DE3715078A1

DE3715078A1 - Vorrichtung und verfahren zur ankopplung eines lichtwellenleiters an eine lichtquelle, die auf einem traeger befestigt ist

Info

Publication number: DE3715078A1
Application number: DE19873715078
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Weidinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-05-06
Filing date: 1987-05-06
Publication date: 1988-11-17

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ankopplung eines Lichtwellenleiters an eine Lichtquelle, die auf einem Träger befestigt ist.

Bei der Ankopplung eines Lichtwellenleiters an eine Licht quelle, z. B. eine HL-Laserdiode, kommt der Justage der beiden Elemente gegeneinander große Bedeutung zu. Werden die beiden Elemente ungünstig zueinander montiert, wird nur ein Teil der Leistung der Lichtquelle in den Lichtwellenleiter eingekoppelt. Die Lebensdauer der Lichtwellenleiter-Lichtquelle-Systeme wird dadurch erhöht, daß die Ankopplungsstelle mechanisch ge stützt wird. Es ist bekannt, die Kopplung eines Lichtwellen leiters an eine Lichtquelle mit Hilfe eines Kopplungsstücks und zweier Träger zu realisieren (siehe Philips techn. Rdsch. Bd. 36, Nr. 7 Seite 216 ff.). Dabei werden Lichtwellenleiter und Lichtquelle jeweils von einem zylinderförmigen Träger auf genommen. Sie werden mit Hilfe eines Mikromanipulators genau zueinander ausgerichtet und in dieser Position fest in das Kopplungsstück eingesetzt. Das Kopplungsstück hat zwei zueinan der senkrechte, V-förmige Einschnitte, um eine sichere Aufnahme der Träger zu gewährleisten.

Beim Einsetzen der Träger in das Kopplungsstück besteht die Gefahr einer Dejustage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zur An kopplung eines Lichtwellenleiters an eine Lichtquelle anzuge ben, bei dem die Justierung in Richtung der Flächennormalen der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle und die Justierung in den Richtungen der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle nacheinan der erfolgen.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale hat, in einem Verfahren nach dem Oberbe griff des Anspruchs 11 erfindungsgemäß gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 11 angegeben ist.

Die Zwischenschaltung einer Kapillare als Führungsteil ermög licht die Fertigung des Justierflansches mit konventionellen Verfahren.

Die Integration der Justierhilfen in den Lichtwellenleiter- Lichtquelle-Modul garantiert die Langzeitstabilität der An kopplung.

Die Verwendung von Quarzglaskapillaren nach Anspruch 3 ist vorteilhaft, da diese Kapillaren mit der erforderlichen Genauig keit mit bekannten Anlagen aus der Lichtwellenleiterfertigung herstellbar sind.

Bei Verwendung von Quarzglaskapillaren ist es vorteilhaft, den Lichtwellenleiter nach Anspruch 12 außen metallisch zu bedampfen, da dadurch die Beweglichkeit des Lichtwellenleiters in der Quarzglaskapillare verbessert wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den anderen Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der FIG darge stellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die FIG zeigt eine mit Justierflansch und Kapillare an einem Lichtwellenleiter angekoppelte Lichtquelle, wie z. B. eine Halbleiterlaserdiode (HL-Laserdiode), auf einem Träger.

Ein Führungsteil 4 trägt einen plan geschliffenen Justier flansch 5. Der Justierflansch 5 hat eine zentrische Bohrung 11. In der Verlängerung dieser Bohrung 11 ist das Führungsteil 4 aufgebohrt und trägt einen Rohransatz 8. Im Rohransatz 8 gibt es einen Anschlag 11. Von der dem Justierflansch 5 abgewandten Seite wird eine Kapillare 6 aus Quarzglas bis zu dem Anschlag 11 in den Rohransatz 8 eingeschoben. Die Kapillare 6 wird mit dem Führungsteil 4 durch eine Klebung fest verbunden. Der Justierflansch 5 besteht aus einem Material mit geringem Wärme ausdehnungskoeffizient, um sicherzustellen, daß sich die plan geschliffene Frontfläche 12 des Justierflansch 5 unter den während des Betriebs auftretenden Temperaturschwankungen nicht verändert.

Ein Lichtwellenleiter 1, der an einer HL-Laserdiode 2 ange koppelt wird, trägt an der der HL-Laserdiode 2 zugewandten Seite eine abgerundete Spitze 10, um das von der HL-Laserdiode 2 divergent ausgesandte Licht zu sammeln.

Der Lichtwellenleiter 1 wird an der Seite mit der Spitze 10 außerhalb des Bereichs der Spitze 10 mit einem UV-härtendem Klebstoff 13 bestrichen und in die Kapillare 6 von der dem Justierflansch 5 abgewandten Seite her eingeführt. Dabei zeigt die Spitze 10 in dieselbe Richtung wie der Justierflansch 5.

Die HL-Laserdiode 2 ist auf einem Träger 3 so montiert, daß die lichtaussendende Fläche der HL-Laserdiode 2 mit einer Front fläche 9 des Trägers 3 fluchtet. Diese Frontfläche 9 des Trägers 3 ist plan geschliffen.

Das Führungsteil 4 mit dem Lichtwellenleiter 1 wird so an den Träger 3 herangeführt, daß die plan geschliffene Frontfläche 9 des Trägers 3 mit der plan geschliffenen Frontfläche 12 des Justierflansches 5 in Kontakt kommt. Damit ist gewährleistet, daß die abgerundete Spitze 10 des Lichtwellenleiters 1 senk recht auf die lichtemittierende Fläche der HL-Laserdiode 2 zeigt.

Das Führungsteil 4 wird so lange seitlich bewegt, bis die Richtung der Spitze 10 des Lichtwellenleiters 1 grob mit der Richtung der Lichtemission der HL-Laserdiode 2 übereinstimmt.

Die Bewegung des Führungsteils 4 auf dem Träger 3 wird dadurch geführt, daß die Frontflächen 9 und 12 aufeinander gleiten.

Der Lichtwellenleiter 1 wird in Richtung auf die HL-Laserdiode 2 zu in der Kapillare 6 verschoben. Ob der Lichtwellenleiter 1 die Sollposition erreicht hat, wird dadurch überwacht, daß in den Lichtwellenleiter 1 Licht eingekoppelt wird, an dem Reso natorspiegel der HL-Laserdiode 2 reflektiert wird und über einen Strahlteiler der von der Spitze 10 erzeugte Fokusdurch messer beobachtet wird. Der Abstand der Spitze 10 zur HL-Laser diode 2 darf vom Sollwert um weniger als ± 4 µm abweichen und wird durch Minimierung des Fokusdurchmessers eingestellt. In dieser Position wird der Lichtwellenleiter 1 mit der Kapillare 6 fest verbunden, in dem der Klebstoff 13 durch Bestrahlung mit UV-Licht ausgehärtet wird.

Die Justierung in den Richtungen der Lichtemissionsfläche der HL-Laserdiode 2 erfolgt durch Optimierung der in den Licht wellenleiter 1 eingekoppelten Laserleistung. Die Abweichung vom Sollwert ist in beiden Richtungen kleiner als ± 0,3 µm. Zur Justage werden die Frontfläche 9 des Trägers 3 und die Front fläche 12 des Justierflanschs 5 gegeneinander verschoben. Die geforderte Genauigkeit wird dadurch erreicht, daß beide Front flächen 9 und 12 plan geschliffen sind. Nach erfolgter Einstel lung werden der Justierflansch 5 und die Wärmesenke 3 z. B. mittels einer Laserschweißung fest miteinander verbunden.

Claims

1. Vorrichtung zur Ankopplung eines Lichtwellenleiters an eine Lichtquelle, die auf einem Träger befestigt ist, ge kennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) es ist ein Führungsteil (4) mit einem plan geschliffenen Justierflansch (5) vorgesehen,
b) das Führungsteil (4) enthält zur Führung des Lichtwellen leiters (1) eine Kapillare (6),
c) die Kapillare (6) ist bis zu einem Anschlag (7) in das Führungsteil (4) geschoben und mit dem Führungsteil (4) fest verbunden.

2. Vorrichtung nsch Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kapillare (6) aus Metall ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kapillare (6) aus Quarzglas ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (6) außen metallisch bedampft ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Justierflansch (5) einen Rohransatz (8) enthält.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Justierflansch (5) aus einem Material mit geringer Wärmeausdehnung besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (4) mit der Kapillare (6) verklebt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, 5 oder 6 und Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (4) mit der Kapillare (6) verlötet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (4) auf die Kapillare (6) aufgeschrumpft ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (6) innen metallisiert ist.

11. Verfahren zur Ankopplung eines Lichtwellenleiters an eine Lichtquelle, die auf einem Träger befestigt ist, unter Ver wendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) der Lichtwellenleiter (1) wird in die Kapillare (6) einge führt,
b) das Führungsteil (4) wird so an den Träger (3) herange führt, daß der Justierflansch (5) und eine plan geschliffene Frontfläche (9) des Trägers (3) in Kontakt gebracht werden,
c) der Lichtwellenleiter (1) wird in der Kapillare (6) so lange zur Lichtquelle (2) hin bewegt, bis die Abweichung zur Soll position in Richtung der Normalen der lichtaussendenden Fläche weniger als ± 4 µm beträgt,
d) der Lichtwellenleiter (1) wird in dieser Position fest mit dem Führungsteil (4) verbunden,
e) der Justierflansch (5) wird auf der plan geschliffenen Frontfläche (9) des Trägers (3) bewegt, bis die horizontale und vertikale Lage des Lichtwellenleiters (1) zur Lichtquelle (2) um weniger als 0,3 µm von der Sollposition abweicht,
f) der Justierflansch (5) und der Träger (3) werden in dieser Position fest verbunden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der Lichtwellenleiter (1) außen me tallisch bedampft ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß der Lichtwellenleiter (1) mit dem Führungsteil (4) durch eine Lötung fest verbunden wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge kennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (1) mit dem Führungsteil (4) durch eine Klebung fest verbunden wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Justierflansch (5) mit dem Träger (3) durch eine Lötung fest verbunden wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Justierflansch (5) mit dem Träger (3) durch eine Klebung fest verbunden wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Justierflansch (5) mit dem Träger (3) durch eine Laserschweißung fest verbunden wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) eine Halbleiterlaserdiode ist und daß die plan geschliffene Front fläche (9) des Trägers (3) diejenige Frontfläche ist, die mit der lichtaussendenden Fläche der Halbleiterlaserdiode (2) fluchtet.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (1) an der der Lichtquelle (2) zugewandten Seite eine abgerundete Spitze (10) trägt.

20. Verfahren nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sollposition des Lichtwellen leiters (1) zur Halbleiterlaserdiode (2) in Richtung der Flächennormalen der lichtaussendenden Fläche durch Einkoppeln von Licht in den Lichtwellenleiter (1) und Minimierung des von der Spitze (10) des Lichtwellenleiters (1) erzeugten Fokus durchmessers bestimmt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollposition des Lichtwellenleiters (1) zur Lichtquelle (2) in horizontaler und vertikaler Richtung der lichtaussendenden Fläche durch Opti mierung der in den Lichtwellenleiter (1) eingekoppelten Licht leistung bestimmt wird.