DE3101378C2

DE3101378C2 - Optik zur Ankopplung eines faseroptischen Lichtwellenleiters

Info

Publication number: DE3101378C2
Application number: DE3101378A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.rer.nat. 7016 Gerlingen Bludau
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1981-01-17
Filing date: 1981-01-17
Publication date: 1985-01-10
Also published as: DE3101378A1; US4456330A; JPS57138610A

Abstract

Die Optik zur Ankopplung besteht aus einem zylindrischen Glasstück (6), dessen eines Ende an den Wellenleiter (2) angeschlossen ist und dessen anderes Ende (7) vollständig verrundet ist. Die Länge des zylindrischen Teiles (6) ist größer als der Durchmesser des Wellenleiters und so bemessen, daß die emittierende Fläche (1) der Strahlungsquelle auf dem Kern (4) des Wellenleiters abgebildet wird. Es wird ein Verfahren zur Herstellung der Optik zur Ankopplung angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Optik zur Ankopplung eines faseroptischen Lichtwellenleiters, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben und ein Herstellverfahren.

Stand der Technik

Aus der DE-OS 23 58 881 ist eine derartige Optik bekannt, deren Linse in ihrer endgültigen Form in mehreren Verfahrensschritten hergestellt wird. In einem Ausführungsbeispiel wird dabei auf die Stirnfläche des Lichtwellenleiters eine Schicht aufgebracht, die aus einem anderen Material als der Lichtwellenleiter selbst besteht. Auf diese Schicht wird zusätzlich von eine Photolackschicht aufgebracht. Nach Belichtung dieser Photolackschicht durch eine Maske werden die nicht belichteten Bereiche in einem weiteren Verfahrensschritt entfernt. Anschließend wird der LichtweJIenleiter im Bereich der Ankoppelungsfläche einer Ätzlösung ausgesetzt. Durch Unterätzung der verbliebenen Photolackschkht und der nach dem Ätzvorgang vorgenommenen Entfernung der gesamten Photolackschicht erhält man einen angeformten Linsenrohling.

Der letzte Schritt bei diesem Verfahren besteht in einer Wärmebehandlung des Linsenrohlings. Während dieser Wärmebehandlung wird Licht in das ändere Ende des Wellenleiters derart eingekoppelt, daß der Grundmode angeregt wird. Die weitere Wärmebehandlung richtet sich dann nach der Intensitätsverteiluug des Lichts, das aus der sich in der Bearbeitung befindlichen Linse austritt.

Allgemein gilt, daß bei der Anpassung eines Senders an den Übertragungskanal, zum Beispiel eines Halbleiterlasers an einen Monomode-Lichtwellenleiter, zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllt werden müssen. Zum einen ist dies die Anpassung der emittierenden Laserfläche an die Kemquerschnittsfläche des Wellenleiters, zum anderen die Anpassung der Apertur des einzukoppelnden Lichts an die Apertur des üchtwellenieiurs. Optimale Anpassung kann daher nur erreicht werden, wenn zwei unabhängige Einstellgrößen frei variierbar sind.
Bei der aus der DE-OS 23 58 881 bekannten Ankoppelungsoptik sind der Abstand zwischen Laser und Linse und der Krümmungsradius der Linse die beiden frei variierbaren Einstellgrößen. Die Linse selbst ist dabei direkt mit dem Wellenleiter verbunden. Das bekannte Verfahren ist technisch aufwendig. Da sich aufgrund der Oberflächenspannung die durch die Wärmebehandlung zeitweilig flüssige Oberfläche der Linse nicht za beliebigen Krümmungsradien formen läßt, ist nur eine bestimmte Genauigkeit erreichbar. Dieses wirkt sich dann in einem nicht maximalen Wirkungsgrad bei der Einkoppelung aus.

Aufgabe

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Ankoppelungsoptik anzugeben, die einfacher herzustellen ist als die aus der DE-OS 23 58 881 bekannte und die einen höheren Koppelungswirkungsgrad hat

Lösung

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Mitteln. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Vorteil

Die erfindungsgemäße Optik zur Ankoppelung eines faseroptischen Wellenleiters ist einfach herstellbar und weist einen hohen Kopplungswirkungsgrad auf. Das dem Laser zugewandte Ende der Einkoppeloptik ist eine konvex gekrümmte Fläche. Das vom Laser emittierte und an dieser Fläche reflektierte Licht fällt deshalb nur zu einem sehr geringen Teil auf den Laser zurück, der weitaus meiste Teil des reflektierten Lichts geht am Laser vorbei. Die Rückwirkung der Einkoppeloptik auf den Laser ist äußerst gering.

Beschreibung

Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Ankoppelung eines Lasers an einen Lichtwellenleiterund

F i g. 2 ein Ende eines Lichtwellenleiters mit einer Optik zur Ankoppelung.

In F i g. 1 ist schematisch von einem Laser nur seine lichtemittierende Fläche 1 dargestellt. In einem bestimmten Abstand davor ist ein Ende eines faseroptischen Wellenleiters 2 mit einer am dem Laser zugewandten Ende vorhandenen Optik 3 zur Ankoppelung angeordnet.

Der faseroptische Wellenleiter 2 ist geschnitten dargestellt, so daß sein Kern 4 und der den Kern 4 umgebende Mantel 5 erkennbar sind. Der normalerweise vorhandene Schutzüberzug ist nicht dargestellt. Das Ende des Wellenleiters 2 ist plan und ebenso plan ist die Optik

31 Ol

3 an dem dem Wellenleiter 2 zugewandten Ende.

Die Optik 3 besteht aus einem zylinderförmigen Teil 6 der Länge y und einer angeformten Linse 7. Der Abstand zwischen der lichtemittierenden Fläche 1 und dem zylinderförmigen Teil 6 der Optik 3 ist mit χ bezeichnet. Das vom Laser ausgesandte und in den Kern 4 des Wellenleiters 2 durch die Optik 3 eingekoppelte Licht ist durch seine Begrenzungsstrahlen 8 eingezeichnet

Bei einer Optik, die einen Laserstrahl in einen Wellenleiter einkoppeln soll und die zwischen dem Laser und dem Wellenleiter eine Linse aufweist, fokussiert die Linse das vom Laser emittierte Licht auf den Durchmesser des Kerns vom Wellenleiter. Bei gegebenem Krümmungsradius der Linse sind dann die Abstände χ und y nicht mehr frei wählbar. Für einen optimalen Einkoppelwirkungsgrad gibt es einen bestimmten Wert für χ und

Verwendet man gemäß der Erfindung als Linse 7 eine Halbkugel, die man leicht durch Rundschmelzen eines Glasstabes erreichen kann, dann liegt der Krümmungsradius der Linse 7 fest und er ist bekannt, da er gleich dem halben Durchmesser des Glasstabes ist Bei einer gegebenen lichtemittierenden Fläche 1 eines bestimmten Lasers liegt dann auch die Länge y fest Der Glasstab erhält dann die Länge, die dem Wert y entspricht und bildet so den zylinderförmigen Teil 6. Diese so erhaltene Optik 3 wird vor das Ende des Wellenleiters 2 angeordnet Jetzt braucht nur noch ein Wert, der Abstand x, eingestellt zu werden.

Zur einfachen Herstellung einer oben beschriebenen Optik 3 wird ein Stück eines abgemantelten PCS-Wellenleiters (PCS-Plastic Cladded Silica) verwendet, dessen Kern einen Durchmesser von 125 μΐη hat Nach dem Abmanteln besteht der PCS-Wellenleiter lediglich noch aus einem homogenen Glasstab mit dem Durchmesser von 125 μπι. Da der Kern 4 des Wellenleiters 2 normalerweise einen Durchmesser von 8 μπι und der Mantel 5 einen Durchmesser von 125 μπι aufweist paßt das Stück des abgemantelten PCS-Wellenleiters auf das Ende des Wellenleiters 2. Das Aufschmelzen eines solchen Glas-Stabes auf das Ende des Wellenleiters 2 ist mit hoher Präzision möglich, wie die vielfach ausgeführten Schmelzspleißungen von Monomode-Wellenleitern zeigen. In einem zweiten Arbeitsgang wird der ange schmolzene PCS-Wellenleiter im Abstand y von der Verbindungsstelle mit dem Wellenleiter 2, der Abstand beträgt etwa 1 mm, abgeschnitten und die Schnittfläche des Reststückes durch Erhitzen zu einer Halbkugel verrundet, um die Linse 7 z\\ erhalten. In Fig.2 ist ein Wellenleiter 2 dargestellt, der mit einer so geformten Optik 3 verbunden ist.

Die Länge von 1 mm entspricht dem theoretisch bestimmten Wender Länge y für den verwendeten Monomode-Wellenleiter snd für den verwendeten Halbleiterlaser. Diese Länge hängt zwar vom Krümmungsradius der Linse ab, doch läßt sich der Krümmungsradius bei einer festgelegten Wärmebehandlung leicht und ziemlich genau reproduzieren. Ebenso leicht u.id genau läßt sich auch die einmal in Abhängigkeit des Krümmungsradius berechnete Länge y reproduzieren, so daß mit Hilfe der Erfindung für jeden auftretenden Fall eine einfach herzustellende Ankoppelungsoptik mit hohem Koppelungswirkungsgrad angegeben werden kann. Als Ergebnis ist damit eine wohldefinierte und richtig positionierte Optik fest mit dem Wellenleiter verbunden, die relativ zum Wellenleiter richtig justiert ist.

Die für die Ankoppelung eines Lasers an einen Monomode-Wellenleiter beschriebene Optik kann durch sinngemäße Anwendung auch für die Koppelung der Enden zweier faseroptischer Wellenleiter oder zur Auskoppelung auf der Empfängerseite verwendet werden.

Im erstgenannten Fall weisen die beiden zu koppelnden Enden jeweils eine solche Optik auf. Dabei liegen die beiden optischen Achsen auf einer Geraden, der Abstand der beiden einander zugekehrten zylinderförmigen Teile 6 der beiden Optiken 3 beträgt zweimal die Länge jr.

Im zweiten Fall wird der strahlungsempfindliche Teil des Empfängers auf der optischen Achse im Abstand χ vom zylinderförmigen Teil 6 einer solchen Auskoppelungsoptik angebracht

Zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Optik wird folgendermaßen verfahren:

Das Ende eines faseroptischen Wellenleiters, der an eine Strahlungsquelle angekoppelt werden soll, wird plan gestaltet Ein Glasstück mit einem planen Ende und einem Durd/messer, der dem Durchmesser des Wellenleiters entspricht wird mit diesem Lide an das plane Ende des Wellenleiters angesetzt und m\\ ihm verspleißt Danach wird das Glasstück auf die Länge y gebracht und das erhaltene Ende verrundet. Hierzu kann eine Wärmebehandlung eingesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

31 Ol 378 Patentansprüche:

1. Optik zur Ankoppelung eines faseroptischen Wellenleiters an eine Strahlungsquelle, die aus einem zylinderischen Glasstück besteht, das an der Ankoppelungsseite linsenförmig und an der anderen Seite mit dem faseroptischen Wellenleiter mit annähernd gleichem Durchmesser verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasstück auf der Ankoppelungsseite vollständig verrundet ist und daß seine Länge £# größer als der Faserdurchmesser und so bemessen ist, daß die emittierende Fläche (1) der Strahlungsquelle auf den Kern (4) des anzukoppelnden Wellenleiters (2) abgebildet wird.

2. Ankoppelungsoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasstück aus einer abgemantelten Glas/Kunststoffaser (PCS) besteht

3. Die sinngemäße Anwendung der Optik nach Anspruch \ oder 2 zum Auskoppeln des Lichts aus einem faseroptischen Wellenleiter auf einen Empfänger.

4. Verfahren zur Herstellung einer Optik zur Ankoppelung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an das plane Ende eines faseroptischen Wellenleiters ein Glasstück mit einem planen Ende angesetzt wird, daß die beiden Enden miteinander verspleißt werden, daß das Glasstück durch planes Abtrennen auf die Länge y gebracht wird und daß das freie Ende des Glasstücks verrundet wird.