DE4002620A1 - Vorrichtung zur fixierung einer lichtleitfaser - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Fixierung einer Lichtleitfaser nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Beim Übergang von Lichtwellenleitern auf andere optische Bauelemente, wie beispielsweise Linsen, Laserdioden, Empfängerdioden, Prismen und Reflektoren, ist eine genaue Fixierung der Lichtleitfaser erforderlich. Dieses ist wegen des geringen Durchmessers, insbesondere bei Ein-Mode-Lichtleitfasern, besonders kritisch.

Bei einem bekannten Verfahren zum Zentrieren eines Lichtwellenleiters in einer Hülse ist in dieser ein aus duktilem Material - vorzugsweise Blei - bestehender Körper angeordnet, der mit einer Bohrung versehen ist, in welcher der Lichtwellenleiter bei der Montage eingeführt und durch Verformung des duktilen Körpers fixiert wird. Bei einem Verfahren dieser Art (DE-PS 34 42 822) wird je nach Ablage der Faser auf den duktilen Körper ein unsymmetrischer Druck ausgeübt, so daß eine Feinjustierung möglich wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird jedoch eine spezielle Prägevorrichtung benötigt sowie ein Mikroskop zur Kontrolle.

Bei einem anderen bekannten Verfahren (DE-OS 37 33 987) wird mit Hilfe eines in der optischen Achse der Linse angebrachten Lasers eine Bohrung in den Boden eines Halters geschmolzen. Dieses hat zwar den Vorteil, daß die Bohrung ohne weitere Maßnahmen im Brennpunkt der Linse entsteht. Maßnahmen zur Fixierung des Lichtwellenleiters, insbesondere wenn dieser die üblichen Herstellungstoleranzen aufweist, sind jedoch nicht vorgesehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Fixierung einer Lichtleitfaser an einem optischen Bauelement anzugeben, bei welcher eine genaue und dauerhafte Montage auch im Außenbereich möglich ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß keine komplizierten und empfindlichen Werkzeuge und Vorrichtungen zur Montage benötigt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei der Montage keine Temperaturen erforderlich sind, die eine Gefährdung des optischen Bauelements oder anderer Teile bedeuten.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Werkstoffe mit Formgedächtnis sowohl mit Einwegeffekt als auch mit Zweiwegeffekt verwendet werden. Wird beispielsweise bei einem Werkstoff mit Zweiwegeffekt die Umschalttemperatur durch geeignete Werkstoffauswahl auf einen Wert gelegt, der unterhalb der am Einbauort auftretenden Temperaturen liegt, so kann in einfacher Weise durch Ansprühen des Fixierelements mit Kältespray die zur Aufnahme der Lichtleitfaser vorgesehene Bohrung erweitert werden, worauf die Lichtleitfaser eingeführt wird. Durch eine anschließende Erwärmung des Fixierelements durch die Umgebungsluft schrumpft die Bohrung und spannt somit die Lichtleitfaser fest ein.

Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Werkstoff mit Einwegeffekt wird zweckmäßigerweise die Umschalttemperatur auf einen Wert gelegt, der bei der Lagerung, bei der Verarbeitung und beim Transport der Fixierelemente nicht auftritt - beispielsweise auf einen Wert zwischen +80°C und +90°C. Nach dem Einführen der Lichtleitfaser wird das Fixierelement kurzzeitig erwärmt, worauf die Bohrung schrumpft und die Lichtleitfaser einspannt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.

Insbesondere ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß bei einem an sich einstückigen Fixierelement ein innerer Bereich, der sich an die Bohrung anschließt, mit einem äußeren Bereich des Fixierelements derart verbunden ist, daß eine Verformung des inneren Bereichs nach außen möglich ist. Dadurch wird Veränderungen des Außendurchmessers des Fixierelements begegnet, obwohl im inneren Bereich neben einer Vergrößerung des Innendurchmessers auch eine Vergrößerung des die Bohrung umgebenden Bereichs stattfindet. Statt dessen ist es jedoch auch möglich, die Temperaturänderung nur im engeren Bereich um die Bohrung wirksam werden zu lassen oder das Fixierelement im äußeren Bereich durch einen formstarren Teil festzulegen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht und einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Ansicht und einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 eine Ansicht und einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 einen Längsschnitt und einen Querschnitt durch einen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen Stecker und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen weiteren Stecker.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Fixierelement 1 gemäß Fig. 1 weist die Form eines flachen Zylinders auf und besteht beispielsweise aus einer Nickel-Titan-Legierung. Eine axiale Bohrung 2 weist einen Durchmesser d auf, der unterhalb einer Umschalttemperatur größer ist als der Durchmesser der Lichtleitfaser. Hierbei sind die jeweiligen Herstellungstoleranzen zu berücksichtigen. So weist beispielsweise nach CCITT und anderen Normen eine Lichtleitfaser mit einem Nenn-Manteldurchmesser von 125 µm einen tatsächlichen Manteldurchmesser von 122 µm bis 128 µm auf.

Durch entsprechende Verfahren ist es möglich, eine sehr genaue Bohrung mit einer geringen Toleranz von beispielsweise ±1 µm herzustellen. Zur Fixierung einer Lichtleitfaser mit den obengenannten Toleranzen wird in das Fixierelement 1 eine Bohrung von beispielsweise d₁=122 ±1 µm eingebracht. Dazu sind mehrere geeignete Verfahren bekannt, die eine ausreichende Genauigkeit erlauben, beispielsweise Bohren, Stechen oder Laserbohren.

Vor der Montage wird im Falle des Zweiwegeffekts der Bereich des Fixierelements um die Bohrung unter die Umschalttemperatur gebracht, worauf sich der Durchmesser auf d₂=129 µm±1 µm erweitert. In diesem Zustand können alle in dem obengenannten Toleranzfeld liegenden Lichtleitfasern in die Bohrung 2 eingeführt werden. Bei der anschließenden Wiedererwärmung zieht sich das Fixierelement zusammen und fixiert somit die Lichtleitfaser.

Zur Erleichterung des Einführens der Lichtleitfaser in die Bohrung 2 ist die Bohrung 2 mit einer trichterförmigen Erweiterung 3 versehen.

Zur Fixierung der Lichtleitfaser innerhalb des Fixierelements 1 genügt an sich ein sehr kleiner Bereich um die Bohrung 2. Das Fixierelement ist jedoch größer ausgelegt, um eine Handhabung sowie eine Montage mit anderen Teilen zu erleichtern. So wird beispielsweise nach einer von der Anmelderin früher eingereichten Patentanmeldung P 39 24 703 ein Fixierelement auf die plane Stirnfläche eines Linsenkörpers aufgeklebt oder lasergeschweißt. Für eine derartige Verbindung sowie andere Befestigungen des Fixierelements ist es regelmäßig nicht vorteilhaft, wenn zur Einführung der Lichtleitfaser in das Fixierelement das gesamte Fixierelement seine Größe, insbesondere seinen Durchmesser verändert.

Um die Größenänderung im wesentlichen auf einen inneren Bereich zu beschränken, sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 um die Bohrung 2 für die Lichtleitfaser kreisförmig achsparallele Bohrungen 4 vorgesehen. Durch die zwischen den Bohrungen 4 liegenden Stege 6 ist einerseits die Wärmeleitung zwischen dem inneren Bereich 5 und dem äußeren Bereich 7 eingeschränkt. Andererseits erlauben die Stege 6 eine Ausdehnung des inneren Bereichs, ohne daß sich der äußere Bereich 7 ebenfalls ausdehnt. Dadurch ist eine Abkühlung oder Erwärmung und damit eine Ausdehnung im wesentlichen auf den inneren Bereich 5 des Fixierelements 1 beschränkt.

Das Fixierelement 11 gemäß Fig. 2 entspricht im wesentlichen dem Fixierelement 1 gemäß Fig. 1 und ist ebenfalls mit einer Bohrung 12 und einer trichterförmigen Erweiterung 13 versehen. Lediglich zur Entkopplung zwischen dem inneren Bereich 15 und dem äußeren Bereich 17 sind andere Öffnungen 14 vorgesehen.

Das Fixierelement 11′ gemäß Fig. 3 entspricht im wesentlichen dem Fixierelement 11 gemäß Fig. 2. Mindestens eine der drei Öffnungen 14′ ist jedoch mit der Bohrung 12′ durch je einen Schlitz 16′ verbunden, wodurch diese in einem noch größeren Bereich im Durchmesser veränderbar ist.

Der in Fig. 4 dargestellte Stecker besteht aus einem Führungsrohr 21, das im vorderen Teil eine Kunststofflinse 22 enthält. Die konvexe Stirnfläche der Linse 22 bildet ein Eintrittsfenster für paralleles Licht, das beispielsweise von einer Laserdiode erzeugt wird. Das einfallende Licht wird auf einen Brennpunkt 23 konzentriert, in welchem sich die Stirnfläche einer Lichtleitfaser 24 befindet.

Die Lichtleitfaser 24 wird dort von einem Fixierelement 25 gehalten, das gemäß der Erfindung aus einem Werkstoff mit Formgedächtnis besteht. Der von der Kunststofflinse 22 abgewandte Bereich des Führungsrohrs 21 enthält eine Hülse 26, die einerseits durch eine entsprechend erweiterte Öffnung 27 als Einführhilfe und andererseits zum Abfangen des Lichtleiterkabels 28 dient.

Das Fixierelement 25 ist gemäß dem Verfahren nach der Patentanmeldung P 39 24 703 nach einer entsprechenden Justierung auf die plane Stirnfläche der Kunststofflinse 22 aufgeklebt. Dabei erfolgt eine Verklebung nur in einem äußeren Bereich 33, der von einem inneren Bereich der Stirnfläche des Fixierelements durch eine umlaufende Nut 29 getrennt ist. Das Führungsrohr 21 weist im Bereich des Fixierelements 25 zwei Öffnungen 30, 31 auf, die eine Manipulation des Fixierelements 25 zum Zwecke des Justierens ermöglichen. Ferner ist in dem Fixierelement 25 eine radiale Bohrung 32 vorgesehen, welche ein Vergießen des Primär- und Sekundärschutzes der Lichtleitfaser ermöglicht. Dazu eignet sich beispielsweise ein Zweikomponenten-Epoxidharzkleber.

Fig. 5 stellt einen Stecker dar, der ähnlich wie der Stecker in Fig. 4 aufgebaut ist. Das Führungsrohr 41 ist jedoch bei 42 nach innen eingezogen, so daß zwischen die Linse 43 und das Fixierelement 44 ein metallischer Flansch eintritt. An diesen wird das Fixierelement 44 mit Hilfe eines bei 45 angedeuteten Laserstrahls angeschweißt. Vorzugsweise sind am Umfang des Fixierelements 44 drei Schweißpunkte vorgesehen, wozu entsprechende Durchbrüche 46 in dem Führungsrohr 41 angeordnet sind.

Das Fixierelement 44 weist außer dem die zentrische Bohrung 47 enthaltenden Teil einen zylindrischen Teil 48 auf. An diesen können drei Griffstücke eines Manipulators im Winkelabstand von 120° angreifen. Der Manipulator 49 ist in der Figur lediglich angedeutet. Aussparungen 50 ermöglichen dem Manipulator 49 durch das Führungsrohr 41 hindurchzugreifen. Neben den bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen achsparallelen Bohrungen 51 weist das Fixierelement 44 noch radiale Bohrungen 52 auf, welche zur Führung des die Temperaturänderung des Innenteils 53 bewirkenden Mediums dienen. Außerdem ist ein Ringkanal 54 vorgesehen, der zu einer Verformbarkeit des inneren Teils 53 ohne Verformung des äußeren Teils des Fixierelements 44 beiträgt.

Der von der Linse 43 abgewandte Bereich des Führungsrohrs 41 enthält eine Hülse 55, die zum Abfangen des gestrichelt dargestellten Lichtleiterkabels 56 dient.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Fixierung einer Lichtleitfaser an einem optischen Bauelement oder an einer anderen Lichtleitfaser, vorzugsweise an einer Linse, wobei ein Fixierelement an dem optischen Bauelement fixierbar ist und eine Bohrung für die Lichtleitfaser enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierelement (1, 11, 11′, 25, 44) aus einem Werkstoff mit Formgedächtnis (Memory-Legierung) besteht und derart ausgebildet ist, daß die Bohrung (2, 12, 12′) bei einer vorgegebenen Temperatur von einem Durchmesser, der größer als der Durchmesser der Lichtleitfaser ist, auf einen geringeren Durchmesser schrumpft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (2, 12, 12′) in einem ersten Temperaturbereich einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser der Lichtleitfaser ist, und in einem zweiten Temperaturbereich die Lichtleitfaser fest umschließt und daß der erste Temperaturbereich bei Temperaturen unterhalb von üblichen Umgebungstemperaturen, beispielsweise unterhalb -30°C liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrumpfen der Bohrung durch ein einmaliges Erwärmen, beispielsweise auf 90°C, erreichbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem an sich einstückigen Fixierelement (1, 11, 11′) ein innerer Bereich (5, 15, 15′), der sich an die Bohrung (2, 12, 12′) anschließt, mit einem äußeren Bereich (7, 17, 17′) des Fixierelements derart verbunden ist, daß eine Verformung des inneren Bereichs nach außen möglich ist, wobei die Lage der Bohrung erhalten bleibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierelement (1, 11, 11′) im wesentlichen die Form eines Zylinders aufweist, daß die Bohrung (2, 12, 12′) zur Aufnahme der Lichtleitfaser in der Zylinderachse vorgesehen ist und daß zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte achsparallele Öffnungen (4, 14, 14′) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der achsparallelen Öffnungen (14′) mit der Bohrung (12′), vorzugsweise durch einen Schlitz (16′), verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierelement (25) auf der Stirnfläche eines optischen Bauelements (22) mit zylinderförmiger Mantelfläche aufgebracht ist, das in einem Führungsrohr (21) angeordnet ist, welches im Bereich eines von dem optischen Bauelement (22) entfernten Bereichs eine Einrichtung (26) zum Einführen eines noch nicht montierten Lichtleiterkabels (28) und zum Abfangen des montierten Lichtleiterkabels (28) enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (21) im Bereich des Fixierelements (25) seitliche Öffnungen (30, 31) umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierelement (25) durch Klebung mit dem optischen Bauelement (22) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierelement (44) an einem das optische Bauelement (43) haltenden Metallteil (41, 42) angeschweißt ist.