DE4118491A1

DE4118491A1 - Vacuum-sealed feed through gland for optical fibre - comprises conical flange extending between edge of housing aperture and sleeve enclosing optical fibre at housing wall

Info

Publication number: DE4118491A1
Application number: DE19914118491
Authority: DE
Inventors: Edgar Dipl Phys Weidel; Franz-Josef Berlec
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1990-07-13
Filing date: 1991-06-06
Publication date: 1992-01-16

Abstract

The vacuum-tight gland uses a rotationally symmetrical flange (11) which tapers inwards and which is welded at its wider end to the peripheral edge of a housing aperture (6) and at its narrower end to the outside of a sleeve (5) enclosing the optical fibre (4). Pref., the opening defined by the flange at its narrower end is precisely matched to the outer dia. of the sleeve enclosing the optical fibre. USE/ADVANTAGE - For laser diode optical transmitter. No significant tension exerted on sleeve to cause adjustment problems.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gehäusewanddurchführung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu ihrer Herstel lung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The invention relates to a housing wall bushing according to the Preamble of claim 1 and a method for their manufacture development according to the preamble of claim 8.

Gehäusewanddurchführungen der genannten Art sind aus der Praxis bekannt. Sie werden insbesondere für optische Sendeeinheiten mit hermetisch dichtem Gehäuse benötigt. Für solche Sendeein heiten ist ein Aufbau mit einer in dem Gehäuse enthaltenen Quelle optischer Strahlung, z. B. in Form einer Laserdiode, und einem durch die Gehäusewand nach außen tretenden Rohr be kannt, das eine Lichtleitfaser umschließt. Bei einer auf die Übertragung von Monomode-Strahlung ausgelegten Lichtleitfaser ist eine möglichst verlustarme Strahlungseinkopplung von erheb licher Bedeutung. Die Lichtquelle und die Lichtleitfaser werden dazu justiert und in zueinander starrer Konfiguration fixiert. Housing wall bushings of the type mentioned are from practice known. They are used especially for optical transmitters with hermetically sealed housing required. For such broadcasts is a structure with one contained in the housing Source of optical radiation, e.g. B. in the form of a laser diode, and be a tube emerging through the housing wall knows that encloses an optical fiber. At one on the Transmission of single-mode optical fiber is a low-loss radiation coupling of considerable meaning. The light source and the optical fiber will be adjusted and fixed in a mutually rigid configuration.

Die fixierte Einheit wird in das Gehäuse eingebaut und eine hermetisch dichte Verbindung zwischen dem die Lichtleitfaser umschließenden Rohr und der Gehäusewand hergestellt. Das kann durch Anlöten oder Anschweißen eines Flanschs geschehen.The fixed unit is installed in the housing and one hermetically sealed connection between which the optical fiber enclosing tube and the housing wall. That can done by soldering or welding a flange.

Nach dem Stand der Technik gehen mit diesem Vorgang mehr oder weniger starke Verluste an optischer Leistung in der Lichtleit faser einher, die durch eine Dejustierung der empfindlichen Monomode-Kopplung bedingt sind. Die Dejustierung resultiert aus einem Verzug des Rohrs aufgrund thermischer Spannungen, die beim Löten und Schweißen auftreten.According to the state of the art more or go with this process less severe loss of optical power in the light guide fiber accompanied by a misalignment of the sensitive Single mode coupling are required. The misalignment results distortion of the pipe due to thermal stress, that occur during soldering and welding.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gehäusewanddurchführung der genannten Art zu schaffen, bei der eine vakuumdichte Ver bindung zwischen Rohr und Gehäusewand mit vertretbarem Aufwand in für die Serienfertigung geeigneter Weise ohne bzw. ohne nennenswerten Verzug des Rohrs und die damit einhergehenden optischen Dejustierungsprobleme hergestellt wird.The object of the invention is a housing wall bushing to create the type mentioned, in which a vacuum-tight Ver Binding between pipe and housing wall with reasonable effort in a manner suitable for series production without or without noteworthy distortion of the pipe and the associated optical misalignment problems is produced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeich nenden Teilen der Ansprüche 1 und 8 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the in the characterizing resolved parts of claims 1 and 8 specified features.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zu sammengestellt.Appropriate embodiments are in the subclaims compiled.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with the aid of the figures explained. Show it:

Fig. 1 eine optische Sendeeinheit im Längsschnitt; Fig. 1, an optical transmitting unit in longitudinal section;

Fig. 2 als vergrößerte Einzelheit eine Wanddurchführung der Sendeeinheit im Längsschnitt; und Figure 2 is a enlarged detail of a wall passage of the transmitting unit in longitudinal section. and

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Wanddurchführung mit Blick in Richtung III von Fig. 2. Fig. 3 is a plan view of the wall duct with a view in the direction III of FIG. 2.

Die optische Sendeeinheit 1 hat ein hermetisch dichtes Gehäu se 2. Das Gehäuse 2 enthält als Quelle kohärenter optischer Strahlung eine Laserdiode 3, deren Licht in eine Monomode-Licht leitfaser 4 eingekoppelt und durch diese aus dem Gehäuse 2 herausgeführt wird. Im Bereich des Gehäuses 2 ist die Lichtleit faser 4 vakuumdicht von einem Rohr 5 umschlossen, das durch eine Öffnung 6 in der Gehäusewand 7 nach außen geführt und vakuumdicht mit der Gehäusewand 7 verbunden ist.The optical transmission unit 1 has a hermetically sealed housing 2 . As a source of coherent optical radiation, the housing 2 contains a laser diode 3 , the light of which is coupled into a single-mode optical fiber 4 and is led out of the housing 2 through this. In the area of the housing 2 , the optical fiber 4 is vacuum-tightly enclosed by a tube 5 , which is guided through an opening 6 in the housing wall 7 to the outside and is vacuum-tightly connected to the housing wall 7 .

Die Laserdiode 3 und die in das Rohr 5 eingeschlossene Licht leitfaser 4 sind in justierter Anordnung vormontiert, so daß eine optimale Monomode-Kopplung gewährleistet ist. Das Rohr 5 besteht aus einem schweißbaren Material, nämlich Metall, beispielsweise Kovar Typ Pi4110S-17 der Firma Isotronics. Bei der Vormontage werden Laserdiode 3 und Lichtleitfaser 4 auf optimale Lichteinkopplung zueinander justiert. Zunächst wird das Rohr 5 auf einen Block 8 aufgeschweißt. Ein dabei eventuell auftretender Verzug des Rohrs 5, durch den die Monomode-Kopplung beeinträchtigt werden könnte, wird erforderlichenfalls durch Nachjustieren ausgeglichen. Sodann wird der Block 8 mit einem zweiten Block 9 verschweißt, der in starrer Anordnung die Laser diode 3 trägt.The laser diode 3 and the optical fiber 4 enclosed in the tube 5 are preassembled in an aligned arrangement so that an optimal single-mode coupling is ensured. The tube 5 consists of a weldable material, namely metal, for example Kovar type Pi4110S-17 from Isotronics. During the pre-assembly, laser diode 3 and optical fiber 4 are adjusted to each other for optimal light coupling. First, the tube 5 is welded onto a block 8 . Any distortion of the tube 5 that may occur, which could impair the single-mode coupling, is compensated for if necessary by readjustment. Then the block 8 is welded to a second block 9 , which carries the laser diode 3 in a rigid arrangement.

Die so gebildete Einheit wird mit Lot 10 in das Gehäuse 2 einge lötet. Sie nimmt dabei eine Position ein, in der das Rohr 5 mit Spiel durch die Wandöffnung 6 nach außen ragt. An der Wand öffnung 6 wird nun eine vakuumdichte Verbindung zwischen Rohr 5 und Gehäusewand 7 hergestellt, ohne daß ein Verzug des Rohrs 5 und ein Abfall der in die Lichtleitfaser eingekoppelten Strah lungsleistung eintritt.The unit thus formed is soldered into the housing 2 with solder 10 . It assumes a position in which the tube 5 projects outwards through the wall opening 6 with play. At the wall opening 6 , a vacuum-tight connection between the tube 5 and the housing wall 7 is now produced without a distortion of the tube 5 and a drop in the radiation coupled into the optical fiber.

Die Verbindung erfolgt mit einem dünnen Flansch 11 aus schweiß barem Material, nämlich Metall, beispielsweise Kovar des vorge nannten Typs. Der Flansch 11 ist ein drehsymmetrischer, im wesentlichen kegelförmigen Ringkörper mit einem konkav gewölbten Mantel. Die Basis des Flanschs 11 hat einen größeren Durchmes ser, als die kreisrunde Wandöffnung 6, die wiederum beträchtlich größer ist, als der Querschnitt des zylindrischen Rohrs 5 und letzteren insbesondere um ein Mehrfaches übertreffen kann.The connection is made with a thin flange 11 made of weldable material, namely metal, for example Kovar of the aforementioned type. The flange 11 is a rotationally symmetrical, essentially conical ring body with a concavely curved jacket. The base of the flange 11 has a larger diameter than the circular wall opening 6 , which in turn is considerably larger than the cross section of the cylindrical tube 5 and the latter can in particular exceed several times.

An der Basis des Flanschs 11 verläuft sein Mantel im wesentli chen parallel zu der ebenen Gehäusewand 7. An der Spitze hat der Flansch 11 eine zentrale kreisrunde Öffnung, die genau auf den Durchmesser des Rohrs 5 abgestimmt ist. Der Mantel des Flanschs 11 verläuft an der Spitze im wesentlichen parallel zu dem Zylindermantel des Rohrs 5. Letzteres durchsetzt den Flansch 11 in mittiger, axialer Anordnung, wobei es aus der zentralen Öffnung an der Spitze des Flanschs 11 austritt und nach außen vorsteht.At the base of the flange 11 , its jacket extends in wesentli Chen parallel to the flat housing wall 7th At the tip, the flange 11 has a central circular opening which is precisely matched to the diameter of the tube 5 . The jacket of the flange 11 extends at the tip essentially parallel to the cylinder jacket of the tube 5 . The latter passes through the flange 11 in a central, axial arrangement, whereby it emerges from the central opening at the tip of the flange 11 and projects outwards.

Zur Herstellung der vakuumdichten Verbindung wird der auf das Rohr 5 aufgesteckte Flansch 11 in Anlage mit der Gehäusewand 7 gebracht, wobei sein basisseitiger Rand die Wandöffnung 6 umschließt. Dann wird der Rand durch YAG-Laserschweißen mit der Gehäusewand 7 verschweißt. Man setzt zunächst einzelne, über den Umfang verteilte Schweißpunkte 12, um den Flansch 11 anzuheften, und stellt dann durch Setzen weiterer, eng be nachbarter Schweißpunkte eine über den Umfang geschlossene, vakuumdichte Schweißnaht her. Anschließend wird in derselben Weise die Spitze des Flanschs 11 mit dem Rohr 5 verschweißt. Die Laserschweißpunkte 13 liegen hier auf dem die zentrale Öffnung an der Spitze umgebenden Rand des Flanschs 11.To produce the vacuum-tight connection, the flange 11 plugged onto the tube 5 is brought into contact with the housing wall 7 , its base-side edge enclosing the wall opening 6 . Then the edge is welded to the housing wall 7 by YAG laser welding. First, individual, distributed over the circumference welding spots 12 to attach the flange 11 , and then by setting further, closely adjacent welding spots, a circumferentially closed, vacuum-tight weld seam is produced. The tip of the flange 11 is then welded to the tube 5 in the same way. The laser welding spots 13 lie here on the edge of the flange 11 surrounding the central opening at the tip.

Dank der Form des Flanschs und der Technik des Laserschweißens, bei der die Aufheiz- bzw. Aufschmelzzone lokal sehr begrenzt ist, tritt praktisch kein Verzug der verschweißten Teile auf. Die Monomode-Kopplung und die in die Lichtleitfaser 4 eingekop pelte Strahlungsleistung bleiben in vollem Umfang erhalten.Thanks to the shape of the flange and the technology of laser welding, where the heating or melting zone is very limited locally, there is practically no warpage of the welded parts. The single mode coupling and the radiation power coupled into the optical fiber 4 are retained in full.

Liste der BezugszeichenList of reference numbers

1 optische Sendeeinheit
2 Gehäuse
3 Laserdiode
4 Lichtleitfaser
5 Rohr
6 Wandöffnung
7 Gehäusewand
8 Block
9 Block
10 Lot
11 Flansch
12 Schweißpunkt
13 Schweißpunkt 1 optical transmission unit
2 housings
3 laser diode
4 optical fiber
5 pipe
6 wall opening
7 housing wall
8 block
9 block
10 lots
11 flange
12 spot weld
13 spot weld

Claims

1. Vacuum-tight housing wall bushing for an optical fiber accommodated tightly in a tube, in which the tube passes through an opening in the housing wall and is sealed by welding a flange, characterized in that the flange ( 11 ) has a rotationally symmetrical, tapering shape and by laser welding is connected to the housing wall ( 7 ) and the tube ( 5 ).

2. housing wall bushing according to claim 1, characterized in that the flange ( 11 ) in the region of its larger diameter base the wall opening ( 6 ) enclosing the housing wall ( 7 ) and in the region of its smaller diameter have the tip with the tube ( 5th ) is welded, which preferably passes through the flange ( 11 ) centrally and axially.

3. housing wall bushing according to claim 1 or 2, characterized in that the flange ( 11 ) at the tip has an opening which is precisely matched in diameter to the pipe diameter.

4. housing wall bushing according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flange ( 11 ) is substantially conical.

5. housing wall bushing according to one of claims 1 to 4, characterized in that the jacket of the flange ( 11 ) is concavely curved and preferably at the base approximately parallel to the housing wall ( 7 ) and at the top approximately parallel to the cylinder jacket of the tube ( 5 ) runs.

6. Housing wall bushing according to one of claims 1 to 5, characterized in that the edge of the opening at the base of the flange ( 11 ) with the housing wall ( 7 ) and the edge of the opening at the tip of the flange ( 11 ) with the tube ( 5 ) is welded.

7. housing wall bushing according to one of claims 1 to 6, characterized in that the welds consist of closely adjacent welding points ( 12 , 13 ).

8. A method for producing a vacuum-tight housing wall bushing according to one of claims 1 to 7, characterized in that the flange ( 11 ) is first welded to the housing wall ( 7 ) and then to the tube ( 5 ).

9. The method according to claim 8, characterized in that the parts to be connected ( 5 , 7 , 11 ) are first tacked together with individual welding spots ( 12 , 13 ) distributed over the circumference and then vacuum-sealed with further welding spots ( 12 , 13 ) welded.