DE3854723T2

DE3854723T2 - Faseroptische koppler und kopplungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE3854723T2
Application number: DE3854723T
Authority: DE
Inventors: Berge Eduardus Ten; Alst Gerardus Van
Original assignee: Whitaker LLC
Current assignee: Whitaker LLC
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1988-06-06
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2008-06-07
Also published as: KR890702058A; EP0433277A1; JP2704178B2; EP0433277B1; WO1988010441A1; GB8714396D0; JPH01503650A; DE3854723D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen faseroptischen Koppler und auf eine faseroptische Kopplungsvorrichtung, die eine aktive optische Vorrichtung aufweist, die entweder eine lichtempfindliche Vorrichtung, z.B. eine lichtempfindliche Diode, oder eine lichtaussendende Vorrichtung, z.B. eine lichtaussendende Diode oder ein Laser sein kann.
In EP-A1-96 511 ist ein faseroptischer Koppler beschrieben, der eine optische Nadel in der Form einer Länge einer optischen Faser aufweist, die eine starre konzentrische Beschichtung von konstanter Dicke hat und die an jeder ihrer entgegengesetzten Endflächen mit einer optischen Oberfläche ausgebildet ist; mit einer aktiven optischen Vorrichtung; und mit Einrichtungen zum Abstützen der optischen Nadel und der optischen Vorrichtung zur Übertragung von Licht dazwischen.
Die vorliegende Erfindung ist dazu bestimmt, einen solchen Koppler zu schaffen, der mit einer faseroptischen Koppleranordnung kompatibel ist, die aufgrund der Steckbarkeit der Teile der Anordnung leicht zusammengefügt und auseinandergenommen werden kann.
Gemäß einem ihrer Aspekte besteht die Erfindung in einem faseroptischen Koppler, wie er in Anspruch 1 definiert ist.
Der Koppler kann an den Benutzer zum Einbauen in eine faseroptische Verbinderanordnung geliefert werden, die elektrische Anschlüsse zum Verbinden mit den äußeren Elektroden und Einrichtungen zum Abstützen der Kartusche hat, wobei die Endfläche des vorragenden freien Endabschnitts in lichtübertragender oder lichtaufnehmender Beziehung mit einer weiteren optischen Faser steht, z. B. mit einer weiteren optischen Nadel.
Da eine optische Nadel notwendigerweise starr ist und somit als Stecker wirken kann, können zwei optische Nadeln in lichtübertragender Beziehung verbunden werden, indem ihre Endabschnitte durch entgegengesetzte Enden eines starren Ausrichtglieds eingesetzt werden, das die Form einer rohrförmigen Klemme haben kann. Die Nadelendabschnitte und die Klemme können auf sehr enge Toleranzen dimensioniert werden, insbesondere dann, wenn die Klemme aus keramischem Material besteht, so daß die Endabschnitte gleittahig und dicht in der Klemme aufgenommen sind, wodurch die Nadelendabschnitte fest relativ zueinander positioniert sind und wodurch die lichtübertragende Verbindung leicht hergestellt und unterbrochen werden kann.
Obwohl in US-A-4 186 996 ein modularer faseroptischer Koppler beschrieben ist, der eine aktive optische Vorrichtung enthält, ist die Faser in Beziehung zu der aktiven optischen Vorrichtung mittels eines harzförmigen Gießmaterials positioniert. Gemäß US-A-4 273 413 weist ein faseroptischer Koppler, der eine aktive optische Vorrichtung enthält, eine nachgiebige Klemme auf, die ein fotoelektrisches Element enthält. Der Verbinder weist jedoch nicht eine optische Nadel auf. Obwohl US-A-3 840 889 und US-A-4 461 538 Koppler betreffen, in denen eine optische Faser in lichtübertragender Beziehung mit einer aktiven optischen Vorrichtung gehalten ist, hat keiner dieser Koppler die Form einer Kartusche und keiner weist eine optische Nadel auf.
Die Beschichtung der optischen Nadel kann hergestellt werden durch Elektroplattieren der Faser mit Metall und dann Ätzen der so geschaffenen Beschichtung auf die erforderliche Dicke, nachdem die optischen Oberflächen hergestellt wurden.
Die Kartusche kann die Form eines Rohres haben, das einen ersten Metallteil aufweist, der ein geschlossenes Ende hat, das mit einer Bohrung ausgebildet ist, in der die Nadel fixiert ist, z.B. durch Kaltlöten oder Schweißen, wobei der erste Metallteil mit einem zweiten Metallteil durch das Medium eines Isolators verbunden ist. Der erste Metallteil enthält die aktive optische Vorrichtung mit einem lichtübertragenden oder einem lichtaufnehmenden Element, z. B. eine Linse, der aktiven Vorrichtung in der Nähe der benachbarten Endfläche der optischen Nadel. Die aktive optische Vorrichtung kann unter Drucksitz in dem ersten Metallteil angebracht sein, um elektrischen Kontakt zwischen einer Metallbüchse der aktiven Vorrichtung und dem ersten Metallteil herzustellen, wobei eine andere Elektrode der aktiven Vorrichtung elektrisch mit dem zweiten Metallteil verbunden ist, so daß die Metallteile die entsprechenden äußeren Elektroden der Kartusche darstellen. Die aktive optische Vorrichtung kann z.B. eine lichtaussendende Diode sein, deren Büchse die Kollektorelektrode der aktiven optischen Vorrichtung ist, wobei eine Emitterelektrode, die gegenüber der Büchse isoliert ist, mit dem zweiten Metallteil verbunden ist. Die Metallteile der Kartusche können z. B. aus Messing hergestellt sein.
Gemäß einem anderen ihrer Aspekte besteht die vorliegende Erfindung in einer faseroptischen Koppleranordnung, wie sie in Anspruch 6 definiert ist.
Die zweite optische Nadel, die mit einer lichtübertragenden oder lichtaufnehmenden Schaltung verbunden sein kann, kann mit Abstand von dem Ausrichtglied zurückversetzt einen Teil mit vergrößertem Querschnitt haben, der in einer Bohrung in einem ersten Stützglied aufgenommen ist, das Verriegelungsarme zum Halten des Ausrichtglieds in seiner Stellung hat.
Der Koppler kann in einem zweiten Stützglied angeordnet sein, das eine Abdeckung hat, die die Verriegelungsarme des ersten optischen Kopplers aufnimmt und dadurch diese in einer Verriegelungsstellung hält, und er kann lösbar in einer Bohrung in dem zweiten Stützglied mittels der Anschlüsse befestigt sein, die Kontaktabschnitte haben können, die in den Vertiefungen in den Elektroden der Kartusche mit einer Schnappwirkung angreifen.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese zur Wirkung gebracht werden kann, wird nun beispielsweise auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen:
Fig. 1 ist eine Schnittansicht der faseroptischen Koppleranordnung, die einen faseroptischen Koppler aufweist;
Fig. 2 ist eine isometrische Ansicht einer optischen Nadel;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht des faseroptischen Kopplers; und
Fig. 4 ist eine auseinandergezogene Seitenansicht des faseroptischen Kopplers.
Eine Form von optischer Nadel 2 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Die Nadel 2 besteht aus einer kurzen Länge von optischer Faser 4, wobei an der Faser durch Elektroplattieren eine starre konzentrische Metallbeschichtung angebracht ist und in einem Maße abgeätzt worden ist, um einen nadelartigen freien Endabschnitt 8 von mit Metall beschichteter Faser zu erzeugen, der durch einen abgeschrägten Übergangsabschnitt 9 zu einem vergrößerten Abschnitt 6 gefolgt ist, über welchen die Metallbeschichtung ihre ursprüngliche Dicke hat. Jede entgegengesetzte Endfläche der Faser wurde mit einer optischen Oberfläche ausgebildet, bevor die Beschichtung geätzt wurde. Die Beschichtung kann in einem Maß geätzt werden, um eine optische Nadel mit konstanter Querschnittsfläche zu erzeugen oder um einen Übergangsabschnitt jeder erforderlichen Neigung zu erzeugen.
Ein in den Figuren 1, 3 und 4 gezeigter faseroptischer Koppler 10 weist eine Kartusche 12 mit kreisförmigem Querschnitt auf, die einen ersten rohrförmigen Metallteil 14 hat, der ein geschlossenes Ende 16 hat, das mit einer konzentrischen Bohrung 18 ausgebildet ist, die mit einem inneren Hohlraum 20 mit kreisförmigem Querschnitt in Verbindung steht und sich in eine vordere Fläche 22 des Teils 14 öffnet. Das hintere Ende des Teils 14, das offen ist, ist mit einem Mantel 23 ausgebildet, der einen vorderen Teil eines Isolators 24 aufnimmt, der eine zentrale Öffnung 26 hat. Der vordere Teil ist durch einen radialen Flansch 28 begrenzt der an dem hinteren Ende des Mantels 23 anliegt. Ein zweiter Metallteil 30 der Kartusche 12 hat einen nach vorn vorragenden Mantel 32, der einen hinteren Teil des Isolators 24 an der dem vorderen Teil entgegengesetzten Seite des Flanschs 28 aufnimmt, wobei das vordere Ende des Mantels 32 an dem Flansch 28 anliegt. Der Teil 30 hat eine zentrale Durchgangsbohrung 34 mit kreisförmigem Querschnitt, die konzentrisch mit der Öffnung 26 ist. wobei die Bohrung 34 einen nach hinten aufgeweiteten, kegelstumpfförmigen Lötnapf 35 bildet. Die Teile 14 und 30 haben gekrümmte konkave Umfangsnuten 48 und 50. Die Teile 14 und 30 und der isolator 24 sind in ihrer zusammengefügten Stellung mittels eines Klebers befestigt.
Eine aktive optische Vorrichtung 36 in der Form einer lichtaussendenden Diode in einer Metallbüchse 42, die eine Linse 38 an ihrem vorderen Ende und einen radialen Flansch 40 an ihrem hinteren Ende hat, wurde unter Drucksitz in den Hohlraum 20 des Teils 14 eingesetzt, bevor die Metallteile 14 und 30 mit dem Isolator 24 zusammengefügt wurden. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist der Flansch 40 in dem Mantel 23 untergebracht und wird durch den Isolator 24 berührt. Die Büchse 42 bildet die Kollektorelektrode der Diode 36, wobei eine Emitterelektrode 44 davon nach hinten gegenüber der Büchse 42 vorragt und dieser gegenüber isoliert ist. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, erstreckt sich die Elektrode 44 durch die Öffnung 26 in dem Isolator 24 und in den Napf 35 der Bohrung 34 und ist darin bei 46 verlötet. Die Teile 14 und 30 der Kartusche 12 (14) können beispielsweise aus Messing hergestellt sein. In der Bohrung 18 des Metallteils 14 ist eine faseroptische Nadel 8' mit konstanter Querschnittsfläche befestigt, ähnlich dem Teil 8 der in Fig. 2 gezeigten Nadel 2, und sie hat optische Oberflächen 42 und 54 an ihren Enden. Die Nadel 8' ist in der Bohrung 18 befestigt, wobei ihre optische Fläche 52 in lichtaufnehmender Beziehung mit der Linse 38 steht, z. B. durch Kaltlöten oder Schweißen.
Die in Fig. 1 gezeigte faseroptische Koppleranordnung weist ein erstes Stützglied 56 auf, das eine faseroptische Nadel 2' und ein starres Ausrichtglied in der Form einer rohrförmigen Klemme 57 mit kreisförmigem Querschnitt abstützt, sowie ein zweites Stützglied 58, das den faseroptischen Koppler 10 abstützt.
Das Stützglied 56 hat einen Hauptteil 60, der mit einer Bohrung 62 mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist, die einen Abschnitt 6' der Nadel 2' mit größerem Querschnitt aufnimmt, von der ein kleinerer Abschnitt 8" mit konstantem Querschnitt eng und gleitfähig in einer zentralen Bohrung 64 der Klemme 57 aufgenommen ist, die beispielsweise aus Glas, Keramik oder Metall hergestellt sein kann. Die Bohrung 64 hat an jedem ihrer Enden eine abgeschrägte Einführungsmündung 65 für das Nadelende. Die Klemme 57 ist in einer Abdekkung 66 eingeschlossen, die in Längsrichtung geteilt ist und einen kreisförmigen Querschnitt hat, die von dem Hauptteil 60 vorragt und nachgiebige Verriegelungsarme 68 bildet, die die Klemme 57 umschließen.
Das Stützglied 58 hat einen Hauptteil 70, der eine Abdeckung 72 mit kreisförmigem Querschnitt hat, die die Abdeckung 66 des Stützglieds 56 aufnimmt, wobei der Hauptteil 70 mit einer Bohrung 74 mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist, die den Koppler 10 aufnimmt und mit einer zweiten und mit einem kleineren kreisförmigen Querschnitt versehenen Bohrung 76 in Verbindung steht, die sich in eine vordere Fläche 78 innerhalb der Abdeckung 72 des Hauptteils 70 öffnet. Die Nadel 8' des Kopplers 10, die sich durch die Bohrung 76 erstreckt, ist eng und gleitfähig in der Bohrung 64 der Klemme 57 aufgenommen, wobei ihre optische Fläche 54 in lichtübertragender Beziehung Fläche zu Fläche mit der optischen Fläche 78 des Teils 8" der Nadel 2' steht.
In der Wand der Bohrung 74 sind beabstandete, gegenüberliegende, sich in Längsrichtung erstreckende Nuten 80 und 82 ausgebildet, wobei die Nut 80 länger ist als die Nut 82. In der Nut 80 ist unter Kraftsitz ein elektrischer Anschluß 86 gehalten, der einen vorragenden Federabschnitt 88 mit einem gebogenen Kontaktabschnitt 90 hat, der in die Nut 48 des Kopplers 10 eingreift. Ein weiterer elektrischer Anschluß 92, der unter Kraftsitz in der Nut 82 gehalten ist, hat einen vorragenden Federabschnitt (Kontaktabschnitt) 94 mit einem gekrümmten Kontaktabschnitt 96, der in die Nut 50 des Kopplers 10 eingreift. Die Anschlüsse 86 und 92 haben Kontaktschwänze 98 und 100, die an gedruckte Versorgungsleiter PC&sub1; und PC&sub2; an einer gedruckten Schaltungsplatte PCB angelötet sind, um elektrisches Potential auf die aktive optische Vorrichtung 36 über die Metallteile 14 und 30 der Kartusche 12 aufzubringen..
Wenn die Teile der in Fig. 1 gezeigten Anordnung auseinandergenommen sind, werden die Verriegelungsarme 68 geöffnet, die Klemme 57 wird dazwischen eingesetzt, und die Abdekkungen 66 und 72 werden zusammengefügt, worauf der Koppler 10 und die Nadel 2' dann in die Bohrungen 62 und 74 eingesteckt wird, so daß die Nadel 8' und der Abschnitt 8" der Nadel 2' eng in die Bohrung 64 der Klemme 57 gleiten, um die optischen Flächen 54 und 78 in benachbarter Beziehung Fläche zu Fläche anzuordnen. Der Koppler 10 paßt mit einer Schnappwirkung in die Bohrung 74, wenn die gekrümmen Kontaktabschnitte 90 und 96 der Anschlüsse 86 und 92 in die entsprechenden Nuten 48 und 50 der Kartusche 12 eingreifen.
Die (nicht gezeigte) optische Fläche der Nadel 2', entgegengesetzt zu ihrer optischen Fläche 78, wird mit einer optischen Schaltung mittels eines optischen Kopplers verbunden, der z. B. eine Klemme ähnlich der Klemme 57 aufweisen kann, um eine optische Nadel durch jedes Ende aufzunehmen.

Claims

1. Faseroptischer Koppler (10) mit einer optischen Nadel (8') in der Form einer Länge einer optischen Faser, die eine starre konzentrische Beschichtung konstanter Dicke hat und die an jeder ihrer entgegengesetzten Endflächen mit einer optischen Oberfläche (52, 54) ausgebildet ist, wobei eine eingehüllte aktive optische Vorrichtung (36) eine äußere Hülse und Elektroden (42, 44) für das Aufbringen elektrischer Potentiale darauf aufweist, und wobei eine Kartusche (12) einen ersten Teil (14) aufweist, der einen Hohlraum (20) hat, in dem die optische Vorrichtung (36) angebracht ist, und wobei eine in einer Wand des ersten Teils (14) ausgebildete Bohrung (18) mit dem Hohlraum (20) in Verbindung steht und in der ein Endabschnitt der optischen Nadel (8') fixiert ist, wobei die optische Vorrichtung (36) und die optische Nadel (8') so abgestützt sind, daß sie dazwischen die Übertragung von Licht gestatten, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Nadel (8') einen freien Endabschnitt hat, der von der Kartusche vorragt, daß eine erste Elektrode der eingehüllten aktiven optischen Vorrichtung durch die Hülse gebildet ist, daß der erste Teil (14) der Kartusche (12) einen ersten Metallteil aufweist, der eine erste äußere Elektrode bildet und die erste Elektrode der eingehüllten Vorrichtung berührt, und daß die Kartusche (12) ferner einen zweiten Metallteil (30) und einen Isolator (24) zwischen dem ersten und dem zweiten Metallteil (14, 30) aufweist, wobei die zweite Elektrode (44) der aktiven optischen Vorrichtung (36) elektrisch mit dem zweiten Metallteil (30) verbunden ist, der dadurch eine zweite äußere Elektrode bildet.

2. Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der optischen Nadel (8') metallisch ist und mit der ersten äußeren Elektrode (14) verlötet oder verschweißt ist.

3. Koppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (44) der aktiven optischen Vorrichtung (36) sich durch eine Bohrung (26) in dem Isolator (24) hindurch erstreckt.

4. Koppler nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Hülse unter Preßsitz in dem Hohlraum (20) aufgenommen ist.

5. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode der eingehüllten optischen Vorrichtung (36) eine Metallbüchse (42) ist.

6. Faseroptische Koppleranordnung mit einem faseroptischen Koppler (10) gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite optische Nadel (8") auch in der Form einer Länge einer optischen Faser (4), die eine starre Beschichtung hat und die an jeder ihrer entgegengesetzten Endflächen mit einer optischen Oberfläche (78) ausgebildet ist, wobei ein starres Ausrichtglied (57) gleitfähig und dicht einen Endabschnitt jeder optischen Nadel (8', 8") aufnimmt, und durch Mittel (56, 58) zum Halten der Endabschnitte in dem Ausrichtglied (57) mit ihren optischen Oberflächen (54 und 78) in benachbarter Beziehung Fläche an Fläche, wobei die Haltemittel (58) mit elektrischen Anschlüssen (86 und 92) versehen sind, die elektrisch mit entsprechenden äußeren Elektroden (14, 30) der Kartusche (12, 36) für das Anlegen eines elektrischen Potentials daran verbunden sind, wobei der faseroptische Koppler (10) in einer Bohrung (74) in den Haltemitteln (56, 58) aufgenommen ist und wobei die Beschichtung der ersten optischen Nadel (8') mit einer entsprechenden äußeren Elektrode (14) verlötet oder verschweißt ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel ein erstes Stützglied (56) und ein zweites Stützglied (58) aufweisen, wobei das erste Stützglied (56) eine erste Abdeckung (68) hat, die das Ausrichtglied (57) enthält und in einer zweiten Abdeckung (72) aufgenommen ist, die von dem zweiten Stützglied (58) vorragt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abdeckung (68) in Längsrichtung des Ausrichtglieds (57) geteilt ist, um Verriegelungsarme (68) zu bilden, um das Ausrichtglied (57) lösbar aufzunehmen.

9. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite optische Nadel (8") durch das erste Stützglied (56) abgestützt ist, wobei der Endabschnitt der zweiten optischen Nadel davon in das Ausrichtglied (57) vorragt.