DE2947728A1 - Verfahren zur herstellung einer verbindungseinrichtung von mindestens zwei lichtleitern und verbindungseinrichtung nach diesem verfahren - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer verbindungseinrichtung von mindestens zwei lichtleitern und verbindungseinrichtung nach diesem verfahren

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Description

Verfahren zur Herstellung einer Verbindungseinrichtung von mindestens zwei Lichtleitern und Verbindungseinrichtung nach diesem Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungseinrichtung von mindestens zwei Lichtleitern mittels einerholographischen Ubertragungslinse, sowie die durch das Verfahren hergestellte Verbindungseinrichtung.
Es sind bereits Verbindungsstücke für Glasfasern bekannt, wie beispielsweise aus der US-PS 4.057.319, welche auf optischem
Wege zwei Glasfasern miteinander verbinden, von denen jede
mittels einer starren Halterung festgehalten wird. Diese Halterungen, welche selbst in einem Gehäuse montiert sind, sind beidseitig einer ringförmigen Halteeinrichtung angeordnet,
welche zwei holographische Linsen mit Phasenhologrammen trägt.
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Eine derartige Einrichtung erfordert eine mechanische Montage im Inneren eines Gehäuses, Führungseinrichtungen für die Glasfasern einerseits und für die Hologramme andererseits. Zusätzlich dazu, daß das Hantieren mit Hologrammen bereits sehr kompliziert ist, erfordert die mechanische Montage der Teile eine sehr große Präzision bei der Herstellung. Dies führt zu einer schwierigen und teuren Herstellung, und außerdem erbringen, die damit erhaltenen Resultate nicht alle Garantien in Bezug auf die erforderliche: Präzision und Funktionssicherheit.
Die vorliegende Erfindung schafft unter Vermeidung dieser Schwierigkeiten eine Verbindungseinrichtung , welche einfach und billig ist, und überdies hohe Präzision aufweist.
Um dies zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß die freien Enden der Lichtleiter in einem Block aus durchsichtigem Kunststoff angeordnet werden, wobei zumindest ein Spalt in einer Interferenzzone der von den Enden der Lichtleiter stammenden Lichtbündel gebildet wird, daß ferner in diesen Spalt eine lichtempfindliche Schicht, welche zur Herstellung eines Volumenphasenhologramms geeignet ist, eingebracht wird, daß diese Schiaht mittels geeigneter kohärenter Lichtbündel zur Erzeugung eines Interferenzmusters beleuchtet wird, daß das Interferenzmuster gespeichert und fixiert wird, so daß das dabei entstehende Volumenphasenhologramm die Ubertragungslinse bildet.
Die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung weist, zumindest eine holographische Linse mit wenigstens einem Volumenphasenhologramm und mindestens zwei Lichtleiter auf, wiche derart angeordnet sind, daß die freien Enden der Lichtleiter sowie die holographische Linse in einem einzigen Block aus durchsichtigem, gehärteten Kunststoff eingebettet sind.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform läuft das oben beschriebene Verfahren in zwei Phasen ab, eine erste Phase, in der eine provisorische holographische Linse hergestellt wird, und eine zweite Phase, in der aus der provisorischen holographischen Linse die definitive holographische Linse hergestellt wird.
Einer der wichtigsten Vorteile dieses Verfahrens resultiert daraus, daß man eine der optischen Justierungen eliminieren kann, welche bei Verwendung bekannter Verfahren notwendig sind, um das Licht in die Glasfasern einzuführen. Im allgemeinen wird dieses Einführen des Lichtes in die Glasfaser mittels einer Mikroskopoptik in einer relativ schwierigen Prozedur durchgeführt. Sodann, um eine gute Lichteinführung au erreichen, ist es notwendig, den Brennpunkt des Lichtbündels auf das Zentrum der Faser, das heißt auf eine Nutzfläche von 30 bis 40 μ Durchmesser, auszurichten, eine Justierung, die nur unter Zuhilfenahme einer Mikroskopoptik durchführbar ist.
Darüberhinaus ist die vom Objektiv ausgesandte Wellenfront für die Blasfaser nicht direkt annehmbar, wodurch ein gewisser Lichtverlust entsteht. Die Einsparung einer optischen Justierung eliminiert daher eine Anzahl von Problemen betreffend die Scharfstellung und die kritische Positionierung, und verhindert andererseits einen Lichtverlust.
Die Lichteinführung mittels einer provisorischen holographischen Linse vermeidet alle diese Einstellungen. Darüber hinaus stellt die provisorische holographische Linse einen Gleichgewichtszustand her, dasheißt , sie bildet eine Wellenfront, die direkt in die Lichtfaser eintreten kann/ mit anderen Worten, sie erzeugt ein Lichtbündel, welches direkt und unter den charakteristischen Lichtleitbedingungen des Wellenleiters
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eingeführt wird, und daher die von der Dispersion herrührenden Verluste vermeidet, welche bei herkömmlichen Verbindungseinrichtungen beobachtet werden, und dadurch verursacht werden, daß der Wellenleiter im wesentlichen bestimmte Moden der Lichtausbreitung bevorzugt.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß es möglich ist, die provisorische holographische Linse ebenfalls in den Kunststoffblock einzubetten. Damit behält man die Möglichkeit, jederzeit in die Faser einzugreifen, falls dies im Lauf der Verwendung der Verbindungeinrichtung notwendig wird.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden im folgenden an Hand der Zeichnung von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert; dabei zeigen:
Figur 1
eine erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung mit einem einzigen, die Linse bildenden Hologramm. Die provisorische holographische Linse ist dabei in dem gegossenen Kunststoffblock eingeschlossen.
Figur 2 u.
Figur 3
die Herstellung einer holographischen Linse mittels der provisorischen holographischen Linse
Figur 4 die Geometrie zur Bildung des Lichtbündels mittels des aufgezeichneten und fixierten definitiven Hologramms,
Figur 5 u. das Prinzip der Herstellung einer hologra-Figur 6 phischen Linse für eine holographische Y-
Verbindung mittels einer provisorischen
holographischen Linse und
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Figur 7 schematisch eine holographische Mehrfach- oder Sternverbindung.
In Figur 1 ist die Verbindungseinrichtung in Porm eines Blocks 1 aus durchsichtigem und gehärtetem Kunststoff dargestellt, vorzugsweise ein polymerisiertes Harz, welcher vorzugweise die Form eines Zylinders aufweist. Im Inneren dieses Blockes befinden sich die Enden 2 und 3 zweier optischer Fasern, welche vorteilhafterweise in metallischen Führungsteilen oder Endstücken gehalten werden, welche beispie]sveise auf Justierteile aufgesetzt werden, bevor sie Übergossen und in den Kunststoff block eingetaucht werden. Der Block 1 weist eine erste holographische Linse 4 auf, im folgenden provisorische Linse H1 genannt, welche sich in einem ersten Spalt befindet. Diese Linse ist im Bereich der Interferenz zwischen dem Referenzstrahl R und dem divergenten, vom Ende des Schaftes der optischen Faser 3 ausgesandten Bündels angeordnet. Ferner ist eine zweite holographische Linse 6 vorhanden, welche im folgenden die definitive Linse H- genannt wird, und welche sich in einem zweiten Spalt 7 befindet. Das Prinzip der Herstellung der beiden Hologramme wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 4 näher erläutert.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das provisorische Hologramm im Block 1 eingeschlossen. Es ist klar, daß dieses Hologramm auch außerhalb oder an einer der Außenflächen des Blocks 1 angeordnet werden könnte, wobei jedoch die Brechung des Lichts beim Übergang von einem Medium in das andere berücksichtigt werden muß.
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in der Praxis ist es oft von Vorteil, die Endstücke der optischen Fasern sowie die provisorischen und definitiven Hologramme zusammen in einen Block einzugießen, so daß es immer möglich ist, auf die Faser während ihrer Verwendung einzuwirken.
Die Figuren 2, 3 und 4 st.ellen schematisch die Prinzipien der Herstellung und der Verwendung einer aus einem einzigen Hologramm bestehenden holographischen Linse dar, wie sie in Figur Λ im Block. 1 eingegossen ist.
Das Verfahren zur Herstellung der definitiven holographischen Linse H_ besteht im folgenden aus zwei Phasen. Die erste Phase besteht im Herstellen einer provisorischen Linse H1 ( auch Eingabelinse) , welche im Einzelnen im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben wird. Diese Anordnung gemäß Figur 2 umfaßt hauptsächlich eine Schicht 21, welche für die Herstellung eines Phasenvolumenholocrraiiiiri; geeignet ist, beispielsweise eine photopolymerisierbare Substanz,eine dichromatische Gelatine, Kristalle, welche photochrome Eigenschaften besitzen, oder eine andere lichtempfindlihce Substanz welche auf einem Träger angeordnet ist oder in einen Spalt gegossen wird, der zu diesem Zweck in dem Block aus durchsichtigen gehärtetem Kunststoff vorgesehen ist.
Ferner ist eine kohärente Lichtquelle 22 vorgesehen, sowie ein Strahlenteiler 23, welcher es ermöglicht, einen Teil des Lichts in die optische Faser 27 einzuführen und mittels des anderen Teils, nach Reflexion an einem Spiegel 24, einen gefilterten Referenzstrahl zu bilden, welcher mittels eines Spezialfilters 25 zu einem parallelen Bündel 26 geformt wird. Der Teil des kohärenten Lichts , welcher von der Quelle 22 ausgesandt wird, den halbdurchlässLgen Spiegel 23 durchsetzt und
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auf die Glasfaser 27 trifft, verläßt die Faser 27 wieder als divergentes Bündel 28, welches schräg auf die Schicht 21 auftrifft, die ebenfalls durch den Referenzstrahl 26 beleuchtet wird. Das Interferenzbild zwischen dem von der Faser 27 ausgesandten Bündel und dem Referenzstrahl 26 wird von der lichtempfindlichen Schicht 21 gespeichert und stellt die provisorische holographische Linse.H1 dar.
In der zweiten Phase wird eine zweite holographische Linse hergestellt, welche die definitive Linse H- darstellt.
Zu diesem Zw6ck wird der Strahlengang des Referenzstrahls umgedreht, beispielsweise mittels eines an sich bekannten optischen Systems, wobei der Referenzstrahl 26 zum konjugierten Strahl 26* wird, wie Figur 3 zeigt.
Wenn der konjugierte Referenzstrahl 26 ' die provisorische holographische Linse H^ beleuchtet, wird ein Bündel 28' erzeugt, welches zum Ende der Faser 27 hin konvergiert und welches dem Bündel 28 der Figur 2 entspricht. Sodann wird in die Interferenzzone des wieder erzeugten Bündels 28' und des Bündels 30, welches von der zweiten optische Faser 31 ausgesandt wird, eine zweite, für die Aufzeichnung eines Phasenvolumenhologramms geeignete Schicht eingebracht. Das Interferenzbild, welches in der zweiten Schicht gespeichert wird, stellt das definitive Hologramm der definitiven holographischen Linse H-dar. Dieses Hologramm ist also das Interferenzbild des von der provisorischen holographischen Linse H1 erzeugten Bündels 28' und des von der Faser 31 ausgesandten Bündels
Wie in Figur 4 dargestellt ist, wird nur die definitive holographische Linse H~ bei einer normalen Verwendung der erfindungsgemäßen* Verbindungseinrichtung gebraucht, wie sie in
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Figur 1 dargestellt ist. Diese Verbindungeinrichtung umfaßt zumindest die beiden optischen Fasern 27 und 31 und die definitive holographische Linse H2/ und ist als Ganzes in einen Block aus durchsichtigem Kunststoff eingegossen. Wie schon beschrieben, ist es jedoch günstig, auch die provisorische holographische Linse H in den Block mit einzugießen, die zwar bei normaler Verwendung nicht mehr gebraucht wird, jedoch die Möglichkeit offen läßt, später noch in die Verbindung der Fasern einzugreifen, wenn dies notwendig werden sollte.
Nach Herstellung des Hologrammes der definitiven holographischen Linse H-, ist e^s günstig, dieses vorzugsweise mittels eines Wärmeimpulses zu fixieren, der entweder auf den gesamten Block einwirkt, der die Verbindungseinrichtung darstellt,oder aber mehr auf die holographische Linse selbst begrenzt ist, beispielsweise mit einer Heizspirale, wiche in der Nähe der holographischen Linse ebenfalls in den Block eingegossen wird.
Wenn das Volumenphasenhologramm H? in einer photopolymerisierbaren Schicht entsteht, kann die Fixierung auch mittels eines Lichtblitzes, welcher der kurzzeitigen Temperaturerhöhung folgt oder sie begleitet, durchgeführt werden. In dem Fall, daß die provisorische holographische Linse H1 wieder weggenommen wird, muß deren Hologramm nicht fixiert werden. Andererseits,wenn auch die holographische Linse in den Block 1 eingegossen wird, werden beide fixiert.
Die Figuren 5 und 6 zeigen die Herstellungstechnik eines Y-Verbindungsstückes, welches eine definitive holographische Linse H- aufweist, die wie in den bisherigen Fällen mittels der
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provisorischen holographischen Linse H1 hergestellt wird. Das Prinzip dieser Hologrammherstellung basiert dabei darauf, daß man mehrere Hologramme auf ein und demselben Träger speichern kann. Der Wirkungsgrad der Lichtsammlung hängt hierbei von der Amplitude des gespeicherten Raumgitters ab. Das Prinzip der Aufzeichnung selbst ist im wesentlichen das Gleiche wie bei den bisherigen Fällen. Es werden nacheinander in ein und derselben Schicht 50 die Interferenzmuster zwischen einem Referenzbündel R und den Bündeln, welche von den Fasern 51 und 52 ausgehen, gespeichert.
Durch die nacheinander erfplgende Speicherung dieser beiden Interferenzsysteme entsteht die provisorische holographische Linse H1. Sodann werden die aus dem Hologramm H1 durch Beleuchten desselben mittels des konjugierten Referenzbündels R1 erzeugten Bündel und ein Bündel, welches von der Faser herkommt, zur Interferenz gebracht, nachdem eine zweite lichtempfindliche Schicht 54 in die Interferenzzone beider Bündel eingebracht worden ist. Durch Speicherung dieses Interferenzsystems entsteht die definitive holographische Linse H_, ·· welche weiter, wie Figur 6 darstellt, als holographische Ubertragungslinse zwischen der Faser 53 einerseits und den Fasern 51 und 52 andererseits dient.
Wie bisher sind die Enden der Fasern 51, 52 und 53 in zylindrischen Endführungen montiert, und zusammen mit der holographischen Linse H- in in einen Block aus durchsichtigem Kunststoff eingegossen. Genau wie in den anderen Ausführungsarten kann die provisorische holographische Linse H1 in den gleichen Block mit eingegossen werden, auch wenn sie für den normalen Gebrauch in der vorgesehenen Funktion nicht mehr benötigt wird.
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Im folgenden werden zwei Methoden zur Herstellung einer Y-Verbindung beschrieben.
METHODE 1: Die Referenzbündel und die Bündel aus den optischen fasern haben gleiche Intensität.
a. Man führt eine Belichtung (F_+R) durch, wobei F~ die Lichtintensität in der Faser 51 und R die Intensität des Referenzstrahls ist. Die Energie der Belichtung ist durch den gewünschten Sammelwirkungsgrad in der Faser 51 gegeben.
b. Man führt eine Belichtung (F, + R) durch, wobei F, die Intensität in der Faser 52 ist, bis die maximale Belichtungsenergie erreicht ist.
METHODE 2: Die Intensitäten sind auf die Bündel der Fasern 51 und 53 entsprechend den gewünschten Wirkungsgraden der Rekonstruktion aufgeteilt. Bei jeder Aufzeichnung (F? + R) und (F-. + R) muß die Intensität der Referenzbündel der Intensität F- + F- entsprechen. Die Belichtungen sind dabei für jede Aufzeichnung entsprechend verteilt.
Figur 7 zeigt schematisch eine Mehrfachverbindung, welche die Kopplung einer Eingangsfaser 71 mit beispielsweise vier Ausgangsfasern 72, 73, 74 und 75 ermöglicht.Die Technik, welche zur Herstellung der Hologramme der provisorischen holographischen Linse H. , sowie der definitiven holographischen Linse H„ des Mehrfach-Verbindungsstückes angewendet wird, ist die Gleiche wie bei den Y-Verbindungen. Sie basiert auf dem Prinzip, daß es möglich ist, mehrere Hologramme in einer einzigen lichtempfindlichen Schicht mittels eines einzigen Referenzbündels zu speichern. Die Belichtungen für die einzelnen
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Hologramme tragen den gesammelten Intensitäten der jeweiligen Verzweigungen Rechnung. Dieser Typ von Verbindungen kann in beiden Richtungen verwendet werden, wobei auch möglich ist, das Licht aus der Faser 71 zu teilen und entsprechend einem vorbestimmten Verhältnis in die Fasern 72-75 weiter zu leiten. Umgekehrt ist es möglich, das von den Fasern 72 bis 75 kommende Licht in eine einzige Faser 71 zu leiten, wobei die Intensität in der Faser 71 die Summe der Intensitäten der Fasern 72-75 erreicht.
Wie im Vorhergehenden sind die in Führungs- bzw. Endstücken montierten Faserenden mit der definitiven holographischen Linse H- oder mit beiden holographischen Linsen in einen einzigen Block aus einem durchsichtigen Kunststoff eingegossen, welcher die Verbindungseinrichtung bildet.
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-ns-
L e e r s e i t e

Claims (9)

Uwe M. Haft Patentanwalt Maximilianstrasse D-8000 München 22 Tel.: (089)294818 Telex: 523514 Telegr.: NOVAPAT H 4 96 CABLOPTIC S.A., 2016 Cortaillod, Schweiz Patentansprü ehe
1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindungseinrichtung für mindestens zwei Lichtleiter mittels einer holographischen Uebertragungslinse, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (2, 3) der Lichtleiter (27, 31) in einem Block (1) aus durchsichtigem Kunststoff angeordnet werden, wobei zumindest ein Snalt (5, 7 ) in einer Interferenzzone der von den Enden der Lichtleiter (27,31) stammenden Lichtbündel (28, 30) gebildet wird, daß ferner in diesen Spalt (5, 7) eine lichtempflindliche Schicht (21) , welche zur Herstellung
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ORIGINAL INSPECTED
eines Volumenphasenhologramms (4, 6) geeignet ist, eingebracht wird, daß diese Schicht (21) mittels geeigneter kohärenter Lichtbündel zur Erzeugung eines Interferenzmusters (29) beleuchtet wird, daß das Interferenzmuster gespeichert und fixiert wird, so daß das, dabei entstehende Volumenphasenhologranun (H_) die Übertragungslinse (6) bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung des Interferenzmusters eine erste holographische Linse mit einem Volumenphasenhologramm erzeugt wird mittels eines parallelen Referenzbündels (26) und einem ersten divergenten Bündel (28), welches von einem ersten Lichtleiter (27) ausgesandt wird, daß das divergente Bündel (28) durch Beleuchten der ersten holographischen Linse Η·] von der, der Aufnahmeseite gegenüberliegenden Seite her mittels eines Referenzbündels (26') erzeugt wird, daß in das so erzeugte divergente Bündel (28*) eine zweite lichtempfindliche Schicht eingebracht wird, welche zur Herstellung eines Volumenphasenhologramms geeignet ist, und daß eine zweite holographische Linse mit einem Volumenphasenhologranun durch Interferenz des erzeugten divergenten Bündels (28') mit einem zweiten divergenten Bündel (30); , welches von einem zweiten Lichtleiter ausgesandt wird, hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung des gespeicherten Interferenzmusters mittels eines Wärmeimpulses erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung des gespeicherten Interferenzmusters durch eine provisorische Fixierung mittels eines weißen Lichtblitzes
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unmittelbar nach Aufnahme des Hologramms, und einer später erfolgenden definitiven Fixierung mittels kurzzeitigem Erhitzen des Hologrammträgers durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht zur Herstellung eines Volumenphasenhologramms eine phptopolymerisierbare Schicht ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die
Schicht zur Herstellung eines Volumenphasenhologramms,
Kristalle mit photochromen Eigenschaften aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht air Herstellung eines Volumenphasenhologramms aus
einer dichromatischen Gelatine gebildet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht zur Herstellung eines Volumenphasenhologramms
p.ine photodegradable Substanz ist.
9. Verbindungseinrichtung für mindestens zwei Lichtleiter
mittels einer holographischen Ubertragungslinse, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine
holographische Linse mit einem Volumenphasenhologramm und
mindestens zwei Lichtleiter (2,3) aufweist, welche derart angeordnet sind, daß die freien Enden der Lichtleiter (2,3) sowie die holographische Linse in einem einzigen Block (1) aus einem durchsichtigen, gehärteten Kunststoff eingesetzt sind.
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