DE3924703A1 - Verfahren zur herstellung eines linsenelementes fuer ein lichtwellenleiterende und linsenelement fuer ein lichtwellenleiterende - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Linsenelements für ein Lichtwellenleiterende nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Linsenelement für ein Lichtwellenleiterende, hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1.

Es ist bekannt, beim Einsatz von Lichtwellenleitern an Verbindungsstellen Lichtwellenleiterstecker vorzusehen. Man unterscheidet zwischen Direktsteckern und Linsensteckern. Bei Linsensteckern wird der Lichtwellenleiter an eine Linse angekoppelt, die das aus dem Lichtwellenleiter divergent austretende Licht näherungsweise zu einem Parallelstrahl bündelt, dessen Durchmesser in der Regel wesentlich größer als der des lichtführenden Kerns des Lichtwellenleiters ist.

Aus der DE-PS 29 06 104 ist eine Vorrichtung zum Koppeln zweier Lichtwellenleiter bekannt. Diese Vorrichtung weist eine Gradientenlinse auf. Das anzukoppelnde Ende eines Lichtwellenleiters wird durch ein Kunststoffteil geführt.

Zur Einführung des Lichtwellenleiters besitzt das Kunststoffteil zentrisch eine abgestufte Bohrung. Das Kunststoffteil bewirkt durch Verformung eine Zentrierung des Lichtwellenleiters auf die Gradientenlinse. Das Kunststoffteil und die Gradientenlinse sind in einen Steckerstift eingesetzt und dadurch aufeinander einjustiert. Eine Zentrierung der Faser erfolgt erst nachdem die Faser in das Kunststoffteil eingeführt ist. Beim Zentrieren der Faser wird der Durchmesser der Bohrung im Kunststoffteil von allen Seiten her gleichmäßig verkleinert. Linsenfehler der Gradientenlinse und Maßtoleranzen der Linse, des Steckerstifts oder des Kunststoffteils, die zu einer Abweichung der optischen Achse von der Achse des Steckerstiftes und der des Lichtwellenleiters führen, können bei der beschriebenen Vorgehensweise nicht berücksichtigt werden. Außerdem muß die Zentrierung und Fixierung des Lichtwellenleiters bei feldkonfektionierten Steckern am Ort der Konfektionierung vorgenommen werden.

Aus der DE-OS 37 33 987 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbindungsstellen für Lichtwellenleiter an Verbindungssteckern bekannt. Zur Herstellung von Verbindungsstellen für die sich gegenüberliegenden Enden von Lichtwellenleitern werden mittels eines Lasers unter Verwendung der optisch wirksamen Fläche einer Aufweitungslinse für die durchzuleitenden Lichtstrahlen in die Linse selbst bzw. in den Boden eines die Linse aufnehmenden topfförmigen Halters eine Sackbohrung bzw. eine Durchgangsbohrung geschmolzen.

In diese präzise auf der optischen Achse angeordneten Bohrungen können die Enden der Lichtwellenleiter auch im Falle der Feldkonfektionierung eingesteckt und befestigt werden. Linsenfehler werden bei diesem Verfahren berücksichtigt. Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß die Verschmutzungsgefahr während des Herstellprozesses, insbesondere in der geschmolzenen Bohrung, sehr hoch ist. Zudem ist die thermische Belastung, die beim Laserbohren auftritt, sehr hoch. An die Materialeigenschaften von Halter und Linse müssen also besondere Anforderungen gestellt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Linsenelementes anzugeben, das ein Linsenelement erzeugt, in das ein Lichtwellenleiterende ohne weitere Justage genau zentriert eingefügt werden kann. Ein solches Linsenelement ist anzugeben.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist im Patentanspruch 2 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellten Linsenelements sind in den Ansprüchen 3 und 4 angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Linsenelements ist ein sehr einfaches Verfahren, daß sich die Verschiebung des Zentrierelementes in Abhängigkeit von der gemessenen Lichtintensität oder der Verteilung des Lichtes gesteuert. Diese Steuerung kann über ein Regelkreis erfolgen. Das Verfahren kann mit Linsenkörpern und Zentrierelementen aus beliebigem Material durchgeführt werden. Der Linsenkörper kann beispielsweise auch in einer Metallhülse gefaßt sein. Ein Linsenelement aus Kunststoffspritzgußteilen stellt sich als besonders vorteilhaft heraus. Es ist sinnvoll Linsenkörper und Zentrierelement aus dem gleichen Material herzustellen, um eine gleiche thermische Ausdehnung zu gewährleisten. Die genaue Justage des Zentrierelementes kann beispielsweise über ein Positioniergerät mit Piezo-Translatoren erfolgen. In den Linsenkörper wird beispielsweise über einen Laser paralleles Licht eingekoppelt, wodurch die optische Achse der Linse genau gekennzeichnet wird. Der Linsenkörper wird dazu so ausgerichtet, daß das Licht parallel zu den äußeren Bezugsflächen und somit parallel zur geometrischen oder mechanischen Achse des Linsenkörpers einfällt. Diese äußeren Bezugsflächen sind auch später Führungsflächen, wenn das Linsenelement beispielsweise in eine Steckerhülse eingesetzt wird. Die Achse der Bohrung des Zentrierelementes wird auf die optische Achse ausgerichtet und anschließend fixiert. Zur Ausrichtung der optischen Achse des Linsenkörpers auf die optische Achse der Bohrung wird das durch die Bohrung hindurchtretende Licht detektiert. Es sind zwei verschiedene Vorgehensweisen sinnvoll. Bei der ersten wird die Lichtintensität summiert und man geht davon aus, daß die Bohrung optimal angeordnet ist, wenn die Summenintensität maximal ist. Die zweite Methode zeichnet die räumliche Verteilung der Intensität auf und bestimmt, wann die Bohrungsachse in einer zur Bohrungsachse nahezu senkrechten Ebene mit dem Schwerpunkt der Verteilung zusammenfällt.

Das Zentrierelement wird in der so ermittelten Lage am Linsenkörper fixiert. Dies kann durch sehr unterschiedliche Maßnahmen, wie beispielsweise verkleben, geschehen. Die optischen Abbildungsfehler der Linse werden durch den oben beschriebenen Justagevorgang berücksichtigt. Eine Feldmontierbarkeit von Lichtwellenleiterenden im Linsenelement ist gewährleistet. Das Lichtwellenleiterende kann danach dem vorgefertigten Linsenelement justagefrei zugefügt werden, indem es in die Bohrung des Zentrierelementes eingeschoben wird. Die Bohrung kann sich an beliebiger Stelle des Zentrierelementes befinden. Für die verschiedenen Lichtwellenleiterdurchmesser können verschiedene Zentrierelemente mit Bohrungen unterschiedlicher Durchmesser angeboten werden. Die Bohrungen sind dann vorzugsweise zylindrisch. Wenn die Bohrung im Zentrierelement an dem dem Linsenkörper zugewandten Ende konisch ausgeführt ist, so ist es möglich geringe Toleranzen im Durchmesser der Lichtwellenleiterenden zu berücksichtigen. Zwar bedeutet dies einen unterschiedlichen Abstand von Lichtwellenleiterenden mit unterschiedlichem Durchmesser von der Stirnfläche des Linsenkörpers, diese geringen axialen Unterschiede sind jedoch hinsichtlich der späteren Einfügedämpfung von Linsensteckern und verwandten Komponenten vernachlässigbar. Die genaue Justierung in transversaler Richtung wirkt sich wesentlich stärker auf die Kopplungseigenschaften des Lichtwellenleiters an die Linse aus. Auch eine abgestufte Bohrung mit abnehmendem Durchmesser zum Linsenkörper hin, die für Lichtwellenleiter verschiedener Durchmesser geeignet ist, ist sinnvoll. Sie erlaubt die Herstellung eines universellen Linsenelementes.

Die Verwendung des Linsenelementes ist für viele optische Komponenten sinnvoll. Das Linsenelement kann vorzugsweise in Lichtwellenleiter-Linsensteckern eingesetzt werden. Dazu wird das Linsenelement in einem Steckerstift fixiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.

Die Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Linsenelement.

In der Figur ist ein Linsenkörper 1 zu erkennen, der axialsymmetrisch aufgebaut ist. Eine Stirnfläche 4 des Linsenkörpers ist eben, die andere Stirnfläche ist konvex nach außen gewölbt. Man kann von einer plankonvexen Stablinse sprechen. An der planen Stirnfläche 4 des Linsenkörpers 1 befindet sich ein Zentrierelement 2. Das Zentrierelement ist zylindrisch. Es weist eine Bohrung 3 auf, deren Achse mit der Zylinderachse zusammenfällt. Die Bohrung 3 ist abgestuft. Dies erleichtert das Einführen eines Lichtwellenleiters. An dem dem Linsenkörper 1 zugewandten Ende des Zentrierelements 2 verjüngt sich die Bohrung 3 konisch. Dies ermöglicht eine Fixierung von Lichtwellenleitern mit minimal voneinander abweichenden Durchmessern. Auf der dem Zentrierelement abgewandten Seite des Linsenkörpers befindet sich eine Lichtquelle L. Diese Lichtquelle L, beispielsweise ein Laser, strahlt paralleles Licht in den Linsenkörper 1 ein. Ein Detektor D ist an dem dem Linsenkörper 1 abgewandten Ende des Zentrierelements 2 angeordnet. Mit dem Detektor D wird die gesamte Lichtintensität oder die Verteilung des Lichtes, das durch die Bohrung 3 im Zentrierelement 2 tritt, gemessen. Das Zentrierelement 2 wird so lange verschoben, bis die gemessene Lichtintensität maximal ist oder bis der Schwerpunkt der Verteilung des durchtretenden Lichtes mit der Bohrungsachse zusammenfällt. Dann sind die optische Achse des Linsenkörpers 1 und die Achse der Bohrung 3 des Zentrierelementes 2 optimal aufeinander einjustiert. In dieser Stellung wird das Zentrierelement 2 fixiert. Dies kann beispielsweise durch Verkleben geschehen. Es ist dabei sinnvoll, nicht die gesamte Stirnfläche des Zentrierelementes 2 mit dem Linsenkörper 1 zu verkleben. Statt dessen ist es sinnvoll, am Zentrierelement 2 an der dem Linsenkörper 1 zugewandten Seite einen umlaufenden Vorsprung vorzusehen mit dem das Zentrierelement 2 auf der Stirnseite 4 des Linsenkörpers 1 verklebt werden kann.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines Linsenelementes für ein Lichtwellenleiterende aus einem axialsymmetrischen Linsenkörper mit zumindest einer annähernd planen Stirnfläche und aus einem Zentrierelement mit einer Bohrung, in die ein Lichtwellenleiterende einbringbar ist, wobei in den Linsenkörper von der der planen Stirnfläche gegenüberliegenden Seite paralleles Licht eingekoppelt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• - Der Linsenkörper (1) wird so angeordnet, daß die optische Achse des parallelen Lichtes und die geometrische Achse des Linsenkörpers (1) parallel zueinander verlaufen.
• - Das Zentrierelement (2) wird an der planen Stirnfläche (4) des Linsenkörpers (1) derart verschiebbar angeordnet, daß die Achse der Bohrung (3), deren Innendurchmesser auf den Manteldurchmesser des Lichtwellenleiters abgestimmt ist, und die Symmetrieachse des Linsenkörpers (1) näherungsweise parallel zueinander verlaufen.
• - Die Verteilung der Intensität oder die Summenintensität des durch die Bohrung (3) des Zentrierelements (2) fallenden Lichtes wird mit einem Detektor (D) detektiert.
• - Das Zentrierelement (2) wird auf der Stirnfläche (4) des Linsenkörpers (1) so lange verschoben, bis die gemessene Lichtintensität des durchtretenden Lichts maximal ist oder bis der Schwerpunkt der Verteilung des durchtretenden Lichts in mindestens einer Ebene mit der Bohrung zusammenfällt.
• - Das Zentrierelement (2) wird am Linsenkörper (1) fixiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschieben des Zentrierelements über einen Regelkreis in Abhängigkeit von der detektierten Lichtintensität oder Verteilung des Lichts gesteuert wird und automatisch erfolgt.

3. Linsenelement für ein Lichtwellenleiterende, hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrierelement (2) eine Bohrung (3) aufweist, die sich zum Linsenkörper (1) hin konisch verjüngt oder die elastisch ist oder die abgestuft ist und zum Linsenkörper hin den kleinsten Durchmesser aufweist oder die zylindrisch ist.

4. Linsenelement für ein Lichtwellenleiterende, hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrierelement (2) an der dem Linsenkörper (1) zugewandten Seite einen umlaufenden Vorsprung aufweist, mit der es am Linsenkörper (1) fixierbar ist.