DE2738050C2

DE2738050C2 - Lichtleiterverzweigung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2738050C2
Application number: DE2738050A
Authority: DE
Inventors: Ulricht 5000 Köln Kalmbach; Heinrich 5190 Stolberg 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: 1982-04-01
Also published as: SE7808763L; NL7808682A; GB1603139A; FR2401435A1; SE447512B; DE2738050A1; FR2401435B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtleiterverzweigung mit mindestens drei Lichtleitfasern, wobei an der Endfläche einer Lichtleitfaser die abzweigenden Lichtleitfasern stumpf mit einer gemeinsamen gebildeten, etwa kreisförmigen, durchmessergleichen Endflächen angesetzt und durch Verkleben verbunden sind, wobei die abzweigenden Lichtleiterfasern an ihren ebenen Endflächen und ebenen Kopplungsflächen durch Schleifen und Polieren bearbeitet sind.

Eine derartige Lichtleiterverzweigung ist beispielsweise aus »The transactions of the IECE of Japan, VOL. E 60 NO. 3 March 1977« bekannt. Die in dieser Liteniturstelle beschriebene Lichtleiterverzweigung wird dadurch hergestellt, daß die Lichtleitfasern auf Metallteilen angeordnet werden. Hierzu werden die abzweigenden Lichtleitfasern nach außen umgebogen und dann in Richtung der Längsachse zur Herstellung von Kopplungsflächen angeschliffen und poliert. Hierbei werden die Kopplungsflächen derart angeschliffen, daß sie rechtwinklig zur Stirnfläche verlaufen. Nach dem Zusammenfügen der angeschliffenen abzweigenden Lichtleitfasern bildet deren gemeinsame Endfläche eine Kreisfläche, die der Endfläche der Lichtleitfaser, die nicht geteilt wurde, entspricht. Die Verbindung der drei Lichtleitfasern erfolgt durch Verkleben. Weiterhin ist aus dieser Literaturstelle bekannt, die Kopplungsflächen durch Schleifen und Polieren herzustellen, wie

auch die gemeinsame Endfläche c'er abzweigenden Lichtleitfaser abschließend poliert wird. Diese Lichtleiterverzweigung weist aber nicht unerhebliche Biegeverluste auf. was letztlich dazu geführt hat, daß relativ hohe Verluste vorhanden sind, so daß sich diese Art der Lichtleitfaserverzweigung bisher nicht durchgesetzt hat. Hierzu wird in dieser Literaturstelle als Verbesserung angegeben, daß eine noch bessere Ausrichtung die Verluste verringern würde und auch, daß durch eine Hochtemperaturverschmelzung der drei Lichtleitfasern u> bessere Resultate zu erwarten sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Lichtleitfaserverzweigung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß äußerst geringe Übergangsverluste erzielt werden, und zwar unter Vermeidung der durch das Biegen der Lichtleitfasern hervorgerufenen Biegeverluste. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Kopplungsflächen der abzweigenden Lichtleitfasern unter einem sehr kleinen Winkel schräg zur Faserlängsachse verlaufend als Schrägflächen und zu jeder Schrägfläche die zugehörige Endfläche mit dieser einen Winkel von im wesentlichen 90° einschließend an die nicht gebogenen abzweigenden Lichtleitfasern einzeln abgeschliffen und poliert werden. Hierbei bleibt die vorliegende Erfindung bei dem Prinzip des Verklebens der Lichtleitfasern untereinander und vermeidet ein Verschweißen derselben, wie dies beispielsweise auch in der DE-OS 27 17 535 oder in der DE-OS 26 40 422 oder in der DE-OS 26 01 649 vorgeschlagen bzw. angegeben jo worden ist.

Die vorliegende Erfindung liegt dabei gerade in der Erkenntnis, daß es gerade die Biegeverluste sind, die im Falle einer Lichtleiterverzweigung vermieden werden müssen. Dies wird erfindungsgemäß nun dadurch erreicht, daß die Kopplungsflächen als Schrägflächen schräg zur Längsachse der Lichtleitfaser angeschliffen und poliert werden, so daß die Lichtleitfasern selbst im Kopplungsbereich ungebogen bleiben können und damit dort geradlinig verlaufen. Weilerhin ist es hierzu dann erforderlich, daß die Stirnfläche jeder derart schräg angeschliffenen Lichtleitfasern nochmals angeschliffen und poliert wird, und zwar in einem Winkel im wesentlichen senkrecht zur jeweiligen Schrägfläche, so daß beim Zusammensetzen der abzweigenden Lichtleit- 4=5 fasern eine etwa kreisförmige Endfläche erreicht wird. Zwar ist durch df.s abschließende senkrechte Anschleifen und Polieren der Endflächen und den Schrägflächen eine gewisse Abweichung von der Kreisform vorhanden, jedoch liegt diese Abweichung im Toleranzbereich der bekannten Lichtleitfasern.

Die erfindungsgemäße Lichtleiterverzweigung läßt eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten zu, insbesondere können mehr als zwei Lichtleitfasern von der einen ankommenden oder auch abgehenden Lichtleitfaser abgezweigt weiden, solange sich die Forderung erfüllen läßt, daß die im Durchmesser reduzierten Endflächen der abzweigenden Lichtleitfasern gemeinsam eine geschlossene, etwa kreisförmige Endfläche bilden, deren Durchmesser dem Durchmesser der nicht geteilten Lichtleitfaser entspricht. Dabei kann der Querschnitt der abzweigenden Lichtleitfasern je nach der gewünschten Lichtaufteilung untereinander gleich oder auch ungleich sein.

Erfindungsgemäß kann es weiterhin vorteilhaft sein, μ wenn der zwischen den abzweigenden Lichtleitfasern eingeschlossene spitze Winkel bzw. der von diesem gebildete Winkelbereich mit einem Medium ausgefüllt ist, daß einen kleineren Brechungsindex als der Kern der Lichtleitfasern besitzt. Hierdurch kann kein Licht nach außen im Kopplungsbereich austreten.

Was die bekannten Lichtleiterverzweigungen betrifft, bei denen ein Verschmelzen der anzukoppelnden Lichtleitfasern vorgenommen wird, so kann es bei diesen Verzweigungen aufgrund von Fehlern heim Verschmelzen an den Übergangsflächen zu erhöhten Verlusten kommen. Die Fehlerquellen sind dabei besonders darin zu sehen, daß ein exaktes Justieren beim Verschmelzen selbst nicht möglich ist und außerdem nicht gewährleistet werden kann, daß die beiden Übergangsflächen absolut sauber miteinander verschmelzen. Weiterhin besteht die Schwierigkeit, das Ende der Verbindungsfiächen nach außen hin scharfkantig auszubilden. Vielmehr wird sich beim Verschmelzen am Ende eine abgerundete Kante ausbilden, was aber eine Schattenbildung aufgrund auftretender Reflexionen an der Abrundung zur Folge hat, wodurch erhöhte Übergangsverluste zusätzlich auftreten können. Es können insbesondere an die Endfläche der einen Lichtleitfaser zwei abzweigende Lichtleitfasern mit jeweils halbkreisförmig ausgebildeten Endflächen abgesetzt sein. Dies ist insbesondere bei 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 Efindung 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 haiternde Gehäuseblock kann eine flächengleich mit der Endfläche dieser Lichtleitfaser verlaufende Anlagefläche besitzen. Die Gehäuseblöcke sind mit ihren Anlagcflächen gegeneinandergesetzt und vorzugsweise miteinander verklebt, wobei der verwendete Klebstoff einen Brechungsindex aufweisi, 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. Gehäuseböcken aus vornehmlich transparentem Gießharz ist dabei der Vorzug zu geben, weil das deckungsgleiche Aneinandersetzen der Schrägflächen und der Endflächen der Lichtleitfasern dann unter Sichteinnahme ggf. unter einem Mikroskop erfolgen kann. Bei metallischen Gehäuseblöcken ist es zweckmäßig, wenn diese mit ineinandergreifenden Justic.-sliften und -bohrungen ausgebildet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Lichtleiterverzweigung ist in den Ansprüchen 8 bis ^gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine komplette Lichtleiterverzweigung, Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer Lichtleiterverzwei^ung,

F i g. 3 den Endbereich einer abzweigenden Lichtleitfaser mit einer Schrägfläche,

F i g. 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-VlI in F i g. 4 und

F i g. 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 F i g. 3 und hierzu rechtwinklig ausgerichtete halbkreisförmige Endflächen 4 aufweisen, daß sie mit den Kanten ihrer Schrägflächen 3 aneinandergesetzt und somit gemeinsam eine geschlossene kreisförmige Endfläche 5 nach F i g. 8 bilden und mit dieser Endfläche 5 stumpf gegen die Endfläche 6 der Lichtleitfaser 1 angesetzt sind. Dabei besitzen die Endflächen 5, 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 F i g. 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 Kunststoffmaterial bietet die Möglichkeit die Endflächen 5, 6 unter Einsichtnahme exakt deckungsgleich aufeinander zu justieren, so daß ein maximaler Durchgang erzielt wird. Nach dem jeweiligen Einjustieren 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° -tx 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 Erfindung 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 lichtleiterfaser 2 kann dann relativ einfach in einer Werkstückaufnahme mit dem Gehäuseblock 7 eingespannt und durch Schleifen und Polieren bearbeitet werden.

Nach F i g. 4 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 Gehauseblock 7 und gegen die ί Lichtleitfaser 2 bewegt und diese Teile werden etwa bis zur gestrichelten Linie B abgeschliffen. Dadurch erhall dann die Lichtleitfaser 2 die Schrägfläche 3 und der Gehäuseblock 7 eine hierzu flächenglciche Oberfläche 12, wie dies aus der Schnittdarstellung nach F i g. 7

ίο ersichtlich ist. Nachdem die Schrägfläche 3 geschliffen ist, wird der Gehäuseblock 7 und die Lichtleitfaser 2 in Pfeilrichtung C geschliffen, und zwar etwa ois zur gestrichelten Linie D. Dadurch erhält die Lichtleitfaser 2 ihre halbkreisförmige Endfläche 4 und die Frontwand-

i'j seite 13 des Gchäuscbiocks 7 eine hierzu flächengieiche 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

jo einen gegenüber der Oberfläche 12 des Gehäuseblocks 7 in einem bestimmten Winkel schräg verlaufenden Nutboden auf, welcher die Lichtleitfaser 2 in entsprechend schräg verlautender Lage aufnimmt.

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

Nach Fig.6 weist der Gehäuseblock 7 eine Nut 10 auf, die parallel zu seiner Oberseite verläuft. Auch die

jo 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 Pfeüricht'jng 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 F i g. 9 gezeigt ist, auch möglich, mehr als zwei abzweigende Lichtleitfasern 2 vorzusehen. Hierbei werden die beiden oberen abzweigenden Lichtleitfasern 4 durch Abschleifen der Lichtleitfasern 4 in F i g. 8 senkrecht zu ihrer Trennfläche erhalten. Die einzelnen Lichtleitfasern 2 können 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 Idealfall 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 Gehäuseblök- ke 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 KJebstoffmenge zur sicheren Festlegung der Gehäuseblöcke 7 aneinander ermöglicht In ähnlicher Weise kann auch in bezug auf die Gehäuseblöcke 7 und 8 zueinander verfahren werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtleiterverzweigung mit mindestens drei Lichtleitfasern, wobei an deren Endfläche einer Lichtleitfaser die abzweigenden Lichtleitfasern stumpf mit einer gemeinsam gebildeten, etwa kreisförmigen, durchmessergleichen Endfläche angesetzt und durch Verkleben verbunden sind, wobei die abzweigenden Lichtleitfasern an ihren ebenen Endflächen und ebenen Kopplungsflächen durch Schleifen und Polieren bearbeitet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsflächen der abzweigenden Lichtleitfasern (2) unter einem sehr kleinen Winke! schräg zur Faserlängsachse verlaufend als Schrägflächen (3) und zu jeder Schrägfläche (3) die zugehörige Endfläche (4) mit dieser einen Winkel von im wesentlichen 90° einschließend an die nicht gebogenen abzweigenden Lichtleitfasern (2) einzeln angeschliffen und poliert sind.

2. Lichtleitverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von den abzweigenden Lichtleitfasern (2) eingeschlossene spitze Winkel bzw. Winkelbereich mit einem Medium ausgefüllt ist, das einen kleineren Brechungsindex als der Kern der Lichtleitfasern (2) hat.

3. Lichtleitverzweigung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern (1, 2) jeweils in aneinanderfestlegbaren Gehäuseblökken (7, 8) gehaltert, z. B. eingeschlossen oder eingeklebt sind.

4. Lichtleiterverzweigung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die abzweigenden Lichtleitfasern (2) aufnehmenden Gehäuseblöcke (7) jeweils flächengleich mit den Schrägflächen (3) und mit den Endflächen (4) der Lichtleitfasern (2) verlaufende Anlageflächen aufweisen, und daß der die eine Lichtleitfaser (1) halternde Gehäuseblock (8) eine flächengleiche mit der Endfläche (6) dieser Lichtleitfaser^) verlaufende Anlagefläche besitzt.

5. Lichtleiterverzweigung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseblöcke (7, 8) mit der Kante ihrer Anlageflächen gegeneinandergesetzt und aneinander festgelegt sind.

6. Lichtleiterverzweigung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseböcke (7, 8) aneinandergeklebt sind, wobei der Klebstoff (9) einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der der Lichtfasern (2) ist.

7. Lichtleiterverzweigung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseblöcke (7, 8) aus Kunststoff, z. B. Gießharz oder aus Metall bestehen.

8. Verfahren zur Herstellung einer Lichtleiterverzweigung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Lichtleitfasern jeweils an einem ihrer Endbereiche zum freien Ende hin jeweils soweit >nit sehr kleinem Winkel geschliffen werden, daß sie, wenn sie mit ihren schräg geschliffenen Flächen gegenseitig anliegend oder unter Einschluß eines spitzen Winkels 2<x gegeneinandergesetzt werden, endseitig miteinander eine geschlossene Stirnfläche bilden, daß die nicht gebogenen abzweigenden Lichtleiterfasern ferner endseitig soweit geschliffen werden, daß sie mit den schräg geschliffenen Flächen einen im wesentlichen rechten Winkel und miteinander eine etwa kreisförmige plane Endfläche bilden, und daß

die Lichtleitfasern mit ihrer gemeinsamen Endfläche an die Endfläche einer einzelnen Lichtleitfaser angesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lichtleitfasern jeweils endseivig soweit schräg geschliffen werden, bis jede Lichtleitfaser eine etwa halbkreisförmige Endfläche aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede abzweigende Lichtleitfaser mit einem Endbereich in eine koplseitige 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 bereich^weise flächengleich geschliffen wird, und daß die Lichtleitfaser stirnseitig zusammen mit der entsprechenden Gehäuseblockseite rechtwinklig zur schräg geschliffenen Fläche zu einer planen Endfläche geschliffen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, 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.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der schräg geschliffenen Flächen der abzweigenden Lichtleitfasern aneinandergesetzt und die sich 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.