DE2738050A1

DE2738050A1 - Lichtleiterverzweigung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2738050A1
Application number: DE19772738050
Authority: DE
Inventors: Ulricht Kalmbach; Heinrich Oepen
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Philips Kommunikations Industrie AG
Priority date: 1977-08-24
Filing date: 1977-08-24
Publication date: 1979-03-08
Also published as: DE2738050C2; FR2401435B1; NL7808682A; SE7808763L; FR2401435A1; SE447512B; GB1603139A

Description

Fl 2162 - 6 - 22. 8. 1977

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Lichtleiterverzweigung mit zumin-, dest drei Lichtleitfasern, wobei an einer Endfläche einer Lichtleitfaser die abzweigenden Lichtleitfasern jeweils mit einer ihrer Endflächen stumpf angesetzt sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Lichtleiterverzweigung.

Eine bekannte Lichtleiterverzweigung sieht eine gespaltene Lichtleitfaser vor, die eine ankommende Lichtleitfaser mit zwei abgehenden Lichtleitfasern verbindet. Da jedoch hier die beiden halbkreisförmigen Teil stränge der gespaltenen Lichtleitfaser abrupt mit einem kreisförmigen Querschnitt verbunden sind, kann aus der Richtung eines Teil stranges kein Licht in die Lichtleitfaser eingespeist werden, ohne daß die Hälfte der Lichtenergie verloren geht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lichtleiterverzweigung zum möglichst gleichmäßigen Aufteilen der in einer Lichtleitfaser geführten Lichtenergie in zumindest zwei Lichtleitfasern mit gleichem oder größerem Querschnitt zu schaffen, bei der keine oder zumindest möglichst wenig Lichtenergie verloren geht. Dabei soll sich die Lichtleiterverzweigung noch durch einen relativ einfachen und insbesondere kostengünstig herzustellenden Aufbau auszeichnen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaserverzweigung aufzuzeigen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die an die Endfläche der einen Lichtleitfaser angesetzten Endflächen der abzweigenden Lichtleitfasern derart im Durchmesser reduziert und aneinandergesetzt sind, daß sie gemeinsam eine

909810/0118

Fl 2162 - 1 - 22. 8. 1977

geschlossene Endfläche bilden. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme ergibt sich eine aus zwei geschlossenen Endflächen bestehende Kupplungsstelle, die nahezu völlig ohne Lichtenergieverlust sein kann, wenn nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung die von den abzweigenden Lichtleitfasern gemeinsam gebildete Endfläche etwa kreisförmig und vorzugsweise mit der Endfläche der einen Lichtleitfaser durchmessergleich ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Lichtleiterverzweigung läßt eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten zu. Insbesondere können mehr als zwei Lichtleitfasern von der einen ankommenden oder auch abgehenden Lichtleitfaser abgezweigt werden, solange sich die Forderung erfüllen läßt, daß die im Durchmesser reduzierten Endflächen der abzweigenden Lichtleitfasern gemeinsam eine geschlossene kreisförmige Endfläche bilden. Dabei kann der Querschnitt der abzweigenden Lichtleitfasern je nach der gewünschten Lichtaufteilung untereinander gleich oder auch ungleich sein.

Die gemeinsame kreisförmige Endfläche der abzweigenden Lichtleitfasern kann erfindungsgemäß dadurch gebildet werden, daß sie zu ihren Endflächen hin abfallende Schrägflächen aufweisen, wobei die Schrägflächen mit der zugehörigen Endfläche jeweils einen rechten Winkel bilden können. Erfindungsgemäß kann es ebenfalls zweckmäßig sein, wenn die abzweigenden Lichtleitfasern mit den Vorderkanten ihrer Schrägflächen einen spitzen Winkel 2üC einschließend aufeinander angeordnet sind und der Winkelbereich mit einem Medium ausgefüllt ist, das einen kleineren Brechungsindex als die Lichtleitfasern hat und die Schrägflächen mit den Endflächen einen Winkel von 90°_^_ einschließen.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß an die Endfläche der einen Lichtleitfaser zwei abzweigende Lichtleitfasern mit jeweils halbkreisförmig ausgebildeten Endflächen angesetzt sind. Diese Maßnahme ist insbesondere bei

909810/0118

Fl 2T62 - Sf-- 22. 8. 1977

relativ dünnen Lichtleitfasern, bei denen eine mehrfache Verzweigung schwierig herstellbar ist, von Vorteil und selbstverständlich auch überall da, wo eine gleichmäßige Verteilung der Lichtenergie auf zwei Wellenleiter gefordert wird.

Das Aneinanderkuppeln der Lichtleitfasern läßt sich mit verschiedenen Kupplungselementen verwirklichen. Die Erfindung sieht jedoch vor, daß die Lichtleitfasern jeweils in aneinander festlegbaren Gehäuseblöcken gehaltert, z. B. eingegossen, eingeklebt oder eingeschweißt sind. Dabei können die die abzweigenden Lichtleitfasern halternden Gehäuseblöcke jeweils flächengleich mit den Schrägflächen und mit den Endflächen der Lichtleitfasern verlaufende Anlageflächen aufweisen, und der die eine Lichtleitfaser halternde Gehäuseblock kann eine flächengleich mit der Endfläche dieser Lichtleitfaser verlaufende Anlagefläche besitzen. Die Gehäuseblöcke sind mit ihren Anlageflächen gegeneinandergesetzt und vorzugsweise miteinander verklebt, wobei der verwendete Klebstoff einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der von den Lichtleitfasern ist. Dadurch kann zufolge Totalreflexion aus den Schrägflächen kein Licht austreten. Die Gehäuseblöcke können aus Kunststoff, z. B. Gießharz oder Metall bestehen. Gehäuseblöcken aus vornehmlich transparentem Gießharz ist dabei der Vorzug zu geben, weil das deckungsgleiche Aneinandersetzen der Schrägflächen und der Endflächen der Lichtleitfasern dann unter Sichteinnahme ggfls. unter einem Mikroskop erfolgen kann. Bei metallischen Gehäuseblökken ist es zweckmäßig, wenn diese mit ineinandergreifenden Justierstiften und -bohrungen ausgebildet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Lichtleiterverzweigung ist in den Ansprüchen 12 bis 16 gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispiel-

909810/0118

Fl 2162 - <- 22. 8. 19^'38050

haft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine komplette Lichtleiterverzweigung,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer Lichtleiterverzweigung,

Fig. 3 den Endbereich einer abzweigenden Lichtleitfaser mit einer Schrägfläche,

Fig. 4 bis 6 drei Möglichkeiten zur Verbindung einer abzweigenden Lichtleitfaser mit einem Gehäuseblock und zur Herstellung einer endseitigen Schrägfläche,

Fig. 7 einen Schnitt folgend der Linie VII-VII in Fig. 4 und

Fig. 8 bis 10 jeweils eine Ansicht auf die Endflächen von abzweigenden Lichtleitfasern.

Die in Fig.1 und 2 dargestellte Lichtleiterverzweigung sieht eine Verbindung von einer einzelnen Lichtleitfaser 1 mit zwei abzweigenden Lichtleitfasern 2 vor. Die Kunststoffummantelung der Lichtleitfaser ist im Verzweigungsbereich entfernt worden. Die Lichtleitfasern 1, 2 sind Y-förmig ausgerichtet, wobei die abzweigenden Lichtleitfasern 2 divergieren. Die Verzweigung wird dadurch gebildet, daß die abzweigenden Lichtleitfasern 2 zu ihren freien Enden hin auslaufende Abschrägungen bzw. Schrägflächen 3 nach Fig. 3 und hierzu rechtwinklig ausgerichtete Halbkreisförmige Endflächen 4 aufweisen, daß sie mit den Kanten

909810/0118

Fl 2162 - 10 - 22. 8. 1977

ihrer Schrägflächen 3 aneinandergesetzt und somit gemeinsam eine geschlossene kreisförmige Endfläche 5 nach Fig. 8 bilden und mit dieser Endfläche 5 stumpf gegen die Endfläche 6 der Lichtleitfaser 1 angesetzt sind. Dabei besitzen die Endflächen 51 6 vorzugsweise denselben Durchmesser, so daß ein verlustfreier Übergang der Lichtenergie erfolgen kann. Die Lichtenergie kann alternativ von der Lichtleitfaser 1 in die Lichtleitfasern 2 oder von den letzteren in die Lichtleitfaser 1 geführt werden, wie dies in Fig. 1 mit Doppelpfeilen angedeutet ist.

Nach Fig. 1 werden die Lichtleitfasern 1, 2 durch Gehäuseblöcke 7, 8 gehaltert, wobei die Gehäuseblöcke vorzugsweise aus transparentem Kunststoffmaterial bestehen. Das transparente Kunststoffmetrial bietet die Möglichkeit, die Endflächen 5, 6 unter Einsichtnahme exakt deckungsgleich aufeinander zu justieren, so daß ein maximaler Durchgang erzielt wird. Nach dem jeweiligen Ein justieren werden die Gehäuseblöcke 7, 8 aneinander festgelegt. Dies kann durch Verschrauben oder vorzugsweise durch Verkleben erfolgen, wobei der Klebstoff 9 zwecks Sicherstellung einer Totalreflexion einen Brechungsindex aufweisen soll, der unter dem Brechungsindex der Lichtleitfasern 2 liegt. Die Gehäuseblöcke 7 schließen einen Winkel 2 <<; ein und liegen mit deren Vorderkanten aufeinander auf. Die Schrägflächen 3 schließen dabei mit den Endflächen 4 einen Winkel 90 -^ ein. Der zwischen den Gehäuseblöcken 7 gebildete Winkelbereich ist mit einem Medium gefüllt, das einen kleineren Brechungsindex als die Lichtleitfasern hat. Dieses Medium kann z. B. Luft oder ein Kleber sein.

Zur Herstellung der Lichtleiterverzweigung werden zunächst die Lichtleitfasern 2 vorbereitet, d. h. endseitig auf die jeweils gewünschte Form der Endflächen 4 geschliffen. Für das Anschleifen der Schrägflächen 3 und der Endflächen 4 macht sich die Er-

909810/0118

Fl 2162 - yC ■■ 22. 8. 1977

findung die Gehäuseblöcke zunutze. Dabei wird jeder Gehäuseblock 7 mit einer durchlaufenden Nut 10 ausgebildet. In die Nut 10 wird dann ein Endbereich der Lichtleitfaser 2 eingelegt und in dieser durch Verkleben oder Eingießen befestigt. Die so gehalterte Lichtleitfaser 2 kann dann relativ einfach in einer Werkstückaufnahme mit dem Gehäuseblock 7 eingespannt und durch Schleifen und Polieren bearbeitet werden.

Nach Fig. k weist der Gehäuseblock 7 eine gerade, d. h. parallel zu seiner Oberfläche verlaufende Nut 10 auf. Die Lichtleitfaser 2 ist schräg, und zwar unter einem bestimmten Winkel in die Nut 10 eingelegt und durch Klebemasse 11 od. dgl. in dieser in der schrägen Lage gehaltert. Hiernach wird in Pfeilrichtung A eine Schleifscheibe gegen den Gehäuseblock 7 und gegen die Lichtleitfaser 2 bewegt und diese Teile werden etwa bis zur gestrichelten Linie B abgeschliffen. Dadurch erhält dann die Lichtleitfaser 2 die Schrägfläche 3 und der Gehäuseblock 7 eine hierzu flächengleiche Oberfläche 12, wie dies aus der Schnittdarstellung nach Fig. 7 ersichtlich ist. Nachdem die Schrägfläche 3 geschliffen ist, wird der Gehäuseblock 7 und die Lichtleitfaser 2 in Pfeilrichtung C geschliffen, und zwar etwa bis zur gestrichelten Linie D. Dadurch erhält die Lichtleitfaser 2 ihre halbkreisförmige Endfläche 4 und die Frontwandseite 13 des Gehäuseblocks 7 eine hierzu flächengleiche Oberfläche. Selbstverständlich kann auch zuerst in Pfeilrichtung C und dann erst in Pfeilrichtung A geschliffen werden und poliert werden.

Bei der Darstellung nach Fig. 5 weist die Nut 10 einen gegenüber der Oberfläche 12 des Gehäuseblocks 7 in einem bestimmten Winkel schräg verlaufenden Nutboden auf, welcher die Lichtleitfaser 2 in entsprechend schräg verlaufender Lage aufnimmt.

909810/0118

Fl 2162 ■· «jf - 22. 8. 1977

Nach dem Festlegen der Lichtleitfaser 2 in der Nut 10 mittels Klebemasse 11 od. dgl. wird die Schleifarbeit und die Polierarbeit in der gleichen Weise durchgeführt, wie sie anhand der Fig. 4 erläutert wurde.

Nach Fig. 6 weist der Gehäuseblock 7 eine Nut 10 auf, die parallel zur seiner Oberseite verläuft. Auch die Lichtleitfaser 2 ist gerade, also parallel zum Nutboden verlaufend, in die Nut 10 eingelegt. Hier wird die Schrägfläche 3 durch schräges Anschleifen der Lichtleitfaser 2 in Pfeilrichtung A bewirkt, wobei entweder die Schleifscheibe entsprechend schräg herangeführt wird oder der Gehäuseblock 7 mit entsprechend schräg in die Werkzeugaufnahme eingespannt wird.

Es ist, wie anhand der Fig. 9 und 10 gezeigt ist, auch möglich, mehr als zwei abzweigende Lichtleitfasern 2 vorzusehen. Dabei können die einzelnen Lichtleitfasern 2 auch im Querschnitt reduzierte Endflächen 4 unterschiedlicher Ausbildung aufweisen. Wichtig ist nur, daß die Endflächen 4 durch entsprechend gestaltete Schrägflächen 3 gemeinsam eine geschlossene kreisförmige Endfläche 5 bilden, die im Ideal fall mit der Endfläche 6 der Lichtleitfaser 1 durchmessergleich ist.

Der Gehäuseblock 8 nimmt die Lichtleitfaser 1 in einem mittig angeordneten Durchgangskanal 14 auf, in dem sie verschiebefest sitzt. Die Endfläche 6 ist dabei flächengleich mit der Außenfläche des Gehäuseblocks 8, welche gegen die Frontwandseiten 13 der Gehäuseblöcke 7 gepreßt und an diesen z. B. angeklebt oder angeschraubt ist. Die im montierten Zustand der Lichtleiterverzweigung einander zugewandten Seiten der Gehäuseblöcke 7 divergieren von ihren abgeschliffenen Bereichen nach außen hin, so daß ein Spalt 14 gebildet ist, der den Auftrag einer genügend großen Klebstoffmenge zur sicheren Festlegung der Gehäuseblöcke 7 aneinander ermöglicht. In ähnlicher Weise kann auch in bezug auf die Gehäuseblöcke 7 und 8 zueinander verfahren werden.

909810/0118

Leerseite

Claims

Feiten & Guilleaume Carlswerk AG Köln, den 22. August 1977 Schanzenstraße Fl 2162 Köln 80 Lichtleiterverzweigung und Verfahren zu ihrer Herstellung Ansprüche:

1. Lichtleiterverzweigung mit zumindest drei Lichtleitfasern, wobei an einer Endfläche einer Lichtleitfaser die abzweigenden Lichtleitfasern jeweils mit einer ihrer Endflächen stumpf angesetzt sind, dadurch gekennzeich net, daß die an die Endfläche (6) der einen Lichtleitfaser (1) angesetzten Endflächen (4) der abzweigenden Lichtleitfasern (2) derart im Durchmesser reduziert und aneinandergesetzt sind, daß sie gemeinsam eine geschlossene Endfläche (5) bilden.

2. Lichtleiterverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den abzweigenden Lichtleitfasern (2) gemeinsam gebildete Endfläche (5) etwa kreisförmig und vorzugsweise mit der Endfläche (6) der einen Lichtleitfaser (1) durchmessergleich ausgebildet ist.

3. Lichtleiterverzweigung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die abzweigenden Lichtleit-

909810/0118

ORIGINAL INSPECTED

Fl 2162 - 2 - 22. 8. 1977

fasern (2) zu ihren Endflächen (4) hin abfallende Schrägflächen (3) aufweisen.

4. Lichtleiterverzweigung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägflächen (3) jeweils mit der zugehörigen Endfläche (4) einen rechten Winkel bilden.

5. Lichtleiterverzweigung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abzweigenden Lichtleitfasern (2) mit den Vorderkanten ihre Schrägflächen (3) einen spitzen Winkel 2 oC einschließend aufeinander angeordnet sind und der Winkelbereich mit einem Medium ausgefüllt ist, das einen kleineren Brechungsindex als die Lichtleitfasern (2) hat und die Schrägflächen (3) mit den Endflächen (4) einen Winkel 9Cr-^ einschließen.

6. Lichtleiterverzweigung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5) dadurch gekennzeichnet, daß an die Endfläche (6) der einen Lichtleitfaser (1) zwei abzweigende Lichtleitfasern (2) mit jeweils halbkreisförmig ausgebildeten Endflächen (4) angesetzt sind.

7. Lichtleiterverzweigung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern(1, 2) jeweils in aneinanderfestlegbaren Gehäuseblöcken (7, 8) gehaltert, z. B. eingeschlossen oder eingeklebt sind.

8. Lichtleiterverzweigung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die abzweigenden Lichtleitfasern (2) aufnehmenden Gehäuseblöcke (7) jeweils flächengleich mit den Schrägflächen (3) und mit den Endflächen

909810/0118

Fl 2162 - 3 - 22. 8. 1977

(4) der Lichtleitfasern (2) verlaufende Anlageflächen aufweisen, und daß der die eine Lichtleitfaser (1) halternde Gehäuseblock (8) eine flächengleich mit der Endfläche (6) dieser Lichtleitfaser (1) verlaufende Anlagefläche besitzt .

9. Lichtleiterverzweigung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseblöcke (7, 8) mit der Kante ihrer Anlageflächen gegeneinandergesetzt und aneinander festgelegt sind.

10. Lichtleiterverzweigung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseblöche (7, 8) aneinandergeklebt sind, wobei der Klebstoff (9) einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der der Lichtfasern (2) ist.

11. Lichtleiterverzweigung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseblöcke (7, 8) aus Kunststoff, z. B. Gießharz oder aus Metall bestehen.

12. Verfahren zur Herstellung einer Lichtleiterverzweigung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch geken nzeichnet, daß zumindest zwei Lichtleitfasern jeweils an einem ihrer Endbereiche zum freien Ende hin jeweils soweit schräg geschliffen werden, daß sie, wenn sie mit ihren schräg geschliffenen Flächen gegenseitig anliegend oder unter Einschluß eines spitzen Winkels 2oC gegeneinandergesetzt werden, endseitig miteinander eine geschlossene Stirnfläche bilden, daß die Lichtleitfasern ferner endseitig soweit geschliffen werden, daß sie mit den schräg geschliffenen Flächen einen rechten Winkel oder einen um den Winkelt redu-

909810/0118

Fl 2162 - 4 - 22. 8. 1977

zierten rechten Winkel und miteinander eine plane Endfläche bilden, und daß die Lichtleitfasern mit ihrer gemeinsamen Endfläche an die Endfläche einer einzelnen Lichtleitfaser angesetzt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lichtleitfasern jeweils endseitig soweit schräg geschliffen werden, bis jede Lichtleitfaser eine etwa halbkreisförmige Endfläche aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede abzweigende Lichtleitfaser mit einem Endbereich in eine kopfseitige Nut eines Gehäuseblocks gelegt und in diese Nut eingeklebt oder eingegossen wird, daß hiernach die Lichtleitfaser von ihrem Mantel in einem bestimmten Winkel zu ihrer Längsachse zum freien Ende hin auslaufend schräg geschliffen und auch der Gehäuseblock hierzu bereichsweise flächengleich geschliffen wird, und daß die Lichtleitfaser stirnseitig zusammen mit der entsprechenden Gehäuseblockseite rechtwinklig zur schräg geschliffenen Fläche zu einer planen Endfläche geschliffen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser endseitig in eine unter einem bestimmten Winkel schräg verlaufende Nut eines Gehäuseblockes eingelegt und befestigt wird und hiernach zusammen mit der Blockoberfläche waagerecht geschliffen wird.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der schräg geschliffenen Flächen der abzweigenden

909810/0118

Fl 2162 - 5 - 22. 8. 1977

Lichtleitfasern aneinandergesetzt und die sie halternden Gehäuseblöcke fest miteinander verbunden, z. B. verklebt werden, wonach die gemeinsame Endfläche der Lichtleitfasern gegen die Endfläche einer einzelnen, vorzugsweise ebenfalls in einem Gehäuseblock angeordneten Lichtleitfaser gesetzt wird und die Gehäuseblöcke fest miteinander verbunden werden.

909810/0118