DE2942664C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Strahlteilers für Lichtleitfasern, insbesondere für Fasern mit geringem Kerndurchmesser, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die optische Nachrichtentechnik mit Glasfaser-Lichtwellenleitern als Übertragungsmedium hat sich in den letzten Jahren stürmisch weiterentwickelt. Im Zuge dieser Entwicklung gewinnen optische Strahlteiler, mit deren Hilfe die Aufteilung und Mischung von Lichtsignalen zwischen einer Anzahl von Lichtleitfasern bewirkt wird, zunehmend an Bedeutung. Es gibt eine Reihe unterschiedlicher Einsatzmöglichkeiten für optische Strahlteiler, z. B. in Datenbussystemen, wie etwa an Bord von Schiffen oder Flugzeugen oder z. B. in der industriellen Prozeßsteuerung oder auch im Nachrichtenverkehr, beispielsweise zur Ansteuerung von Lichtleitfasern im Wellenlängenmultiplexbetrieb, d. h. zum Zwecke der Erhöhung der Nachrichtenkapazität von Lichtleitfasern. Ebenfalls werden Strahlteiler benötigt zur Aufteilung von Licht in Faserinterferometer, welche zu extrem präzisen Messungen von Schall, Temperatur oder Rotation Verwendung finden. Dabei werden für Datenbussysteme vorzugsweise Multi-Mode-Fasern eingesetzt, während für Faserinterferometer vorzugsweise Single-Mode-Fasern eingesetzt werden.

Aus der DE 28 40 824 B1 ist ein dem Oberbegriff entsprechendes Verfahren bekannt. Dabei ist eine Halterungsvorrichtung mit einer gekrümmten V-förmigen Nut vorgesehen, in welche eine auf der Länge der Nut von ihrer (Kunststoff-)Ummantelung befreite Lichtleitfaser eingelegt und mit Gießharz befestigt wird. Anschließend erfolgt im Krümmungsbereich der Lichtleitfaser ein definierter Materialabtrag des Befestigungsmaterials sowie des Glasmantels der Lichtleitfaser bis an oder in den Kernbereich, so daß ein definierter Lichtaustritt ermöglicht wird. Es entsteht ein Strahlenteilerbereich, der zur Herstellung eines optischen Strahlenteilers verwendbar ist.

Ein Koppler für Single-Mode-Fasern ist in der Druckschrift S. K. Sheem and T. G. Giallorenzi, "Single-Mode fiber-optical power divider: encapsulated etchius technique", Optic Letters, 4, 1979, pp 29-31, beschrieben. Dabei werden zwei Lichtleitfasern ringsum derart abgeätzt, daß nur ein sehr dünner Kernbereich mit einem Außendurchmesser von etwa 5 µm übrig bleibt. Die Kernbereiche werden dann in Kontakt zueinander gebracht, d. h. das Licht wird über die Oberfläche von einer Faser in die andere übergekoppelt. Die mechanische Stabilisation einer solchen Anordnung ist naturgemäß aber sehr gering.

Zwei weitere Verfahren zur Herstellung eines optischen Strahlteilers sind in den Druckschriften T. Matsui, N. Tsukada and T. Nakayama, "Optical Branch For Optical data Distribution", Trans. IECE Jap., E 60, 1977, Seiten 133-134; and Tsuyimoto, H. Serizawa, K. Hattori, M. Fukai, "Fabrication Low-Loss 3 dB Couples With Multimode Optical Fibres", El. Letters 14, 1978, pp. 157-158, beschrieben. In beiden Aufsätzen werden zur Herstellung der Strahlteiler Stufenprofil- und Multi-Mode-Fasern mit 80 bis 100 µm Kerndurchmesser verwendet. Aus dem erstgenannten Aufsatz ist es bekannt, zur Herstellung eines Strahlteilers zwei Metallblöcke zu verwenden, auf welche Lichtleitfaserteilstücke aufgebracht werden. Die Faserteilstücke sind jedoch nur an zwei Seitenflächen befestigt, so daß die Gefahr des Absplitterns bei der Bearbeitung, insbesondere im Bereich der Stirnfläche eines Faserteilstücks besteht.

Aus dem letztgenannten Aufsatz ist es bekannt, eine Lichtleitfaser in eine Kunststofform einzubetten und dann zu bearbeiten. In der Praxis ist es jedoch unmöglich die Lichtleitfaser, z. B. in einer genau definierten Krümmung in den Kunststoff einzubringen, so daß die Bearbeitung nicht mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden kann. Für die Bearbeitung von Single-Mode-Fasern, bei denen der Kerndurchmesser in der Größenordnung von wenigen µm liegt, ist dieses Verfahren also völlig ungeeignet.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlteilers unter Anwendung von Verfahrensschritten anzugeben, mit deren Hilfe eine präzise Bearbeitung einer Lichtleitfaser möglich ist, ohne daß Beschädigungen der Faser zu befürchten sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere auf die Verwendung von Single-Mode-Fasern bei der Herstellung eines Strahlteilers ausgerichtet. Selbstverständlich können damit auch Strahlteiler aus Multi-Mode-Fasern hergestellt werden, da die Genauigkeitsanforderungen bei der Bearbeitung von Multi-Mode-Faser geringer angesetzt werden dürfen.

Die Erfindung soll anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert werden.

Zur Herstellung des Strahlteilers wird die Lichtleitfaser 1 in einer Halterungsvorrichtung befestigt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Ein plattenförmiges Zwischenteil 2, z. B. aus Glas, ist zwischen zwei Seitenteilen 3 und 4, z. B. ebenfalls aus Glas, eingespannt. Die obere Kante des plattenförmigen Zwischenteils 2 weist eine genau definierte Krümmung auf, welche z. B. durch Schleifen und Polieren hergestellt werden kann. Vorteilhaft ist eine kreiszylinderförmige Krümmung, beispielsweise in der Größenordnung von 100 mm. Die Dicke des plattenförmigen Zwischenteils 2 wird gleich der Dicke der verwendeten Lichtleitfaser 1 gewählt. Zur Befestigung der Faser wird diese in die Nut zwischen den beiden Seitenteilen 3, 4 eingeklebt derart, daß die Lichtleitfaser über einen Bereich von z. B. einigen Zentimetern in der Mitte (rechts und links von Schnitt A-B) die obere Kante des plattenförmigen Zwischenteils 2 berührt. Damit ist die Lichtleitfaser ebenfalls nach einer vorgegebenen Form gekrümmt. Der so entstandene Teilerblock wird nun von oben her bearbeitet, z. B. geschliffen und poliert bis der Faserquerschnitt in der Ebene A-B eine etwa halbkreisförmige Form besitzt.

Für Single-Mode-Fasern muß die abgetragene Faserdicke exakt auf 1 bis 2 µm vorgegeben werden können. Die Faserrestdicke selbst kann nicht ausgemessen werden, da der Querschnitt nicht zugänglich ist. Zur Erläuterung der Präzisionsdickenmessung dient Fig. 2. Sie zeigt einen Querschnitt senkrecht zu Ebene A-B durch die Fasermitte. Die Faser 1 liegt unmittelbar auf der Glasplatte 2 auf. Die Messung der Tiefe T erfolgt über die Breite B. Setzt man eine kreiszylinderförmige Krümmung der Glasplatte mit dem Radius R voraus, wo wird

Beispiel

Es sei
R= 100 mm = 10⁵ µm, dann erhält man für B= 7 mm = 7000 µm; T = 61,2 µm und für B= 7,05 mm = 7050 µm; T = 62,1 µm

Eine Zunahme von 50 µm bei B hat also eine Zunahme von 1 µm bei T zur Folge. B kann unter dem Mikroskop auf ±10 µm vermessen werden, so daß T sehr genau bestimmt werden kann.

Um aus dem zumindest aus einer Halterungsvorrichtung und einer Lichtleitfaser bestehenden Teilerblock einen optischen Strahlteiler zu erhalten, gibt es im wesentlichen zwei Möglichkeiten. Man kann z. B. einen Oberflächenkoppler herstellen. Hierzu werden zwei Teilerblöcke bis etwa zur Mitte des Faserkerns geschliffen und poliert, und so zusammengefügt, daß die Faserkerne sich berühren. Durch die enge Berührung kann Licht aus einer Faser in die andere übergekoppelt werden. Außerdem ist die Herstellung eines Stirnflächenkopplers möglich. Hierbei wird zunächst ein Teilerblock hergestellt, der einige µm tiefer als im vorher genannten Beispiel, d. h. also bis über die Kernmitte hinaus geschliffen und poliert wird. Anschließend wird der Teilerblock in der Ebene A-B durchgesägt und die beiden Teile so zusammengekittet, daß sich die halbkreisförmigen Faserendflächen etwa zu einer Kreisfläche ergänzen. Diese Endfläche wird anschließend so geschliffen und poliert, daß die Faserkerne sich etwa zu einer Kreisfläche ergänzen. Anschließend wird die polierte Endfläche einer dritten Faser vor die gemeinsame Endfläche der beiden anderen Fasern justiert.

In beiden Flächen kann die Tiefe T auch so gewählt werden, daß der Faserkern gerade noch im Fasermantel eingebettet ist. Mit einem derart hergestellten Stirnflächenkoppler konnte z. B. bei Verwendung einer Single-Mode-Faser mit 5 µm Kerndurchmesser bei verschiedenen Teilungsverhältnissen (z. B. 1 : 1, 1 : 15) ein Gesamtverlust von nur etwa 2 dB erreicht werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Strahlteilers für Lichtleitfasern, insbesondere für Fasern mit geringem Kerndurchmesser, unter Verwendung einer Haltevorrichtung, auf der die Lichtleitfaser mit einer Krümmung befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Halterungsvorrichtung, bestehend aus zwei Seitenteilen (3, 4) und einem plattenförmigen Zwischenteil (2) hergestellt wird, wobei das Zwischenteil (2) derart ausgebildet ist, daß seine Dicke mindestens dem Durchmesser der zu haltenden Lichtleitfaser (1) entspricht und die schmale Seitenfläche zumindest im Strahlteilerbereich die vorgegebene Krümmung aufweist und wobei weiterhin die Seitenteile (3, 4) und das plattenförmige Zwischenteil (2) derart zueinander angeordnet sind, daß zumindest im Strahlteilerbereich eine rechteckförmige Nut gebildet wird, deren Tiefe mindestens gleich dem Durchmesser der Lichtleitfaser (1) ist, daß sodann die Lichtleitfaser (1) in die Haltevorrichtung eingelegt, befestigt und ein so entstandener Teilerblock im Strahlteilerbereich derart bearbeitet wird, daß ein Materialabtrag des Teilerblocks über die Mantelfläche bis in oder an den Kernbereich erfolgt, und daß schließlich der derart bearbeitete Teilerblock in zwei Teilstücke getrennt wird, die beiden Teilstücke längs ihrer bearbeiteten Bereiche verbunden und mit einer Lichtleitfaser optisch gekoppelt werden, oder daß zwei derart bearbeitete Teilerblöcke längs ihrer bearbeiteten Bereiche miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Halterungsvorrichtung hergestellt wird, deren Zwischenteil eine zumindest im Strahlteilerbereich kreiszylinderförmig gekrümmte Seitenflächen aufweist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Halterungsvorrichtung hergestellt wird, die im wesentlichen aus Glas oder Keramik besteht.