DE2546861A1 - Coupling arrangement for light guide fibres - has automatic focusing part fixed to fibre end reducing effect of core eccentricity - Google Patents
Coupling arrangement for light guide fibres - has automatic focusing part fixed to fibre end reducing effect of core eccentricityInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung einer Koppelanordnung für Method for producing a coupling arrangement for
Lichtleitfasern Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Herstellung einer Koppelanordnung für Lichtleitfasern, insbesondere für Kernmantelfasern mit einem am Ende der Faser angebrachten selbstfokussierenden Teil. Optical fibers The invention is concerned with a method for Manufacture of a coupling arrangement for optical fibers, in particular for core-clad fibers with a self-focusing part attached to the end of the fiber.
Es ist bereits eine Koppelvorrichtung bei optischen Nachrichtenübertragungsanlagen zwischen einer Kernmantelfaser und einem Endgerät (DT-OS 23 60 951) bekannt, das einen grösseren Aperturwinkel aufweist als die Glasfaser. Bei dieser Anordnung ist zwischen der Kernmantelfaser und dem Endgerät ein selbstfokussierendes Gradieninfaserteilstück angeordnet. Seine Länge x ist so gewählt, dass die Ungleichung o,5xopt <x<1,5xopt erfüllt ist, wobei Xopt die optimale Länge des Gradientenfaserteilstückes bezeichnet, die sich aus dem Brechzahlgradienten a der Gradientenfaser, dem Radius y0 des Kernes der Kernmantelfaser und dem Aperturwinkel Oal der Kernmantelfaser zu ayo xopt = # + 1 arctan 2a 2 tan # a1 bestimmt. Diese Koppelvorrichtung kann so ausgebildet werden, dass das Gradientenfaserteilstück auf das zu koppelnde Ende der Kernmantelfaser augesteckt ist. Es hat sich als nachteilig erwiesen bei dieser bekannten Vorrichtung, dass drei Flächen mit optischer Güte benötigt werden. Ferner sind für die optimale Länge Xopt der Gradientenfaser enge Ferti-gungstoleranzen erforderlich, so dass die Herstellung der Vorrichtung aufwendig und teuer wird.It is already a coupling device in optical communication systems between a core sheath fiber and a terminal (DT-OS 23 60 951) known that has a larger aperture angle than the glass fiber. With this arrangement a self-focusing gradient fiber section between the core cladding fiber and the end device arranged. Its length x is chosen so that the inequality o, 5xopt <x <1.5xopt is fulfilled, where Xopt is the optimal length of the gradient fiber section denotes, which results from the refractive index gradient a of the gradient fiber, the radius y0 of the core of the core cladding fiber and the aperture angle Oal of the core cladding fiber determined to be ayo xopt = # + 1 arctan 2a 2 tan # a1. This coupling device can be designed so that the gradient fiber section on the end to be coupled the core sheath fiber is pinned. It has been found to be disadvantageous with this one known device that three surfaces with optical quality are required. Further are tight manufacturing tolerances for the optimal length Xopt of the gradient fiber required, so that the production of the device is complex and expensive.
Eine weitere bekannte Anordnung zur Übertragung optischer Wellenenergie mit einer Lichtquelle und einem Bündel von Seite an Seite liegenden optischen Wellenleitern (DT-OS 25 00 367) verwendet eine durchsichtige Perle aus einem Material mit gleichmässigem Brechungsindex. Damit sollen die Kopplungsverluste der parallel geschalteten einzelnen Fasern beim Ankoppeln an lichtimitierende Dioden vermindert werden.Another known arrangement for transmitting optical wave energy with a light source and a bundle of side-by-side optical waveguides (DT-OS 25 00 367) uses a transparent bead made of a material with uniform Refractive index. This should reduce the coupling losses of the individual connected in parallel Fibers when coupling of light-emitting diodes.
Ein weiteres vorbekanntes Verfahren zur Herstellung einer Ankopplungsoptik bei einem Lichtwellenleiter entsprechend der DT-OS 23 58 881 hat sich die Aufgabe gestellt, bei der Ankopplung eines Lichtleiters an einen Halbleiterlaser einen wesentlich höheren Ankopplungswirkungsgrad zu erreichen. Dies wird dadurch versucht, dass, ausgehend von einem Lichtleiter mit ebener Stirnfläche zunächst durch Übertragung von Naterial aus der Stirnfläche eine der gewünschten Ankopplungsoptik entsprechend der Grobstruktur herausgearbeitet wird.Another previously known method for producing coupling optics with a fiber optic cable according to DT-OS 23 58 881 the task posed, when coupling a light guide to a semiconductor laser an essential to achieve higher coupling efficiency. This is attempted by, starting from a light guide with a flat face, initially by transmission of material from the end face one of the desired coupling optics accordingly the rough structure is worked out.
Sodann wird diese Grobstruktur einer derartigen Wärmebehandlung unterzogen, dass die endgültige Form und Oberfläche der Ankopplungsoptik entsteht. Insbesondere soll dabei die Grobstruktur durch ein Elektronen- oder Ionenbearbeitungsverfahren erzeugt werden1 wobei nicht abzutragende Bereiche des Lichtleiters durch eine Maske abgedeckt werden. Für dieses Verfahren sind mehrere komplizierte Arbeitsgänge erforderlich, die eine allgemeine Anwendung wesentlich erschwerden.This coarse structure is then subjected to such a heat treatment, that the final shape and surface of the coupling optics is created. In particular the coarse structure is supposed to be created by an electron or ion machining process are generated1 with areas of the light guide that are not to be removed by a mask to be covered. Several complicated operations are required for this procedure, which make general use much more difficult.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaserkoppelanordnung aufzuzeigen, die sehr einfach ist und geringe Koppelverluste aufweist bei- gleichzeitiger Verringerung des Einflusses einer Kernexzentrizität bzw. Schwankungen- des Faserdurchmessers.The aim of the present invention is therefore to provide a method for To show manufacture of an optical fiber coupling arrangement that is very simple and has low coupling losses with a simultaneous reduction in the influence a core eccentricity or fluctuations in the fiber diameter.
Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren wird hierfür erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass zentral auf das Faserende eine Sammellinse so aufgeschmolzen wird, dass deren Brennpunkt innerhalb der Faser auf deren Achse liegt.Starting from the method mentioned at the beginning, this is done according to the invention suggested that a converging lens fused centrally on the fiber end that its focal point lies within the fiber on its axis.
Anhand der Figuren soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail below with the aid of the figures will.
In der Fig. 1 ist im Querschnitt eine Anordnung schematisch dargestellt zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.In Fig. 1, an arrangement is shown schematically in cross section for carrying out the method according to the invention.
Mit 1 ist ein Schmelztiegel bezeichnet, dessen Formgebung so gewählt ist, dass die gewünschte Linse mit den vorbestimmten Abmessungen entsteht und auf das Faserende 2 aufgeschmolzen wird. Mit Hilfe einer entsprechenden Führung, beispielsweise durch geeignete Ausbildung des Schmelztiegels 1, wird die Lichtleitfaser so im Schmelztiegel gehaltert, dass die Linse nach dem Erkalten der Schmelze die vorbestimmte Lage hat. Die dargestellte Faser ist eine Kernmantelfaser mit dem Kern 3 und dem zugehörigen Mantel 4. Im Schmelztiegel wird ein geeignetes Material, vorzugsweise aus niedrig schmelzendem Glas, eventuell auch Kunststoff, erschmolzen. Die Lichtleitfaser 3,4 wird so weit in den Schmelztiegel 1 eingeführt, dass auf ihrer Stirnfläche 2 nach dem entsprechend langsam vorzunehmenden Abkühlen eine Sammellinse 5 aufgeschmolzen ist, derart, dass deren Brennpunkt innerhalb der Faser auf deren Achse -bei einer Kernmantelfaser somit auf dem Kern 3 der Faser - liegt.1 with a crucible is referred to, the shape of which is chosen is that the desired lens with the predetermined dimensions arises and on the fiber end 2 is melted. With the help of an appropriate guide, for example By suitably designing the crucible 1, the optical fiber is so in the crucible held so that the lens has the predetermined position after the melt has cooled. The fiber shown is a core sheath fiber with the core 3 and the associated one Jacket 4. In the crucible, a suitable material, preferably from low Melting glass, possibly also plastic. The optical fiber 3.4 is introduced so far into the crucible 1 that on its end face 2 after a converging lens 5 melted on the correspondingly slow cooling is such that its focal point within the fiber on its axis -in a Core sheath fiber thus on the core 3 of the fiber - lies.
Die so zentral auf das Faserende aufgebrachte Sammellinse 5 besteht aus fertigungstechnischen Gründen aus einer direkt an die Stirnseite 2 der Faser anschliessenden Glasperle 5 der Länge a und aus der eigentlichen Sammellinse 6, deren Krümmungsradius mit r bezeichnet ist.The converging lens 5 applied in this way to the fiber end is made for manufacturing reasons from a directly to the end face 2 of the fiber subsequent glass bead 5 of length a and from the actual converging lens 6, whose radius of curvature is denoted by r.
Für die Ausbildung der Sammellinse gibt es mehrere Möglichkeiten. In der Fig. 2 ist die dort dargestellte Faser mit dem Kern 7 und dem zugehörigen Mantel 8 mit einer Zylinderlinse 9 versehen. In der Fig. 3 wird gezeigt wie der Strahlengang bei einer derartigen Zylinderlinse 9 erfolgt. Ein vor der Linse dargestellter Gegenstand 10 der Breite b und der Höhe h wird durch die Zylinderlinse so ausgebildet, dass die Höhe h vor der Linse 9 der Höhe h' nach der Linse entspricht, während die Breite b auf den Brennpunkt verkürzt wird. Bei der praktischen Anwendung~ist der abzubildende Gegenstand 10 eine Laserdiode die eine rechteckige Strahlencharakteristik aufweist mit den ungefähren Abmessungen O,ium x lOsm. Dies bedeutet, dass die von der Laserdiode ausgesandte Lichtleistung verteilt auf den genannten Flächenquerschnitt mit sehr hohem Wirkungsgrad in eine an der Stelle h' angeordnete Monomode-Faser mit einem Kerndurchmesser von einigen Nm eingekoppelt werden kann. Der Abstand e zwischen der abstrahlenden Fläche der Laserdiode 10 und der Sammellinse 9 ist bei der praktischen Durchführung von relativ geringer Bedeutung, da die Laserdiode ein scharf gebündeltes paralleles Licht aussendet.There are several options for the formation of the converging lens. In Fig. 2 is the fiber shown there with the core 7 and the associated Jacket 8 is provided with a cylindrical lens 9. In Fig. 3 it is shown how the The beam path in such a cylindrical lens 9 takes place. One shown in front of the lens Object 10 of width b and height h is formed by the cylindrical lens in such a way that that the height h in front of the lens 9 corresponds to the height h 'after the lens, while the Width b is shortened to the focal point. In practical application ~ is the Object 10 to be imaged is a laser diode which has a rectangular beam characteristic has with the approximate dimensions O, ium x lOsm. This means that the The light power emitted by the laser diode is distributed over the surface cross-section mentioned with a very high degree of efficiency into a single-mode fiber arranged at point h ' can be coupled with a core diameter of a few Nm. The distance e between the emitting surface of the laser diode 10 and the collecting lens 9 is at the practical implementation of relatively little importance, since the laser diode one emits sharply focused parallel light.
Es muss lediglich darauf geachtet werden, dass der Laserstrahl exakt in der optischen Ebene der Linse liegt, damit der Brennpunkt der Linse nicht ausserhalb der Faserachse, d.h. bei Kernmantelfasern ausserhalb des Kernes liegt. Hierfür muss die Anordnung geeignet justiert werden.You just have to make sure that the laser beam is accurate lies in the optical plane of the lens so that the focal point of the lens is not outside the fiber axis, i.e. outside of the core in the case of core sheath fibers. For this must the arrangement can be adjusted appropriately.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die in der Fig. 4 dargestellt ist, kann bei Anwendung auf eine Rernmantelfaser 10111 die Sammellinse 12 auch als Kugellinse mit dem Radius R ausgebildet werden. Eine derartige Ausbildung der Sammellinse ist von Vorteil, wenn man zwei Lichtfasern miteinander koppeln will.According to a further embodiment of the invention that is shown in FIG. 4, when applied to a cladding fiber 10111, the converging lens 12 can also be designed as a spherical lens with the radius R. Such training the converging lens is advantageous if you want to couple two optical fibers together.
In der Fig. 5 ist im Querschnitt eine Koppelanordnung aufgezeigt, bei der zwei Kernmantelfasern 13,14 und 15,16 miteinander verbunden werden. Zu diesem Zweck sind die Faserenden entsprechend der Erfindung mit einer aufgeschmolzenen Sammellinse 17 bzw. 18 versehen, die als Kugellinsen ausgebildet sind und den Krümmungsradius R1 bzw. R2 haben. Damit die Toleranzen der Koppelanordnung nicht zu klein gewählt werden müssen, sind die Linsen 17 und 18 relativ flach ausgebildet.In Fig. 5, a coupling arrangement is shown in cross section, in which two core sheath fibers 13, 14 and 15, 16 are connected to one another. To this Purpose are the fiber ends according to the invention with a melted Converging lens 17 and 18, which are designed as spherical lenses, and the radius of curvature R1 and R2 respectively. So that the tolerances of the coupling arrangement are not chosen too small must be, the lenses 17 and 18 are relatively flat.
Aus fertigungstechnischen Gründen wird es kaum möglich sein, dass der Linsenkörper direkt auf der Stirnfläche der Faserenden beginnt, vielmehr wird dargestellt durch die eingezeichneten Abstände al bzw. a2 dass die Krümmung der Linse erst in einem bestimmten Abstand nach der Stirnfläche der jeweiligen Faser anfangt. Eine optimale Ankopplung der beiden Fasern wird dann erreicht, wenn der Brennpunkt der Linse 17 auf der Stirnfläche des Kernes 15 der linken Lichtleitfaser liegt, bei einem von rechts nach links verlaufenden Strahlengang, der in der Fig. 5 dargestellten Anordnung. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass die Koppelanordnung justierbar ausgebildet ist. Erreicht wird dies dadurch1 dass die beiden zu verbindenden Faserenden in einer Hülse 19 oder einer V-ähnlichen Vertiefung so angebracht sind, dass man sie in axialer Richtung längs verschieben kann. Durch Verändern des Abstandes d zwischen den gekrümmten Flächen der beiden Linsen 17 und 18 kann man so die optimale Lage des Brennpunktes einstellen. Eine Justierung in der auf der Achse der jeweiligen Faser senkrecht stehenden Ebene ist somit nicht erforderlich. Der Wirkungsgrad der Ankopplung der beiden Fasern, wie sie in der Fig. 5 dargestellt sind, kann noch dadurch vergrössert werden1 dass man den im Ausführungsbeispiel in sehr stark vergrössertem Masstab dargestellte Zwischenraum 20 zwischen den Sammellinsen 17 und 18 und der Hülse 19 mit einem Immersionsöl ausfüllt. Dadurch werden störende Reflexionen vermindert.For manufacturing reasons, it will hardly be possible that the lens body begins directly on the face of the fiber ends, rather becomes represented by the indicated distances a1 and a2 that the curvature of the Lens only in a certain distance after the face of the respective fiber begins. An optimal coupling of the two fibers is then achieved, when the focal point of the lens 17 is on the end face of the core 15 of the left optical fiber is, with a beam path running from right to left, which is shown in Fig. 5 arrangement shown. This can be achieved in that the coupling arrangement is designed to be adjustable. This is achieved by1 that the two to be connected Fiber ends are attached in a sleeve 19 or a V-like recess in such a way that that you can move them lengthways in the axial direction. By changing the distance d between the curved surfaces of the two lenses 17 and 18 can be the optimal Adjust the position of the focal point. An adjustment in the on the axis of the respective Fiber perpendicular plane is therefore not required. The efficiency of the Coupling of the two fibers, as shown in Fig. 5, can still can be enlarged1 by the fact that the in the exemplary embodiment is very much enlarged Interspace 20, shown to scale, between the converging lenses 17 and 18 and the Fills sleeve 19 with an immersion oil. This reduces annoying reflections.
Ferner ist es möglich, die Linsen nach ihrer Justierung in dieser Lage miteinander zu verkleben.It is also possible to use the lenses after they have been adjusted Glue together position.
Das Material der Linsen wird zweckmässigerweise so gewählt, dass die Sammellinse den gleichen Brechungsindex aufweist wie der Kernfaser.The material of the lenses is expediently chosen so that the Converging lens has the same refractive index as the core fiber.
Obwohl die Erfindung anhand einer Koppelanordnung für Kernmantelfasern beschrieben wurde, ist dies in sinngemässer Abwandlung auch bei anderen Lichtleitfasern anwendbar und bei sinngemässer Abwandlung auch nicht nur beschränkt auf eine Koppelanordnung von zwei gleichen Fasern oder von Fasern gleicher Querschnittsabmessungen.Although the invention based on a coupling arrangement for core sheath fibers has been described, this is also the case with other optical fibers in a corresponding modification applicable and with analogous modification also not only limited to a coupling arrangement of two identical fibers or of fibers of the same cross-sectional dimensions.
Claims (8)
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| DE19752546861 DE2546861A1 (en) | 1975-10-18 | 1975-10-18 | Coupling arrangement for light guide fibres - has automatic focusing part fixed to fibre end reducing effect of core eccentricity |
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Publications (1)
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