DE4015978A1 - Verfahren zum justieren von zwei lichtwellenleitern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren von zwei Lichtwellenleitern oder von einem Lichtwellenleiter und einem aktiven optischen Sende- und Empfangselement, bei dem durch Verschieben die Stellung des maximalen Kopplungswirkungsgrades erreicht wird.

Einsatzgebiete für das Verfahren der eingangs erwähnten Art in Verbindung mit kleinem Regelzeitkonstanten sind z. B. vollautomatische Meß- und Prüfsysteme in der Fertigung bzw. Qualitätskontrolle von faseroptischen Komponenten. Das Verfahren eignet sich insbesondere für automatische Fusions-Spleißgeräte in Mono- oder Multimodetechnik zur Kopplungsoptimierung insbesondere während der Brenndauer des Lichtbogens und Applikationen, bei denen eine stabile Leistungsübertragung während der Optimierungsphase nicht gewährleistet ist.

Die bisherige Spleißtechnik hat die Nachteile, daß eine Positionsbeeinflussung während der Brenndauer des Lichtbogens aufgrund der damit verbundenen Fremdlichteinkopplung und der sich ändernden Übertragungsverhältnisse nicht möglich ist. Bei der Verwendung von Biegekopplern besteht zusätzlich der Nachteil, daß der Auskopplungswirkungsgrd dieser Komponenten nicht definiert und zeitlich nicht konstant ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß das Kriterium für die Ausrichtung der Komponenten zueinander einzig und allein die räumliche Position ist, bei der der Kupplungswirkungsgrad ein Maximum erreicht und die Erreichung dieses Maximums auf kürzestem Wege und in kürzester Zeit erfolgt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das in einem Mikromanipulator gehaltene Ende des Lichtwellenleiters in Form einer Spirale so lange bewegt wird, bis ein von einem der Lichtwellenleiter oder Sendemodul ausgehendes Signal detektiert wird, daß der Suchlauf nach Detektion abgebrochen und das Lichtwellenleiterende auf einer kegelförmigen Schraubenlinie bewegt, und durch Auswertung einer daraus resultierenden Intensitätsmodulation gleichzeitig radial und axial in die Position des Intensitätsmaximums verschoben wird. Die kegelförmige Schraubenlinie entsteht dadurch, daß das Lichtwellenleiterende während der axialen Verschiebung in die Lage des Intensitätsmaximums auf radialen Kreisbögen geführt wird, deren Durchmesser sich auf dem Weg zum Intensitätsmaximum in angepaßten Stufungen verringert.

Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens ist die radiale Positionsoptimierung, wobei weder die äußere Geometrie noch die Kerngeometrie des LWL einen Einfluß auf den Maximierungsprozeß haben.

Ein weiteres Kennzeichen des Verfahrens ist die Relativpositionierung, so daß für keine der beiden zu koppelnden faseroptischen Komponenten maßlich eng tolerierte Ausgangspositionen erforderlich sind.

Die erreichbare Koppelgenauigkeit ist unabhängig vom absoluten Betrag und von differentiellen Schwankungen der für den Koppelprozeß übertragenen Leistung.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß an die optische Qualität der Faserendflächen keine außergewöhnlichen Anforderungen gestellt werden - ein handelsübliches Fasertrenngerät ist für die Präparation vollkommen ausreichend - und eine in den Manipulator integrierte automatische Faserbenetzungseinrichtung für eine optische Anpassung und damit für eine reflexionsfreie Koppelzone sorgt.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Lichtwellenleiterende durch dynamisch ansteuerbare hochauflösende Translatoren bewegt. Vorzugsweise sind diese Piezotranslatoren mit einer Grenzfrequenz von mindestens 100 Hz.

Die Bewegung des Lichtwellenleiterendes wird vorteilhafterweise dadurch erzeugt, daß der eine Translator mit einem Sinussignal und der andere Translator mit einem Cosinussignal angesteuert wird. Dadurch erfolgt eine Positionsmodulation in Form einer Kreisbahn.

Die Richtung der vorzunehmenden radialen Verschiebung wird durch Vergleich der Phasenlage der resultierenden Intensitätsmodulation mit der einer Cosinus- und einer Sinusschwingung ermittelt. Der Vergleich wird zweckmäßigerweise durch Phasendetektoren vorgenommen.

Die radiale Positionsoptimierung in der X-, Y-Ebene übernehmen zwei separate Phasenregelkreise, die axiale Positionsoptimierung (Z-Richtung) ein in die Funktion der Phasenregelkreise eingebundener hochempfindlicher Faserkontaktdetektor.

Die Regelkreise arbeiten vorteilhafterweise frequenz- und phasenselektiv. Dadurch ist die erreichbare Genauigkeit in der Positionierung und damit die Reproduzierbarkeit der Koppeldämpfung von der Signalamplitude und ihren eventuell überlagerten periodischen oder nichtperiodischen Änderungen vollkommen unabhängig. Durch entsprechend gewählte Rotationsfrequenz und -amplitude kann das dynamische Verhalten der Phasenregelkreise den Anforderungen bezüglich Fangbereich, Haltebereich, Regelgeschwindigkeit und Regelabweichung für die unterschiedlichsten Kopplungsaufgaben angepaßt werden.

Die Erfindung ist anhand der in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, mit welcher in besonders einfacher Weise das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Die zu koppelnden faseroptischen Komponenten 1 und 2 sind in mechanischen Halterungen 3 und 4 befestigt. Die Halterung 4 und damit das in ihr befestigte Element 2 ist in jede beliebige Richtung bewegbar. Hierzu ist die Halterung 4 auf einem Mikromanipulator befestigt, der aus drei Translatoren 5, 6 und 7 besteht, welche die Halterung 4 in Richtung der X-, Y- und Z-Achse bewegen können. Die Ansteuerung der Translatoren 5, 6 und 7 erfolgt in an sich bekannter Weise. Bei den Translatoren insbesondere den X- und Y- Translatoren 6 und 7, handelt es sich um dynamisch ansteuerbare hochauflösende Translatoren. Piezotranslatoren sind für die Erfindung besonders geeignet.

Anhand der Fig. 2 soll der Ablauf des Verfahrens erläutert werden.

Das dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegende Prinzip der maximalen Leistungsübertragung kann als Justagekriterium nur dann verwendet werden, wenn bereits zu Beginn der Optimierungsphase ein Mindestmaß an optischer Leistung im anzukoppelnden Lichtwellenleiter 1 bzw. 2 detektiert wird.

Ein gezielter Suchlauf muß daher zunächst diesen Ausgangszustand herbeiführen. Dafür steht der gesamte Stellbereich der X- und Y-Translatoren 6 und 7 zur Verfügung. Unter statistischen Gesichtspunkten erfolgt die Suchbewegung in Form einer Spiralbahn mit ihrem Zentrum in der Mitte des nicht dargestellten Suchfensters. Durch eine entsprechende Rasterung des Fensters kann die Anzahl der möglichen Suchpositionen minimiert und durch die Verschiebung des Zentrums in die jeweils zuletzt optimierte X-, Y-Position der Suchlauf beschleunigt werden. Wird während des Suchlaufes ein Signal detektiert, wird der Suchlauf beendet und es folgt unmittelbar die Optimierungsroutine zur radialen und axialen Ausrichtung.

Dazu werden die X- und Y-Translatoren 6 und 7 mit einem Sinus- und einem Cosinussignal angesteuert und dadurch positionsmoduliert. Die auf den Translatoren befestigte LWL-Komponente 2 führt eine radiale Kreisbewegung aus, wodurch das transmittierte optische Signal eine Intensitätsmodulation erfährt.

Befindet sich, wie in Fig. 2 dargestellt, der Rotationsmittelpunkt 8 außerhalb der Position für maximale Leistungsübertragung, dann liefert der Vergleich der Phasenlage der Intensitätsmodulation mit der Cosinusschwingung und der Sinusschwingung die Richtung G für die erforderliche Mittelpunktverschiebung für beide Achsen. Der Optimierungsprozeß ist beendet, wenn keine Intensitätsunterschiede detektiert werden, d. h. wenn das Lichtwellenleiterende um das Zentrum der Kreise konstanter Intensität geführt wird.

Die Positionsregelkreise verwenden für den Vergleich der Phasenlage sogenannte Phasendetektoren 9. Gleichzeitig werden die LWL-Komponenten über den Z-Transistor 5 axial angenähert.

Im Gegensatz zur radialen Positionierung zeigt das transmittierte Signal während der Annäherungsphase kein auswertbares Maximum.

Ein besonderes Kennzeichen des beschriebenen Verfahrens ist es, daß die zur radialen Ausrichtung eingesetzten Regelkreise in Verbindung mit einem sensiblen Kontaktdetektor 10 gleichzeitig für die Optimierung in axialer Richtung verwendet werden. Dieser Detektor registriert den mechanischen Kontakt der zu koppelnden Komponenten mit hoher Ortsauflösung in der Weise, daß die für das Regelprinzip erforderliche radiale Rotationsbewegung im Falle eines Kontaktes nicht mehr ungestört ausgeführt werden kann, da die Regelinformation kurzzeitig verlorengeht und damit die Annäherungsbewegung gestoppt wird. Die Kontaktposition läßt sich entsprechend der Stellgenauigkeit des verwendeten Z-Translators 5 bestimmen und ist außerdem unabhängig von der absoluten geometrischen Ausgangsposition der zu koppelnden Komponenten.

Ausgehend von der Kontaktposition läßt sich jeder beliebige Abstand einstellen. Danach können die Regelkreise zur Optimierung der radialen Ausrichtung erneut aktiviert werden, um evtl. auftretende Driftbewegungen des mechanischen Aufbaus zu kompensieren oder die Position kann elektrisch auf der zuletzt optimierten Regelposition fixiert werden. Damit ist der Koppelvorgang abgeschlossen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Justieren von zwei Lichtwellenleitern oder von einem Lichtwellenleiter und einem aktiven, optischen Sende- oder Empfangselement, bei dem durch Verschieben die Stellung des maximalen Kopplungswirkungsgrades erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem Mikromanipulator gehaltene Ende des Lichtwellenleiters in Form einer Spirale so lange bewegt wird, bis ein von einem der Lichtwellenleiter oder Sendemodul ausgehendes Signal detektiert wird, daß der Suchlauf nach Detektion abgebrochen und das Lichtwellenleiterende auf einer kegelförmigen Schraubenlinie bewegt, und durch Auswertung einer daraus resultierenden Intensitätsmodulation gleichzeitig radial und axial in die Position des Intensitätsmaximums verschoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtwellenleiterende durch dynamisch ansteuerbare hochauflösende Translatoren bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Kreisbahn durch Ansteuerung des einen Translators mit einem Sinussignal und des anderen Translators mit einem Cosinussignal erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vergleich der Phasenlage der Intensitätsmodulation mit der Phasenlage einer Cosinus- und einer Sinusschwingung die Richtung der vorzunehmenden radialen Verschiebung ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich durch Phasendetektoren vorgenommen wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsregelkreise für den Manipulator frequenz- und phasenselektiv arbeiten.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Positionsoptimierung durch einen in die Funktion der Phasenregelkreise eingebundenen hochempfindlichen Faserkontaktdetektor erfolgt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung der Lichtwellenleiterkomponenten durch Relativpositionierung ohne feste Bezugspunkte geschieht.