DE3138197A1 - Method for adjusting the distance of an optical fibre from an optical transmitting or receiving element - Google Patents

Method for adjusting the distance of an optical fibre from an optical transmitting or receiving element

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Abstract

The invention relates to a method for adjusting an optical fibre (4) to an optimum distance from an optical transmitting or receiving element (2). In this case, the optical fibre is retained in an axially displaceable fashion in a receptacle (3) which is secured after adjustment with a horizontal reference plane (7) on a likewise horizontal reference plane (6) of the housing (1) supporting the optical transmitting or receiving element. The optimum distance determined in advance by calculation or experimentally between the optical fibre end face and the reference plane of the receptacle is adjusted under a microscope whose object stage, on which the receptacle is locked, is provided with a readable height adjustment. <IMAGE>

Description

Verfahren zur Justierung des Abstandes eines LichtwellenleitersProcedure for adjusting the distance between a fiber optic cable

zu einem optischen Sende- oder Empfangselement Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Justieren eines Lichtwellenleiters auf optimalen Abstand zu einem optischen Sende- oder Empfangselement, wobei unter visueller Beobachtung der Abstand mittels eines Mikromanipulators eingestellt wird, in dem eine den Lichtwellenleiter tragende Kapillare eingespannt ist, welche ihrerseits innerhalb einer, eine waagerechte Bezugsebene aufweisenden Aufnahme gehalten wird, die nach der Justage auf einer ebenfalls waagerechten Bezugsebene eines Gehäuses befestigt wird, in dem das Sende- oder Empfangselement mit einem fest vorgegebenen Abstand zur Bezugsebene angeordnet ist. to an optical transmitting or receiving element The present invention deals with a method for adjusting an optical fiber to optimal Distance to an optical transmitting or receiving element, whereby under visual observation the distance is set by means of a micromanipulator in which one of the optical waveguides bearing capillary is clamped, which in turn within a, a horizontal Reference plane having recording is held, after the adjustment on a is also attached to the horizontal reference plane of a housing in which the transmitter or receiving element arranged at a fixed predetermined distance from the reference plane is.

Ein derartiges Justierverfahren ist aus der DE-OS 29 30 317 bekannt. Und zwar soll nach diesem Verfahren der Lichtwellenleiter mit seiner Stirnfläche sehr dicht an das optische Empfangs- oder Sendeelement herangebracht werden ohne aber einen störenden, mechanischen Kontakt zwischen beiden herzustellen.Such an adjustment method is known from DE-OS 29 30 317. In fact, according to this method, the optical waveguide with its end face be brought very close to the optical receiving or transmitting element without but to create a disturbing, mechanical contact between the two.

Dazu wird durch ein seitlich der Koppelstelle zwischen dem Lichtwellenleiter und dem Empfangs- oder Sendeelement angeordneten Mikroskop beobachtet, wieweit der Lichtwellenleiter mittels des Mikromanipulators auf das Sende- oder Empfangselement zubewegt werden kann, so daß beide einander gerade nicht berühren.This is done by a side of the coupling point between the optical fiber and the receiving or transmitting element arranged microscope observed how far the Optical fiber to the transmitting or receiving element by means of the micromanipulator can be moved so that the two do not just touch each other.

In den meisten Fällen ist aber der minimale Abstand zwischen der Lichtwellenleiterstirnfläche und dem optischen Empfangs-oder Sendeelement, nicht der günstigste für eine optimale optische Kopplung. Wie groß der optimale Abstand ist, läßt sich experimentell bzw. rechnerisch ermitteln.In most cases, however, this is the minimum distance between the end face of the optical waveguide and the optical receiving or transmitting element, not the cheapest for an optimal one optical coupling. How big the optimal distance is can be determined experimentally or determine by calculation.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem sich auf sehr einfache Weise genauestens der ermittelte optimale Abstand zwischen der Lichtwellenleiterstirnfläche und dem optischen Sende- oder Empfangselement einstellen läßt.The invention is now based on the object of providing a method of the above specified type, with which in a very simple way the precisely determined optimal distance between the fiber optic end face and the optical transmitter or can set the receiving element.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Aufnahme mit der Kapillare auf dem mit einer geeichten Höheneinstellung versehenen Objekttisch eines Mikroskops arretiert wird, -wobei die Bezugsebene der Aufnahme und die Stirnfläche des Lichtwellenleiters in Richtung des Objektivs weisen, und daß der vorher experimentell bzw. rechnerisch ermittelte Soll-Abstand zwischen der Lichtwellenleiterstirnfläche und der Bezugsebene der Aufnahme eingestellt wird, indem zunächst das Objektiv auf die Bezugsebene der Aufnahme gerichtet und die Objekttischhöhe so eingestellt wird, daß im Okular des Mikroskops ein scharfes Abbild der Bezugsebene erscheint, und danach das Objektiv auf die Stirnfläche des Lichtwellenleiters gerichtet, die Höhe des Objekttisches entsprechend dem Soll-Abstand verändert und die Kapillare in der Aufnahme soweit axial verschoben wird, bis die Lichtwellenleiterstirnfläche scharf im Okular erscheint, worauf in dieser Position die Kapillare in der Aufnahme befestigt wird.According to the invention the object is achieved in that the recording with the capillary on the specimen stage, which is provided with a calibrated height adjustment a microscope is locked, -wherein the reference plane of the recording and the end face of the optical waveguide in the direction of the lens, and that the previously experimental or computationally determined target distance between the optical waveguide end face and the reference plane of the recording is set by first turning the lens on the reference plane of the exposure is aligned and the specimen stage height is set in such a way that that a sharp image of the reference plane appears in the eyepiece of the microscope, and then the lens is directed at the end face of the optical fiber, the height of the stage changed according to the target distance and the capillary in the Recording is shifted axially until the end face of the optical fiber is sharp appears in the eyepiece, whereupon the capillary is fastened in this position will.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht aus dem Unteranspruch hervor.An expedient further development of the method according to the invention is possible from the subclaim.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nun die Erfindung näher erläutert.Based on an embodiment shown in the drawing now the invention is explained in more detail.

Es zeigen: Fig n 1 eine Vorrichtung, in der ein Lichtwellenleiter mit einem optischen Empfangs- oder Sendeelement gekoppelt ist, und Fig. 2 eine Vorrichtung für die Justierung des Lichtwellenleiters Die in der Fig. 1 dargestellte Koppelvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1, in dem ein optisches Sende- oder Empfangselement 2 angeordnet ist, und einer Aufnahme 3, die einen Lichtwellenleiter gegenüber dem Sende- oder Empfangselement in einem für eine optimale optische Kopplung geeigneten Abstand hält. Der Lichtwellenleiter 4 ist in einer Kapillare 5 fixiert, die in der Aufnahme 3 axial verschiebbar gelagert ist. Das Gehäuse 1 besitzt eine waagerechte Bezugsebene 6, die eine Auflagefläche für die ebenfalls waagerechte Bezugsebene 7 der Aufnahme 3 bietet. Beide Bezugsebenen werden, nachdem der weiter unten beschriebene Justiervorgang abgeschlossen ist, mittels eines Kapillarklebers 8 zusammengeklebt. Der Kapillarkleber hat den Vorteil, daß er in einer sehr dünnen Schicht zwischen die Bezugsebenen 6, 7 einfließen kann.They show: FIG. 1 a device in which an optical waveguide is coupled to an optical receiving or transmitting element, and FIG. 2 shows a device for adjusting the optical waveguide The coupling device shown in FIG. 1 consists of a housing 1 in which an optical transmitting or receiving element 2 is arranged, and a receptacle 3, which has an optical waveguide opposite the Sending or receiving element in a suitable one for optimal optical coupling Keep your distance. The optical waveguide 4 is fixed in a capillary 5, which is in the Recording 3 is axially displaceable. The housing 1 has a horizontal Reference plane 6, which is a support surface for the also horizontal reference plane 7 of the recording 3 offers. Both reference planes are made after the one described below Adjustment process is complete, glued together by means of a capillary adhesive 8. The capillary adhesive has the advantage that it is in a very thin layer between the reference levels 6, 7 can be incorporated.

Es besteht die Möglichkeit entweder den Lichtwellenleiter über eine plane Stirnfläche mit dem Sende- oder Empfangselement optisch zu koppeln oder über eine am Lichtwellenleiterende angeordnete Abbildungsoptik. Als Abbildungsoptik kommt z.B. eine Gradientenindex-Linse oder eine in der Stirnfläche integrierte oder dort aufgeklebte Mikrolinse (siehe 9 in Fig. 1) in Frage.There is the option of either using the fiber optic cable to optically couple flat end face with the transmitting or receiving element or via imaging optics arranged at the end of the optical waveguide. As imaging optics comes E.g. a gradient index lens or one integrated in the face or there glued-on microlens (see 9 in Fig. 1) in question.

Es gibt zwischen der Stirnfläche des Lichtwellenleiters und dem Sende- oder Empfangselement einen Abstand d, bei welchem ein optimaler Koppelwirkungsgrad erzielt wird. Dieser Abstand d kann experimentell ermittelt oder berechnet werden.There is between the end face of the fiber optic cable and the transmitting or receiving element a distance d at which an optimal coupling efficiency is achieved. This distance d can be determined or calculated experimentally.

Nun kommt es darauf an, den einmal ermittelten Abstand d bei allen nach dem gleichen Muster aufgebauten Koppelvorrichtungen in einem präzisen und einfach durchführbaren Justierverfahren herzustellen. Der Abstand 1 zwischen der Bezugsebene 6 des Gehäuses 1 und der Oberfläche des optischen Sende- oder Empfangselements 2 ist fest vorgegeben, genauso wie die Dicke k der Klebeschicht 8. Nach Messung der Grösse 1 und Kenntnis der ungefähren Dicke k der sehr dünnen Klebeschicht kann der Soll-Abstand f zwischen der Lichtwellenleiterstirnfläche und der Bezugsebene 7 der Aufnahme 3 bestimmt werden aus: f =1 -dk Mit Hilfe der in der Fig. 2 gezeigten Vorrichtung kann der Abstand f nach dem folgenden Justierverfahren eingestellt werden.Now it comes down to the distance d once determined for all coupling devices constructed according to the same pattern in a precise and simple manner to produce feasible adjustment processes. The distance 1 between the reference plane 6 of the housing 1 and the surface of the optical transmitting or receiving element 2 is fixed, as is the thickness k of the adhesive layer 8. After measuring the Size 1 and knowledge of the approximate thickness k of the very thin adhesive layer can be used by the Target distance f between the optical waveguide end face and the reference plane 7 of the Recording 3 can be determined from: f = 1 -dk with the aid of the device shown in FIG the distance f can be set using the following adjustment procedure.

Die als Mikromanipulator aufgebaute Vorrichtung hat eine waagerechte Tragplatte 10 und einen mittels einer Mikrometerschraube 11 in senkrechter Richtung relativ zur Tragplatte verschiebbaren Schlitten 12.The device constructed as a micromanipulator has a horizontal one Support plate 10 and one by means of a micrometer screw 11 in the vertical direction carriage 12 displaceable relative to the support plate.

Durch eine Öffnung 13 in der Tragplatte 10 wird die Aufnahme 3 mit der den Lichtwellenleiter 4 haltenden Kapillare 5 in den Mikromanipulator eingesetzt. Dabei kommt der waagerechte flanschartige Teil 14 der Aufnahme, dessen Frontseite die Bezugsebene 7 darstellt, auf der Tragplatte 10 zu liegen und wird darauf mittels Federn 15 gehalten. Die Kapillare 5 mit dem Lichtwellenleiter 4 wird auf dem Schlitten 12 mit einer Klammer 16 festgeklemmt.Through an opening 13 in the support plate 10, the receptacle 3 is with the capillary 5 holding the optical waveguide 4 is inserted into the micromanipulator. Here comes the horizontal flange-like part 14 of the recording, its front side represents the reference plane 7 to lie on the support plate 10 and is on it by means of Springs 15 held. The capillary 5 with the optical waveguide 4 is on the slide 12 clamped with a clamp 16.

Nun wird der Mikromanipulator mit seiner Tragplatte 10 auf den mit einer Höheneinstellung und -anzeige versehenen Objekttisch 17 eines Mikroskops aufgebracht und zwar so, daß die Bezugsebene 7 der Aufnahme und die Stirnfläche des aus der Kapillare herausragenden Lichtwellenleiters 4 nach oben auf das Objektiv 18, 18', 18" des Mikroskops weist.Now the micromanipulator is with its support plate 10 on the with a height adjustment and display provided object table 17 of a microscope applied in such a way that the reference plane 7 of the recording and the end face of the Capillary protruding optical waveguide 4 upwards onto the objective 18, 18 ', 18 "of the microscope points.

Für die Einstellung des Soll-Abstandes f zwischen der Bezugsebene 7 der Aufnahme 14 und der Stirnfläche des Lichtwellenleiters läuft jetzt folgender Justiervorgang ab.For setting the target distance f between the reference plane 7 of the receptacle 14 and the end face of the optical waveguide now runs as follows Adjustment process.

Zunächst wird das Objektiv auf die Bezugsebene der Aufnahme gerichtet (Position 18' oder 18") und der Objekttisch 17 in seiner Höhe so eingestellt, daß die Bezugsebene im Okular scharf erscheint. Um den Soll-Abstand f exakter einstellen zu können, wird eine mittlere Objekttischhöhe ermittelt, indem obiger Einstellvorgang für mehrere Stellen (Positionen 18' und 18") der Bezugsebene 7 wiederholt wird.First of all, the objective is aimed at the reference plane of the picture (Position 18 'or 18 ") and the object table 17 adjusted in height so that the reference plane in the eyepiece appears sharp. Set the target distance f more precisely to be able to, an average stage height is determined by the above setting process for several positions (positions 18 'and 18 ") of the reference plane 7 is repeated.

Ausgehend von der auf die Ebene 7 bezogenen Höhe des Objekttisches wird dieser dann um genau den Soll-Abstand f verstellt, das Objektiv auf den Lichtwellenleiter gerichtet (Position 18) und schließlich die Kapillare 5 mit dem Schlitten 12 in axialer Richtung soweit verfahren bis die Stirnfläche des Lichtwellenleiters scharf im Okular abgebildet ist. Darauf wird die Kapillare in dieser Stellung fixiert, indem durch seitliche Bohrungen 19 und 20 der Aufnahme in den Raum zwischen der Kapillare und der Aufnahme ein Kleber eingebracht wird.Based on the height of the stage in relation to level 7 If this is then adjusted by exactly the target distance f, the lens is positioned on the optical waveguide directed (position 18) and finally the capillary 5 with the carriage 12 in Move in the axial direction until the end face of the optical waveguide is sharp is shown in the eyepiece. The capillary is then fixed in this position, by through the side holes 19 and 20 of the recording in the space between the Capillary and the recording an adhesive is introduced.

Die soeben beschriebene Distanzmessung mit Hilfe des Mikroskops kann auch verwendet werden bei der Ermittlung von 1, des Abstandes zwischen dem optischen Sende- oder Empfangselement 2 und der Bezugsebene 6 des Gehäuses 1.The distance measurement just described with the aid of the microscope can can also be used in determining 1, the distance between the optical Sending or receiving element 2 and the reference plane 6 of the housing 1.

Nachdem die Abstandsjustage (in z-Richtung) erfolgt ist, wird die Aufnahme 3 auf dem Gehäuse 1 in x- und y-Rich- tung verschoben bis der Lichtwellenleiter 4 mittig der aktiven Fläche des Sende- oder Empfangselements 2 gegenübersteht.After the distance has been adjusted (in the z-direction), the Recording 3 on the housing 1 in the x and y directions tung postponed until the optical waveguide 4 in the middle of the active surface of the transmitting or receiving element 2 faces.

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Claims (2)

Patentansprüche 1. Verfahren zum Justieren eines Lichtwellenleiters auf optimalen Abstand zu einem optischen Sende- oder Empfangselement, wobei unter visueller Beobachtung der Abstand mittels eines Mikromanipulators eingestellt wird, in dem eine den Lichtwellenleiter tragende Kapillare eingespannt ist, welche ihrerseits innerhalb einer eine waagerechte Bezugsebene aufweisenden Aufnahme gehalten wird, die nach der Justage auf einer ebenfalls waagerechten Bezugsebene eines Gehäuses befestigt wird, in dem das Sende- oder Empfangselement mit einem fest vorgegebenen Abstand zur Bezugsebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (3) mit der Kapillare (5) auf dem mit einer geeichten Höheneinstellung versehenen Objekttisch (17) eines Mikroskops arretiert wird, wobei die Bezugsebene (7) der Aufnahme und die Stirnfläche des Lichtwellenleiters (4) in Richtung des Objektivs (18, 18', 18") weisen, und daß der vorher experimentell bzw. rechnerisch ermittelte Soll-Abstand (f) zwischen der Lichtwellenleiterstirnfläche und der Bezugsebene der Aufnahme eingestellt wird, indem zunächst das Objektiv (18', 18") auf die Bezugsebene (7) der Aufnahme gerichtet und die Objekttischhöhe so eingestellt wird, daß im Okular des Mikroskops ein scharfes Abbild der Bezugsebene erscheint, und danach das Objektiv (18) auf die Stirnfläche des Lichtwellenleiters (4) gerichtet, die Höhe des Objekttisches (17) entsprechend dem Soll-Abstand (f) verändert und die Kapillare (5) in der Aufnahme (3) soweit axial verschoben wird bis die Lichtwellenleiterstirnfläche scharf im Okular erscheint, worauf in dieser Position die Kapillare in der Aufnahme befestigt wird.Claims 1. A method for adjusting an optical waveguide to an optimal distance to an optical transmitting or receiving element, with below visual observation of the distance is set by means of a micromanipulator, in which a capillary carrying the optical waveguide is clamped, which in turn is held within a receptacle having a horizontal reference plane, after the adjustment on a likewise horizontal reference plane of a housing is attached, in which the transmitting or receiving element with a fixed predetermined Is arranged at a distance from the reference plane, characterized in that the recording (3) with the capillary (5) on the one provided with a calibrated height adjustment Object table (17) of a microscope is locked, the reference plane (7) of the Recording and the end face of the optical waveguide (4) in the direction of the lens (18, 18 ', 18 "), and that the previously determined experimentally or mathematically Target distance (f) between the optical waveguide end face and the reference plane of the Recording is stopped by initially the lens (18 ', 18 ") directed to the reference plane (7) of the recording and the height of the specimen stage is set in this way that a sharp image of the reference plane appears in the eyepiece of the microscope, and then the objective (18) directed at the end face of the optical waveguide (4), the height of the object table (17) changes according to the target distance (f) and the capillary (5) in the receptacle (3) is axially displaced until the end face of the optical waveguide appears sharp in the eyepiece, whereupon the capillary in the receptacle in this position is attached. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (18', 18't) des Mikroskops auf mehrere Stellen der Aufnahme-Bezugsebene (7) rings um den Lichtwellenleiter (4) gerichtet wird, um eine mittlere Objekttischhöhe für die Bezugsebene zu ermitteln.2. The method according to claim 1, characterized in that the lens (18 ', 18't) of the microscope on several points of the recording reference plane (7) rings around the optical fiber (4) is directed to a medium stage height for determine the reference plane.
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