die Justage erfolgt dadurch, daß ein die Faser oder den Ver bund aus Faser und strahlformendem Element umhüllendes formbares Material so geprägt wird, daß die Faser bzw. der Verbund aus Faser und strahlformendem Element von diesem Material ganz eng umschlossen wird, so daß ein exakte Führung der Faser bzw. dem Ver bund aus Faser und strahlformendem Element erzielt wird.

In einer zusätzlichen Ausführungsform wird durch ein Nachprägeverfahren und mittels akti ver Positionierung der Faserkern bzw. die optische Achse des strahlformenden Elements mit tig in Bezug auf die Ferrule ausgerichtet; ein etabliertes Verfahren dafür ist das Faserkernzen trierverfahren der Firma DIAMOND. Nach der Justage folgt die Fixierung, wozu bervorzug termaßen Kleber verwendet wird. Dabei wird verfahrensmäßig so vorgegangen, daß auf der Stirnfläche des Koppelelementes keine Kleberreste zurückbleiben. Ferner befindet sich nach der erfolgten Fixierung auf den an die Stirnfläche angrenzenden Mantelaußenflächen des strahlformenden Elements auch kein Kleber. Dadurch ist sichergestellt, daß aufgrund der hohen Leistungen bzw. aufgrund von in den Mantelbereich abgestrahltem Licht, etwa in folge von Überstrahlung oder Dejustage in einer Anordnung von Koppelelementen, kein Kle ber verdampfen und sich auf der Stirnfläche niederschlagen kann, was letztlich die Zerstö rung der Stirnfläche zur Folge hätte.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung enthält licht zuführende und lichtaufnehmende Koppelelemente, wobei ein Koppelelement eine Lichtleit faser und ein strahlformendes Element mit einer ersten und einer zweiten Koppelfläche ent hält, und wobei der Kernbereich einer Faserendfläche der Lichtleitfaser durch Verschweißung mit der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements stoffschlüssig verbunden ist, und ferner die Lichtstrahlungsquerschnittsfläche in der zweiten Koppelfläche des strahlformenden Element größer ist als die Lichtstrahlungsquerschnittsfläche in der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements.

In einer Ausführungsform der Anordnung ist die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Lichtleitfaser und der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements in ihren optischen Eigenschaften als ein stetiges Stoffsystem ausgebildet.

In einem lichtzuführenden Koppelelement wird Lichtstrahlung durch die Lichtleitfaser in Rich tung auf das strahlformende Element transportiert, an der Verbindungsstelle zu diesem wird die Lichtstrahlung von der Lichtleitfaser in das strahlformende Element an der Einkoppelflä che eingekoppelt und dort der Strahldurchmesser aufgeweitet, so daß es zu einer Verringe rung der Strahlleistungsdichte kommt. Schließlich verläßt die Lichtstrahlung das strahlfor mende Element des lichtzuführenden Koppelelements an der Auskoppelfläche. Dieses aus einem lichtzuführenden Koppelelement ausgetretene Licht wird in ein lichtaufnehmendes Koppelelement eingekoppelt. Genauer gesprochen wird das Licht in das strahlformende Element des lichtaufnehmenden Koppelelementes eingekoppelt. In diesem strahlformenden Element wird die eingekoppelte Lichtstrahlung auf den Kernbereich der mit diesem strahl formenden Element verbundenen Lichtleitfaser fokussiert, wo die Lichtstrahlung in diese das Licht abführende Lichtleitfaser eingekoppelt wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung enthalten die lichtzuführenden und die lichtauf nehmenden Koppelelemente Singlemode-Lichtleitfasern. In einer anderen Ausführungsform enthalten die lichtzuführenden und die lichtaufnehmenden Koppelelemente Multimode- Lichtleitfasern. Ferner enthalten die lichtzuführenden und die lichtaufnehmenden Koppele lemente als strahlformendes Element vorzugsweise Gradienten-Index-Multimode-Lichtleitfa sern oder Gradienten-Index-Linsen.

Weiterhin ist das in einem lichtzuführenden Koppelelement enthaltene strahlformende Ele ment derart gestaltet, daß eine Strahlquerschnittsaufweitung und Kollimierung des von der lichtzuführenden Lichtleitfaser in das strahlformende Element eingekoppelten Lichtes erfolgt.

Die kollimierte Lichtstrahlung ist in besonderer Weise dazu geeignet, die Justiertoleranzen zwischen lichtzuführendem und lichtaufnehmendem Koppelelement zu verbessern und die Lichtstrahlungsverluste an diesem Kopplungsübergang zu verringern.

Weiter ist das in einem lichtaufnehmenden Koppelelement enthaltene strahlformende Ele ment derart gestaltet, daß eine Fokussierung des eingekoppelten, kollimierten und aufgewei teten Lichtstrahles auf die Lichtleitfaser im lichtaufnehmenden Koppelelement erfolgt. Dies erfolgt durch bestimmte Einstellung des Profils des Brechungsindex oder/und die Länge des strahlformenden Elementes.

In einer bevorzugten Ausführung enthält die erfindungsgemäße Anordnung ein einziges lichtzuführendes Koppelelement und ein einziges lichtaufnehmendes Koppelelement. In einer weiteren Ausführungsform enthält das lichtzuführende und das lichtaufnehmende Koppele lement die gleichen strahlformenden Elemente.

Ferner sind bevorzugtermaßen die strahlformenden Elemente des lichtzuführenden Koppe lelementes und des lichtaufnehmenden Koppelelementes zur Erlangung hoher Kopplungs grade entlang ihrer optischen Achse ausgerichtet; wobei sich die jeweiligen Auskoppelflä chen der Koppelelemente in unmittelbarer Nähe gegenüberstehen oder berühren. Die berüh rende Kopplung ("physical contact") bewirkt höhere Kopplungsgrade und damit geringe Dämpfungswerte, stellt jedoch noch höhere Anforderungen an die Sauberkeit der sich be rührenden Kopplungsflächen. Bevorzugtermaßen sind die Kopplungsflächen leicht ballig po liert, wodurch gewährleistet ist, daß die Berührung der Kopplungsflächen auf und in der Umgebung der optischen Achse sicher erreicht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind das lichtzuführende Koppelelement und das lichtaufnehmende Koppelelement jeweils in einen Stecker integriert. Die beiden Stecker sind ferner über ein Zwischenstück lösbar verbunden.

In einer weiteren Erfindung ist das lichtzuführende Koppelelement oder das lichtaufneh mende Koppelelement in einem Stecker integriert. Das jeweils andere Koppelelement ist da gegen in eine Buchse eingebaut. Stecker und Buchse sind dabei so aufeinander abgestimmt ausgestaltet, daß durch eine lösbare Verbindung von Stecker mit Buchse die gewünschte Kopplung von lichtzuführendem Koppelelement in das lichtaufnehmende Koppelelement hergestellt wird.

Eine andere erfindungsgemäße Anordnung enthält ein einziges lichtzuführendes Koppelele ment und mehrere lichtaufnehmende Koppelelemente. Vorzugsweise sind je nach Geometrie der Koppelelemente diese so angeordnet, daß die Kopplungsgrade möglichst hoch sind.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Koppelelementes wird der Kernbereich einer End fläche der Lichtleitfaser mit einer ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements stoff schlüssig verschweißt. Die so erzeugte Verbindung ist zudem mechanisch fest und stabil.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kernbereich einer Endfläche der Lichtleitfaser mit der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements zu einem in seinen optischen Eigenschaften stetigen Stoffsystem stoffschlüssig verschweißt.

Die Energie zur Verschweißung durch Verschmelzung wird in einer Ausführungsform der Erfindung durch eine Glimmentladung an die Verbindungsstelle zwischen dem Kernbereich der Lichtleitfaser und der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements gebracht.

Bevorzugtermaßen wird die Glimmentladung von außen durch ein konventionelles Faser- Spleißgerät bereitgestellt.

In einer anderen Ausführungsform, wird ein strahlformendes Element verwendet, wobei die ses den gleichen Außendurchmesser wie die lichtzuführende Lichtleitfaser aufweist. Beide Komponenten werden durch ein konventionelles Faser-Spleiß-Gerät gegeneinander justiert und verschweißt. Von Vorteil bei einem erfindungsgemäßen Koppelelement ist insbesondere die Verwendung einer Gradienten-Index-Multimode-Lichtleitfaser oder einer Gradienten-In dex-Linse als strahlformendes Element.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird die Energie zur Ver schweißung durch Verschmelzen durch einen Laserstrahl von außen an die Verbindungsstelle zwischen dem Kernbereich der Lichtleitfaser und der ersten Koppelfläche des strahlformen den Elements gebracht. Der Laserstrahl wird vorzugsweise durch einen CO₂-Laser erzeugt, da dessen ausgesandtes Licht aufgrund seiner Wellenlänge auf das Absorptionsverhalten des Glases von Lichtwellenleitern abgestimmt ist. Der CO₂-Laser wird im CW-Betrieb mit Leistun gen zwischen 0,1 und 1,0 W betrieben. Die durch die Laserstrahlung in die Verbindungsstelle eingebrachte Energie bewirkt eine gleichmäßige Durchwärmung und ein definiertes Errei chen des Phasenübergangs des Glases in diesem Bereich.

Die Lichtleitfaser und das strahlformende Element werden vorzugsweise durch Piezo-Positi onssteller gegeneinander justiert. In einer besonderen Ausführungsform dient die Positionie rung mit Piezo-Positionsstellern der Vorpositionierung aufgrund bekannter geometrischer Abmessungen. Die Feinpositionierung erfolgt dadurch, daß die Lichtleitfaser und das strahl formende Element aktiv gegeneinander justiert werden, indem die Lichtleitfaser auf ein In tensitätsmaximum positioniert wird. Dabei wird in das strahlformende Element Licht einge koppelt, welches das eingekoppelte Licht auf den Kernbereich der angeschweißten Lichtleit faser fokkusiert und dadurch Licht in diese Lichtleitfaser einkoppelt. Dieses in die Lichtleitfa ser eingekoppelte Licht wird am offenen Ende der Lichtleitfaser detektiert. Nun werden die Lichtleitfaser und das strahlformende Element derart gegeneinander justiert, daß das in die Lichtleitfaser eingekoppelte Licht einen maximalen Wert erreicht.

Der durch Verschweißung entstandene Verbund Lichtleitfaser und strahlformendes Element wird in einer anderen Ausführungsform in eine Ferrule eingebracht und fixiert. Dies bewirkt insbesondere eine mechanische Stabilisierung und den Schutz der Verbindungsstelle und der einzelnen Komponenten. Geeigneterweise weist die Ferrule eine speziell nach den geometri schen Abmessungen des Verbundes Lichtleitfaser und strahlformendes Element geformte Kavität für die Aufnahme des Verbundes auf.

Die Fixierung erfolgt am besten mit Kleber, der durch eingebrachte Wärme oder UV-Licht oder allein aufgrund seiner Zusammensetzung bei Raumtemperatur aushärtet.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Stirnfläche des Verbundes Fer rule/strahlformendes Element/Lichtleitfaser durch Polieren nachbearbeitet.

Durch das Polieren wird bei einer anderen Ausführungsform zusätzlich die Länge des strahl formenden Elementes so eingestellt, daß ein definiert kollimierter Lichtstrahl am Ausgang des strahlformenden Elementes entsteht oder der in das strahlformende Element eingekop pelte kollimierte Lichtstrahl auf den Kernbereich der angeschweißten Lichtleitfaser fokussiert wird, je nachdem, ob ein lichtzuführendes Koppelelement oder ein lichtaufnehmendes Kop pelelement hergestellt wird.

Bei einer anderen Ausführungsform zur Herstellung eines Koppelelements wird als Lichtleit faser eine Singlemode-Lichtleitfaser verwendet, die in einem ersten Schritt in einer Positio nierhülse mit einem Befestigungsmittel befestigt wird, wobei ein schutzumhüllungsfreies Teilstück der Lichtleitfaser aus der Positionierhülse herausragt und ein schutzumhüllungsbe haftetes Teilstück der Lichtleitfaser einen direkten Kontakt oder einen indirekten Kontakt über das Befestigungsmittel mit der Positionierhülse aufweist. Als Befestigungsmittel wird ein aushärtbarer Kleber verwendet. In einem weiteren Schritt wird die Positionierhülse mit befe stigter Singlemode-Lichtleitfaser in eine erste Brecheinrichtung mit definiertem Anschlag für die Positionierhülse eingelegt und das schutzumhüllungsfreie Teilstück der Lichtleiterfaser, das aus der Positionierhülse herausragt, auf eine vorbestimmte erste Länge mit Spiegelbru chendffäche zugeschnitten. Anschließend wird diese Singlemode-Lichtleitfaser an der Spie gelbruchendfläche mit einer Spiegelbruchendfläche einer Gradienten-Index-Multimodenfaser stoffschlüssig verschweißt. Vorzugsweise wird hierzu ein konventionelles Faserspleißgerät eingesetzt. Die Spiegelbruchendfläche der Gradienten-Index-Multimodenfaser ist zuvor durch eine andere Brecheinrichtung erzeugt worden. Die bevorzugte Verwendung einer Single mode-Lichtleitfaser und einer Gradienten-Index-Multimodenfaser mit gleichem Mantelau ßendurchmesser erzeugt Schweißverbindungen mit einer außerordentlich hohen Zuverlässig keit. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Positionierhülse mit daran befestigter Singlemode-Lichtleitfaser und daran angespleißter Gradienten-Index-Multimodenfaser in eine zweite Brecheinrichtung mit definiertem Anschlag für die Positionierhülse eingelegt und an schließend eine vorbestimmte zweite Länge, die größer als die erste Länge ist, zugeschnitten. Aufgrund der Anschläge bei der ersten und der zweiten Brecheinrichtung für die Positionier hülse ist sichergestellt, daß bei vorbestimmter Länge l₂ der Zuschnitt mit der zweiten Brecheinrichtung im Bereich der angespleißten Gradienten-Index-Multimodenfaser erfolgt. Die vorbestimmte Länge l₂ wird so gewählt, daß die nach dem Zuschnitt verbleibende Länge der angespleißten Gradienten-Index-Multimodenfaser so bemessen ist, daß der aus ihr aus tretende Lichtstahl kollimiert ist. In einem nächsten Schritt wird der Verbund aus Positionier hülse mit befestigter Singlemode-Lichtleitfaser und daran angespleißter und zugeschnittener Gradienten-Index-Multimodenfaser in eine Ferrule derart eingebracht, daß die Spiegelbru chendfläche der Gradienten-Index-Multimodenfaser in der Ebene der Stirnfläche der Ferrule liegt. Anschließend wird der Verbund in der Ferrule fixiert wird. Die Fixierung erfolgt im Be reich der schutzumhüllungsbehafteten Singlemode-Lichtleitfaser mit Kleber; die Fixierung der Gradienten-Index-Multimodenfaser nahe der Spiegelbruchendfläche der Gradienten-Index- Multimodenfaser erfolgt durch Prägung. Neben der Fixierung ist mit der Prägung auch eine Zentrierung der Spiegelbruchendfläche der Gradienten-Index-Multimodenfaser relativ zu den Ferrulenstirnabmessungen durchführbar.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird in einem zusätzlichen Verfahrensschritt die Stirn fläche des Verbundes Ferrule/Singlemode-Lichtleitfaser/Gradienten-Index-Multimodenfaser durch Polieren nachbearbeitet.

In einem anderen Ausführungsbeispiel werden die gleichen Schritte wie bei den zwei unmit telbar zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen durchgeführt, mit dem Unterschied, daß die Länge l₂ hier länger bleibt. Der Verbund aus Positionierhülse mit befestigter Singlemode- Lichtleitfaser und daran angespleißter und zugeschnittener Gradienten-Index-Multimodenfa ser wird in eine Ferrule derart eingebracht, daß ein Teilstück der Gradienten-Index-Multimo denfaser aus der Ferrule herausragt. Anschließend wird der Verbund in der Ferrule fixiert. Die Fixierung mit der Ferrule erfolgt im gesamten Bereich der Singlemode-Lichtleitfaser und der Gradienten-Index-Muitimodenfaser mit Kleber. In einem letzten Verfahrensschritt wird durch Polieren und/oder Kürzen die Länge der Gradienten-Index-Multimodenfaser so eingestellt wird, daß ein kollimierter Lichtstrahl am Ausgang der Gradienten-Index-Multimodenfaser entsteht oder ein in die Gradienten-Index-Multimodenfaser eingekoppelter kollimierter Licht strahl auf den Kernbereich der angeschweißten Singlemode-Lichtleitfaser fokussiert wird.

Das Wesen der erfindungsgemäßen Anordnung zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung durch Koppelelemente bzw. Steckverbinder und das Verfahren zu deren Herstellung besteht darin, daß die zuführende Faser mit einem Gradienten-Index-Element (z. B. Gradienten-Index- Multimode-Faser oder Gradienten-Index-Linse) über eine Fusionsstelle stoffschlüssig verbun den wird. An der Verbindungsstelle zweier Stecker über ein oder mehrere Zwischenstücke oder der Verbindungsstelle eines Steckers mit einer Buchse fängt das Gradienten-Index-Ele ment des lichtaufnehmenden Koppelelementes das Licht ein und fokussiert es an der Fusi onsstelle in die lichtaufnehmende Faser. Diese Faser leitet das hochintensive Licht weiter. Die stoffschlüssigen Verbindungen zwischen Faser und Gradienten-Index-Element werden durch Fusion (Verschmelzen) mittels CO₂-Laser erzeugt. Diese Verbindungen widerstehen den durchstrahlenden hohen Leistungsdichten, da es sich um ein einheitliches Stoffsystem han delt. Die Leistungsdichte an der Verbindungsstelle der Stecker über Zwischenstücke oder an der Verbindungsstelle zwischen Stecker und Buchse verhält sich zur Leistungsdichte am Fa serkernaus- bzw. eintritt wie das Quadrat der reziproken Strahldurchmesser, d. h. (D_Kern/D_Verbindung)². Das bedeutet, daß sich mit der Gradienten-Index-Anordnung äußerst inten sive Lichtstrahlung übertragen läßt.

Ein weiterer wichtiger Vorteil bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur Kopplung hochin tensiver Lichtstrahlung durch Steckverbinder besteht darin, daß hohe Leistungsdichten an der direkten Koppelstelle zwischen Fasersteckern oder zwischen Faserstecker und Faserbuchse vermieden werden. Ausfälle der Steckverbindungen durch Zerstörungen der Faserendflächen werden vermieden. Diese Kopplungsanordnungen arbeiten daher wesentlich zuverlässiger.

Die genutzte Aufweitung und Kollimierung der Strahlung führt gleichzeitig zu relaxierten Toleranzanforderungen an die Stecker und Zwischenstücke oder Buchsen, so daß die Vor aussetzungen für eine breite Nutzung auch außerhalb des Labor- und Entwicklungsbetriebs durch die Erfindung geschaffen wurden.

Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Koppelelementes liegt darin, daß durch geeig nete Ausbildung des strahlformenden Elementes der Strahlquerschnitt und die Apertur des Lichtes, das aus dem Koppelelement ausgekoppelt wird (bei einem lichtzuführenden Koppe lelement) oder das in das Koppelelement eingekoppelt wird (bei einem lichtaufnehmenden Koppelelement) einstellbar ist. Dies ist wichtig für Anwendungen, bei denen Lichtstrahlung nur auf eine genau definierte Fläche eingestrahlt werden soll oder bei denen nur Licht aus einem bestimmten Winkelbereich aufgenommen werden soll.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen an Ausführungsbeispielen be schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 erfindungsgemäße Anordnung, bestehend aus einem lichtaussendenden Koppelele ment und einem lichtaufnehmenden Koppelelement, wobei jedes Koppelelement aus einer Singlemode-Lichtleitfaser und einer Gradienten-Index-Linse besteht.

Fig. 2 erfindungsgemäße Anordnung, bestehend aus einem lichtaussendenden Koppelele ment und einem lichtaufnehmenden Koppelelement, wobei jedes Koppelelement aus einer Singlemode-Lichtleitfaser und einer Gradienten-Index-Multimode-Lichtleitfaser besteht.

Fig. 3 Steckverbindung, bestehend aus einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem lichtaussendenden Koppelelement und einem lichtaufnehmenden Koppelelement, wobei jedes Koppelelement aus einer Singlemode-Lichtleitfaser und einer Gradienten- Index-Multimode-Lichtleitfaser besteht und eines der Koppelelemente in einem Stec ker und das andere Koppelelement in einer Buchse fixiert ist.

Fig. 4 Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Koppelelementes aus einer Singlemode-Lichtleitfaser und einer Gradienten-Index-Multimodenfaser gleichen Man telaußendurchmessers, das weiter in einer Ferrule derart befestigt wird, daß die freie Auskoppelfläche der Gradienten-Multimodenfaser mit der Frontseite der Ferrule bün dig abschließt.

Fig. 5 Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Koppelelementes aus einer Singlemode-Lichtleitfaser und einer Gradienten-Index-Multimodenfaser gleichen Man telaußendurchmessers, das weiter in einer Ferrule derart befestigt wird, daß ein Stück der Gradienten-Multimodenfaser über die Frontseite der Ferrule hinausragt, welches in nachfolgenden Bearbeitungsschritten durch Kürzen und Polieren auf eine vorbe stimmte Länge gebracht wird.

In einem ersten Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Koppelelements, bestehend aus Lichtleitfaser (1) und Gradient-Index-Linse (3) (Fig. 1), wird eine Singlemode-Faser (1) mittels Piezo-Positionsstellern aktiv zum Zentrum der Gradienten-Index-Linse (3) an der Stelle (2) positioniert. Die Positionierung erfolgt dabei in der Weise, daß über ein Optiksystem Licht so in die gegenüberliegende Seite (4) der Gradienten-Index-Linse (3) eingekoppelt wird, daß an der mit der Singlemode-Faser (1) durch Fusion zu verbindenden Stelle (2) ein Intensitätsma ximum entsteht, das mit einem Detektor an dieser Steile gemessen wird. Nach Entfernen dieses Detektors wird die anzuschweißende Singlemode-Faser (1) nun durch den Piezo-Posi tionssteller so justiert, daß mit der in der Faser nachgewiesenen Lichtleistung die relative Po sition der Lichtleitfaser gegenüber der Gradienten-Index-Linse auf das Lichtmaximum einge stellt wird. Anschließend wird mittels CO₂-Laser die zur Verschmelzung (Fusion) von Faser (1) und Gradienten-Index-Linse (3) erforderliche Lichtenergie von außen auf die Verbindungs stelle (2) eingestrahlt. Nach erfolgter Verschmelzung und Abkühlung der Verbindungsstelle wird zum mechanischen Schutz der Verbindung ein Klebertropfen aufgebracht. Die Gegen seite der Anordnung in Fig. 1: Gradienten-Index-Linse (5), Verbindungsstelle Faser/GRIN (6) und Singlemode-Faser (7) wird in gleicher Weise separat gefertigt (GRIN: Gradienten-Index). Bei der Anordnung in Fig. 1 erfolgt an der Koppelstelle (4) die Übertragung der Lichtstrahlung aus dem lichtzuführenden Koppelelement in das lichtaufnehmende Koppelelement. Die Län gen der Gradienten-Index-Linsen (3) und (5) sind so gewählt, daß an der Aus- bzw. Einkop pelfläche des jeweiligen Koppelelementes kollimierte Strahlen mit verringerter Leistungs dichte übertreten.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Koppelelementes werden eine Singlemode-Lichtleitfaser (8) und eine Gradienten-Index-Faser (10) (Fig. 2) mit identischem Außenquerschnitt mittels konventionellem Faser-Spleiß-Gerät an der Stelle (9) verschweißt. Eine aktive Justage ist hierbei aufgrund der hohen Präzision des Equipments nicht notwen dig. Der entstandene Faserverbund wird so in eine Ferrule eingebracht und fixiert, so daß die Stirnfläche des Ferrulen/Faser-Verbundes durch Polieren nachbearbeitet werden kann. Durch diese Nachbearbeitung wird die Länge der Gradienten-Index-Faser so eingestellt, daß ein kol limierter Strahl die Gradienten-Index-Faser verläßt. Die Gegenseite der Anordnung in Fig. 2: Gradienten-Index-Faser (12), Verbindungsstelle Faser/GRIN (13) und Singlemode-Faser (14) wird in gleicher Weise gefertigt. Aus dem lichtzuführenden Koppelelement (8, 10) wird das Licht an der Koppelstelle (11) in das lichtaufnehmende Koppelelement übergeleitet.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel ist das lichtzuführende Koppelelement aus Fig. 2 in einen Stecker (15) (Fig. 3) integriert, während das lichtaufnehmende Koppelelement aus Fig. 2 in einer Buchse (16) (Fig. 3) eingebaut ist. Stecker und Buchse sind dabei so aufeinander ab gestimmt ausgebildet, daß sie eine feste aber lösbare Verbindung gestatten, wobei bei ge schlossener Verbindung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, eine größtmögliche Kopplung der Lichtstrahlung vom lichtzuführenden Koppelelement in das lichtaufnehmende Koppelele ment erzielt wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Koppelelementes ist in Fig. 4 (a bis e) dargestellt. Eine Singlemode-Faser (18) wird mit einer Positionierhülse (17) versehen und mit dieser verklebt (Fig. 4a). Dabei wird die Singlemode-Faser relativ zur Positionierhülse so pla ziert, daß innerhalb der Positionierhülse ein Teil der Faser ohne Schutzumhüllung und auch ein Teil mit Schutzumhüllung (40) (englisch: coating) zu liegen kommt. Der Verbund Single mode-Faser/Positionierhülse (19) wird gemäß Fig. 4b in eine modifizierte Brecheinrichtung (20), die einen definierten Anschlag (41) für die Positionierhülse besitzt, eingelegt, und die Länge l₁ der freien Faser, d. h. des aus der Positionierhülse herausragenden schutzhüllenfreien Singlemode-Faserstücks, wird präzise mit Spiegelbruch an der Stelle (21) zugeschnitten. Da nach (Fig. 4c) werden die Singlemode-Faser (18) und als strahlformendes Element eine Gra dienten-Index-Multimode-Faser (42) nach hochgenauer Justage unter definierten Bedingun gen an der Stelle (22) gespleißt (Spleiß 47), was in einem konventionellen Faserspleißgerät mit Spleißelektroden (43) erfolgt. Durch diesen Spleißvorgang entsteht zwischen der Single mode-Faser (18) und der Gradienten-Index-Multimode-Faser (42) eine stabile, stoffschlüssige Verbindung (47), welche hohen Lichtleistungen standhält. In Fig. 4c ist dabei neben der schutzumhüllungsfreien Gradienten-Index-Multimode-Faser (42) auch noch ein Stück mit Schutzumhüllung (44) gezeichnet. Der Verbund Positionierhülse/Singlemode-Faser/Gradien ten-Index-Multimodenfaser wird anschließend in eine modifizierte Brecheinrichtung (23), die im Vergleich zur Einrichtung (20) einen definierten, jedoch größeren Abstand l₂ zwischen Anschlag und Ritzmeißel (45) besitzt (Fig. 4d), eingelegt, und die Länge l₂ wird präzise mit Spiegelbruch zugeschnitten. Die Differenz der Längen l₂ minus l₁ entspricht der Länge der an die Singlemode-Faser (18) angespleißt bleibenden und als strahlformendes Element wirken den Gradienten-Index-Multimodenfaser. Der nach Zuschneiden der Länge l₂ entstandene Verbund Positionierhülse/Singlemode-Faser/Gradienten-Index-Multimodenfaser als strahlfor mendes Element wird in eine Ferrule (46) eingebracht (Fig. 4e) und von hinten, d. h. von der Seite der schutzumhüllten Singlemode-Faser (40) her mit Kleber fixiert. Die Frontseite mit dem Spiegelbruch der Gradienten-Index-Multimodenfaser wird mittels Prägung zentriert und fixiert; Prägekerbe (24). Die geometrischen Abmessungen der Bohrungen der Ferrule sind so gewählt, daß an der Frontseite der Ferrule die Endspiegelbruchfläche der Gradienten-Index- Multimode-Faser (42) in einer Ebene mit der Ferrulenfrontfläche bzw. -stirnfläche liegt.

In Fig. 5(a bis d) ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Herstellung eines Koppelele mentes dargestellt. Entsprechend Fig. 4a wird in Fig. 5a eine Singlemode-Faser (27) mit einer Positionierhülse (26) versehen und mit dieser verklebt. Dieser Verbund Faser/Positionierhülse (28) wird in eine modifizierte Brecheinrichtung (30), die einen definierten Anschlag für die Positionierhülse besitzt, eingelegt, und die Länge l₁ der freien Faser wird präzise mit Spiegel bruch an der Stelle (29) zugeschnitten (Fig. 5b). Danach werden die Singlemode-Faser (27) des Verbundes aus Fig. 5b und eine Gradienten-Index-Multimodenfaser (42) als strahlfor mendes Element nach hochgenauer Justage unter definierten Bedingungen an der Stelle (31) gespleißt (verschweißt), das in einem konventionellen Spleißgerät erfolgt (Fig. 5c). Hierdurch entsteht zwischen der Singlemode-Faser (27) und der Gradienten-Index-Multimodenfaser (42) eine stabile, stoffschlüssige Verbindung (47), die hohen Lichtleistungen standhält. Dieser entstandene Verbund aus Singlemode-Faser/Positionierhülse/Gradienten-Index-Multimode- Faser wird in eine Ferrule (32) eingebracht (Fig. 5d). Der Verbund wird auf seiner gesamten Länge durch Kleber fixiert. Nach bekannten Technologien wird der aus der Ferrule herausra gende Teil der Gradienten-Index-Multimodenfaser (42) durch Kürzen und Polieren bearbei tet, wobei gezielt die Länge des strahlformenden Elementes und die Form der Endfläche der Gradienten-Index-Multimode-Faser (auch für "physical contact") einstellbar ist. Durch das Polieren werden eventuelle Kleberrückstände auf der Endfläche der Gradienten-Index-Multi modenfaser entfernt.

Claims

1. Koppelelement zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung aus einer oder in eine Licht leitfaser, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement eine Lichtleitfaser und ein strahlformendes Element mit einer er sten Koppelfläche und einer zweiten Koppelfläche enthält, wobei der Kernbereich einer Faserendfläche der Lichtleitfaser durch Verschweißung mit der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements stoffschlüssig verbunden ist, und daß die Lichtstrahlungsquer schnittsfläche in der zweiten Koppelfläche des strahlformenden Elements größer ist als die Lichtstrahlungsquerschnittsfläche in der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements.

2. Koppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stoffschlüssige Verbindung zwischen Lichtleitfaser und der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements ein ihren optischen Eigenschaften stetiges Stoffsystem ist.

3. Koppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement eine Singlemode-Lichtleitfaser oder eine Multimode-Lichtleitfaser enthält.

4. Koppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement als strahlformendes Element eine Gradienten-Index-Multimode- Lichtleitfaser enthält.

5. Koppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement als strahlformendes Element eine Gradienten-Index-Linse enthält.

6. Koppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement als strahlformendes Element eine oder mehrere Gradienten- Index-Linsen und/oder eine oder mehrere Gradienten-Index-Multimode-Lichtleitfasern enthält.

7. Koppelelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem Koppelelement enthaltene strahlformende Element derart gestaltet ist, daß es den mit kleinerer Strahlquerschnittsfläche in der Lichtleitfaser propagierenden Lichtstrahl in einen kollimierten Lichtstrahl mit größerer Strahlquerschnittsfläche trans formiert.

8. Koppelelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahltransformation im strahlformenden Element durch das Profil des Bre chungsindex und/oder die Länge des strahlformenden Elements eingestellt ist.

9. Koppelelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4 oder 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund aus Lichtleitfaser und strahlformendem Element eines Koppelelementes in einer Ferrule für Stecker oder für Buchsen befestigt ist.

10. Koppelelement nach einem der Ansprüche 2 bis 3 oder 5 sowie 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund aus Lichtleitfaser und strahlformendem Element eines Koppelelements in einer innen speziell nach den geometrischen Abmessungen des Verbunds aus Lichtleit faser und strahlformendem Element geformten Ferrule befestigt ist.

11. Koppelelement nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser zur Zugentlastung an mehreren Stellen der Ferrule befestigt ist.

12. Koppelelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung ausgehärteter Kleber eingesetzt ist.

13. Koppelelement nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser und das strahlformende Element entlang ihrer gesamten Länge in Kleber eingelagert sind.

14. Anordnung aus lichtzuführenden und lichtaufnehmenden Koppelelementen zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Koppelelement eine Lichtleitfaser und ein strahlformendes Element mit einer er sten Koppelfläche und einer zweiten Koppelfläche enthält, wobei der Kernbereich einer Faserendfläche der Lichtleitfaser durch Verschweißung mit der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements stoffschlüssig verbunden ist, und daß die Lichtstrahlungsquer schnittsfläche in der zweiten Koppelfläche des strahlformenden Elements größer ist als die Lichtstrahlungsquerschnittsfläche in der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Lichtleitfaser und der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements in ihren optischen Eigenschaften ein stetiges Stoffsystem ist.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtzuführenden und die lichtaufnehmenden Koppelelemente Singlemode- Lichtleitfasern oder Multimode-Lichtleitfasern enthalten.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtzuführenden und die lichtaufnehmenden Koppelelemente als strahlformendes Element Gradienten-Index-Multimode-Lichtleitfasern enthalten.

18. Anordnung nach einem der Ansprüchen 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtzuführenden und die lichtaufnehmenden Koppelelemente als strahlformendes Element Gradienten-Index-Linsen enthalten.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem lichtzuführenden Koppelelement enthaltene strahlformende Element derart gestaltet ist, daß eine Strahlquerschnittsflächenvergrößerung und Kollimierung des von der lichtzuführenden Lichtleitfaser in das strahlformende Element eingekoppelten Lichtes erfolgt.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem lichtaufnehmenden Koppelelement enthaltene strahlformende Element derart gestaltet ist, daß eine Fokussierung des eingekoppelten, kollimierten und aufgeweiteten Lichtstrahles auf die Lichtleitfaser im lichtaufnehmenden Koppelelement erfolgt.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlformende Element durch das Profil des Brechungsindex oder/und die Länge des Elementes so eingestellt ist, daß die Strahlquerschnittsflächenvergrößerung und Kollimation im lichtzuführenden Koppelelement und/oder die Fokussierung im lichtaufnehmenden Koppelelement resultiert.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17 oder 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund aus Lichtleitfaser und strahlformendem Element eines Koppelelements in einer Ferrule für Stecker oder für Buchsen befestigt ist.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 16 oder 18 sowie 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund aus Lichtleitfaser und strahlformendem Element eines Koppelelements in einer innen speziell nach den geometrischen Abmessungen des Verbunds aus Lichtleitfaser und strahlformendem Element geformten Ferrule für Stecker oder für Buchsen befestigt ist.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung ein einziges lichtzuführendes Koppelelement und ein einziges lichtaufnehmendes Koppelelement enthält.

25. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtzuführende und das lichtaufnehmende Koppelelement die gleichen strahlformenden Elemente enthalten.

26. Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlformenden Elemente des lichtzuführenden Koppelelementes und des lichtaufnehmenden Koppelelements entlang ihrer optischen Achse ausgerichtet sind und sich die jeweiligen freien Koppelflächen der Koppelelemente in unmittelbarer Nähe gegenüberstehen oder berühren.

27. Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtzuführende Koppelelement und das lichtaufnehmende Koppelelement jeweils in einen Stecker integriert sind, und daß die beiden Stecker über ein Zwischenstück lösbar verbunden sind.

28. Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtzuführende Koppelelement oder das lichtaufnehmende Koppelelement in einem Stecker integriert ist und daß das jeweils andere Koppelelement in eine Buchse integriert ist und daß Stecker und Buchse lösbar verbunden sind.

29. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung ein einziges lichtzuführendes Koppelelement und mehrere lichtaufnehmende Koppelelemente enthält oder daß die Anordnung mehrere lichtzuführende Koppelelemente und ein einziges lichtaufnehmendes Koppelelement enthält.

30. Verfahren zur Herstellung eines Koppelelements nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbereich einer Endfläche der Lichtleitfaser mit einer ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements stoffschlüssig verschweißt wird.

31. Verfahren zur Herstellung eines Koppelelements nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbereich einer Endfläche der Lichtleitfaser mit der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements zu einem in seinen optischen Eigenschaften stetigen Stoffsystem verschweißt wird.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtleitfaser eine Singlemode-Lichtleitfaser verwendet und in einer Positionier hülse mit einem Befestigungsmittel befestigt wird, wobei ein schutzumhüllungsfreies Teilstück der Lichtleitfaser aus der Positionierhülse herausragt und ein schutzumhül lungsbehaftetes Teilstück der Lichtleitfaser einen direkten Kontakt oder einen indirekten Kontakt über das Befestigungsmittel mit der Positionierhülse aufweist.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß als Befestigungsmittel ein aushärtbarer Kleber verwendet wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierhülse mit befestigter Singlemode-Lichtleitfaser in eine erste Brechein richtung mit definiertem Anschlag eingelegt wird und daß das schutzumhüllungsfreie Teilstück der Lichtleiterfaser, das aus der Positionierhülse herausragt, auf eine vorbe stimmte erste Länge mit Spiegelbruchendfläche zugeschnitten wird.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Singlemode-Lichtleitfaser an der Spiegelbruchendfläche mit der ersten Spiegel bruchkoppelfläche einer Gradienten-Index-Multimodenfaser stoffschlüssig verschweißt wird.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie zur Verschmelzung durch eine Glimmentladung an die Verbindungsstelle zwischen dem Kernbereich der Lichtleitfaser und dem strahlformenden Element gebracht wird.

37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmentladung von außen durch ein Faser-Spleißgerät bereitgestellt wird.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß eine Singlemode-Lichtleitfaser und als strahlformendes Element eine Gradienten-In dex-Multimodenfaser mit gleichen Mantelaußendurchmessern verwendet werden.

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierhülse mit befestigter Singlemode-Lichtleitfaser und daran angespleißter Gradienten-Index-Multimodenfaser in eine zweite Brecheinrichtung mit definiertem Anschlag eingelegt wird und daß eine vorbestimmte zweite Länge, die größer als die erste Länge ist, zugeschnitten wird.

40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund aus Positionierhülse mit befestigter Singlemode-Lichtleitfaser und daran angespleißter und zugeschnittener Gradienten-Index-Multimodenfaser in eine Ferrule derart eingebracht wird, daß die zweite Spiegelbruchkoppelfläche der Gradienten-Index- Multimodenfaser in der Ebene der Stirnfläche der Ferrule liegt, und anschließend fixiert wird.

41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung im Bereich der schutzumhüllungsbehafteten Singlemode-Lichtleitfaser mit Kleber erfolgt und daß die Fixierung der Gradienten-Index-Multimodenfaser nahe der zweiten Spiegelbruchkoppelfläche der Gradienten-Index-Multimodenfaser durch Prägung erfolgt.

42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Verbundes Ferrule/Singlemode-Lichtleitfaser/Gradienten-Index- Multimodenfaser durch Polieren nachbearbeitet wird.

43. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund aus Positionierhülse mit befestigter Singlemode-Lichtleitfaser und daran angespleißter und zugeschnittener Gradienten-Index-Multimodenfaser in eine Ferrule derart eingebracht wird, daß ein Teilstück der Gradienten-Index-Multimodenfaser aus der Ferrule herausragt, und anschließend fixiert wird.

44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung im gesamten Bereich der Singelmode-Lichtleitfaser und der Gradien ten-Index-Multimodenfaser mit Kleber erfolgt.

45. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß durch Polieren und/oder Kürzen die Länge der Gradienten-Index-Multimodenfaser so eingestellt wird, daß ein kollimierter Lichtstrahl an der zweiten Koppelfläche der Gra dienten-Index-Multimodenfaser entsteht oder ein in die Gradienten-Index-Multimoden faser an der zweiten Koppelfläche eingekoppelter kollimierter Lichtstrahl auf den Kern bereich der angeschweißten Singlemode-Lichtleitfaser fokussiert wird.

46. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie zur Verschmelzung durch einen Laserstrahl von außen an die Verbindungsstelle zwischen dem Kernbereich der Lichtleitfaser und der ersten Koppelfläche des strahlformenden Elements gebracht wird.

47. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl durch einen CO₂-Laser erzeugt wird.

48. Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß der CO₂-Laser im CW-Betrieb mit Leistungen zwischen 0,1 und 1,0 W betrieben wird.

49. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß als strahlformendes Element eine Gradienten-Index-Multimode-Lichtleitfaser oder eine Gradienten-Index-Linse verwendet wird.

50. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser und das strahlformende Element durch Piezo-Positionssteller gegeneinander justiert werden.

51. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser und das strahlformende Element aktiv gegeneinander justiert werden, in dem die Lichtleitfaser auf ein Intensitätsmaximum positioniert wird.

52. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß der entstandene Verbund Lichtleitfaser und strahlformendes Element in eine Ferrule eingebracht und fixiert wird.

53. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferrule ein speziell nach den geometrischen Abmessungen des Verbundes Licht leitfaser und strahlformendes Element geformte Kavität für die Aufnahme des Verbun des aufweist.

54. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung mit Kleber erfolgt, der durch eingebrachte Wärme oder UV-Licht oder allein aufgrund der Raumtemperatur aushärtet.

55. Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Verbundes Ferrule/strahlformendes Element/Lichtleitfaser durch Polieren nachbearbeitet wird.

56. Verfahren nach einem der Ansprüche 54 bis 55, dadurch gekennzeichnet, daß durch Polieren und/oder Kürzen die Länge des strahlformenden Elementes so einge stellt wird, daß ein kollimierter Lichtstrahl an der zweiten Koppelfläche des strahlfor menden Elementes entsteht oder der an der zweiten Koppelfläche in das strahlformende Element eingekoppelte kollimierte Lichtstrahl auf den Kernbereich der angeschweißten Lichtleitfaser fokussiert wird.

57. Koppelelement zur Kopplung hochintensiver Lichtstrahlung aus einer oder in eine Lichtleitfaser erhältlich durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 56.