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Justierung von optischen Fasern in Koppelelementen
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zentrischen
Justierung der Lichteintrittsfläche einer optischen Faser oder eines anderen optischen
Bauelements in einem Koppelelement.
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Unter optischen Fasern sind in dem hier vorliegenden Zusammenhang
Fasern aus einem Material zu verstehen, das zur Libertragung von Licht im infraroten,
sichtbaren und ultravioletten elektromagnetischen Spektralbereich für Nachrichtenzwecke
geeignet ist.
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Solche Materialien sind beispielsweise Glas oder Quarz.
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Die Lichteintrittsfläche eines optischen Bauelements ist der Teil
seiner stirnseitigen Querschnittsfläche, in den das Licht mit den geringsten Koppelverlusten
eintret:en kann. Bei optischen Fasern, die aus einem Kern und einem Mantelbereich
bestehen, ist die Lichteintrittsfläche der Kerquerschnitt, bei Gradienten Fasern
ist es der innere Bereich minimaler Leitungsdämpfung.
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Bei der Herstellung von Faserverbindungen ist es notwendig, die lichtführenden
Teile der Fasern genau einander gegenüber anzuordnen, um möglichst geringe Verluste
beim übergang von einer Faser in die andere zu gewährleisten. Das kann durch Vor-
oder Nachjustierung der Verbindungselemente erreicht werden.
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Der DT-OS 21 59 327 ist ein Beispiel für das Nachjustieren von optischen
Bauelementen in Verbindungselementen zu entnehmen.
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Die optischen Bauelemente sind danach exzentrisch in zylindrischen
Führungsstiften angeordnet, die gemeinsam in einem Gehäuse liegen.
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Um die optischen Bauelemente einander genau gegenüber zu justieren,
werden die Führungsstifte so verdreht, daß maximaler Lichtdurchgang durch die Verbindungsstelle
erreicht wird. Es gibt eine ganze Reihe von Möglichkeiten, Faserenden oder optische
Bauelemente in Koppelelementen nachträglich zu justieren. Allen gemeinsam ist der
Nachteil, daß sie entweder nicht lösbar sind oder nach der Lösung neu justiert werden
müssen, wozu jedesmal ein meßtechnischer Aufwand erforderlich ist.
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Die optischen Fasern können in den Koppel elementen auch vor der
Herstellung
der Verbindung so angeordnet sein, daß sie beim Zusammenführen der Koppelelemente
einander immer genau gegenüber liegen, so daß der Lichtübergang optimal ist. Ein
solcher Lichtleiteranschluß ist in der DT-OS 25 10 618 beschrieben. Er besteht aus
Stahlhülsen, in denen die Lichtleiterenden koaxial ausgerichtet festgelegt sind.
Zur Herstellung dieses Lichtleiteranschlusses bedient man sich einer Halterung,
in der die Stahlhülse und der abgemantelte Lichtleiter koaxial zueinander ausgerichtet
werden. Die Halterung besteht aus zwei Platten mit V-förmigen Nuten, die in zwei
parallelen, den Durchmesserunterschieden der Stahlhülse und des Lichtleiters entsprechenden
Ebenen liegen. Diese Art der Herstellung eines Lichtleiteranschlusses ist recht
aufwendig, da insbesondere bei Fasern sehr kleinen Durchmessers die genaueste Einhaltung
der Abmessungen erforderlich ist. Darüber hinaus ist keine Gewährleistung dafür
gegeben, daß der lichtführende Kern der optischen Faser auch tatsächlich konzentrisch
in der Stahlhülse sitzt, wenn er exzentrisch in der Faser liegt. Optische Fasern
unterschiedlicher Durchmesser können ohne eine vorherige genaue Justierung nicht
konzentrisch in der Stahlhülse angebracht werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen eine äußerst genaue Zentrierung der Lichteintrittsflächen
von Lichtleitfasern oder anderen optischen Bauelementen in Koppelelementen hUlsenartiger
Bauart möglich ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß ein Lichtübergang
hergestellt wird zwischen der optischen Faser, die in dem Koppelelement verschiebbar
angeordnet ist, und einer stirnseitig des Koppelelements gegenüber angeordneten,
exzentrisch um die Achse des Koppelelements rotierbaren Lichtführung, die an ihren
fernen Enden einerseits an eine Lichtquelle und andererseits an einen Fotodetektor
mit nachfolgenden Meßeinrichtungen angekoppelt sind, daß die Lichtführung um die
Achse des Koppelelements, in Rotation versetzt wird, wobei ihr dem ooppelelement
zugekehrtes Ende in einer zur Achse des Koppelelements senkrechten Ebene eine kreis-
oder zu der Achse konzentrische,| kreisringförmige Fläche beschreibt, daß die optische
Faser im Bereich dieser Fläche so lange verschoben wird, bis die Intensität des
übertragenen Lichts während eines ganzen Umlaufs der Lichtführung konstant bleibt
und daß die optische Faser in dieser Lage in dem Koppelelement fixiert wird.
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Als rotierbare Lichtführung kann gemäß der Erfindung das Ende einer
optischen Faser vorgesehen sein. In diesem Falle wird die achse ihres lichtführenden
Kerns konzentrisch um die Längsachse des Koppelelements bewegt. Eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß
das Koppelelement, in dem das zentrisch zu justierende Faserende in einer Ebene
senkrecht zur Längsachse des Koppelelements verschiebbar angeordnet ist, und eine
Exzenterhülse, die um ihre Längsachse rotierbar ist und in welcher das Ende einer
zweiten optischen Faser
exzentrisch befestigt ist, in kurzem Abstand
hintereinander auf einer Halterung so angebracht sind, daß ihre Längsachsen auf
einer Geraden liegen und daß die eine der optischen Fasern an ihrem fernen Ende
mit einer Lichtquelle und die andere mit einer Einrichtung zum Nachweis der Intensität
des übertragenen Lichts verbunden ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das Koppelelement und
die Exzenterhülse zylindrisch gestaltet. Beide haben denselben Querschnitt und liegen
sich auf einer Halterung in einer V-förmigen Nut stirnseitig gegenüber. Die Lichtleitfaser
ist in der Exzenterhülse so befestigt, daß ihr lichtführender Kern bezüglich der
Achse des Koppelelements eine Exzentrizität d + d2 E + d2 aufweist. d1 ist der Kerndurchmesser
der exzen-2 trischen und d2 der der zu justierenden optischen Faser.
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Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit zur Justierung der Lichteintrittsfläche
einer optischen Faser oder eines anderen optischen Bauelements in einem Koppelelement
besteht darin, daß als rotierbare Lichtführung ein Lichtstrahl verwendet wird, der
durch Parallelverschiebung eines zur Längsachse des Koppelelements konzentrischen,
parallelen Lichtstrahls beim Durchtritt durch eine um die Achse des Koppelelements
rotierende planparallele Platte erzeugt wird.
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Als paralleler Lichtstrahl wird vorzugsweise ein Laserstrahl verwendet.
Nach dem Durchtritt durch die planparallele Platte wird er divergiert. Die Lichteintrittsfläche
der optischen Faser wird in derjenigen zur Achse des Koppelelements senkrechten
Ebene justiert, in der der Aufweitungskegel des Lichtstrahls die Achse schneidet.
Die optische Faser oder das optische Bauelement können nach ihrer Justierung durch
Aushärten eines vorher eingebrachten Klebstoffs in dem Koppelelement fixiert werden.
Die zuletzt beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich
durchführen mit einer Vorrichtung, die sich dadurch auszeichnet, daß eine Lichtquelle
zur Erzeugung eines zur Längsachse des Koppel elements konzentrischen, parallelen
Lichtstrahls vorgesehen ist, daß im Strahlengang des Lichtstrahls eine um die Längsachse
des Koppel elements rotierende planparallele Platte angeordnet ist, daß im Strahlengang
des aus der planparallelen Platte versetzt austretenden, rotierenden Lichtstrahls
die Stirnfläche des Koppelelements lieqt, daß in diesem Koppelin eines Ebene element
das zentrisch zu justierende Faserendelsenkrecht zur Längsachse des Koppelelements
verschiebbar angeordnet ist und daß das ferne Ende der optischen Faser mit einer
Einrichtung zum Nachweis der Intensität des übertragenen Lichts verbunden ist.
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Als Lichtquelle ist vorzugsweise ein Laser vorgesehen. Im Strahlengang
des rotierenden Lichtstrahls zwischen der planparallelen Platte und der Stirnfläche
des Koppelelements ist gemäß der
Erfindung eine gemeinsam mit der
planparallelen Platte rotierende Einrichtung zum Divergieren des rotierenden Lichtstrahls
angeordnet. In diesem Falle liegt die Stirnfläche des Koppelelements in der zu seiner
Achse senkrechten Ebene, in der der Aufweitungskegel des Lichtstrahls seine Achse
schneidet. Die Einrichtung zum Divergieren des Lichtstrahls ist eine Linse, wobei
es nicht darauf ankommt, ob sie konvex oder konkav ist. Bei einer konvexen Linse
divergiert der Strahl erst hinter dem Brennpunkt.
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Die Koppelelemente mit den gemäß der Erfindung justierten Faserenden
bzw. optischen Bauelementen erlauben die Verwirklichung lösbarer Steckverbindungen,
bei deren Zusammenfügung kein Justieren mehr erforderlich ist. Die Lichteintrittsflächen
der optischen Bauelemente liegen genau koaxial in der Stirnfläche der Koppelelemente.
Als Koppelelemente eignen sich vor allem zylindrische Hülsen. Aber auch andere Hülsen
mit symmetrischen Querschnitten, die eine definierte Längsachse aufweisen, wie z.B.
gleichseitige Dreiecke, Quadrate, Sechsecke usw. sind als Koppelelement geeignet.
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Auch kommerzielle Hochfrequenzstecker sind für diesen Zweck verwendbar.
Alle diese Koppelelemente erlauben die Wiederzusammenführung in einer Verbindungsanordnung
ohne neuerliche Justierung,' wenn die Faserenden vorher gemäß dem Verfahren nach
der Erfindung justiert wurden. Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist auch darin zu sehen, daß mit den so justierten Koppelelementen
auf
einfache Weise Mehrfachsteckverbindungen hergestellt werden können. Auch konfektionierte
Leitungen mit optischen Elementen und Steckern können hergestellt werden, was sowohl
die Arbeit beim Spleißen auf der Strecke auf ein Minimum reduziert als auch die
Verbindung selbst sehr einfach und damit auch billig machen kann. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist bei alledem sehr einfach durchzuführen, sehr zuverlässig und höchst
genau.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Koppelelement mit eingebetteter
optischer Faser. Figur 2 und 3 dienen der Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Justierverfahrens.
Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer Justiervorrichtung mit Exzenterhülse
und Figur 5 eine Justiervorrichtung mittels rotierenden Lichtstrahls.
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In Figur 1 ist die optische Faser mit 1 bezeichnet. 2 ist der Kern
der optischen Faser und 4 ihr Mantel. Die optische Faser ist van einer Schutzhülle
16, die beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, umgeben.
Die so ausgebildete optische Faser soll im Koppelelement 3 so zentriert werden,
daß der Kern 2 der optischen Faser konzentrisch im Koppelelement liegt.
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Zur Fixierung der Faser ist der freie Raum innerhalb des Koppelelements
mit einem Klebstoff 15 gefüllt, der zunächst noch ein Verschieben des Faserendes
erlaubt und nach der Justierung ausgehärtet wird.
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Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Figuren
2 und 3 erläutert. Um die Achse 26 des Koppelelements 3 wird die rotierbare Lichtführung
In Rotation versetzt. Der Querschnitt durch diese Lichtführung, die gemäß der Erfindung
ein Lichtleiterfaserende 9 oder ein rotierender Lichtstrahl 10 sein eine kreis-
oder kann, beschreibt bei der Rotationieine kreisringförmige Fläche 8.
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Die Figuren zeigen verschiedene Positionen der Lichtführung während
ihres Umlaufs um die Achse des Koppelelements. Der rotierenden Lichtführung gegenüber
liegt das zu justierende Faserende, dessen Projektion mit dem Bezugszeichen 21 in
den Figuren 2 und 3 erscheint. In Figur 2 ist der Fall dargestellt, daß der Kern
der optischen Faser exzentrisch zur Achse des Koppelelements liegt.
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Bei der Rotation der Lichtführung um die Achse des Koppelelements
findet daher in Abhängigkeit von der momentanen Stellung ein unterschiedlicher Lichtübergang
statt. Die Überschneidungsflächen 22 der Projektion 21 der Lichteintrittsfläche
13 auf die Stirnebene der Lichtführung mit der Querschnittsfläche der Lichtführung
sind ein Maß für die Intensität des übertragenen Lichts. Die am Ende der Lichtleitfaser
gemessene Intensität schwankt während eines jeden Umlaufs zwischen einem Maximum
und einem Minimum. Die Lichteintrittsfläche 13 der zu justierenden optischen Faser
wird nun so lange verschoben, bis sie die in Figur 3 gezeigte Position erreicht
hat. Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß die Uberschneidungsflächen 22 während des
ganzen Umlaufs der Lichtführung
konstant bleibt. Demzufolge bleibt
auch die mittels der MeBeinnachgewiesene, richtung am Ende der Lichtleitfaseriübertragene
Lichtintensität konstant. Die Konstanz der Lichtintensität während des Umlaufs der
Lichtführung ist ein Zeichen für die koaxiale Anordnung der Lichteintrittsfläche
in dem Koppelelement.
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Die Figur 4 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Auf einer Halterung 18 mit V-förmiger Nut 19 liegen hintereinander eine
Exzenterhülse 17 und das Koppelelement 3. Die Exzenterhülse und das Koppelelement
haben denselben Querschnitt. In der Exzenterhülse 17 ist eine Lichtleitfaser 9 exzentrisch
zur Längsachse des Koppelelements angeordnet. Die Exzenterhülse 17 ist um die Achse
des Koppelelements drehbar. Die zu justierende optische Faser 1 ist im Koppelelement
3 so angeordnet, daß ihr Lichteintrittsende in einer zur Achse senkrechten Ebene
verschoben werden kann. Zur Verschiebung ist die optische Faser in einem Justierelement
25 gehaltert, das mittels ikrometerschrauben 23 und 24 in zwei Richtungen verschiebbar
ist. In die optische Faser wird mittels einer Lichtquelle 5 Licht eingekoppelt,
dessen Durchgang am anderen Ende durch die Justiervorrichtung mit Hilfe eines Fotodetektors
6 und einer Meßeinrichtung 7 nachgewiesen wird. Die Justierung der optischen Faser
in dem Koppelelement 3 erfolgt wie im Zusammenhang mit der Erläuterung der Figur
2 und 3 beschrieben.
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Die Figur 5 zeigt eine weitere Gestaltunsmöglichkeit einer Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hit der Lichtquelle 5, welche
vorzugsweise ein Laser ist, wird ein zur Längsachse 26 des Koppelelements 3 konzentrischer
paralleler Lichtstrahl 11 erzeugt. Dieser Lichtstrahl wird in der planparallelen
Platte 12 entsprechend den optischen Gesetzmänigkeiten parallel verschoben. Durch
Rotation der planparallelen Platte 12 wird der verschobene Lichtstrahl 10 in Rotation
versetzt. Im Strahlengang dieses rotierenden Lichtstrahls befindet sich eine Linse
20, mit der der Lichtstrahl divergiert wird. In der Ebene A, in der der Aufwe.tungskegel
44 des Lichtstrahls die Längsachse des Koppel elements 3 schneidet1 ist die Stirnfläche
13 der optischen Faser angeordnet. In dieser Ebene beschreibt der rotierende Lichtstrahl
eine kreisförmige Fläche.
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Die optische Faser befindet sich wie bei dem Ausführungsbei spiel
nach Figur 4 und wie in Figur 1 gezeigt in einem Koppel element 3 und ist darin
verschiebbar. Die Justierung erfolgt wieder wie zuvor beschrieben.
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Die gemäß der Erfindung vorbereiteten Koppelelemente werden zur Herstellung
von Steckern lediglich noch in Steckergehäuse eingesetzt. Die Gestaltung der Steckergehäuse
ist dabei dem jeweiligen Verwendungszweck anzupassen.
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11 Seiten Beschreibung 11 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen mit
5 Figuren