DE3303160A1 - Vorrichtung zur auskopplung oder einkopplung von licht bei einem lichtwellenleiter - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Auskopplung oder Einkopplung von Licht
• bei einem Lichtwellenleiter Bei der Auskopplung von Licht aus einem Lichtwellenleiter z.B. für Meßzwecke ist es notwendig, das stirnseitige Ende des Lichtwellenleiters auf eine Photodiode auszurichten. Wenn ein genau definierter Anschlag der endseitigen Stirnfläche an die Photodiode erwünscht ist, um die Ubergangsdämpfung möglichst klein und für alle Proben konstant zu halten, dann muß das Ende der Faser sorgfältig präpariert werden, um einen möglichst planparallelen Abschluß zu erhalten. Dies erfordert besonders bei Reihenmessungen nach der Rückschneidemethode einen hohen zeitlichen und technischen Aufwand, da die tGUtell der Endfläche unmittelbar das Meßergebnis beeinflußt und somit sehr hoch sein muß. Zusätzlich ist bei jeder Messung eine Nachjustierung des Faserendes zur Empfangsdiode nötig. Neben der unterschiedlichen Beschaffenheit der Faserendflächen besteht ein weiterer Einfluß auf die Ankoppeldämpfung darin, daß sich die Polarisationsvorzugsrichtung der Faser verdrehen kann.
• Der'vorliegenden Erfindung, welche sich auf eine Vorrichtung zur Auskopplung von Licht aus einem Lichtwellenleiter auf eine Photodiode bezieht, liegt die Aufgabe zu Grunde, die Polarisations- und Endflächenfehler in einfacher Weise möglichst klein zu halten und zugleich eine besondere Behandlung der Endfläche bzw.
• eine nachträgliche Justierung überflüssig zu machen.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Führung des Lichtwellenleiters ein Kapillarrohr derart angeordnet ist, daß an dem der Photodiode zugekehrten Ende des Lichtwellenleiters der Zutritt einer Immersionsflüssigkeit ermöglicht ist.
• Durch das Kapillarrohr wird der Lichtwellenleiter definiert in einen Bereich der Photodiode gebracht, wo diese eine ausreichend hohe und noch hinreichend gleichmäßige Empfindlichkeit aufweist. Dadurch, daß ein Zutritt der Immersionsflüssigkeit ermöglicht ist, werden Endflächenfehler des stirnseitigen Endes der Lichtwellenleiter optisch unwirksam und haben keinen Einfluß auf die Ankoppeldämpfung. Das Licht tritt deshalb stets in einem Kegel aus, der koaxial zum Faserkern verläuft und trifft auch als kreisrunder Leuchtfleck auf die Diode. Durch entsprechende Einstellung der Führungstoleranz des Kapillarrohres kann eine ausreichend genaue und reproduzierbare Ausrichtung der Lichtwellenleiterfaser auf die Diode erzielt werden. Der Innendurchmesser des Kapillarrohres sollte nur wenig, vorzugsweise zwischen 3% und 5% größer gewählt werden als der Außendurchmesser der Lichtwellenleiterfaser.
• Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung sind weder Teil erspiegel noch Linsen erforderlich und es sind deshalb keine Einflüsse der Faserpolarisation auf den Koppelwirkungsgrad möglich. Die gesamte Anordnung ist mechanisch einfach aufgebaut, und läßt sich vorteilhaft in einem geschlossenen Gehäuse unterbringen. Ebenso ist die Handhabung stark vereinfacht, wobei die Ankopplung des Faserendes jeweils von wenig geübten Kräften zuverlässig und ohne zu große Schwankungen der Kopplungsdämpfung durchgefUhrt werden kann.
• Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Figur ist ein aus z.B. Messing bestehendes stabiles Gehäuse GH dargestellt, das in seinem Inneren zwei mit Immersionsflüssigkeit gefüllte Kammern KR7, und ER2 aufweist. Diese Kammern sind untereinander über in einer Zwischenwand ZW angeordnete Verbindungskanäle VK1 und VK2 miteinander verbunden. Die offene Seite der Kammer KR2 ist mit einer Trägerplatte TP abgedeckt, die eine Photodiode PD trägt. Der lichtempfindliche Teil der Photodiode PD ist auf einer aus Glas bestehenden Trägerplatte TP angeordnet und zwar fluchtend zu einem Kapillarrohr KA. Dieses Kapillarrohr KA beginnt mit seiner eingangsseitigen Öffnung im Bereich der Kammer KR1 und erstreckt sich bis zur Kammer KR2, wobei es durch die Zwischenwand ZW gehalten wird.
• Das Kapillarrohr Kr weist an der (linken). Eintrittsseite eine etwa konusförmige Erweiterung auf, um die Einführung des Lichtwellenleiters LM, zu erleichtern. Die Photodiode PD ist mit einer elektrischen Anschlußbuchse EA verbunden, wo z.B, entsprechende Meßgeräte angeschlossen werden können, um die Dämpfung der jeweils zu untersuchenden Lichtwellenleiter-Faser LWL zu bestimmen.
• Die Trägerplatte TP mit der darauf angebrachten Photodiode PD kann durch Einstellschrauben ES1 und ES2 so justiert werden, daß der empfindliche Teil der Photodiode PD möglichst zentral fluchtend zu der Austrittsöffnung des Kapillarrohres KA liegt. Hierzu ist eine ringförmige, die Trägerplatte TP außen umfassende Fassung FG vorgesehen, die durch einen mit einem AuBengewinde versehenen, in das Gehäuse GH einschraubbaren Andruckring gehalten wird. Durch einen (hier nicht dargestellten) Dichtungsring kann ein Austreten von Immersionsflüssigkeit IF verhindert werden.
• Um die Einführung des Lichtwellenleiters LWL zu erleichtern ist ein Einführungsrohr ER vorgesehen, das einen wesentlich größeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser des Lichtwellenleiters LWL. Der Innendurchmesser des Einfhrungsrohres ER kann 20 bis 30 mal so groß sein wie der Außendurchmesser des Lichtwellenleiters LWL. Das Eintrittsrohr ER ist parallel zur Längsachse des Gehäuses GH verlaufend ausgebildet, während sein außen liegender Teil bogenförmig nach oben abgewinkelt ist. Dadurch wird verhindert, daß die sich ebenfalls im Inneren des Einführungsrohres ER befindliche Immersionsflüssigkeit IF nach außen ablaufen kann.
• Durch das Verbiegen des Lichtwellenleiters LWL beim Einführungsrohr ER in die Immersionsflüssigkeit IF wird Mantellicht zuverlässig abgestreift (Modenabstreifer), das zu Meßfehlern führt, wenn es auf die Empfangsdiode gelangt.
• Das (rechte) austrittsseitige Ende des Einführungsrohres ER ist konisch verjüngt und seine Durchtrittsöffnung wird so angeordnet, daß sie etwa konzentrisch zur Längsachse des Kapillarrohres KA verläuft. Dadurch ist es möglich, den Lichtwellenleiter in'einfacher Weise (ggf.
• unter leichter Drehung) über das Einführungsrohr ER ohne Schwierigkeiten in das Innere des Kapillarrohres KA einzuführen, worauf nach entsprechendem Längsschub die Stirnseite des Lichtwellenleiters LWL vor der empfindlichen Fläche der Photodiode PD an die als Glasscheibe ausgebildete Trägerplatte TP anschlägt. Die Immersionsflüssigkeit IF kann sowohl am stirnseitigen Ende des Kapillarrohres KA zutreten, weil dieses nicht direkt an der Photodiode PD anliegt, sondern durch einen Spalt von ca 1 mm Breite von dieser getrennt ist.
• Ein weiterer Zutrittsweg der Immersionsflüssigkeit besteht über die eingangsseitige Öffnung des Kapillarrohres KA. Wenn die Endfläche des Lichtwellenleiters Ll^L an die Diode anstößt, dann werden durch die umgebende Immersionsflüssigkeit Unebenheiten oder Schrägen der Endfläche optisch unwirksam gemacht.
• Das in den Lichtwellenleiter LWL an der Meßstelle eingespeiste Licht tritt deshalb stets in einem Kegel koaxial zum Faserkern aus und trifft als kreisrunder Leuchtfleck auf die Photodiode PD. Der Leuchtfleckdurchmesser beträgt z.B. bei 0,3 mm Abstand von der Faserstirnfläche und 120 Abstrahlwinkel bei einer Monomodfaser ca 60µm. Damit Damit befindet er sich auch z.B. bei 50/um Führungstoleranz des Kapillarrohres KA noch mit Sicbrheit innerhalb der aktiven Diodenfläche.
• Wenn die Empfindlichkeit der Diodenfläche- nicht an jeder Stelle ausreichend gleich gut ist, so kann durch Verringerung der FUhrungEtoleranz des Kapillarrohres KA z.B. auf maximal 5/um eine Wiederholungsgenauigkeit erreicht werden, die die Kopplungsfehler unter 0,01 dB sinken läßt. Da weder Teilerspiegel noch Linsen verwendet werden, sind keine Einflüsse der Faserpolarisation auf den Kopplungswirkungsgrad möglich. Die gesamte .inordnung ist mechanisch stabil in dem elektrisch dichten Gehäuse GH untergebracht, wobei der Anschluß der Meßgeräte an die Diode über den zweipoligen Anschlußstecker der Anschlußbuchse EA erfolgen kann.
• Mit dem erfindungsgemäß aufgebauten Gerät lassen sich in einfacher Weise schnell und reproduzierbar größere Mengen von Lichtwellenleiterfasern insbesondere zu Meßzwecken mit der Photodiode PD koppeln, wobei für die Bedienung kein besonders geschultes Personal notwendig ist und auch die Schwankung der Kopplungstoleranzen unterhalb zulässiger Werte gehalten werden kann. Die Einstellschrauben ES1 und ES2 brauchen nur einmal für die Ausrichtung der Photodiode PD bezüglich des Kapillarrohres KR betätigt werden, alle weiteren Meßvorgänge erfordern keine zusätzlichen Abgleich- oder Einstellarbeiten. Mit der Erfindung sind somit schnell und zuverlässig Reihenmessungen (z.B. Faserdämpfung und Spleißdämpfung) von Lichtwellenleiterfasern möglich.
• Gemäß einer Abwandlung der Erfindung läßt sich die gleiche Anordnung auch sendeseitig verwenden, wobei lediglich anstelle der Photodiode PD eine lichtemittierende Diode (LED) eingesetzt werden muß. Es ist dabei lediglich darauf zu achten, daß je nach dem gewünschten Toleranzbereich für das Kapillarrohr KA die Sendediode ausreichend großflächig ausgebildet ist. Die sendeseitige Diodenlösung ist deshalb möglich, da trotz Uberstrahlung des Faserkernes beim Austritt der Monomod-Faser aus der Küvette in dieser der eingeschwungene Zustand (steady state) herrscht, der zur präzisen Dämpfungsmessung notwendig ist. Dies wird durch das Einbetten der Faser über (ca 8 cm) in Immersionsflüssigkeit und durch Verbiegen im Einführungsrohr ER erreicht (=~integrierter Modenabstreifer).
• Die Erfindung betrifft demnach auch eine Vorrichtung zur Einkopplung von Licht in einen Lichtwellenleiter mittels einer lichtemittierenden Diode, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Führung des Lichtwellenleiters ein Kapillarrohr derart angeordnet ist, daß an dem der lichtemittierenden Diode zugekehrten Ende des Lichtwellenleiters der Zutritt einer Immersionsflüssigkeit ermöglicht ist.
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Claims (13)

1. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Auskopplung von Licht aus einem ichtwellenleiter (LWL) auf eine Photodiode (PD), dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Lichtwellenleiters (LWL) ein Kapillarrohr (KA) derart angeordnet ist, daß an dem der Photodiode (PD) zugekehrten Ende des Lichtwellenleiters (LWL) der Zutritt einer Immersionsflüssigkeit (IF) ermöglicht ist.
2. 2. Vorrichtung nach.Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Kapillarrohr (KA) mit seinem rückwärtigen Ende durch einen Spalt von der Photodiode -(PD) getrennt ist, der den Zutritt der Immersionsflüssigkeit (IF) ermöglicht.
3. 3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Anspriiche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Kapillarrohr (KA) an seiner Eingangsseite für den Zutritt der Immersionsflüssigkeit (IF) offen ausgebildet ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche., d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Kapillarrohr (KA) einen Innendurchmesser aufweist, der nur wenig, vorzugsweise zwischen 3C/o und 5 größer ist als der Außendurchmesser des Lichtweilenleiters (LWL).
5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Immersionsflüssigkeit (IF) in einer Kammer (KRi, KR2) angeordnet ist, in deren Innerem auch das Kapillarrohr (KA) angeordnet ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a dur c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die ImmersionsflUssigkeit (IF) sich in zwei Teilkammern (KR1, KR2) befindet, die über mindestens einen Verbindungskanal (VR1, VR2) miteinander verbunden sind.
7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Einführungsrohr (ER) vorgesehen ist, das einen wesentlich größeren Durchmesser aufweist als das Kapillarrohr (KA) und das an dem Kapillarrohr (KA)endet.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Innendurchmesser des Einführungsrohres (ER) 20-bis 30-mal so groß gewählt ist wie der Außendurchmesser des Lichtwellenleiters (LWL).
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das -Einführungsrohr (ER) am Ende konisch verjüngt und das Kapillarrohr (KA) konisch erweitert ausgebildet ist und beide Rohre in diesem Bereich fluchtend zueinander angeordnet sind.
10. 10. Vorrichtung nach den Ansprüchen-8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Eintrittsrohr (ER) mit seiner Rintrittsöffnung über dem Spiegel der Immersionsflüssigkeit (IF) liegt.
11. 11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t g daß das Einführungsrohr (ER) gekrümmt ausgebildet ist und als Modenabstreifer dient.
12. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden AnsprUche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Photodiode (PD) aus einer Justierbar angeordneten Trägerplatte (TP) angeordnet ist.
13. 13. Vorrichtung zur Einkopplung von Licht in einen Lichtwellenleiter mittels einer lichtemittierenden Diode, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß zur Führung des Lichtwellenleiters (LsKL) ein Kapillarrohr (KA) derart angeordnet ist, daß an dem der lichtemittierenden Diode zugekehrten Ende des Lichtwellenleiters (LWL) der Zutritt einer Immersionsflüssigkeit (IF) ermöglicht ist.