DE3407413C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Ankopplungsoptik an einen Lichtwellenleiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der Offenlegungsschrift DE 27 22 367 sind eine Anordnung und ein Verfahren zum verlustarmen Abschluß von Enden von Lichtleitern oder Lichtleiterbündeln bekannt. Dieses Verfahren besteht darin, ein zylinderförmiges Linsenelement zu verwenden, das einen größeren Durchmesser als der anzukoppelnde Lichtwellenleiter hat. Dabei ist das dem Lichtwellenleiter abgewandte Ende des zylinderförmigen Linsenelementes zu einer sphärischen Linse ausgeführt, während das andere Ende, welches den Lichtwellenleiter aufnehmen soll, mit einer Aussparung zur Aufnahme des Lichtwellenleiters versehen ist. Der Lichtwellenleiter wird dadurch an das Linsenelement gekoppelt, daß er in diese Aussparung hineingesteckt wird. Eine Verschweißung mit dem Linsenelement findet nicht statt.

Das bekannte Ankopplungsverfahren hat den Nachteil, daß schon kleine Verschiebungen des Lichtwellenleiters gegenüber der Achse des Linsenelementes dazu führen, daß die aus dem Lichtwellenleiter austretende Energie nur unvollständig auf dem gewünschten Punkt abgebildet wird, oder aber daß umgekehrt nur ein Teil der über das Linsenelement einfallenden Lichtenergie in den Lichtwellenleiter gelangt. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, bei welchem der Lichtwellenleiter gegenüber der Linse des Linsenelementes exakt justiert ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit der Merkmalskombination des Hauptanspruches. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß eine einmal hergestellte Verbindung immer fixiert bleibt und nicht nachjustiert werden muß. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Lichtwellenleiter mit An­ kopplungsoptik gemäß der Erfindung und

Fig. 2 zeigt verschiedene Herstellungsstadien einer An­ kopplungsoptik gemäß der Erfindung.

Der Lichtwellenleiter mit Ankopplungsoptik, wie er im Schnitt in Fig. 1 dargestellt ist, besteht aus dem eigent­ lichen Lichtwellenleiter 1, beispielsweise einer Monomode­ faser, mit einem Kern 2. Der Lichtwellenleiter 1 ist in einer genau senkrechten Ebene mit dem Stab 3 verschmolzen. Der Stab 3 besteht vorzugsweise aus einem optischen Mate­ rial mit dem gleichen Brechungsindex wie der Lichtwellen­ leiter 1. Am freien Ende des zylindrischen Stabes 3 ist aus dem Material des Stabes 3 eine Linse 4 angeschmolzen, an deren Vorderseite ein weiterer Materialtropfen 5 ange­ schmolzen wurde, so daß die Linse 4 eine asphärische Lin­ se darstellt. Der Materialtropfen 5 ist dabei von solcher Größe gewählt, daß die Oberfläche der Vorderseite der Lin­ se 4 ein Rotationshyperboloid darstellt. Die Linse 4 hat einen größeren Durchmesser d1 als der Stab d2 und dieser wiederum hat einen größeren Durchmesser als der Lichtwel­ lenleiter 1 mit dem Durchmesser d3. Die Länge l des zy­ lindrischen Stabteiles 3 ist so gewählt, daß ein von der Vorderseite der Linse 4 eingestrahlter Laserstrahl an der Verbindungsfläche zwischen dem Stab 3 und dem Lichtwellen­ leiter 1 genau auf den Kern 2 des Lichtwellenleiters fo­ kussiert wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, hat die Linse 4 vorn einen kleineren Krümmungsradius r als der übrige Linsenkörper.

Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel wurde Licht von einem Laser mit der Wellenlänge 1,301 µm verwendet, der bei 18°C mit einem Strom von 28mA betrieben wurde. Die ab­ strahlende Fläche hatte einen Durchmesser von 1,15 µm.

Es wurde ein Lichtwellenleiter 1 mit einem Durchmesser d3 von 124 µm und einem Kerndurchmesser d4 von 8 µm verwen­ det. An diesen Lichtwellenleiter war ein zylindrischer Stab 3 angeschmolzen mit einem Durchmesser d2 von 240 µm und einer Länge von 960 µm. Der Durchmesser d1 der Linse 4 betrug 355 µm. Der Krümmungsradius r an der Vorderseite der Linse betrug 55 µm. Die Länge des Lichtwellenleiters 1 betrug 2360 m. Die Einkoppeldämpfung des eingestrahlten Lichtes betrug (bei einer Wellenlänge von 1,3 µm) 2,5dB. Dies entspricht einem Kopplungswirkungsgrad von 56%. Der Brennpunkt der Linse liegt etwa 150 µm vor der vorderen Linsenfläche.

In Fig. 2 sind die einzelnen Verfahrensschritte zur Her­ stellung einer Ankoppeloptik gemäß der Erfindung schema­ tisch dargestellt.

Zunächst werden der Lichtwellenleiter 1 und der Stab 3 genau senkrecht zur Längsrichtung abgeschnitten und gege­ benenfalls poliert. Dann werden die beiden Flächen mitein­ ander verschweißt, so daß die in Fig. 2a dargestellte An­ ordnung erhalten wird.

Im zweiten Verfahrensschritt, der in Fig. 2b dargestellt ist, wird der Stab 3 an der Vorderseite abgeschnitten, und zwar so, daß die Länge des Stabes 3 größer ist als die Länge l nach Fig. 1 des zylindrischen Teiles bei der endgültigen Anordnung.

Im Verfahrensschritt nach Fig. 2c wird nun das freie Ende des Stabes 3 zu einer Kugel 4 verschmolzen, und zwar vor­ zugsweise in einer Hochfrequenzentladung mit einer Fre­ quenz von etwa 10 bis 50 Kilohertz.

Dann wird unter weiterer Erhitzung die Vorderseite der Ku­ gel 4, wie in Fig. 2d dargestellt ist, mit einem Stäbchen 6 des gleichen Materials in Berührung gebracht. Die Spitze des Stäbchens 6 verschmilzt mit der Vorderseite der Ku­ gel 4 und anschließend wird das Stäbchen 6 wie in Fig. 2e dargestellt von der Kugel 4 abgezogen. Es verbleibt auf der Vorderseite der Kugel 4 ein kleiner Materialtropfen 5. Nach dem Durchschmelzen des Glasfadens wird die in Fig. 2f dargestellte Anordnung erhalten.

In der Hochfrequenzentladung wird nun das Kügelchen 5 mit der Kugel 4 vorsichtig verschmolzen, so daß die in Fig. 2g dargestellte Anordnung erhalten wird, bei der der Krümmungs­ radius der Kugel 4 am freien Ende kleiner ist als an den anderen Stellen. Auf diese Weise wird die gewünschte asphä­ rische Linse mit etwa hyperbelförmiger Vorderseite erhalten.

Infolge der asphärischen Form der Linse wird auch bei stär­ ker divergierendem Laserstrahl die eingestrahlte Lichtlei­ stung exakt auf den Beginn des Kernes des Lichtwellenlei­ ters fokussiert. Der von der Linsenfrontfläche auf die Strahlungsquelle reflektierte Anteil des emittierten Lich­ tes ist wegen des relativ großen Abstandes von Lichtquelle und Frontfläche und wegen des normalerweise divergierenden Lichtes sehr klein, so daß die Rückwirkung auf das Modula­ tionsverhalten des Lasers äußerst gering ist.

Die Herstellung der Ankopplungsoptik gemäß der Erfindung, wie sie anhand der Fig. 2 beschrieben wurde, gestaltet sich dadurch verhältnismäßig einfach, daß die erzeugte Linsen­ form während ihrer Herstellung kontrolliert werden kann. Hierzu wird vom freien Ende des Lichtwellenleiters 1, al­ so von dem der Optik entgegengesetzten Ende, Licht einge­ strahlt, und das an der Linse 4 während ihrer Herstellung austretende Licht laufend beobachtet. Auf diese Weise kann die aufgebrachte geringe Menge Material und deren Verschmelzen mit der angeschmolzenen Kugel laufend kon­ trolliert werden, um eine optimale Linsenform zu erhal­ ten.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung einer Ankopplungsoptik an einen Lichtwellenleiter, bei welchem ein aus einem Kern und einem Mantel bestehender Lichtwellenleiter mit einem aus optischem Material bestehenden zylindrischen Stab (3) mit einem Durchmesser größer als der des Lichtwellenleiters (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Stab (3) mit seiner senkrecht zur Achse verlaufenden Stirnfläche mit der senkrecht zur Achse verlaufenden Stirnfläche des Lichtwellenleiters verschweißt wird, daß weiterhin das freie Ende des zylindrischen Stabes (3) zu einer Kugel (4) verschmolzen wird, die einen größeren Durchmesser als der Stab (3) hat, daß auf das freie Ende der Kugel (4) eine geringe Glasmasse (5) aufgebracht und diese mit der Kugel (4) so verschmolzen wird, daß sich eine asphärische Linse ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der geringen Menge Glasmasse (5) dadurch erfolgt, daß das erweichte Ende eines zylindrischen Stäbchens (6) aus der gleichen Glasmasse wie dem der Kugel (4) mit dieser in Berührung gebracht und danach von der Kugel (4) abgezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzen des Materials des zylindrischen Stabes (3) mit Hochfrequenzentladung durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entladung mit einer Frequenz von etwa 10 bis 50 kHz verwendet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bildung der asphärischen Linse (4) Licht vom freien Ende des Lichtwellenleiters (1) eingestrahlt wird und das am Linsenende (4) austretende Licht beobachtet wird.