DE3409043C2

DE3409043C2 -

Info

Publication number: DE3409043C2
Application number: DE3409043A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Phys. 7141 Schwieberdingen De Rossberg; Peter Dipl.-Phys. 7000 Duesseldorf De Schmid
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1984-03-13
Filing date: 1984-03-13
Publication date: 1991-05-29
Also published as: JPS60216314A; US4660972A; DE3409043A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Sichtbarmachen der Kerne von Lichtwellenleitern.

Eine solche Anordnung ist aus der DE-OS 33 11 472 bekannt. Hierdurch wird der Lichtwellenleiter bzw. Faser-Rohling zur Bestimmung des Brechzahlprofils mit einem divergierenden Strahlbüschel beleuchtet, das mittels einer parallel zum Lichtwellenleiter angeordneten Stablinse erzeugt wird.

Zum Verbinden von Lichtwellenleitern ist es erforderlich, diese gegeneinander zu justieren, so daß ein möglichst verlustfreier Übergang der Strahlung von einem Lichtwellenleiter zum anderen stattfindet. Hierbei müssen die Lichtwellenleiter, die beispielsweise einen Faserdurchmesser von 125 µm haben, so zueinander ausgerichtet werden, daß die optischen Achsen übereinstimmen. Dies geschieht in der Regel dadurch, daß die zu verbindenden Lichtwellenleiter mittels eines Mikroskops unter Beobachtung ihrer äußeren Konturen zueinander ausgerichtet werden.

In vielen Fällen ist eine solche Justierung aber nicht genau genug, insbesondere bei Monomodefasern, bei denen wegen des kleinen Kernradius schon geringe Abweichungen der Kernmitte von der Fasermitte zu relativ großer Dämpfung führt. Eine genaue Justierung der Faserkerne gegeneinander kann dadurch erfolgen, daß vom freien Ende eines Lichtwellenleiters Licht eingestrahlt wird und das am freien Ende des anderen Lichtwellenleiters austretende Licht beobachtet wird. Die miteinander zu verbindenden Enden der beiden Lichtwellenleiter werden dann so lange gegeneinander verschoben, bis ein maximaler Lichtdurchgang an der Verbindungsstelle erreicht ist. Dieses Verfahren ist jedoch umständlich und es müssen hierzu die beiden entfernten Enden der Lichtwellenleiter zugänglich sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Anordnung zum Sichtbarmachen der Kerne von Lichtwellenleitern anzugeben, die einen verhältnismäßig einfachen Aufbau hat, und die es gestattet, die Kerne der beiden Lichtwellenleiter am Spleißort aufeinander auszurichten, ohne daß die entfernten Enden der Lichtwellenleiter zugänglich sein müssen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

Die Erfindung geht aus von der Anordnung nach der DE-OS 33 11 472, mit der das Brechzahlprofil von Faser- Rohlingen und Lichtwellenleitern ermittelt wird, wobei die Beleuchtung des Faser-Rohlings bzw. Lichtwellenleiters mit Hilfe einer zylindrischen Stablinse erfolgt. Diese Anordnung kann außer zur Bestimmung des Brechzahlprofils auch dazu benutzt werden, die Kern-Mantel-Grenzen im Lichtwellenleiter festzustellen. Dazu muß aber der in der DE-OS 33 11 472 genannte Abstand von Lichtwellenleiter und Stablinse kleiner gewählt werden.

Im Gegensatz zu der bekannten Anordnung wird jedoch hier keine Beleuchtung mit Hilfe eines divergierenden Strahlenbündels vorgenommen, sondern die Beleuchtung des Lichtwellenleiters erfolgt mit parallelem Licht. Das aus dem Lichtwellenleiter austretende Licht wird dann durch eine parallel zum Lichtwellenleiter angeordnete Zylinderlinse geleitet und das aus der Zylinderlinse austretende Licht durch eine geeignete Optik beobachtet. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß die Zylinderlinse eine zusätzliche Vergrößerung liefert.

Die Anordnung gemäß der Erfindung erschöpft sich aber nicht in der Beleuchtung des Lichtwellenleiters aus einer Richtung, sondern es erfolgt eine Beleuchtung aus zwei zueinander senkrechten Richtungen, so daß zwei Bilder des Lichtwellenleiters und seines Kernes erhalten werden. Durch eine Umlenkoptik werden die beiden Bilder nebeneinander in der Beobachtungsoptik scharf abgebildet. Von den beiden miteinander zu verbindenden Enden der Lichtwellenleiter werden also je zwei Bilder aus zueinander senkrechten Blickwinkeln erzeugt, wobei die Kerne der Lichtwellenleiter sichtbar gemacht werden. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, durch Verschiebung des einen Lichtwellenleiters in zwei zueinander senkrechten Richtungen eine genaue Justierung der beiden Lichtwellenleiterenden bezüglich ihrer Kerne vorzunehmen, ohne daß die entfernten Enden der Lichtwellenleiter zugänglich sein müssen.

Die Anordnung gemäß der Erfindung eignet sich aber nicht nur zur Justierung von Monomodefasern, sondern auch zur Justierung von Multimodefasern, bei denen in der Kernmitte ein Einbruch im Brechungsindex vorhanden ist.

Die Erfindung soll anhand der Figuren näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Teil des Strahlengangs in der Anordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt den Strahlengang durch den Lichtwellenleiter.

Fig. 3 zeigt verschiedene Querschnittsformen für die Zylinderlinsen, die im Lichtweg hinter dem Lichtwellenleiter angeordnet sind.

Die Fig. 4 und 5 zeigen schematisch zwei verschiedene optische Anordnungen zur Erzeugung von zwei Bildern eines Lichtwellenleiters aus zwei zueinander senkrechten Richtungen mit Hilfe von Prismen.

Fig. 6 zeigt schematisch eine optische Anordnung zur Erzeugung von zwei Bildern eines Lichtwellenleiters aus zwei zueinander senkrechten Richtungen mit Hilfe eines Dachkantprismas.

Fig. 7 zeigt zwei verschiedene optische Anordnungen zur Erzeugung von zwei Bildern eines Lichtwellenleiters aus zwei zueinander senkrechten Richtungen mit Hilfe von Spiegeln.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird der Lichtwellenleiter mit parallelem Licht beleuchtet. Dieses wird von einer Lichtquelle 4 (Fig. 1) geliefert und durch eine Beleuchtungsoptik 5 parallel gerichtet. Auf den Lichtwellenleiter 1 mit seinem Kern 2 folgt die parallel zum Lichtwellenleiter 1 angeordnete Zylinderlinse 3. der Lichtwellenleiter 1 und die Linse 3 sind in Fig. 1 im Schnitt zu sehen. Die aus der Linse 3 austretenden Lichtstrahlen werden mit einer geeigneten Beobachtungsoptik 7, beispielsweise einem Mikroskop, beobachtet. Vorzugsweise ist der Radius der Linse 3 etwa doppelt so groß wie der Radius des Lichtwellenleiters 1. Beispielsweise hat der Lichtwellenleiter einen Radius von 62,5 µm, während die Linse 3 einen Radius von 125 µm hat. Durch diese Anordnung wird eine zusätzliche Vergrößerung gegenüber der bekannten Anordnung erzielt, bei der der Lichtwellenleiter mit durch eine Zylinderlinse erzeugtem divergierenden Licht bestrahlt wird.

In Fig. 2 ist der Strahlengang beim Durchtritt durch den Lichtwellenleiter 1 schematisch dargestellt. Die in den Lichtwellenleiter 1 eintretenden, zueinander parallelen Lichtstrahlen werden im Lichtwellenleiter 1 zum Kern hin abgelenkt und beim Austritt aus dem Lichtwellenleiter so abgelenkt, daß sie sich in einer zum Lichtwellenleiter senkrechten Ebene schneiden. Die Lichtstrahlen, die tangential den Kern 2 streifen, werden in das Innere des Kernes gebrochen. Die Grenze zwischen Lichtwellenleiter 1 und Kern 2 wird daher in der Beobachtungsoptik 7 (Fig. 1) als Schatten sichtbar, was in Fig. 2 durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.

Die im Lichtweg hinter dem Lichtwellenleiter angeordnete Zylinderlinse muß jedoch nicht eine vollständige Zylindermantelfläche aufweisen. In Fig. 3 sind verschiedene mögliche Querschnitte für eine solche Zylinderlinse dargestellt. Der in Fig. 3a dargestellte Querschnitt stellt eine Kreisfläche dar.

Wie aus dem Querschnitt der in Fig. 3b dargestellten Linse ersichtlich ist, hat diese eine plankonvexe Form.

Die Linse 3 kann aber auch bikonvex ausgebildet sein, wie der in Fig. 3c dargestellte Querschnitt zeigt.

Bei der Linse, deren Querschnitt in Fig. 3d dargestellt ist, handelt es sich um eine Zylinderlinse 3, die in Längsrichtung zwei einander gegenüberliegende Ansätze 3a besitzt. Diese Ansätze 3a können beispielsweise zur Halterung der Linse benutzt werden.

Der Querschnitt der Linse kann auch eine andere Form als eine Kreisform besitzen. Mit einer asphärischen Form der Linse kann eine bessere Abbildungsqualität erreicht werden. Asphärische Formen sind z. B. Parabel, Hyperbel oder Ellipsenabschnitte oder volle Ellipsen.

Bei den folgenden, anhand der Fig. 4 bis 7 beschriebenen Anordnungen gemäß der Erfindung wird zur Ausrichtung des Lichtwellenleiters dieser mit parallelem Licht aus zwei zueinander senkrechten Richtungen bestrahlt, wobei mit Hilfe von zwei zu dem Lichtwellenleiter parallel angeordneten Linsen und einer geeigneten Beobachtungsoptik zwei nebeneinanderliegende Bilder des Lichtwellenleiters und des Kernes erzeugt werden.

Eine solche Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Der Lichtwellenleiter 1 wird von zwei zueinander senkrechten Richtungen mit parallelem Licht bestrahlt, das in der Figur durch die Pfeile und die strichpunktierten Linien angedeutet ist. Der Lichtpfad verläuft durch die beiden Linsen 31 und 32 und die beiden Bilder werden durch die in der Figur dargestellte Prismenanordnung so umgelenkt, daß schließlich zwei nebeneinanderliegende scharfe Bilder des Lichtwellenleiters und seines Kernes erhalten werden. Hierdurch kann die räumliche Lage des Lichtwellenleiters und des Kernes eindeutig festgestellt werden. Ebenso kann die räumliche Lage des Endes eines zweiten Lichtwellenleiters und seines Kernes festgestellt werden. Durch räumliche Verschiebung des einen Lichtwellenleiters können die beiden Lichtwellenleiterenden räumlich so zueinander ausgerichtet werden, daß die beiden Kerne die optimale räumliche Lage zueinander haben.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 werden zwei Prismen 8 und 9 verwendet, deren Kantenlänge unterschiedlich ist. Die beiden Prismen 8 und 9 liegen an einem Strahlteilerwürfel 10 an. Der Abstand der Prismenfläche des Prismas 8 von dem Lichtwellenleiter 1 ist in Fig. 4 mit a bezeichnet, während der Abstand des Lichtwellenleiters 1 vom Prisma 9 mit b bezeichnet ist. Mit s ist die Differenz der Kantenlängen der Katheten der beiden Prismen 8 und 9 bezeichnet. Hierbei ergibt sich folgende Beziehung:

b - a = ^s/_n

In dieser Beziehung bedeutet n den Brechungsindex des Materials der beiden Prismen. Der Abstand g der Mitten der beiden Bilder am Ausgang der optischen Anordnung ergibt sich durch die Beziehung:

g = (1 - ¹/_n) · s

Durch die Anordnung nach Fig. 4 wird erreicht, daß die beiden Bilder des Lichtwellenleiters 1 und seines Kernes nebeneinander beobachtet werden können.

Die Anordnung gemäß Fig. 4 kann in der Weise abgewandelt werden, daß die beiden Prismen 8 und 9 gleich groß sind, jedoch aus Material mit unterschiedlichem Brechungsindex bestehen.

Die in Fig. 5 dargestellte optische Anordnung ähnelt der von Fig. 4. Hier sind jedoch die beiden Prismen 8 und 9 gleich groß und bestehen aus Material mit gleichem Brechungsindex. Vor der Strahleneingangsfläche des Prismas 9 ist jedoch eine planparallele Glasplatte 15 angeordnet. Die Dicke s dieser Glasplatte 15 wird nach der gleichen Beziehung bestimmt wie die Differenz s der Kantenlängen der Katheten der Prismen 8 und 9 nach Fig. 4.

Fig. 6 zeigt schematisch eine weitere optische Anordnung zur Erzeugung von zwei nebeneinanderliegenden Bildern, die aus der Beleuchtung des Lichtwellenleiters aus zwei zueinander senkrechten Richtungen erhalten werden. Der Lichtwellenleiter 1 wird mit den beiden zueinander senkrecht angeordneten und strichpunktiert in der Figur dargestellten Lichtstrahlen durchleuchtet. Die aus dem Lichtwellenleiter 1 austretenden Lichtstrahlen durchlaufen die beiden Linsen 31 und 32, welche auf der Basisfläche 14 eines Dachkantprismas 11 angeordnet sind. Die beiden Dachflächen 12 und 13 des Dachkantprismas 11 sind verspiegelt, so daß die beiden Lichtstrahlen an den Dachflächen reflektiert werden und parallel nach oben austreten. Der Keilwinkel γ zwischen den beiden Dachflächen 12 und 13 ist dabei so gewählt, daß die austretenden Lichtstrahlen zueinander parallel sind. Die Höhe des Prismas 11 ist so gewählt, daß die beiden Bilder des Lichtwellenleiters nicht durch die Linsen 31 und 32 gestört werden. Je größer die Höhe des Dachkantprismas 11 ist, desto größer ist der Abstand zwischen den beiden Bildern. Dieser Abstand der beiden Bilder und somit die Höhe des Dachkantprismas 11 dürfen natürlich nur so groß gewählt werden, daß die beiden nach oben austretenden Lichtstrahlen noch in einer gemeinsamen Optik beobachtet werden können.

Anstelle des Dachkantprismas 11 können auch zwei in einem Winkel γ zueinander angeordnete Spiegel verwendet werden. Der bevorzugte Winkel γ ist 135°.

Die Basisfläche 14 des Dachkantprismas 11 sowie auch vorzugsweise alle Lichteintrittsflächen der anderen optischen Bauteile der Anordnungen gemäß der Erfindung sind entspiegelt, so daß störende Reflexionen vermieden werden.

Zwei weitere optische Anordnungen unter Verwendung von Spiegeln sind in den Fig. 7a und 7b schematisch dargestellt. Auch bei diesen Anordnungen wird der Lichtwellenleiter 1 mit zwei zueinander senkrechten Lichtstrahlen beleuchtet, die in Lichtrichtung hinter dem Lichtwellenleiter durch die beiden Linsen 31 und 32 verlaufen. Bei beiden Anordnungen werden die aus den Linsen 31 und 32 austretenden Lichtstrahlen von zwei zueinander parallel angeordneten und mit den Spiegelflächen einander zugewandten Planspiegeln 16 und 17 reflektiert. Bei der Anordnung nach Fig. 7a ist zwischen den Planspiegeln 16 und 17 und parallel zu diesen eine Strahlenteilerfolie 6 angeordnet. Die Scharfeinstellung des rechten Teilbildes wird bei der Anordnung nach Fig. 7a durch die planparallele Glasplatte 15 erzielt.

Bei der Anordnung nach Fig. 7b ist anstelle der Strahlteilerfolie 6 eine Strahlteilerplatte 18 vorgesehen, die zusätzlich den geeigneten Strahlweg einstellt.

Die Beleuchtung erfolgt vorzugsweise mit einfarbigem Licht. Dadurch kann der Kontrast verbessert werden. Es wird entweder eine entsprechende Lichtquelle verwendet oder es werden geeignete Farbfilter im Strahlengang angeordnet.

Zur Erzeugung der beiden parallelen Lichtstrahlen für die Beleuchtung des Lichtwellenleiters 1 können zwei verschiedene Lichtquellen verwendet werden, vorzugsweise wird jedoch eine einzige Lichtquelle verwendet, wobei die beiden zueinander senkrechten Lichtstrahlen durch geeignete optische Mittel erhalten werden. Hierdurch wird sichergestellt, daß die beiden zu beobachtenden Bilder gleich hell sind.

Mit der Anordnung gemäß der Erfindung kann die räumliche Lage der Kerne von Lichtwellenleitern in einfacher Weise beobachtet werden.

Die Anordnung gemäß der Erfindung findet vorteilhaft Anwendung zum gegenseitigen Justieren von zwei Lichtwellenleitern bezüglich ihrer Kerne. Dies ist beispielsweise zum optimalen Ausrichten der Enden von Lichtwellenleitern erforderlich, die miteinander verbunden werden sollen. Es werden hierbei zwei der vorstehend beschriebenen Anordnungen verwendet, wobei das Ende des einen Lichtwellenleiters bezüglich des Endes des anderen Lichtwellenleiters verschiebbar angeordnet ist. Unter Beobachtung wird nun das Ende des einen Lichtwellenleiters so verschoben, daß schließlich die Kerne der beiden Lichtwellenleiter optimal zueinander ausgerichtet sind. Die Anordnung gemäß der Erfindung kann auch Bestandeil einer Spleißvorrichtung zum Verbinden von Lichtwellenleitern sein.

Claims

1. Anordnung zum Sichtbarmachen der Kerne von Lichtwellenleitern, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (1) aus zwei zueinander senkrechten Richtungen mit parallelem Licht bestrahlt wird, daß jeweils in Strahlrichtung hinter dem Lichtwellenleiter (1) jeweils eine zu diesem parallel liegende Zylinderlinse (31, 32) angeordnet ist und daß die aus den Zylinderlinsen (31, 32) austretenden Lichtstrahlen durch eine Optik so umgelenkt werden, daß nebeneinander zwei Bilder des Lichtwellenleiters (1) und seines Kernes (2) entstehen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlinsen (3, 31, 32) zwei in Längsrichtung verlaufende, einander gegenüberliegende flache Ansätze (3a) haben (Fig. 3d).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (3, 31, 32) als plankonvexe Linsen ausgebildet sind (Fig. 3b).

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (3, 31, 32) als bikonvexe Linsen ausgebildet sind (Fig. 3c).

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (3, 31, 32) als asphärische Linsen ausgebildet sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkoptik zwei Prismen (8, 9) enthält, die an je einer Fläche eines Strahlteilerwürfels (10) angeordnet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umlenkprismen (8, 9) verschieden groß sind.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umlenkprismen (8, 9) aus Material mit unterschiedlichem Brechungsindex bestehen.

9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Lichteintrittsfläche des einen Umlenkprismas (8 oder 9) eine planparallele Glasplatte (15) angeordnet ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkoptik zwei parallele, mit den spiegelnden Flächen einander zugewandte Planspiegel (16, 17) enthält.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Planspiegeln (16, 17) und parallel zu diesen eine Strahlteilerfolie (6) und im Lichtstrahlenweg vor einem Planspiegel senkrecht zu den Lichtstrahlen eine planparallele Glasplatte (15) angeordnet ist.

12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Planspiegeln (16, 17) und parallel zu diesen eine Strahlteilerplatte angeordnet ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkoptik zwei mit der Kante aneinanderliegende Planspiegel enthält, die in einem Winkel von 135° zueinander angeordnet sind.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkoptik aus einem an den Dachflächen (12, 13) verspiegelten Dachkantprisma (11) besteht, an dessen Basisfläche (14) die Linsen (31, 32) anliegen.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsflächen der Linsen, Prismen und Platten optisch entspiegelt sind.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung mit einfarbigem Licht erfolgt.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beleuchtung aus zwei zueinander senkrechten Richtungen eine einzige Lichtquelle (4) vorgesehen ist.

18. Verwendung von Anordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zum gegenseitigen Justieren der Kerne zweier Lichtwellenleiter.