DE2159327A1 - Vorrichtung zur justierung zweier optischer bauelemente - Google Patents
Vorrichtung zur justierung zweier optischer bauelementeInfo
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Description
LIOENTIA
Patent-Verwaltungs-GmbH
6000 Frankfurt (Main) 70, Theodor-Stern-Kai 1
Ulm (Donau), 29. Nov. 1971 PT-UL/Scha/eg - UL 7V1O3
"Vorrichtung zur Justierung zweier optischer Bauelemente"
Die Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zur Justierung zweier
optischer Bauelemente auf einer gemeinsamen optischen Achse.
Die Einkopplung von Lichtenergie in optische Bauelemente, in
denen nur eine geringe Anzahl von Moden ausbreitungsfähig ist,
beispielsweise in Lichtleitfasern, "bereitet bekanntlich große
Schwierigkeiten, da die wirksame Eintritts- oder.Austrittsöffnung
für Lichtstrahlen bei solchen. Fasern äußerst klein ist. Es ist vorgeschlagen worden, solche Kopplungen mit Hilfe von
Linsenanordnungen durchzuführen, jedoch treten hierbei Modenfehl anp as sungen auf, welche zu Übertragungsverlusten führen.
Weiterhin ist vorgeschlagen worden, die Kopplung.mittels eines
'Hologrammes oder eines optischen Resonators vorzunehmen,'
jedoch erhöhen diese-zusätzlichen Koppelelemente die Gesamtkosten der Koppelanordnung. Die wirksame Eintritts- oder Aus-
- 2 409824/0503
- 2 - UL 71/105
trittsöffnung von Lichtleitfasern kann zwar einem weiteren
Vorschlag entsprechend durch eine Änderung des Brechungsindexverlaufs
in der Lichtleitfaser im Bereich der Koppel- . stelle vergrößert werden, jedoch ist eine genaue Justierung
der zu koppelnden Faser auch hierbei nicht zu umgehen.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe eine einfache und sichere
Justierung zweier optischer Bauelemente auf einer gemeinsamen optischen Achse möglich ist und die in Fachrichtenübertragungssystemen
als billig herzustellendes Koppelglied eingebaut wer-. den kann.
#Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
optischen Bauelemente in einem festen Abstand (r-, r?) um
räumlich gegeneinander versetzte Achsen (a^, ar)., deren gegenseitiger konstanter Abstand d innerhalb der durch die Randbe-v
dingung Jr^. - !"pi= ä^|r. + r^J festgelegten Grenzen liegt,
drehbar angeordnet sind und daß Mittel vorgesehen sind, die optischen Bauelemente in der durch die Justierung herbeigeführten
optimalen gegenseitigen Ausrichtung fest einzustellen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind darin zu
sehen, daß die Justierung der beiden optischen Bauelemente auf einer gemeinsamen optischen Achse mit einer nahezu beliebig
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- ·3 - · · UL 71/105
hohen Genauigkeit und einem verhältnismäßig geringen Zeitaufwand
erreicht werden kann.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter. Zuhilfenahme der Figuren 1 bis 6 näher erläutert ■
werden. ·
In Figur 1 und 2-ist eine Vorrichtung zur Justierung der bei-
den optischen Bauelemente 1, 2 dargestellt. Die Vorrichtung ^
besteht aus einem Gehäuse 3» vorzugsweise in Form eines Kreiszylinders,
in das voneinander gegenüberliegenden, Seiten her gegeneinander versetzte Bohrungen eingebracht sind. In diese
Bohrungen sind-die Führungsstifte 4- und 5 eingeführt, welche
zumindest um ihre Drehachse a^, und a,- während des Justiervorgangs
frei beweglich sind. Durch Drehen der Führungsstifte 4- und 5 können die optischen Bauelemente 1,2 entsprechend Figur
2 auf Kreisen mit den Radien r^ und r? um die Achsen a,
und a,- geführt werden. Die Mittelpunkte der Kreise müssen da- {J
bei einen Abstand voneinander aufweisen, der innerhalb der durch die Randbedingung Jr. — ro|^d^_|r/1 + ro I festgelegten
Grenzen liegt. Aus den Figuren'3"bis 5 läßt sich anschaulich
erkennen, in welchen Positipnen eine Überdeckung der optischen Bauelemente 1,.2 in der Zeichenebene, d. h. also eine Justierung
auf einer gemeinsamen optischen Achse,möglich ist. d™.
in Figur 3 ist beispielsweise der kleinster, dM in Eigur 5
/3G9 8 24/Q503 _a-
TJL 71/105
der größte Abstand, den die. beiden Achsen a^ und a,- voneinander
noch einnehmen dürfen. Die Verhältnisse für einen zwischen diesen Extremen liegenden Fall (d « ρ ) sind in der dazwischen
liegenden Figur 4- dargestellt.
Die Justierung kann sowohl durch Drehen beider Führungsstifte
in einem fest gehaltenen -Gehäuse als auch durch Drehen des Gehäuses
um die Drehachse eines fest gehaltenen Führungsstiftes im Zusammenwirken mit einer Drehung des anderen Führungsstiftes
um dessen Achse erfolgen. Im letzteren Fall ist es vorteilhaft, das Gehäuse schnell rotieren zu lassen und den anderen Führungsstift währenddessen langsam um seine Achse zu drehen.
Zum Abschluß des Justiervorganges müssen die optischen Bauelemente
noch in ihrer optimalen gegenseitigen Ausrichtung arretiert werden. Dies kann beispielsweise durch mechanischen Andruck
erfolgen, etwa in der Weise, daß das Gehäuse während des
Justiervorgangs kurzzeitig durch eine Heizvorrichtung erwärmt wird. Ist die Justierung abgeschlossen, wird die Heizvorrichtung
entfernt und das Gehäuse schrumpft mit zunehmender Abkühlung
so weit zusammen, bis die beiden Führungsstifte fest eingespannt sind. Neben dieser Schrumpfanpassung sind jedoch auch
noch andere Verfahren wie z. B. Löten, Schweißen, Klemmen oder
Kleben zum Befestigen der Führungsstifte im Gehäuse zu erwähnen.
309824/0503 " 5 "
-. 5 - ' ' UL 71/103
215932?
Unter den optischen Bauelementen sind in erster Linie solche
zu verstehen, die eine kleine Eintritts- oder Austrittsöffnung
für Lichtstrahlen aufweisen. Hierunter fallen üaöerdioden oder
Fotodioden oder auch Lichtleitfasern, d. h. also Bauelemente, ^ cLie vorteilhaft in optischen Nachrichtenübertragungssystemen
• eingesetzt werden können. Die erfindungsgemäße Justiervorrichtung
läßt sich in optischen Übertragungssystemen auch zugleich W als Koppelglied verwenden, wobei insbesondere hervorzuheben
ist, daß eine solche Verbindung jederzeit wieder gelöst und
das Koppelglied auch jederzeit wieder verwendet werden kann.
Weist ein optisches Bauelement einen sehr kleinen Durchmesser
auf, beispielsweise etwa 100/U, so ist es schwierig, eine zur
Aufnahme dieses Bauelementes dienende Bohrung mit entsprechendem
Innendurchmesser in den Führungsstift einzubringen. Hier kann aber dadurch Abhilfe geschaffen werden, daß eine Bohrung
größeren Durchmessers in den Führungsstift eingebracht und das optische Bauelement,beispielsweise eine Lichtleitfaser, zumindest
in der Nähe des zu koppelnden Endteils der Faser durch einen Kleber in der Bohrung befestigt wird. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, die Faser in eine Kapillare einzuführen und die Bohrung im Führungsstift auf den Außendurchmesser dieser Kapillare abzustimmen.
/.3 0 9824/050 3
Zweckmäßig ist es, die zu koppelnden optischen Bauelemente
bezüglich" ihrer numerischen Apertur einander anzupassen. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß eine Laserdiode oder
Fotodiode (Figur 6) innerhalb ihres Führungsstiftes zunächst
optisch an eine Lichtleitfaser 7 gekoppelt wird und diese Faser dann erst durch die Justiervorrichtung auf eine andere
Lichtleitfaser 8, welche beispielsweise zur Weiterleitung der Lichtenergie über eine große Entfernung dienen soll, gekoppelt
wird. Zur Verringerung von Kopplungsverlusten können die Lichtleitfasern noch im Bereich ihrer Koppelenden z. B-. durch eine
thermische Behandlung derart in ihrem Brechungsindexverlauf verändert werden, daß sich hierdurch eine wirksame' Eintritts- oder
Austrittsöffnung für die Lichtstrahlen ergibt, die größer ist als der Querschnitt des totalrefjektierenden Kerns im übrigen
Teil der Faser. Eine weitere Verbesserung des Koppelwirkungs-.
grades kann erzielt werden, wenn der zwischen den zu koppelnden optischen Bauelementen liegende Bereich mit einer reflexmindernden
Substanz, vorzugsweise einem Immersionsöl, ausgefüllt ist.
Die Justierung der beiden optischen Bauelemente kann auf einfache Weise dadurch kontrolliert werden, daß ein Lichtstrahl
über eines der beiden Bauelemente in die Justiervorrichtung geleitet und die in das andere Bauelement wieder eingekoppelte
Lichtintensität gemessen wird. In einem optischen Nachrichten- ,
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- 7 - ■ · UL 71/103
übertragungssystem läßt sich 'eine solche Messung beispielsweise
in der Weise durchführen, daß die Lichtenergie an einer _
Verstärkerstation entnommen, dann über ein anderes Kabel, etwa dem" Versorgungskabel- für die Verstärkerstation zur Justier-,
vorrichtung zurückgeführt und dort mit der Energie des eingestrahlten Lichtstrahls verglichen wird. Es ist aber auch möglich,
die Lichtleitfasern durch eine reversible Krümmung lichtdurchlässig
zu machen und das dabei austretende Licht beispielsweise schon unmittelbar hinter der Justiervorrichtung zu messen. ™
309824/0503
Claims (1)
- - 8■ - . UL 71/103Paten-t an-sprüche'—Νf1 _/Vorrichtung zur Justierung zweier optischer Bauelemente auf einer gemeinsamen optischen Achse, dadurch gekennzeichnet« daß die optischen Bauelemente (1, 2) in einem festen Abstand (r., rj um räumlich gegeneinander versetzte Achsen (a^i, a,-), deren gegenseitiger konstanter Abstand d innerhalb der durch die Bandbedingung |r^. - r2|^d^ |r. + τΛ festgelegten Grenzen liegt, drehbar angeordnet sind und daß Mittel vorgesehen sind, die optischen Bauelemente (1, 2) in der durch die Justierung herbeigeführten optimalen gegenseitigen Ausrichtung, fest einzustellen (Figur 1).2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß " zur Aufnahme der optischen Bauelemente (1, 2) kreiszylindrische Führungsstifte vorgesehen sind, die im Abstand (j?j oder r„) vo-nα ihrer Längsachse (a^, a,-) in zumindest einer ihrer beiden Stirnflächen eine öffnung und/oder eine durch den !Führungsstift hindurch verlaufende -Bohrung aufweisen.3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der Führungsstifte ein Gehäuse vorgesehen ist, in das von zwei einander gegenüberliegenden Seiten her parallel zueinander verlaufende und um den Abstand d gegeneinander ver-_ η _ 30982A/J0503- 9 - UL 71/103setzte Bohrungen eingebracht -sind, deren Durchmesser derart gewählt ist, daß die Führungsstifte während des Justiervbrganges zumindest um ihre Drehachse (%, ac) frei beweglich sind.·Λ. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eines der optischen Bauelemente (1, 2) eine Laserdiode ist.5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß eines der optischen Bauelemente (1, 2) eine Fotodiode ist.6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der optischen Bauelemente (1,2) eine Lichtleitfaser ist.7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser zur Erhöhung der wirksamen Eintritts- oder Aus.-trittsflache für die Lichtstrahlen in .dem zur Justierung verwendeten Endstück der Faser einen vom übrigen Teil der Faser · abweichenden Brechungsindexverlauf aufweist.8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß in die durch einen Führungsstift hindurch verlaufende Bohrung eine Kapillare zur Aufnahme einer Lichtleitfaser eingesetzt ist.309824Λ0503 ,- 10 - IJL 7V1O39. ■ Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwendung optischer Bauele- . mente von im wesentlichen gleicher numerischen Apertur-für die Justierung der optisch wirksame Bereich der Laserdiode oder Fotodiode innerhalb des Führungsstiftes optisch auf eine kurze Lichtleitfaser gekoppelt ist.10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den optischen Bauelementen (1, 2) liegende Bereich mit einer reflexmindernden Substanz, vorzugsweise Immersionsöl, ausgefüllt ist.11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstifte nach dem Justier-Vorgang durch mechanischen Andruck fest mit dem Gehäuse verbunden sind.. ■12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führiingsstif te während des' Justiervorgangp durch Erwärmung des Gehäuses zumindest, um ihre Drehachsen (a^, a,-) frei beweglich und nach der Abkühlung fest im Gehäuse eingespannt sind.13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zumindest während des Justiervorganges um eine der beiden Achsen (a^,, a^) drehbar angeordnet ist. . ·309824/0503 " ΛΛ ~14-; Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch die Verwendung· als Koppelglied in einem optischen Nachrichtenübertragungssystem.309824/0503 ORIGINALLee
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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Ref document number: 2547437 Country of ref document: DE |
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