DE2851696A1

DE2851696A1 - Koppelelement fuer lichtwellenleiter und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2851696A1
Application number: DE19782851696
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Winzer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-11-29
Filing date: 1978-11-29
Publication date: 1980-06-26

Description

Koppelelement für Lichtwellenleiter und Verfahren zu
seiner Herstellung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Koppelelement zum Auskoppeln eines Lichtanteils aus einem Lichtwellenleiter und/oder zum Einkoppeln von Licht in den Lichtwellenleiter und Verfahren zu seiner Herstellung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders einfach aufgebautes sowie einfach herstellbares Koppelelement der eingangs genannten Art anzugeben.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Gebilde aus bezüglich ihrer optischen Achsen koaxialen Gradientenlinsen, die durch ein Abstandsstück voneinander getrennt sind, eine zur Achse geneigte teildurchlässige Spiegelschicht angeordnet ist und daß zwischen den Linsen zwei fluchtende Lichtwellenleiter zu beiden Seiten der dazu ebenfalls geneigten Spiegelschicht angeordnet sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform dieses Elements ist dabei so ausgebildet, daß eine Gradientenlinse in ihrer Länge so bemessen ist, daß sie die Stirnfläche eines der fluchtenden Lichtwellenleiter, die der Spiegelschicht auf der Seite gegenüberliegt, auf der sich auch diese Gradientenlinse befindet, auf die von der Spiegelschicht abgewandte Stirnfläche der Gradientenlinse reell abbildet.
Dieses Element kann vorteilhafterweise zu einem, dem klassischen Strahlteiler vollständig entsprechenden Strahlteilerelement für Lichtwellenleiter ausgebildet werden, indem es so weitergebildet wird, daß ein weiterer Lichtwellenleiter vorgesehen ist, bei dem eine Stirnfläche der abgewandten Stirnfläche der Gradientenlinse bei der Stelle gegenüberliegt, wo das Bild der Stirnfläche des Lichtwellenleiters sich befindet.
Weiter ist ein vorgeschlagenes Element bevorzugterweise so ausgebildet, daß eine Gradientenlinse in ihrer Länge so bemessen ist, daß sie die Stirnfläche eines der Lichtwellenleiter, die der Spiegelschicht auf der Seite gegenüberliegt, auf der auch diese Gradientenlinse sich befindet, virtuell oder in eine Bildebene reell abbildet, die einen Abstand von dieser Gradientenlinse hat, der mindestens ihrer Länge entspricht.
Dieses Element wird bevorzugterweise dann verwendet, wenn ein aus dem Wellenleiter auszukoppelnder Lichtanteil mit einem fotoempfindlichen Element abzutasten ist. Vorteilhafterweise ist ein solches Element dann so aus gebildet, daß der von der Spiegelschicht abgewandten Stirnfläche der Gradientenlinse ein Lichteintrittsfenster eines lichtempfindlichen Elements gegen- überliegt.
Vielfach werden auf einem gemeinsamen Lichtwellenleiter mehrere Kanäle verschiedener Wellenlängen gleichzeitig übertragen und vielfach kommt es vor, daß an einer bestimmten Stelle dieses Lichtvellenleiters nur ein bestimmter Kanal abgetastet werden soll. Zu diesem Zweck wird ein soeben angegebenes Element vorteilhafterweise so weitergebildet, daß zwischen der abgewandten Stirnfläche und dem Lichteintrittsfenster des lichtempfindlichen Elements ein schmalbandiges Farbfilter angeordnet ist. Zum Abtasten eines bestimmten Kanals ist dann nur ein Farbfilter zu wählen, welches nur diesen Kanal durchläßt.
Das soeben beschriebene Element kann noch hinsichtlich Trennschärfe und auch Nebensprechen verbessert werden, indem es so ausgebildet wird, daß die Spiegelschicht frequenzselektiv teildurchlässig ist, wobei sie eine Wellenlänge reflektiert, für die das Farbfilter durchlässig ist.
Weitere Ausführungsformen des vorgeschlagenen Elements welche bevorzugt verwendet werden, gehen aus den UnteransprUchen 8 bis 12 hervor.
Das vorgeschlagene Koppelelement zeichnet sich nicht nur durch Einfachheit im Aufbau und durch seine Variationsfähigkeit in der Funktion aus, sondern auch durch seine besonders einfache Herstellungsmöglichkeit.
Ein solches Verfahren zur einfachen Herstellung eines solchen Elements wird vorteilhafterweise so durchgeführt, daß zwei Gradientenlinsen, zwei dazwischenliegende Distanzplättchen und ein zwischen den beiden Distanz- plättchen und den Linsen liegender durchgehender Lichtwellenleiter miteinander so verklebt werden, daß die Gradientenlinsen koaxial sind, daß nach dem Aushärten des Klebers der so hergestellte Körper durch einen schief durch die optische Achse und den Lichtwellenleiter geführten Schnitt in zwei Teile zerlegt wird, daß die Schnittflächen auf optische Qualität gebracht werden, daß auf eine der Schnittflächen die Spiegelschicht aufgebracht wird und daß die beiden so bearbeiteten Teile so zusammengefügt und fest miteinander verbunden werden, daß die Gradientenlinsen wieder koaxial sind und die beiden getrennten Teile des Lichtwellenleiters fluchten.
Dieses Verfahren kann vorteilhafterweise zu einem selbstjustierenden Verfahren so weitergebilaet werden, daß bei dem hergestellten Körper zwei im Winkel zueinander stehende Anschlagflächen vorgesehen werden, die parallel zur optischen Achse verlaufen und daß zum Zusammenbringen der beiden Teile jeweils eine Anschlags fläche an eine Oberfläche einer mit einem geradlinig verlaufenden Anschlag versehenen Unterlage gelegt werden, derart, daß jeweils die andere Anschlagfläche am Anschlag anliegt und die beiden Schnittflächen einander zugewandt und parallel sind, und daß die beiden Teile durch Verschieben längs des Anschlags zusammengebracht werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
Es zeigen Figur 1 einen axialen Längsschnitt senkrecht zu den fluchtenden Lichtwellenleitern und Figur 2 einen axialen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel längs der fluchtenden Lichtwellenleiter.
In den Figuren sind mit 1 und 2 die beiden durch das wischenstück 4 getrennten koaxialen Gradientenlinsen bezeichnet, deren optische Achse A auf zwei zwischen den Linsen und den beiden das Zwischenstück 4 bildenden Distanzplättchen 41 und 42 angeordneten fluchtenden Glasfaserlichtleitern 31 und 32 senkrecht steht. Die beiden Glasfaserlichtleiter sind zu beiden Seiten der im Winkel von 450 dazu geneigten teildurchlässigen Spiegelschicht, die zusammen mit dem Zwischenstück 4 und den beiden Gradientenlinsen 1 und 2 das Gebilde 10 bildet, angeordnet. Die optische Achse A schneidet die Spiegelschicht zwischen den beiden fluchtenden Wellenleitern. Die durch die Achse A und einem fluchtenden Wellenleiter 31 bzw. 32 aufgespannte Ebene steht auf der Spiegelschicht 6 senkrecht.
Die Distanzplättchen 41 und 42 haben eine Dicke, die gleich dem Durchmesser der Lichtwellenleiter 31 und 32 ist, an die sie seitlich stoßen.
Die Gradientenlinse 1 hat eine solche Länge, daß die an die Spiegelschicht 6 angrenzende Stirnfläche 310 des Lichtwellenleiters 31 auf die von der Spiegelschicht abgewandte Stirnfläche 11 der Gradientenlinse 1 abgebildet wird, wie es durch den Verlauf der gestrichelt eingezeichneten Lichtstrahlen L1 und L2 angedeutet ist. Daß das Bild auf der abgewandten Stirnfläche ist, soll bedeuten, daß es auf oder bis höchstens einem Durchmesser eines Lichtwellenleiters von der Stirnfläche weg liegen kann. Beim Ausführungsbeispiel liegt das Bild der Stirnfläche 310 auf der Achse A.
Auf die abgewandte Stirnfläche 11 der Gradientenlinse 1 ist ein weiterer Glasfaserlichtleiter 7, der in einem Körper 71 befestigt ist, aufgesetzt. Er ist dabei so auf- gesetzt, daß seine aufgesetzte Stirnfläche 70 der Stelle auf der abgewandten Stirnfläche 11 gegenüberliegt, wohin die Stirnfläche 310 des Lichtwellenleiters 31 abgebildet wird. ueber den weiteren Lichtwellenleiter 7 kann der aus dem Lichtwellenleiter 31 durch die teildurchlässige Spiegelschicht ausgekoppelte Lichtanteil weggeführt werden. Er kann aber auch dazu benutzt werden, Licht in den Lichtwellenleiter 31 einzukoppeln.
Würde man die Gradientenlinse 2 wie die Gradientenlinse 1 ausbilden und dort einen, dem weiteren Lichtwellenleiter 7 entsprechenden Lichtwellenleiter aufsetzen, so hätte man ein dem klassischen Strahlteiler entsprechendes Element für Lichtwellenleiter.
Im Ausführungsbeispiei nach den Figuren 1 und 2 besitzt jedoch die Gradientenlinse 2 eine solche Länge, daß die an die Spigelschicht 6 angrenzende Stirnfläche 320 des Lichtwellenleiters 32 ins Unendliche abgebildet wird, wie es durch den Verlauf der beiden gestrichelt dargestellten Lichtstrahlen L3 und L4 angedeutet ist.
Auf der von der Spiegelschicht abgewandten Stirnfläche 21 der Gradientenlinse 2 ist ein schmalbandiges Farbfilter 8 angeordnet, und darauf wiederum ein lichtempfindliches Element 9, dessen Detektorfenster 91 der abgewandten Stirnfläche 21 zugewandt ist.
Das Ausführungsbeispiel ist danach ein Element, welches teils als Strahlteiler und teils als Abtastelement verwendet werden kann.
Die Herstellung des Elements erfolgt so, daß auf eine Stirnfläche 12 bzw. 22 der Gradientenlinse 1 bzw. 2 die beiden Distanzplättchen 41 und 42 und dazwischen ein durchgehender Lichtwellenleiter gelegt werden und darauf nachdem der durchgehende Lichtwellenleiter auf die optische Achse der Gradientenlinse einJustiert worden ist, die zweite Gradientenlinse 2 bzw. 1 derart, daß ihre optische Achse mit der der anderen Gradientenlinse zusammenfällt, Vor dem Zusammenbringen dieser Teile sind die Berührungsflächen mit optischem Kleber versehen worden, welcher sie nach dem Aushärten zusammenhält.
Die beiden Gradientenlinsen haben naturgemäß die Form von Profilstäben gleichen Querschnitts, in der Regel kreisförmig. Dies kann vorteilhaft zum koaxialen Einjustieren der beiden Gradientenlinsen benutzt werden.
Sie brauchen dazu nur an zwei im Winkel zueinander stehende ebene Flächen eines Körpers gleichzeitig angelegt werden und sind dadurch bereits koaxial.
Nach dem Aushärten des Klebers wird der so hergestellte Körper durch einen Schnitt in zwei Teile zerlegt. Der Schnitt wird so geführt, daß eine Schnittfläche entsteht, die um 450 zur optischen Achse A und zu den fluchtenden Lichtwellenleitern 31 und 32 geneigt ist und auf der von diesen aufgespannten Ebene senkrecht steht. Die Schnittflächen werden poliert und so auf optische Qualität gebracht. Auf eine der polierten Schnittflächen wird die teildurchlässige Spiegelschicht aufgebracht, beispielsweise indem sie mit einem Metall, beispielsweise Aluminium, bedampft wird. Die beiden so hergestellten Teile werden dann wieder an die beiden ebenen Flächen angelegt und zwar so, daß die Schnittflächen einander zugewandt und parallel sind. Durch Verschieben parallel zu den beiden ebenen Flächen werden die beiden Teile zusammengebracht und fest miteinander verbunden. Letzteres geschieht zweckmäßigerweise mittels eines optischen Klebers, welcher sich zwischen der Spiegelschicht und der freien Schnitt- fläche befindet. Durch geeignete Bemessung der Dicke dieser Kleberschicht lassen sich auch Maßverluste ausgleichen, welche durch den Schnitt und durch das Polieren entstanden sind. Die beiden im Winkel zueinander stehenden ebenen Flächen, die zum selbstjustierenden Zusammenfügen benutzt werden, sind zweckmäßigerweise eine Oberfläche einer Unterlage, welche mit einem geradlinig verlaufenden Anschlag versehen ist.
Nach dem Aushärten der Kleberschicht zwischen der Spiegelschicht und einer Gradientenlinse, die in den Figuren 1 und 2 der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, ist das eigentliche Koppelelement fertiggestellt.
Zum Aufsetzen des weiteren Lichtwellenleiters 7 wird dieser vorher zweckmäßigerweise in die Öffnung einer Glaskapillare 71 eingeschoben und darin mittels optischem Kleber befestigt. Durch Schleifen und Polieren einer Stirnfläche dieser Kapillare wird erreicht, daß der weitere Lichtwellenleiter 7 mit dieser Stirnfläche eben abschließt. Diese Stirnfläche wird auf die abgewandte Stirnfläche 11 der Gradientenlinse 1 aufgesetzt und mittels optischem Kleber darauf befestigt. Da im Ausführungsbeispiel das Bild der Stirnfläche 310 auf der optischen Achse A liegt, muß auf die aufgesetzte Stirnfläche des weiteren Lichtwellenleiters 7 auf diese axial Justiert werden.
Dazu wird zweckmäßigerweise eine Kapillare verwendet, welche den gleichen Querschnitt wie eine Gradientenlinse aufweist. Zum Einjustieren der Stirnfläche 70 des weiteren Wellenleiters 7 kann dann mit Hilfe der Unterlage mit dem Anschlag genauso vorgegangen werden, wie beim Zusammenbringen der beiden Teile.
Das Farbfilter 8 wird zweckmäßigerweise ebenfalls durch Bedampfen auf die Stirnfläche 21 der Gradientenlinse aufgebracht. Das lichtempfindliche Element 9 wird mittels optischem Kleber auf das Filter 8 aufgeklebt.
Für die selbståustierende Herstellung. des Gebildes 10 ist es noch zweckmäßig, wenn der zu zerteilende Körper eine ebene Außenfläche aufweist, die parallel zur optischen Achse verläuft und die dann stumpf auf eine der beiden im Winkel zueinander stehenden ebenen Flächen, vorzugsweise die Oberfläche der Unterlage, angelegt wird. Dadurch ist die richtige Orientierung der Schnittflächen und damit der Spiegelschfcht von selbst gegeben.

Claims

Patentansprüche 1. Koppelelement zum Auskoppeln eines Lichtanteils aus einem Lichtwellenleiter und/oder zum Einkoppeln von Licht in den Lichtwellenleiter, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in einem Gebilde (10) aus bezüglich ihrer optischen Achsen koaxialen Gradientenlinsen (1, 2), die durch ein Abstandsstück (4) voneinander getrennt sind, eine zur Achse (A) geneigte teildurchlässige Spiegelschiht (6) angeordnet ist, und daß zwischen den Linsen zwei fluchtende Lichtwellenleiter (31, ,2) zu beiden Seiten der dazu ebenfalls geneigten Spigelschicht angeordnet sind.
2. Element nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e: n n z e i c h n e t , daß eine Gradientenlinse (1) in ihrer Länge so bemessen ist, daß sie die Stirnfläche (310) eines (31) der fluchtenden Lichtwellenleiter, die der Spiegelschicht (6) auf der Seite gegenüberliegt, auf der sich auch diese Gradientenlinse befindet, auf die von der Spiegelschicht abgewandte Stirnfläche (11) der Gradientenlinse reell abbildet.
3. Element nach Anspruch 2, d a du r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß ein weiterer Lichtwellenleiter (7) vorgesehen ist, bei dem eine Stirnfläche (70) der abgewandten Stirnfläche der Gradientenlinse bei der Stelle gegenüberliegt, wo das Bild der Stirnfläche des einen Lichtwellenleiters sich befindet.
4. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Gradientenlinse (2) in ihrer Länge so bemessen ist, daß sie die Stirnfläche eines (320) der fluchtenden Lichtwellenleiter, die der Spiegelschicht auf der Seite gegenüberliegt, auf der auch diese Gradientenlinse sich befindet, virtuell oder in eine Bildebene reell abbildet, die einen Abstand von dieser Gradientenlinse hat, der mindestens ihrer Länge entspricht.
5. Element nach Anspruch 4, d adur c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der von der Spiegelschicht abgewandten Stirnfläche (21) dieser Gradientenlinse (2) ein Lichteintrittsfenster (91) eines lichtempfindlichen Elementes (9) gegenüberliegt.
6. Element nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dIeser abgewandten Stirnfläche und dem Lichteintrittsfenster des lichtempfindlichen Elements ein schmalbandiges Farbfilter (8) angeordnet ist.
7. Element nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Spiegelschicht (6) frequenzselektiv.teildurchlässig ist, wobei sie eine Wellenlänge reflektiert, für die das Farbfilter durchlässig ist.
8. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Führungskanal und die optische Achse (A) in einer Ebene liegen.
9. Element nach Anspruch 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Ebene senkrecht auf der Spiegelschicht steht.
10. Element nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Spiegelschicht im Winkel von 45 ° zur optischen Achse geneigt ist.
11. Element nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die optische Achse die Spiegelschicht zwischen den flucht enden Wellenleitern schneidet.
12. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand der beiden Gradientenlinsen voneinander dem Durchmesser der fluchtenden Wellenleiter entspricht.
13. Verfahren zur Herstellung eines Elements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei Gradientenlinsen, zwei - dazwischenliegende Distanzplättchen und ein zwischen den beiden Distanzplättchen und den Linsen liegender durchgehender Lichtwellenleiter miteinander so verklebt werden, daß die Gradientenlinsen koaxial sind, daß nach dem Aushärten des Klebers der so hergestellte Körper durch einen schief durch die optische Achse und den Lichtwellenleiter geführten Schnitt in zwei Teile zerlegt wird, daß die Schnittflächen auf optische Qualität gebracht werden, daß auf eine der Schnittflächen die Spiegelschicht aufgebracht wird und daß die beiden so bearbeiteten Teile so zusammengefügt und fest miteinander verbunden werden, daß die Gradientenlinsen wieder koaxial sind und die beiden getrennten Teile des Lichtwellenleiters fluchten.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e -k e :n n -z e i c h n e t , daß bei dem hergestellten Körper zwei im Winkel zueinander stehende Anschlagflächen vorgesehen werden, die parallel zur optischen Achse verlaufen und daß zum Zusammenbringen der beiden Teile jeweils eine Anschlagfläche an eine Oberfläche einer mit einem geradlinig verlaufenden Anschlag versehenen Unterlage gelegt werden, derart, daß jeweile die andere Anschlagfläche am Anschlag anliegt und die beiden Schnittflächen einander zugewandt und parallel sind und daß die beiden Teile durch Verschieben längs des Anschlags zusammengebracht werden.