DE3780802T2

DE3780802T2 - Einrichtung mit einer planaren optischen schaltung und daran gekoppelte optische faser.

Info

Publication number: DE3780802T2
Application number: DE19873780802
Authority: DE
Inventors: Giok Djan Khoe
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1987-01-15
Filing date: 1987-12-29
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2007-12-30
Also published as: CN88100197A; CN1022442C; DE3780802D1; JPS63183405A; EP0277390B1; EP0277390A1; AU1019788A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung mit einem planaren optischen Kreis mit einem Substrat, in dem mindestens ein Lichtwellenleiter vorgesehen ist, von dem ein Endteil sich senkrecht zu einer Endfläche des Substrats erstreckt und bei dieser Endfläche endet, sowie mit einer optischen Faser, die derart mit dem Wellenleiter optisch gekoppelt ist, daß die optische Achse der optischen Faser mit der optischen Achse des genannten Endteils des Wellenleiters fluchtet.
Eine solche Einrichtung ist bekannt, beispielsweise aus WO-A-86/00717. Diese bekannte Einrichtung wird dadurch gebildet, daß die optische Faser und der Wellenleiter mit Hilfe eines Mikromanipulators gegenüber einander gebracht und die betreffenden Teile danach mit Hilfe eines Klebemittels miteinander verbunden werden. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig und erfordert relativ große Sachverstandigkeit. Außerdem ist die auf diese Weise gebildete Einrichtung im Grunde nicht demontierbar.
In US 4.478.485 wird ein Koppler für optische Fasern zum Koppeln mindestens einer optischen Faser mit einem optischen Element, wie einer Lichtquelle, einem Lichtdetektor oder einer anderen optischen Faser beschrieben. Das optische Element und das Ende der ersten optischen Faser werden dabei je in einem entsprechenden zylinderförmigen Element befestigt.
Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die aus vorgefertigten Teilen besteht, die mit der erwünschten Genauigkeit ohne einen hohen Grad an Sachverständigkeit zusammengebaut werden können, wobei es ebenfalls möglich ist, die Einrichtung, gewünschtenfalls, wieder zu demontieren.
Dazu weist die erfindungsgemäße Einrichtung das Kennzeichen auf, daß
a) das Substrat in einer Substrathülle mit einer ersten zylinderförmigen Bezugsfläche befestigt ist, deren Zylinderachse mit der optischen Achse des genannten Endteils des Wellenleiters zusammenfallt,
b) ein Endteil der optischen Faser innerhalb der Faserhülle mit einer zweiten zylinderförmigen Bezugsfläche befestigt ist, deren Zylinderachse mit der optischen Achse der optischen Faser zusammenfällt,
c) ein Zentrierelement vorgesehen ist, das mit der ersten und zweiten Bezugsfläche derart zusammenarbeitet, daß die Zylinderachsen nach wie vor zueinander fluchten,
d) auf dem Substrat neben einer weiteren Endfläche gegenüber der genannten Endfläche mindestens zwei einzelne zueinander parallele Lichtwellenleiterendteile vorgesehen sind, die an der genannten weiteren Endfläche enden,
e) eine weitere gegenüber der genannten weiteren Endfläche vorgesehene Faserhülle eine Anzahl Endteile optischer Fasern enthält, deren Anzahl der Anzahl Wellenleiterendteile entspricht, wobei der gegenseitige Abstand der optischen Achsen der Endteile derselbe ist wie der der optischen Achsen der Wellenleiterendteile, und
f) ein weiteres Zentrierelement mit der Substrathülle und der weiteren Faserhülle zusammenarbeitet, damit die genannten optischen Faserendteile bzw. die genannten sich parallel zueinander erstreckenden Endteile nach wie vor zentriert sind.
Die Bezugsflächen können unmittelbar nach der Montage des Substrats und der Faser in ihre betreffenden Hüllen angebracht werden, beispielsweise nach dem in US-A-4.289.397 beschriebenen Verfahren. Nachher lassen sich diese Teile dann mit der erforderlichen Genauigkeit mit Hilfe des Zentrierelementes leicht zusammenfügen. Sollte eine nicht demontierbare Verbindung erwünscht sein, so lassen sich die Teile in dem Zentrierelement festkleben. Notwendig ist dies aber nicht, so daß gewünschtenfalls auch eine demontierbare Verbindung möglich ist.
Zum Durchführen der Erfindung sollte das Substrat in der Nähe mindestens einer der Endflächen mindestens zwei sich parallel zueinander erstreckende, in dieser Endfläche endende Endteile der Lichtwellenleiter aufweisen, beispielsweise wenn das Substrat einen planaren optischen Multiplexer aufweist, wie dies in DE-A-32.30.657 beschrieben ist. Nach der Erfindung sind in der gegenüber der genannten Endfläche angeordneten Faserhülle eine der Anzahl Endteile optischer Fasern entsprechende Anzahl Wellenleiterendteile befestigt, wobei der Abstand der optischen Achse der genannten Endteile ebenso groß ist wie der der optischen Achse der Wellenleiterendteile und wenn die Anzahl Wellenleiter oder Fasern ungerade ist, fallt die Achse der Bezugsfläche vorzugsweise mit der Achse des zentralen Wellenleiters oder der zentralen Achse genau zusammen. Sollte dies nicht der Fall sein, so fallt diese Achse vorzugsweise mit der Achse desjenigen Wellenleiters bzw. derjenigen Faser zusammen, die unmittelbar neben der Mitte der Reihe von Wellenleitern bzw. Fasern liegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht einer Substrathülle,
Fig. 3 eine schaubildliche Ansicht einer Faserhülle und
Fig. 4 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung weist einen planaren optischen Kreis in Form eines planaren Multiplexers auf, wie in DE-A-32.3O.657 beschrieben. Dieser Kreis besteht aus einem flachen Substrat 1, wobei in der Nähe einer Hauptfläche derselben (der Zeichenebene der Fig. 1) ein Lichtwellenleiter 3 gebildet ist, der sich in fünf zueinander parallele, in gleichen Abständen voneinander liegende Wellenleiter 5 verzweigt. Das Substrat 1 besteht beispielsweise aus Glas mit einer relativ niedrigen Brechzahl, in dem Spuren mit einer höheren Brechzahl vorgesehen sind, welche die Wellenleiter 3, 5 bilden. Der einzelne Wellenleiter 3 erstreckt sich senkrecht zu einer ersten Endfläche 7 des Substrats und endet in dieser Endfläche. Die fünf parallelen Wellenleiter 5 erstrecken sich senkrecht zu einer zweiten, der ersten Endfläche 7 gegenüberliegenden Endfläche 9 des Substrats und enden in der zweiten Endfläche. Das Substrat 1 ist in einer aus einem Metallgehäuse mit zwei ersten Bezugsflächen 13 und 15 bestehenden Substrathülle 11 befestigt. Diese ersten Bezugsflächen 13 und 15 haben die Form einer Zylinderfläche, deren Zylinderachse mit der optischen Achse des einzelnen Wellenleiters 3 bzw. dem mittleren der fünf parallelen Wellenleiter zusammenfällt. Die ersten Bezugsflächen 13,15 sind beispielsweise nach dem in US-A-4.289.374 beschriebenen Verfahren gebildet.
Die Einrichtung weist weiterhin eine Anzahl mit den Wellenleitern 3, 5 gekoppelter optischer Fasern 17 bzw. 19 auf, die aus je einem Mantel aus Glas mit einer relativ niedrigen Brechzahl und einem Kern aus Glas mit einer relativ hohen Brechzahl bestehen und von einer schützenden Kunststoffschicht 21 umgeben sind. Die Endteile der Fasern 17, 19 sind von der schützenden Kunststoffschicht 21 befreit und in einer ersten Faserhalterung 23 bzw, einer zweiten Faserhalterung 25 angeordnet, die in einer ersten bzw. zweiten Faserhülle 27 bzw. 29 befestigt sind. Der hintere Teil der Faserhüllen 27, 29 ist mit einer geeigneten Kunststoffgießmasse 31 gefüllt. Die Faserhalterungen 23, 25 sind an sich bekannt. Die einzelne erste Faserhalterung 23 kann beispielsweise aus einer Kapillare und die mehrfache zweite Faserhalterung 25 aus einer Platte mit parallelen Rillen bestehen, in denen die Endteile der Fasern 9 angeordnet sind, wonach die Platte mit einer zweiten (nicht dargestellten) Platte abgedeckt wird. Beispiele solche plattenförmigen Faserhalterungen sind in EP-A-0.109.648 und in der älteren Niederländischen Patentanmeldung 85 03 409 beschrieben. Der gegenseitige Abstand zwischen den optischen Achsen der fünf Faserendteile 19 in der zweiten Faserhalterung 25 ist derselbe wie der zwischen den optischen Achsen der fünf Wellenleiter 5. Die Faserhüllen 27 und 29 weisen zylinderförmige zweite Bezugsflächen 33 bzw. 35 auf, deren Zylinderachse mit der optischen Achse der Faser 17 bzw. der zentralen Faser der fünf Fasern zusammenfällt. Eine Faserhülle, die der zweiten Faserhülle 29 nahezu entspricht, ist in der älteren Niederländischen Patentanmeldung 86 01 855 beschrieben.
Die Einrichtung weist weiterhin ein erstes Zentrierelement 37 und ein zweiten Zentrierelement 39 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel die Form hohler, zylinderförmiger Schleifen haben, in welche die beschriebenen Bezugsflächen 13, 15, 33, 35 genau passen, so daß sie mit den Zylinderachsen je zwei und zwei fluchtend liegen. Es ist selbstverständlich auch möglich, andere Zentrierelemente zu verwenden, beispielsweise V-förmige Rillen mit Anpreßmitteln, wie diese in US-A-4.478.485 oder in DE-A-3.208.797 beschrieben sind, eine kegelförmige Klemmbüchse, wie in US-A-3.982.815 beschrieben, oder eine Büchse mit drei Blattfedern, wie in EP-A-0.185.413 beschrieben.
Die Zylinderachsen der ersten Bezugsfläche 13 und der zweiten Bezugsfläche 33 fallen mit der optischen Achse des einzelnen Wellenleiters 3 bzw. der einzelnen optischen Faser 17 zusammen. Eine Drehung der ersten Faserhülle 27 oder der Substrathülle 11 um diese Achsen beeinträchtigt daher nicht die Qualität der optischen Kopplung zwischen dem Wellenleiter 3 und der Faser 17. Das erste Zentrierelement 37 braucht daher keine Vorkehrungen zur Vermeidung einer derartigen Drehung aufzuweisen. In dem vorliegenden Beispiel ist es eine einfache zylinderförmige Büchse.
Zur optischen Kopplung zwischen den fünf Wellenleitern 5 und den fünf optischen Fasern 19 ist es von Bedeutung, daß die Ebenen, in denen die optischen Achsen der Wellenleiter und der Fasern liegen, zusammenfallen. Deswegen ist eine Verdrehung der Substrathülle 11 oder der zweiten Faserhülle 29 um die Zylinderachse der ersten Bezugsfläche 15 bzw. die zweite Bezugsfläche 35 in diesem fall nicht erlaubt. Das zweite Zentrierelement 39 ist deswegen mit Ausrichtelementen in Form axialer Schlitze 41 in der Wand versehen (siehe auch Fig. 4), die mit radialen Vorsprüngen 43 auf der Substrathülle 11 und der zweiten Faserhülle 39 zusammenarbeiten (siehe auch Fig. 2 und 3). Die radialen Vorsprünge 43 werden durch Zungen an Schellen 45 gebildet, die um die Substrathülle 11 bzw. die zweite Faserhülle 39 befestigt sind. Diese Schellen sind derart gedreht, daß die Vorsprünge 43 in derselben Ebene liegen wie die optischen Achsen der Wellenleiter 5 bzw. Fasern 19. Danach sind die Schellen beispielsweise durch eine Schweißverbindung befestigt. Wenn die zweite Faserhülle 39 und die Substrathülle 11 mittels des zweiten Zentrierelementes 39 miteinander verbunden sind, passen die ersten und zweiten Bezugsflächen 15 und 35 genau in den Innenhohlraum dieses Zentrierelementes, so daß die Zylinderachsen und folglich auch die optischen Achsen des zentralen Wellenleiters 5 und der zentralen optischen Faser 19 genau fluchtend liegen. Durch die Zusammenarbeit zwischen den Vorsprüngen 43 und den Schlitzen 41 liegen auch die Achsen der übrigen Wellenleiter 5 und der Fasern 19 je zwei und zwei fluchtend, so daß jeder Wellenleiter mit einer Faser optisch gekoppelt ist.
Gewünschtenfalls können die Substrathülle 11 und die Faserhüllen 27, 29 dauerhaft in den Zentrierelementen 37, 39 befestigt werden, beispielsweise durch Verkleben. Es ist jedoch auch möglich, daß die Zentrierelemente 37, 39 einen Teil von demontierbaren Verbindungsteile bilden, so daß die gebildete Einrichtung immer wieder demontiert werden kann.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Substrat 1 in einer einzigen Substrathülle 11 mit zwei ersten Bezugsflächen 13, 15 befestigt, von denen eine (13) den an die erste Endfläche grenzenden Teil des Substrats und die andere (15) den an die zweite Endfläche 9 grenzenden Teil umgibt. Es ist auch möglich, zwei Substrathüllen zu verwenden, die je einen der genannten Teile des Substrats 1 umfaßt. Der zwischenliegende Teil des Substrats 1 kann dann gewünschtenfalls unbedeckt bleiben. Wenn das Substrat 1 einen elektrooptischen planaren Kreis aufweist, können in dem Fall elektrische Anschlüsse über die Öffnung zwischen den beiden Substrathüllen hinausgeführt werden.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der planare optische Kreis ein Multiplexer. Es ist selbstverständlich auch möglich, jeden beliebigen planaren Kreis in einer erfindungsgemäßen Einrichtung zu verwenden. Ein derartiger Kreis kann auch eine von zwei abweichende Anzahl Endflächen mit darin endenden Wellenleitern aufweisen, die auf dieselbe Art und Weise wie in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit optischen Fasern gekoppelt sind.

Claims

1. Einrichtung mit einem planaren optischen Kreis mit einem Substrat (1), in dem mindestens ein optischer Wellenleiter (3) vorgesehen ist, von dem ein Endteil sich senkrecht zu einer Endfläche (7) des Substrats erstreckt und bei dieser Endfläche endet, sowie mit einer optischen Faser (17), die derart mit dem Wellenleiter optisch gekoppelt ist, daß die optische Achse der optischen Faser mit der optischen Achse des genannten Endteils des Wellenleiters fluchtet, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Substrat (1) in einer Substrathülle (11) mit einer ersten zylinderförmigen Bezugsfläche (13) befestigt ist, deren Zylinderachse mit der optischen Achse des genannten Endteils des Wellenleiters (3) zusammenfällt,

b) ein Endteil der optischen Faser (17) innerhalb der Faserhülle (27) mit einer zweiten zylinderförmigen Bezugsfläche (33) befestigt ist, deren Zylinderachse mit der optischen Achse der optischen Faser zusammenfällt,

c) ein Zentrierelement (37) vorgesehen ist, das mit der ersten und zweiten Bezugsfläche (13, 33) derart zusammenarbeitet, daß die Zylinderachsen nach wie vor zueinander fluchten,

d) auf dem Substrat (1) neben einer weiteren Endfläche gegenüber der genannten Endfläche mindestens zwei einzelne zueinander parallele optische Wellenleiterendteile (5) vorgesehen sind, die an der genannten weiteren Endfläche enden,

e) eine weitere gegenüber der genannten weiteren Endfläche (9) vorgesehene Faserhülle (39) eine Anzahl Endteile optischer Fasern (19) enthält, deren Anzahl der Anzahl Wellenleiterendteile (5) entspricht, wobei der gegenseitige Abstand der optischen Achsen der Endteile derselbe ist wie der der optischen Achsen der Wellenleiterendteile, und

f) ein weiteres Zentrierelement mit der Substrathülle und der weiteren Faserhülle zusammenarbeitet, damit die genannten optischen Faserendteile bzw. die genannten sich parallel zueinander erstreckenden Endteile nach wie vor zentriert sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zylinderachsen der ersten und zweiten Bezugsfläche (15, 35) mit der optischen Achse des Wellenleiters (5) oder der der Mitte am nächsten liegenden Faser (19) zusammenfallen.