DE3307466A1 - Vorrichtung zum haltern eines wandlers und eines vor dem wandler endenden lichtwellenleiters - Google Patents

Vorrichtung zum haltern eines wandlers und eines vor dem wandler endenden lichtwellenleiters

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Description

  • Vorrichtung zum Haltern eines Wandlers und eines vor
  • dem Wandler endenden Lichtwellenleiters Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Ausführung.
  • Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung zwischen einem Lichtwellenleiter und einem Trägerteil.
  • Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 30 46 415 bekannt. Der Bolzen weist stirnseitig einen im Querschnitt reduzierten Fortsatz auf, der als Fuß für einen am Fortsatzende angeordneten Laser dient. Neben diesem Fortsatz ist mit Abstand ein weiterer, säulenartiger Fuß befestigt. Dieser trägt eine Lötzinnperle mit darin eingebettetem Lichtwellenleiter. Beide Fußanordnungen umschließt ein zylindrisches Gehäuse, das endseitig mittels einer Kappe abgedeckt ist. Das Gehäuse weist unter anderem eine seitliche oeffnung auf, in welcher eine Fldnschhülse befestigt ist. Durch diese Flanschhülse hindurch erstreckt sich der Lichtwellenleiter bis vor aen Laser. Das abstehende Ende der Flanschhülse ist durch geschmolzenes Lot hermetisch abgedichtet.
  • Das Fest Legen des Lichtwellenleiter-Endabschnittes geschieht bei noch offenem Gehäuse und eingeschaltetem Laser. Das zuvor metaLLisierte Ende des LichtwelLenleiters wira hierbei durch die Bohrung eines noch kaLten Lötzinnkörpers gesteckt und der Körper auf dem Säulenfuß deponiert. Ein den LichtwelLenleiter haltendes Werkzeug, das von einem Mikromanipulator gesteuert wird, justiert den Lichtwellenleiter, bis die an seinem freien Ende gemessene LichtLeistung einen Optimalwert erreicht. Dann wird der aus einem niedrigschmelzenden Zinn bestehende Körper beispieLsweise mittels einer einen separaten Laser enthaltenden Lötvorrrichtung geschmolzen, wobei sich eine Lötperle ausbildet, die nach dem Erstarren den Lichtwellenleiter auf dem Säulenfuß in der justierten Lage fixiert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fertigungstechnisch wirtschaftlich herstelLbare Vorrichtung zum Haltern eines WandLers und eines vor dem Wandler enaenden Lichtwellenleiters zu schaffen und ein Verfahren zum Justieren und Befestigen des Lichtwellenleiters anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen konstruktiven Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Das Justier- und Befestigungsverfahren für den Lichtwellenleiter ist im Anspruch 7 genannt.
  • In vorteilhafter Weise sind die Anordnungen des Anschlußurahtes, Wandlers und des LichtweLLenLeiters auf die Mittelachse des Bolzens ausgerichtet. Hierdurch wird eine gestreckte Bauweise der Vorrichtung erzielt, die vor dem Befestigen der Schutzkappe ein unbehindertes Montieren und Justieren ihrer Einzelteile gestattet. Die freie Zugänglichkeit erLaubt eine automatisierte Ferti- gung der Vorrichtung mit relativ einfachen Bewegungsablaufen. Die konstruktive Ausbildung des Trägerteiles für den Lichtwellenleiter gestattet weiterhin die Anwendung eines einfachen Lötverfahrens mit im wesentlichen örtlich begrenzter Erhitzung. Beeinträchtigungen der Funktionsfähigkeit des Wandlers werden daher vermieden.
  • Schließlich weist die Vorrichtung nur eine geringe Anzahl zu verschLiet3ende Öffnungen bzw. Stoßkanten auf, wodurch die Vorrichtung ohne Schwierigkeiten hermetisch eingekapselt werden kann. Einwirkungen schädlicher Umgebungseinflüsse sind deshalb weitgehend ausgeschlossen.
  • Die Erfindung wird anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wie~folgt näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine gekapselte Vorrichtung mit Wandler und einen vor dem Wandler endenden Lichtwellenleiter, teilweise längsgeschnitten; Fig. 2 Teile einer Lötvorrichtung während des Herstellens einer Lötverbindung, in schematischer Darstellung.
  • In Fig. 1 ist ein aLs Bolzen ausgeführter Vorrichtungsgrundkörper mit 1 bezeichnet. Sein Schaft 2 trägt ein Außengewinde und der Bolzenkopf besteht aus einem Flansch 3, welcher vorzugsweise einen sechseckigen Querschnitt aufweist. Auf der vorderen Stirnfläche 4 des Bolzens 1 befinden sich die Trägerteile für den Wandler und den Lichtwellenleiter.
  • Den Bolzen 1 durchsetzt eine zentrisch angeordnete Bohrung 10 mit darin isoliert gehaltenem Anschlußdraht 11, welcher auf der flanschseitigen Stirnfläche 4 des Bolzens 1 ein kurzes Stück und am freien Schaftende ein erheblich Längeres Stück aus dem Bolzen 1 hervorsteht. Als Isolation 12 wird vorzugsweise Glas verwendet, in das der Anschlußdraht 11 gasdicht eingeschmolzen ist. Das auf der vorderen Stirnfläche 4 des Bolzens 1 hervorstehende Ende des Anschlußdrahtes 11 ist über eine dünne Drahtbrücke 13 mit dem Wandler 8 elektrisch verbunden.
  • Den zweiten elektrischen Leitungsweg für den Wandler 8 bildet sein Trägerteil, das mit dem aus Stahl gefertigt en Bolzen 1 mechanisch und elektri-sch leitend verbunden ist.
  • Auf dem anderen Trägerteil ist die Führungshülse 14 mitteils Lot 17 befestigt. über eine Teillänge der Führungshülse 14, die sich mindestens über den Bereich ihrer Lotbefestigung erstreckt, ist ein von seinem äußeren Kabelmantel 18 befreiter Endabschnitt des zuvor metallisierten Lichtwellenleiters 15 ebenfalls mittels Lot 19 in der Führungshülse 14 festgelegt-und zwar so, daß ein kurzes Stück des Lichtwellenleiters 15 annähernd zentrisch daraus hervorsteht. Die vorzugsweise aus Messing gefertigte und vergoldete zylindrische Führungshülse 14 weist innen einen gröl3eren Durchmesser auf als der ummantelte Lichtwellenleiter 15, dessen äußerer Kabelmantel 18 über die Restlänge der Führungshülse mittels eines eingebrachten Klebers 20 befestigt ist. Der mit der Führungshülse 14 verbundene Kabelmantel 18 bewirkt somit eine mechanische Zugentlastung für den Lichtwellenleiter 15.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bestehen die Trägerteile jeweils aus einem L-förmigen Winkelstück 22,23. Von diesen ist ein erstes Winkelstück 22 dem Lichtwellenleiter 15 und ein zweites, aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehendes Winkelstück 23 dem Wandler 8 zugeordnet. Beide Winkelstücke 22, 23 weisen einen Abstand zueinander auf und sie sind durch je einen ersten sich in Längsachsenrichtung der Vorrichtung erstreckenden Schenkel 24, 25 mit der Stirnfläche 4 des Bolzens 1 verbunden, während ihre jeweils zweiten Schenkei 26, 27 parallel zur Stirnfläche 4 des Bolzens 1 verlaufen. Damit der auf dem freien Schenkelende des zweiten Winkelstückes 23 positionierte Wandler 8 eine Anordnung zwischen der Bolzenstirnfläche und dem Ende des Lichtwellenleiters 15 erhält, ist der mit der Stirnfläche 4 verbundene Schenkel 24 des ersten Winkelstückes 22 länger ausgeführt als der entsprechende Schenkel 25 des anderen Winkelstückes 23.
  • Wie Fig. 1 veranschaulicht, ist der mit der Bolzenstirntläche verbundene Längere Schenkel 24 des ersten Winkelstückes 22 im Randbereich des Flansches 3 und der entsprechende, kürzere Schenkel 25 des zweiten Winkelstückes 23 in geringem Abstand zur Innenseite des ersten Längeren Schenkels 24 angeordnet. Bei einem anderen zweckmäßigen Ausführungsbeispiel (nicht dargesteLLt) ist das zweite Winkelstück 23 ebenfalls im Randbereich der Stirnfläche 4 des Bolzens 1 bzw. Flansches 3 befestigt, jedoch ist es zum ersten Winkelstück -22 um 1800 versetzt angeoranet. Sofern zwischen den mit dem Flansch 3 verbundenen Schenkeln 24, 25 kein großer thermischer Widerstal1v erforderLich ist, kann der Versatz zwischen beiaen Winkelstücken 22, 23 auch kleiner als 180° sein. Natürlich wird die Länge des den Wandler 8 tragenden Schenkels 27 der Position des Lichtwellenleiters 15 entsprechena angepaßt.
  • Ist der Wandler 8 als Laserdiode ausgebildet, entsteht beim Betrieb der Vorrichtung Wärme, die über das Trägerteil in den Bolzen 1 abgeleitet wird. Aus diesem Grund sind die Berührungsflächen zwischen dem Trägerteil bzw.
  • Winkelstück 23 und dem Bolzen 1 durch SiLber Lot miteinander verbunden, das einen niedrigen thermischen Widerstand aufweist. Auch bei dem während der Vorrichtungs-Herstellung mittels Löten erfolgenden Befestigen der den Lichtwellenleiter 15 enthaltenden Führungshülse 14 entsteht Wärme. Weil das Löten mit dem Justieren des Lichtwellenleiters 15 auf die Lichtquelle gekoppelt ist, geschehen diese Vorgänge während des Betriebes der Laserdiode. Um nun im Wandlerträger keinen schädlichen Wärmestau entstehen zu lassen, müssen besondere Maßnahmen getroffen werden. Diese bestehen im wesentlichen darin, die zum Löten erforderliche Temperatur möglichst niedrig zu halten und außerdem den Wärmefluß beider Wärmequellen weitgehend voneinander zu trennen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Trennung des Wärmeflusses durch Ausbilden der Trägerteile als Winkelstücke 22, 23 und durch deren separate Befestigung an der Stirnfläche 4 des Bolzens 1 realisiert. Da es bei dem Trägerteil für den Lichtwellenleiter 15 nicht auf die Wärmeleitfähigkeit, sondern primär auf dessen mechanische Festigkeit ankommt, kann das Winkelstück 22 zweckmäßigerwei se einstückiger Bestandteil des Bolzens 1 sein.
  • Um beim Befestigen der Führungshülse mit möglichst niedrigen Temperaturen auszukommen, ist der metallisierte LichtweLLenLeiter 15 zuvor in einem separaten Fertigungsscnritt mit einem einen relativ hohen Schmelzpunkt aufweisenden Lot 19 fixiert, während für die Führungshülse 14 ein niedrigschmelzendes Lot 17-verwendet wird.
  • Als hochschmelzendes Lot wird beispielsweise eine aus Blei und Zinn bestehende Legierung mit höherem Bleianteil verwendet und als niedrigschmelzendes Lot, z.B. eine Zinnlegierung mit kleinerem Wismutanteil. Wie zuvor bereits erwähnt, sind das Justieren des Lichtwellenleiters 15 und die Befestigung der Führungshülse 14 nahezu gleichzeitig ablaufende Vorgänge. Das heißt, daß die von einer Zarige erfaßte Führungshülse 14 zunächst auf oder unmittelbar über der Befestigungsfläche des Winkelstückes 22 grob vorpositioniert und danach das zugeführte niedrigschmelzende Lot 17 verfLüssigt wird. Zugleich wird auch der Wandler 8 in Betrieb genommen. Die Justierung des Lichtwellenleiters 15 erfolgt dann bei flüssigem Lot i7 unter Zuhilfenahme eines die Zange der Führungshülse 14 in X-undY-Richtung bewegenden Mikromanipulators (nicht dargestellt), bis die gleichzeitig gemessene Lichtleistung im Lichtwellenleiter 15 einen Optimalwert erreicht. Dann wird der Manipulator stillgesetzt, die Temperaturerzeugung unterbrochen und der Wandler 8 abgeschaltet. Sobald das Lot erstarrt ist, öffnet die Zange und die Führungshülse 14 wird freigegeben.
  • Obwohl zum Befestigen der Führungshülse 14 ein relativ niedrigschmelzendes Lot 17 zur Anwendung kommt, muß die Erwärmung der in den Lötprozeß nicht mit einbezogenen Vorrichtungsteile noch wesentlich unter der Lö-ttempera-@@@ gehalten werden. Der Bolzen 1 o liegt deshalb während des Lötvorganges in der gekühLten Aufnahme einer Haltevorrichtung (nicht dargestellt), welche zumindest die von dem sich in Axialrichtung erstreckenden Schenkel 24 oes ersten Winkelstückes 22 aufgenommene Wärme in die gekühlte Aufnahme ableitet. Letztere kann natürlich beoarfswei se auch so ausgebildet sein, dan der Bolzenschaft 2 mitgekühlt wird.
  • Das Löten erfolgt im Stromdurchgang. Wie Fig. 2 veranschaulicht, werden hierfür zwei endseitig durch einen Schlauch 29 miteinander verbundene und von einem Kühlmittel aurchflossene Lötelektroden 30 verwendet. Die Lötelektrozen 30 sind mit massiven Vorsprüngen 31 versehen, die in unmittelbarer Nachbarschaft der Lötstelle zu beiden Seiten des Winkelstückes 22 angelegt und so lange mit Strom beaufschlagt werden, bis das erweichende Lot 17 die Führungshülse 14 umfließt und der Justiervorgang beendet ist. Nach dem Abschalten des Stromes und Erstarren des Lotes 17 werden die Lötelektroden 30 abgehoben und in ihre Ausgangsposition zurückgeführt.
  • Die Vorrichtung läßt sich ohne Schwierigkeiten einkapseln. Hierzu dient eine hülsenförmige Schutzkappe 21 aus Stahl, die auf ihrer an sich geschlossenen Stirnseite eine dem Außendurchmesser der Führungshülse 14 entsprechende Bohrung enthält. Mit der gänzlich offenen Stirnseite wird die Schutzkappe 21 über die Führungshülse 14 bis zum Flansch 3 des Bolzens 1 geschoben und mit diesem verschweißt oder gelötet. In dieser Lage steht die Führungshülse 14 noch aus der Schutzkappe 21 hervor, wodurch an der Durchtrittsstelle ebenfalls eine Schweiß-oder Lötverbindung hergestellt werden kann. Weil auch die MetalLeinbettung-des Lichtwellenleiters 15 das Innere der Führungshülse 14 hermetisch verschließt, sind somit alle innerhalb der Schutzkappe 21 angeordneten Vorrichtungsteile gasdicht und klebefrei eingeschlossen. - Leerseite-

Claims (7)

  1. Ansprüche 1. Vorrichtung zum Haltern eines elektro-optischen oder opto-elektrischen Wandlers und eines vor dem Wandler endenden Lichtwellenleiters, bestehend aus einem mittels Schutzkappe abgedeckten Bolzen,-welcher innerhalb der Schutzkappe stirnseitig ein Trägerteil für den Wandler und ein Trägerteil für den Lichtwellenleiter aufweist, da du r c h g e k e n n z e i c h ne t, daß beide Trägertei Le jeweils aus einem L-förmigen Winkelstück (22, 23) bestehen, die einen Abstand zueinander aufweisen und deren erste Schenkel (24, 25) parallel zur Längsachse der Vorrichtung angeordnet sowie mit der Stirnfläche (4) des Bolzens (1) verbunden sind und deren zweite Schenkel (26, 27) parallel zur Bolzenstirnfläche verlaufen, daß auf dem freien Schenkelende des ersten Winkelstückes (22) eine den Lichtwellenleiter (15) enthaltende Führungshülse (14) in Längsachsenrichtung der Vorrichtung befestigt ist, und daß auf dem freien Schenkelende des zweiten Winkelstückes (23) der Wandler (8) angeordnet ist, welcher mit einem den Bolzen (1) isoliert durchsetzenden AnschLußdraht (11) elektrisch Leitend verbunden ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Bolzen (1) verbundene Schenkel (24) des ersten WinkeLstückes (22) im Randbereich der StirnfLäche (4) des Bolzens (1) una der entsprechende, kürzere Schenkel (25) des zweiten Winkelstückes (23) mit Abstand zur Innenseite des ersten Schenkels (24) angeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Bolzen (1) verbundenen Schenkel (24, 25) beider Winkelstücke (22, 23) im Randbereich der Stirnfläche (4) des Bolzens um einen Winkel = 1800 verse-tzt angeordnet sind.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lichtwellenleiter (15) enthaltende Führungshülse (14) mittels eines einen relativ niedrigen Schmelzpunkt aufweisenden Lotes (17) auf dem entsprechenden Trägerteil (Winkelstück 22) befestigt ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (15) wenigstens im Bereich der Lötverbindung zwischen Führungshülse (14) und Trägerteil von seinem äußeren Kabelmantel (18) befreit und innerhalb der Führungshülse (14) mittels L s relativ hohen Schmelzpunkt aufweisenden Lot es (19) fixiert ist.
  6. b. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bis in die Führungshüle (14) reichende äußere Kabelmantel (18) des Lichtwellen-Leiters (15) in der Führungshülse mittels eines Klebers (20) befestigt ist.
  7. 7. Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung zwischen einer einen Lichtwellenleiter enthaltenden Führungshülse und einem Trägerteil für die Führungshülse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung folgender Verfahrensschritte: a) Einlegung des Bolzens (1) in die Aufnahme einer Haltevorrichtung; b) Vorpositionieren der Führungshülse (14) über der Befestigungsfläche des Trägerteiles (22); c) Inbetriebnehmen des Wandlers (8) und Justieren des Lichtwellenleiters (15) auf den Wandler (8) durch Verschieben der Führungshülse (14) mittels einer von einem Mikromanipulator gesteuerten Zange bei gleichzeitigem Messen der vom Lichtwellenleiter (15) übertragenen LichtLeistung; d) Anlegen von mit Strom beaufschLagten und mit einem Kühlmittel durchflossenen Lötelektroden (30) zu beiden Seiten des Tragerteiles (22) unmittelbar unter der Lötstelle und Zuführen von Lot (17); e) Stillsetzen des Mikromartipulators bei Erreichen des Maximalwertes der gemessenen Lichtleistung und Abschalten des Stromes der Lötelektroden (30) sowie Beenden aes Wanulerbetriebes; f) Abheben der Lötelektroden (30) und Zurückführen von Lötelektroden (30) und der vom Mikromanipulator gesteuerten Zange in ihre Ausgangsstellungen.
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