DE4140283A1 - Verfahren zur fixierung eines lichtwellenleiters - Google Patents

Verfahren zur fixierung eines lichtwellenleiters

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Hartmut Gruhl
Manfred Becker
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Fixierung einer Lichtleitfaser auf einem Faserhalter mittels Laserschweißen.
Für viele Anwendungen ist es nötig, das Faserende von Lichtwellenleitern ortsfest zu positionieren und mechanisch zu fixieren. Dabei sind folgende Fixierungstechniken bekannt:
  • - Einkleben oder Einlöten (DE 27 10 949.5) der Faser in ein Röhrchen mit anschließender Fixierung des Röhrchens
  • - Quetschen der Faser in einem Spalt durch mechanischen Druck von außen
  • - Einklemmen der Faser (EP 00 65 096).
Insbesondere beim Problem der Laser-Monomodefaserkopplung (Justiertoleranzen ≈ 0,1 µm) ist die erste Methode durch Schrumpfen des Klebers oder Kriechen des Lotes zu ungenau.
Beim Quetschen und Klemmen wird der Faserhalter nachteilig verformt. Im Fall der Laser-Faser-Kopplung ist es auch Stand der Technik, den Laser mittels Laserschweißen zu fixieren (EP 8 91 12 412.5). Die Faser selbst ist in ein Röhrchen eingeklebt.
Das Laserschweißen wird auch bei Lichtwellenleiter-Kopplun­ gen angewendet. Hier dient es zur mechanischen Fixierung eines Ringes (DE 38 22 429.1). Beim Anschweißen eines Linsen­ träger-Hilfswinkels wird ebenfalls ein Schweißlaser einge­ setzt (EP 8 91 10 473.9). Bei der Erfindung nach der EP 9 01 04 022.0 sitzt eine Linse in einem Röhrchen, welches auf eine Trägerplatte geschweißt ist. Auch bei der Erfindung nach der DE 3630795 wird die Faser selbst nicht direkt durch Schweißen fixiert. Sie befindet sich in einer Kapillare die ihrerseits durch Schweißen fixiert wird.
Es ist auch üblich, eine Steckeraußenhülle mit einer Ferrule durch Laserschweißen zu verbinden (EP 8 93 10 213.7).
Beim Fixieren einer Faser in einem Metallrohr sind Löttechniken gebräuchlich (DE 2 71 09 949, DE 30 46 415 und EP 8 81 17 860). In allen drei Fällen wird Zusatzmaterial, wie zum Beispiel Lot, benötigt.
Auch die Aufnahme einer Faser in einer V-Nut ist bekannt (EP 03 61 153).
Lösungen, die zur Fixierung einer Faser in einer Nut des Faserhalters Laserschweißen einsetzen und bei denen ohne Zusatzmaterial direkt am Ort der Faser geschweißt wird, sind nicht bekannt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Faser in einer Nut des Faserhalters durch Laserschweißen ohne Zusatzmaterial zu fixieren, wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen näher gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß zum Festhalten der Faser kein zusätzliches Material benötigt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 die Fixierung der Faser in einer rechteckigen Nut,
Fig. 2 die Fixierung der Faser in einer V-förmigen Nut,
Fig. 3 die Fixierung der Faser in einer U-förmigen Nut.
Fig. 1 zeigt die Faser in einer rechteckigen Nut des Faser­ trägers. Die Nut sollte etwa 10% breiter als der Außen­ durchmesser der Faser sein. Durch die beiden hintereinan­ derliegenden Schweißpunkte wird die Faser durch die erstarrte Schmelze gegen das von Nutsohle und Nutwand gebildete "Innenprisma" gedrückt. Dabei gibt es zwei Auflagelinien.
Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 nur dadurch, daß die Nut V-Form hat.
Abhängig vom Winkel, den die beiden Nutwände miteinander einschließen, kann es erforderlich sein, die beiden Schweißpunkte nebeneinander zu setzen.
Fig. 3 zeigt eine U-förmige Nut. Da es hier zwischen Faser und Kalter nur eine Auflagelinie gibt, liegen die beiden Schweißpunkte nebeneinander.
Der Grundgedanke des Verfahrens ist es, die Faser in eine Nut des Faserhalters zu legen und die Halterung dadurch zu erzeugen, daß Material von der Nutseitenwand abgeschmolzen wird. Die Schmelze legt sich "nasenförmig" über die Faser und erstarrt. Mit einem Schweißlaser wird dies ohne Zusatz­ material gleichzeitig an zwei Punkten der Faser durchge­ führt. Die Nutform kann rechteckig, u-förmig oder v-förmig sein. Die Schweißpunkte werden so klein wie möglich und so groß wie nötig gewählt.
Energie, Pulsdauer und Fokussierung werden für beide Schweißpunkte gleich gewählt. Als Schweißlaser kommen Nd- YAG-Festkörperlaser, Excimerlaser oder CO2-Laser in Betracht.
Das Faserhaltermaterial kann ein Metall, eine Keramik, ein formbeständiger Duroplast oder Silizium (im Fall der V-Nut) sein. Die Forderungen an das Material sind:
  • - hohe Maß- und Formgenauigkeit
  • - hohe Festigkeit und Steifigkeit
  • - gute Verarbeitbarkeit
  • - gute Dauertemperaturbeständigkeit im Bereich -20°C < T < +80°C
  • - Wärmeausdehnungskoeffizient vergleichbar mit dem von Glas (≈ (8 ± 1)·10-6 1/°C).
Bei den metallischen Haltern bieten sich Kupfer und Kovar (eine Legierung aus Fe, Co, Ni) an.
Das Verfahren ist sowohl für Multimode- als auch für Mono­ modefasern anwendbar. Auch Kunststoffasern können auf diese Weise fixiert werden.
Die Übertragungseigenschaften der Faser werden durch die beiden Schweißpunkte nicht verändert.

Claims (14)

1. Verfahren zur Fixierung eines Lichtwellenleiters in der Nut eines Halters mittels Schweißen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichzeitig gesetzte Schweißpunkte (S), deren Material vom Halter (H) abgeschmolzen wird, in der Nut (N) die Faser (F) festhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Vorjustierung der in die Nut (N) eingelegten Faser (F) auf die Kanten der Nut (N) unter einem Winkel zwischen 0° und 45° senkrecht zur Nut zwei Laserstrahlen so fokussiert werden, daß die durch an den Auftreffstellen der Laserstrahlen gleichzeitig durch aufgeschmolzenes Kantenmaterial des Halters (H) gebildeten Schweißpunkte (S) gegen die Faser (F) drücken.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Tiefe der Nut (N) mindestens den doppelten Durchmesser (d) der Faser (F) beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Nut (N) 10% breiter als der Durchmesser (d) der Faser (F) ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Nut (N) rechteckig grabenförmig ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Nut (N) V-förmig ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Nut (N) U-förmig ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei rechteckiger grabenförmiger Nut (N) beide Schweißpunkte auf einer Kante der Nut (N) hin­ tereinander liegen und somit die Faser (F) gegen das von der anderen Nutwand und dem Nutboden gebildete Innenprisma durch die Schweißpunkte gedrückt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei V-förmiger Nut (N) beide Schweiß­ punkte (S) auf einer Kante der Nut (N) hintereinander liegen und somit die Faser (F) gegen beide Nutwände gedrückt wird.
10. Verfahren nach 1, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei U-förmiger Nut (N) auf jeder Nutkante je ein Schweißpunkt (S) dem anderen jeweils gegenüber liegt und somit die Faser (F) auf den Boden der Nut (N) ge­ drückt wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Länge der Nut (N) mindestens das 10-fache des Durchmessers (d) der Faser (F) beträgt.
12. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Laserstrahlen für die beiden Schweiß­ punkte (S) auf gleiche Art erzeugt werden.
13. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch entsprechende Wahl der Laser­ parameter die Faser (F) an den beiden Schweißpunkten (S) nicht wärmer als 700°C wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei rechteckiger Nut (N) und V-förmiger Nut (N) der Abstand der Schweißpunkte (S) mindestens das Fünffache des Durchmessers (d) der Faser (F) beträgt.
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