DE3224631A1

DE3224631A1 - Optisches verbindungsstueck

Info

Publication number: DE3224631A1
Application number: DE19823224631
Authority: DE
Inventors: Andrej Mgr.-Ing. Puc; Du&scaron;an Mgr.-Ing. 61000 Ljubljana Zadravec
Original assignee: ISKRA SOZD ELEKTRO INDUS
Current assignee: ISKRA SOZD ELEKTRO INDUS
Priority date: 1981-07-02
Filing date: 1982-07-01
Publication date: 1983-01-13
Also published as: IT8267839A0; YU42693B; IT1155715B; YU164381A; FR2509054A1

Description

HOFFMANN "eITLe"& PARTNER 3 2 2 A 6 3 T

PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFPMANN (1930-1974) . Dl PL.-ING. W. EITLE . DR. RER. NAT. K.HOFFMAN N . Dl Pl.-I NG. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE ■ DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MO NCHEN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE)

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ISKRA-SOZD elektrokovinske industrije n.sol.o., Ljubljana /Jugoslawien

Optisches Verbindungsstück

Gegenstand der Erfindung ist ein optisches. Verbindungsstück zur Verbindung von optischen Quellen, Fasern und Detektoren.

Bei der.übertragung eines Lichtsignals über optische Fasern sind optische Verbindungen zwischen der Quelle und der Faser, zwischen zwei Fasern und zwischen der Faser und dem Photodetektor notwendig. Es ist wichtig, daß dabei die Lichtverluste möglichst gering sind, daß die Verbindungen möglichst auf Schmutz und Änderung der gegenseitigen Lage der verbundenen Elemente unempfindlich und verstellbar sowie wiederholbar sind. Auf der anderen Seite sind' jedoch Preiswürdigkeit und die Fähigkeit zu einer einfachen Montage dieser Elemente eine Bedingung für einen kommerziellen Erfolg und die Verwendbarkeit dieser faseroptischen Verbindungen.

Es sind verschiedene Lösungen von Verbindungsarten bekannt, die in zwei Hauptgruppen zusammengefaßt werden können:

Optische Verbindung mit einem unmittelbaren Kontakt, wo der Fasernanfang möglichst nahe der Quelle angeordnet ist bzw. sich zwei Fasern mit ihren Querflächen berühren. Wegen Einfachheit und relativen Preiswürdigkeit ist diese Art noch am meisten verbreitet, sie ist aber sehr schmutzempfindlich und verlangt eine hohe Qualität der Behandlung der Kontaktflächen (Polieren der Fasern in einer Rubinzwinge). Vor allem stellen jedoch einen Nachteil dieser Verbindungsart hohe Verluste bei der Verbindung Quelle-'-Faser (ungefähr 10 dB) dar, da der Strahlungswinkel der Quelle im Vergleich zur numerischen Öffnung groß ist.

- Die zweite Art, durch Verwendung von Linsen, wie dies 1.5 üblicherweise Mikroskopobjektive sind, ermöglicht einen viel besseren Wirkungsgrad der Verbindung Quelle-Faser (Verluste von 2 bis 5 dB); diese ist verhältnismäßig schmutzunempfindlich und verlangt keine besondere Behandlung der Faserenden. Wegen der Forderungen nach niedriger sphärischer Aberration der Linsen und nach qualitativ hohen Antireflexschichten an den Linsenoberflachen ist diese Art jedoch sehr kostspielig und deshalb unpopulär. Wegen der erwähnten . Herstellungsmöglichkeiten sind solche Verbindungsstücke auch relativ groß und schwer.

Das erfindungsgemäße Verbindungsstück gehört zur zweiten Gruppe. Es ist ebenfalls schmutzunempfindlich, es verlangt keine besondere Bearbeitung der Faserenden und erzielt einen hohen Wirkungsgrad der Verbindung Quelle-Faser (Verluste betragen max. 3 dB). Sein Vorteil ist insbesondere Preiswürdigkeit und einfache Montage, so daß es in dieser Hinsicht vollkommen mit Verbindungsstücken mit einem unmittelbaren Kontakt vergleichbar ist.

Die Grundbestandteile des Verbindungsstücks sind Zylinder, bestehend aus Polymethylmetacrylat, die auf einer Seite eine mit einer aufgedampften Antireflexschicht ausgestattete elliptische Oberfläche und auf der anderen Seite eine ebene Fläche besitzen. Die Linse (der Zylinder) besitzt auf der Seite der Quelle eine möglichst große bzw. der Quelle angepaßte numerische Öffnung, die Linse (der Zylinder), auf der Seite der Faser besitzt eine der Faser angepaßte numerische Öffnung und hat am flachen Ende eine Bohrung, in die die Faser hineingesteckt wird, die in eine Flüssigkeit für den Ausgleich des Brechungsfaktors eingetaucht wurde. Der Grund für einen hohen Wirkungsgrad dieser Verbindungsar.t liegt gerade in den elliptischen Oberflächen und der minimalen Zahl der Reflexionsflächen.

Der Gegenstand der Erfindung ist im folgenden genauer beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Darin zeigen
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Fig. 1 eine Verbindung Quelle-Faser,

Fig. 2 eine Verbindung Faser-Faser,

Fig. 3 ein Verbindungsstück Quelle-Faser,

Fig. 4 ein Verbindungsstück Faser-Faser.

In Fig. 1 ist die Verbindung Quelle-Faser dargestellt. Die Quelle 3 befindet sich im Brennpunkt der dazugehörenden elliptischen Linse 1, weshalb die Strahlen parallel austreten; dadurch ist die Empfindlichkeit des Systems gegenüber der gegenseitigen Lage beider Linsen in Längsrichtung beseitigt. Die Linse 2, in die die Faser 4 eingesetzt ist,

sammelt die parallelen Strahlen unter einem Winkel, der kleiner als der oder gleich dem Winkel ist, der von der numerischen öffnung der Faser 4 bestimmt wird. Der Anfang der Faser 4, der im Brennpunkt der Linse 2 liegt, und zwar in ihrer Bohrung, ist in eine Flüssigkeit für den Ausgleich des Brechungskoeffizienten eingetaucht. Auf diese Weise werden Unregelmäßigkeiten der Grenzflächen sowohl der Faser 4 als auch der Linse 2 vergossen und dadurch die Verluste erheblich herabgesetzt. Daraus folgt, daß die Forderungen nach einer Ebenheit der Eingangs- bzw. der Ausgangsoberfläche der Faser 4 stark gemildert sind.

In Fig. 2 ist die Verbindung Faser-Faser dargestellt. Das Prinzip der Wirkungsweise ist gleich demjenigen der erstgenannten Verbindung, nur daß sich jetzt an beiden Seiten Linsen 2 mit. Fasern 4 befinden, die nicht unbedingt gleich sind, da eine jede eben der dazugehörenden Faser 4 angepaßt ist. Diese Verbindungsart ermöglicht sehr gute Verbindungen zwischen Fasern verschiedener Abmessungen und

20. numerischer öffnungen. Das ist aber ein wesentlicher Vorteil von verschiedenen Verbindungen Faser-Faser mit direktem Kontakt, welche für eine qualitativ gute Verbindung an beiden Seiten gleiche Fasern verlangen.

Bei der Verbindung Faser-Photodetektor handelt es sich dem Wesen nach um die gleiche Konfiguration wie bei der Verbindung Quelle-Faser, nur daß auf der Seite des Photodetektors die Forderungen nach einer Querpositionierung weniger streng sind, da die Oberfläche der üblichen Photodioden wesentlich größer ist als die aktive Oberfläche der Quelle.

In Fig. 3 und 4 ist die Konstruktion der Verbindungsstücke

Quelle*-Faser und Faser-Faser dargestellt (5-Träger der Quelle, 6-Träger der Faser, 7-Träger des Verbindungsstückes Quelle-Faser, 8-Träger des Verbxndungsstückes Faser-Faser). Es ist ersichtlich, daß die Systeme achsensymmetrisch sind. Wenn die Quelle (Laser) in ihrem Gehäuse nicht optisch zentriert ist, ist eine Einstellung der Quelle in Querrichtung im Hinblick auf die optische Achse der Quelle notwendig. Für die konzentrische Lage beider Linsen sorgt der Tubus (7 bzw. 8), dem die Linsen mit einem minimalen Spielraum angepaßt sein müssen. Das Verbindungsstück kann auseinandergenommen werden, es besitzt verhältnismäßig geringe Abmessungen und kann einfach montiert werden.

Labormäßig wurden alle drei Verbindungsarten hergestellt. Messungen haben gezeigt, daß unter den fünf Mustern des Verbxndungsstückes Quelle (GaAs-Laser)-Faser die Verluste immer geringer als 3 dB (Mittelwert 2 dB) sind. Bei einer Verbindung Faser-Faser und Faser-Photodiode waren die Verluste geringer als 1 dB. Die Verluste können den ungenauen Lagen der Quelle bzw. der Faser quer zur Achse der Verbindung zugeschrieben werden, während diese Verbindungsart für Verschiebungen in Längsrichtung praktisch unempfindlich ist. Die Linsen können aus verschiedenen optisehen Materialien hergestellt werden, doch liegt der Vorteil von Polymethylmetacrylat gerade in der technologisch anspruchslosen Bearbeitung von elliptischen Oberflächen und der Bohrung für die Faser.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet:

einen sehr hohen Wirkungsgrad der Verbindung Quelle-Faser;

- die Möglichkeit einer qualitativ hohen Verbindungsart der Fasern mit verschiedenen Abmessungen und numerischen Öffnungen;

- Preiswürdigkeit;

Unempfindlichkeit gegenüber Änderungen der gegenseitigen Lage der Linsen in Längsrichtung;

- einfache Montage; einfache Herstellungstechnologie (Gießen oder Drehen); universelle Verwendbarkeit.

Claims

HOFFMANN -EITLE & PARTNER 3 2 2 A 6 3

PATENTANWÄLTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPL.-ING.W. EITLE · DR. RER. NAT. K.HOFFMAN N · DIPL.-ING. W. LEH N

DIPL.-ING. K.FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 ■ D-8000 M D NCHEN 81 . TELEFON (089) 911087 . TE LEX 05-29619 (PATHE)

ISKRA-SOZD elektrokovinske industrije n.sol.o., Ljubljana /Jugoslawien

Optisches Verbindungsstück

PATENTANSPRUCH

Optisches Verbindungsstück für die Verbindung Faser-Faser, Quelle Faser oder Faser-Detektor Optischer Quellen, Fasern und Detektoren,

dadurch gekennzeichnet , daß es von zwei elliptischen zylinderförmigen Linsen (1, 2) gebildet wird, wobei die Faser (4), die Quelle (3) oder der Detektor im Brennpunkt der Linse (1, 2) liegen.