DE3615305A1

DE3615305A1 - Verfahren zum herstellen eines faseroptischen polarisators

Info

Publication number: DE3615305A1
Application number: DE19863615305
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr Boehm
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1985-09-28
Filing date: 1986-05-06
Publication date: 1987-11-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines faseroptischen Polarisators nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 33 05 104 ist ein derartiges Verfahren bekannt, bei welchem ein Quarzglas-Lichtwellenleiter, z.B. ein Monomode-Lichtwellenleiter, gekrümmt und tangential angeschliffen wird. In Abhängigkeit von den herzustellen den optischen Eigenschaften des Polarisators erfolgt der Anschliff derart, daß die entstehende im wesentlichen ebene Fläche den lichtführenden Kern des Lichtwellenleiters lediglich berührt oder daß der Kern sogar ebenfalls ange schliffen wird. Auf die derart angeschliffene Fläche wird anschließend eine dielektrische Schicht sowie eine Metall schicht aufgebracht. Die Länge der derartigen Beschichtung beeinflußt ebenfalls die optischen Eigenschaften des Polarisators.

Ein derartiges Verfahren hat den Nachteil, daß insbesonde re die Tiefe des Anschliffs in schwieriger und daher unwirtschaftlicher Weise kontrollierbar ist. Denn bei einem vorzugsweise verwendeten Monomode-Lichtwellenleiter mit einem Durchmesser des lichtführenden Kerns von ungefähr 9µm ist es beispielsweise erforderlich, den Abstand der angeschliffenen Fläche von dem Kern mit einer Genauigkeit von ungefähr ±1µm zu bestimmen. Es ist weiterhin erfor derlich, daß die angeschliffene Fläche auf einer vorgeb baren Länge einen möglichst gleichbleibenden Abstand von dem lichtführenden Kern besitzt. Diese Bedingung erfordert in nachteiliger Weise eine hochgenaue Einstellung der Krümmung des Lichtwellenleiters vor dem Anschliff der Fläche.

Aus dem Hauptpatent DBP . ... ... (deutsche Patentanmeldung P 35 34 737.6) ist es weiterhin bekannt, zunächst eine Vorform herzustellen entsprechend dem herzustellenden Lichtwellenleiter.

Fig. 1 zeigt eine derartige stabförmige Vorform, aus der beispielsweise ein Quarzglas-Monomode-Lichtwellenleiter ziehbar ist. Die Vorform 1 wird z.B. nach dem sogenannten MCVD-Verfahren durch Innenbeschichtung eines Quarzrohres hergestellt, das anschließend zu dem dargestellten Voll stab kollabiert wird. Dieser besitzt einen lichtführenden Kern 2, der z.B. einen Durchmesser von ungefähr 1mm be sitzt, einen diesen umgebenden Mantel 3, der z.B. einen Außendurchmesser von ungefähr 18mm besitzt, sowie eine beispielhafte Länge von ungefähr 500mm.

Gemäß Fig. 2 wird nun im wesentlichen parallel zur Längs achse der Vorform 1 eine tangentiale im wesentlichen ebene Fläche 4 angebracht, z.B. durch Schleifen. Diese Fläche 4 besitzt von dem Außendurchmesser des Kerns 2 einen bei spielhaften Abstand von 0,5mm. Ein derartiger Abstand ist bei einer industriellen Fertigung kostengünstig mit einer guten Genauigkeit von z.B. 1% herstellbar. Die derartig bearbeitete Vorform wird nun im wesentlichen unter Beibe haltung der nahezu halbkreisförmigen Form der Querschnitts fläche zu einem Lichtwellenleiter ausgezogen.

Dieser besitzt dann beispielsweise gemäß Fig. 3 einen lichtführenden Kern 2′ mit einem Durchmesser von 5µm, einen Mantel 3′ mit einem Außendurchmesser von 100µm sowie einen Abstand von 2,5 µm für die erste Fläche 4′ von dem Außendurchmesser des Kerns 2′. Auf diese erste Fläche 4′ wird nun eine dielektrische Schicht 5, vorzugsweise eine CaF₂-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 0,15 µm und einer Länge L von ungefähr 10mm, aufgebracht. Auf die dieelektrische Schicht 5 wird anschließend eine Metall schicht 6, z.B. eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von ungefähr 1µm, aufgebracht. Diese Schichtenfolge ist an sich bekannt aus der eingangs erwähnten DE-OS 33 05 104.

Insbesondere für eine gewerbliche Anwendung ist es nun zweckmäßig, einen derartigen Polarisator mit einer schüt zenden Kunststoffschicht zu umgeben. Dadurch tritt in dem Faserbereich, der nicht durch die polarisierenden Schich ten 5, 6 bedeckt ist, eine starke Dämpfung der im licht führenden Kern 2′ geführten Lichtwellen auf. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Kunststoffschicht einen höheren Brechungsindex als der Kern 2′ und/oder der Mantel 3′ besitzt. Diese störende Dämpfung beträgt z.B. ungefähr 40 dB/m für die im Kern 2′ geführte Lichtwelle.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zu einem gattungsgemäßen Verfahren weitere Ausbildungen anzugeben, bei denen insbesondere eine störende optische Dämpfung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteil hafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch einen zusatzlichen Ätzvorgang eine im wesentlichen ebene Fläche herstellbar ist, deren Abstand zum lichtführenden Kern sehr genau einstellbar ist. Dadurch sind in kostengünstiger und reproduzierbarer Weise faseroptische Polarisatoren mit guten Polarisationseigenschaften und geringer Dämpfung für die durchgelassene Lichtwelle herstellbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 näher erläutert.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes Aus führungsbeispiel.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht zur Erläute rung eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 wird zunächst eine stabförmige Vorform gemäß Fig. 1 hergestellt. An diese wird nun gemäß Fig. 2 eine Fläche 4 angeschliffen derart, daß bei einem daraus hergestellen Lichtwellenlei ter gemäß Fig. 3 eine erste Fläche 4′ entsteht, die zu dem lichtführenden Kern 2′ einen beispielhaften Abstand von ungefähr 12µm besitzt. Unmittelbar nach dem Ziehvorgang wird der Lichtwellenleiter auf seiner Außenseite mit einer schützenden Kunststoffschicht 8 beschichtet, die aus einem durch Strahlung aushärtbaren Kunststoff besteht, der der zeit für die Kunststoffummantelung, sogenanntes Coating, verwendet wird. Es entsteht ein Lichtwellenleiter der für das im Kern 2′ geführte Licht eine Dämpfung von kleiner 0,01 dB/m besitzt. Bei einem solchen Lichtwellenleiter wird nun gemäß Fig. 4 die Kunststoff-Schutzschicht 8 auf einer Länge von ungefähr 20mm entfernt. Anschließend wird in die erste Fläche 4′ eine Vertiefung eingeätzt, z.B. mit Flußsäure (HF), so daß eine zweite Fläche 4′′ entsteht, deren Länge L von den zu erzeugenden optischen Eigenschaf ten des Polarisators abhängt und vorzugsweise in einem Bereich von 1mm bis 15mm liegt. Die Länge L beträgt z.B. 5mm. Über die Ätzzeit ist zwischen der zweiten Fläche 4′′ und dem Kern 2′ ein vorgebbarer Abstand einstellbar, der vorzugsweise kleiner 3µm ist und z.B. 2µm beträgt. Auf diese zweite Fläche 4′′ wird anschließend eine polarisie rende Schichtenfolge aufgebracht, die aus der DE-OS 33 05 104 bekannt ist. Diese Schichtenfolge besteht z.B. aus einer dielektrischen Schicht 5, z.B. einer CaF₂-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 0,15 µm, und einer darauf aufgedampfen Metallschicht 6, z.B. einer Al-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 1 µm.

Ein derartiger Polarisator hat einen Polarisationsgrad größer als 99,99%.

Es ist nun vorteilhafterweise möglich, die Kunststoff- Schutzschicht 8 wieder zu ergänzen, so daß insbesondere die Metallschicht 6 vor Korrosion geschützt wird ohne daß dadurch wesentliche Veränderungen der optischen Eigen schaften des Polarisators erfolgen.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 befindet sich eine Einschnürung 7 im zu beschichtenden Bereich mit der Länge L. Eine derartige Einschnürung ist beispielsweise dadurch herstellbar, daß während des Ziehvorgangs des Lichtwellenleiters die Ziehgeschwindigkeit kurzfristig erhöht wird. Außerdem ist es möglich, den Lichtwellenlei ter nachträglich zu erwärmen und die Einschnürung 7 dann durch einen nachträglichen Ziehvorgang herzustellen.

Nach der anhand der Fig. 3 beschriebenen CaF₂-Beschichtung entsteht für die unerwünschten Polarisationsrichtungen des Lichts eine erhöhte Wechselwirkung mit der Al-Metall schicht. Der in der Einschnürung 7 verminderte Kerndurch messer bewirkt eine stärkere Ausdehnung des Feldes des Grundmodus des Lichts in den Mantel 3′, wodurch das Feld auch stärker in die Metallschicht eindringt. Dadurch werden die unerwünschten Polarisationsrichtungen absor biert und der Polarisator erhält in vorteilhafter Weise einen erhöhten Polarisationsgrad.

Eine weitere Möglichkeit, die Wechselwirkung zwischen dem Feld des Grundmodus und der Metallschicht zu erhöhen, besteht darin, den beschichteten Lichtwellenleiter nach träglich derart zu krümmen, daß eine gekrümmte Fläche 4′′ sowie eine gekrümmte CaF₂/Al-Beschichtung entsteht. Dabei liegt der zugehörige Krümmungsradius z.B. in einem Bereich von unendlich bis ungefähr 3 mm. Im Krümmungsbereich wird das Feld des Grundmodus ebenfalls in den Mantel 3′ sowie die Metallschicht gedrängt, so daß dadurch eine nachträg liche Feinabstimmung des Polarisators möglich wird. An schließend wird die Krümmung mechanisch festgelegt, z.B. durch Aufkleben des gekrümmten Lichtwellenleiters auf ein Substrat, das z.B. aus Quarzglas oder Keramik besteht.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines faseroptischen Polari sators bestehend aus

- einem Lichtwellenleiter, an dem tangential eine Fläche angebracht ist, welche dem lichtführenden Kern des Lichtwellenleiters nahekommt bzw. berührt,
- einer dielektrischen Schicht, die auf die Fläche aufgebracht wird, sowie
- einer Metallschicht, die auf die dielektrische Schicht aufgebracht wird, nach DPB . ... ... (Patentanmeldung P 35 34 737.6)

dadurch gekennzeichnet,

- daß eine dem Lichtwellenleiter entsprechende Vorform (1) hergestellt wird,
- daß an der Vorform (1) eine tangentiale im wesent lichen ebene Fläche (4) angebracht wird, die dem Kernbereich (2) der Vorform (1) nahekommt,
- daß die derart bearbeitete Vorform (Fig. 2) im wesent lichen unter Beibehaltung der Querschnittsform zu dem Lichtwellenleiter ausgezogen wird, derart, daß daran eine erste Fläche (4′) entsteht,
- daß auf der ersten Fläche (4′) eine zweite Fläche (4′′) angeätzt wird, deren Länge (L) und deren Ab stand zum lichtführenden Kern (2′) entsprechend den optischen Eigenschaften des Polarisators gewählt werden,
- daß auf die zweite Fläche (4′′) die dielektrische Schicht (5) sowie die Metallschicht (6) aufgebracht werden und
- daß der Lichtwellenleiter zumindest außerhalb der zweiten Fläche (4′′) von einer Schutzschicht (8) umgeben wird.

2. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Polari sators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bearbeitete Vorform (Fig. 2) derart zu dem Lichtwellen leiter ausgezogen wird, daß eine Einschnürung (7) entsteht im Bereich der zweiten Fläche (4′′) (Fig. 5).

3. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Polari sators nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der beschichtete Lichtwellenleiter nachträg lich zumindest im Bereich der zweiten Fläche (4′′) ge krümmt wird, daß durch die Krümmung die optischen Eigen schaften eingestellt werden und daß die Lage eines derart gekrümmten Lichtwellenleiters mechanisch festgelegt wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Polari sators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (5) aus Kalziumfluorid besteht und daß die Metallschicht (6) Aluminium enthält.

5. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Polari sators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (8) unmittelbar nach dem Ziehen des Lichtwellenleiters aufgebracht wird und daß die Schutzschicht (8) aus einem strahlungsvernetzbaren Kunststoff besteht.