DE4430063A1 - Lichtleitfaserfassung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lichtleit­ faserfassung und ein Verfahren zu deren Herstellung. Insbe­ sondere bezieht sich die Erfindung auf eine Lichtleitfaser­ fassung, die in einem Terminal für einen optischen Kommunika­ tionsteilnehmer, wie eine Wohnung, ein Büro oder eine Fabrik, und zur optischen Verbindung einer Lichtleitfaser mit einem Licht emittierenden oder einem Licht empfangenden Element verwendet wird, und sie bezieht sich speziell auf eine Licht­ leitfaserfassung, bei welcher eine in deren Innenraum befestig­ te Glasstablinse sowie eine optische Faser sicher und bestimmt ausgerichtet sind, und auf ein Verfahren zur Herstellung die­ ser Lichtleitfaserfassung.

Die optische Kommunikation ist in den letzten Jahren rapid populär geworden, so daß sie nun zum persönlichen Gebrauch für Telefone, Faksimilegeräte usw. wie auch bei Massenmedien für eine Fernsehinformation usw. zum Einsatz kommt. Um ein Signal von einer Lichtleitfaser als einem optischen Signal­ übertragungsmedium an ein Haustelefon od. dgl. anzukoppeln, wird eine Terminaleinrichtung (Teilnehmerendeinrichtung) auf­ gebaut. In der Terminaleinrichtung wird die Lichtleitfaser optisch mit einem Lichtempfangselement zum Empfang und mit einem Lichtemissionselement zur Übertragung gekoppelt. Das Lichtempfangselement und das Lichtemissionselement führen eine Umwandlung zwischen einem elektrischen und einem opti­ schen Signal aus.

Eine schematische Darstellung einer Konstruktion, die derzeit als diejenige der vorerwähnten Terminaleinrichtung angesehen wird, ist in der beigefügten Fig. 9 gezeigt. In dieser Figur bezeichnet die Bezugszahl 52 eine Lichtleitfaserfassung, die derart ausgebildet ist, daß eine Glasstablinse 51 an der einen Endfläche von dieser vorgesehen und ein Verbinder einer Licht­ leitfaser 53 an die andere Endfläche durch eine Ansteckverbin­ dungsmethode od. dgl. anzuschließen ist. Ein Lichtemissionsele­ ment 54 und ein Lichtempfangselement 55 sind vor der Glasstab­ linse 51 angeordnet, um über einen Halbspiegel 56 jeweils leistungsfähig gekoppelt zu werden. Die Gesamtheit dieser Teile ist von einem Gehäuse 57 umschlossen.

Beispiele der verwendeten optischen Faser schließen eine Ein­ modenfaser und eine Multimodenfaser ein. Die Einmodenfaser hat einen sehr kleinen Kerndurchmesser von 9 bis 10 µm, und die Multimodenfaser hat ebenfalls einen sehr kleinen Kern­ durchmesser von etwa 50 µm. Um das Lichtemissionselement 54 und das Lichtempfangselement 55 leistungsfähig an die Licht­ leitfaser zu koppeln, wie in Fig. 9 gezeigt ist, wird die Lichtleitfaser einmal mit der Glasstablinse 51 verbunden, be­ vor die Glasstablinse 51 an das Lichtemissionselement 54 und das Lichtempfangselement 55 gekoppelt wird. Eine Lichtleit­ faserfassung wird als ein einfacher Verbinder verwendet, um die optische Faser an die Glasstablinse zu koppeln.

Bei der herkömmlichen Lichtleitfaserfassung wird die Glasstab­ linse, die einen Außendurchmesser hat, der gleich dem Außen­ durchmesser einer Muffe mit einer Zentrumsöffnung ist, in welche die optische Faser eingebracht und darin geschützt wird, in eine zylindrische Buchse eingeführt und darin be­ festigt, die einen im wesentlichen zu den Außendurchmessern der Muffe sowie der Glasstablinse gleichen Innendurchmesser hat, und dann wird die Muffe eines vorderen Endstücks der optischen Faser in die Buchse eingesetzt, um dadurch die op­ tische Faser in körperliche Berührung mit der Glasstablinse zu bringen.

Als eine andere Konstruktion wird ein Glasstablinsenträger mit hoher mechanischer Genauigkeit bezüglich eines Muffenträ­ gers gefertigt, und die Träger werden, nachdem die Muffe und die Glasstablinse jeweils in die Träger mit hoher Genauigkeit eingesetzt sind, zusammengepaßt und verschweißt.

Eine gewöhnlich für eine optische Multimodenfaser verwendete Muffe hat einen Außendurchmesser von 2,499 mm ± 0,001 mm oder von 2,499 mm-0,002 mm bis 2,499 mm + 0,001 mm. Eine gewöhn­ lich für eine optische Einmodenfaser verwendete Muffe hat einen Außendurchmesser von 2,499 mm ± 0,0005 mm. Als der Bre­ chungsindex der Glaslinse wird ein solcher gewählt, der dem Brechungsindex (1,452 im Fall einer Quarzfaser) des optischen Faserkerns nahe ist.

Der äußere Radialteil (der äußere diametrale Teil) der Glas­ stablinse muß mit derselben Genauigkeit wie diejenige für die Muffe maschinell bearbeitet und poliert werden, um die Glas­ stablinse in die Muffe und eine Buchse einzusetzen, während die Mittelachse der Glasstablinse zum Zusammenfallen mit der Mittelachse der Muffe gebracht wird. Es ist jedoch sehr schwierig, die Glasstablinse mit derselben Genauigkeit wie derjenigen für die Muffe zu bearbeiten und zu polieren.

In dem Fall, da eine Stirnseite des Zylinders sphärisch mit­ tels einer mechanischen Bearbeitung od. dgl. poliert wird, ist es darüber hinaus im allgemeinen unmöglich, daß das Zentrum der auf diese Weise sphärisch polierten sphärischen Fläche perfekt mit der Mittelachse (die Mittelachse des äußeren Radialteils der zylindrischen Glaslinse) des Zylin­ ders zusammenfallend gemacht wird. Als Ergebnis wird eine Exzentrizität hervorgerufen. Somit erhebt sich ein Problem, daß die Kopplung der exzentrischen Glaslinse und der opti­ schen Faser unstabil wird, was einen Anstieg im Reflexionsver­ lust auch in dem Fall hervorruft, da die erzeugte Exzentrizi­ tät gering ist. Selbst wenn unter den gegenwärtigen Umständen ein Präzisionsbearbeitungsverfahren zur Anwendung kommt, wer­ den die Genauigkeit des äußeren Radialteils und die exzentri­ sche Genauigkeit jeweils auf die Größenordnung von Zehnern von µm beschränkt. In einem empirischen Ermittlungsverfahren wird die Exzentrizität von etwa 50 µm als die Exzentrizität der Anlagefläche aufgrund der vorerwähnten Genauigkeit erzeugt. Es stellt sich hier auch ein Problem, daß keine einfache und genaue Methode zur Verfügung steht, um die Exzentrizität durch Justieren zu vermindern.

Abriß der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Probleme zu lösen, d. h., eine Lichtleitfaserfassung zu schaf­ fen, in welcher eine zufriedenstellend gute körperliche Be­ rührung erlangt werden kann, um so einen kleinen Einfügungs­ verlust selbst in dem Fall, da eine in der Lichtleitfaserfas­ sung enthaltene Glasstablinse in einem Ausmaß exzentrisch ist, das im wesentlichen gleich dem durch ein übliches Bear­ beitungsverfahren erzeugten Fehler ist, so daß das Zentrum der sphärisch polierten Fläche der Glasstablinse nicht mit der Mittelachse des äußeren Radialteils der Glasstablinse übereinstimmt, d. h. selbst in dem Fall, da die Glasstablinse, die von mäßiger Bearbeitungsgenauigkeit, jedoch von niedri­ gen Kosten ist, verwendet wird, zu bewahren. Ein anderes Ziel dieser Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Her­ stellung der Fassung aufzuzeigen.

Der Ausdruck "der durch ein übliches Bearbeitungsverfahren erzeugte Fehler" bedeutet übrigens den Fall, wobei der Feh­ ler des Außendurchmessers der Glasstablinse im Bereich von ± 0,1 mm liegt und wobei der exzentrische Winkel (der Winkel zwischen der Mittelachse des äußeren Radialteils der Glasstab­ linse und einem den Brennpunkt sowie das Zentrum der sphäri­ schen Fläche verbindenden Segment) nicht größer als drei Minuten ist.

In einer Lichtleitfaserfassung gemäß dieser Erfindung wird eine Glasstablinse an der einen Endfläche von dieser Fassung vorgesehen und ein vorderes Ende einer optischen Faser, die mit der anderen Endfläche von dieser verbunden werden soll, wird in körperliche Berührung mit einer sphärischen Fläche der Glasstablinse gebracht, um dadurch eine optische Kopplung der optischen Faser mit einem auf der Seite der Glasstablin­ se vorhandenen optischen Element herzustellen, wobei eine Buchse, in die das vordere Ende der optischen Faser einge­ führt werden soll, und ein Linsenträger, an dem die Glasstab­ linse fest angebracht ist, aneinander in einem Zustand befe­ stigt werden, daß die Mittelachse der Buchse und das Zentrum der sphärischen Fläche der Glasstablinse ausgefluchtet oder ausgerichtet sind.

Der hier verwendete Begriff "körperliche Berührung" bedeutet eine Verbindung, wobei ein Kern einer optischen Faser in enge Berührung mit einer Linsen- oder Muffenstirnfläche gebracht wird, indem die Linsen- oder Muffenstirnfläche zu einer kon­ vexen sphärischen Fläche poliert wird, um eine Fresnelsche Reflexion dadurch zu vermeiden.

Die vorerwähnte Glasstablinse kann eine Plan-Konvexlinse mit einer an ihrer einen Seite, die mit der Lichtleitfaser in Berührung kommt, ausgebildeten sphärischen Fläche und mit einer an ihrer anderen Seite, die der berührenden Seite ent­ gegengesetzt ist, ausgebildeten planen Fläche sein.

Wenn alternativ die erwähnte Glasstablinse eine Bikonvexlinse ist, die eine an ihrer einen, mit der Lichtleitfaser in Be­ rührung kommenden Seite ausgebildete sphärische Fläche und eine an der zur berührenden Seite entgegengesetzten anderen Seite ausgebildete weitere sphärische Fläche besitzt, so ist erwünscht, daß die Linse so ausgebildet werden kann, daß sie eine Kondensorfunktion für Licht erfüllt.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaserfassung ge­ mäß der vorliegenden Erfindung, bei der eine Glasstablinse an der einen Endfläche vorgesehen und ein vorderes Ende einer optischen Faser, die mit der anderen Endfläche verbunden wer­ den soll, in körperliche Berührung mit einer sphärischen Flä­ che der Glasstablinse gebracht wird, um dadurch die optische Faser optisch an ein auf der Seite der Glasstablinse vorge­ sehenes optisches Element zu koppeln, zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:
Einsetzen einer eine Zentrumsbohrung besitzenden Muffe in eine in einem zentralen Teil eines Gehäuses angeordnete Buch­ se, Durchtretenlassen eines Laserstrahls durch die Zentrums­ bohrung der Muffe hindurch und Positionieren einer Laser­ lichtquelle sowie des Gehäuses derart, daß eine übertragene Lichtmenge maximiert wird,
Entfernen der Muffe aus der Buchse,
Beobachten eines Reflexionsflecks des Laserstrahls, während ein die Glasstablinse fest haltender Linsenträger von einem fein justierbaren sowie in einer zum Laserstrahl senkrechten Ebene drehbaren Spannfutter erfaßt und während der genannte Linsenträger in einem Zustand gedreht wird, daß er zum An­ stoßen gegen das Gehäuse kommt,
Wiederholen des Justierens der Position des Linsenträgers, so daß ein von dem Reflexionsfleck gezeichneter kleiner Kreis einem Punkt gleichartig verkleinert wird, und Fixieren des Linsenträgers in der Position durch Schweißen, in welcher der von dem Reflexionsfleck gezeichnete Ort zu einem Punkt wird.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaserfas­ sung gemäß dieser Erfindung ist durch die Schritte gekenn­ zeichnet:
Einsetzen einer Normal- oder Bezugslinse, die eine sphärisch polierte Stirnfläche sowie ein maschinell genau bearbeitetes äußeres Radialteil hat, in eine in einem Zentrumsteil eines Gehäuses angeordnete Buchse,
Herbeiführen eines Anstoßens eines die Glasstablinse fest daran haltenden Linsenträgers gegen das Gehäuse, so daß die sphärische Fläche der Glasstablinse mit der sphärischen Flä­ che der Normallinse in Berührung gebracht wird,
Einstrahlen eines Laserstrahls oder monochromatischen Lichts auf die Glasstablinse von ihrer einen Seite her, die zu der mit der Normallinse in Berührung befindlichen Fläche entge­ gengesetzt ist, und
Positionieren des Linsenträgers derart, daß das Zentrum eines Newton-Rings, der von dem Laserstrahl oder dem monochromati­ schen Licht gebildet wird, mit dem Zentrum der Buchse zusammen­ fällt, sowie anschließendes Festlegen des Linsenträgers durch Schweißen.

Bevorzugterweise hat die Glasstablinse eine an ihrer einen Seite, die zu ihrer mit der Normallinse in Berührung befindli­ chen Fläche entgegengesetzt ist, ausgebildete sphärische Flä­ che, so daß die Glasstablinse eine Kondensorfunktion für Licht erfüllt, und wird das Positionieren des Linsenträgers ausgeführt, während der Newton-Ring mittels eines durch Ent­ fernen einer Objektivlinse gebildeten Korrekturmikroskops mit einem im Unendlichen liegenden Bildpunkt beobachtet wird.

In der Lichtleitfaserfassung gemäß dieser Erfindung werden das Gehäuse zur Lagerung der Buchse in dessen Innenraum und der Linsenträger, der die Glasstablinse fixiert hält, anein­ ander mittels eines Schweißvorgangs od. dgl. befestigt, nach­ dem die Mittelachse der Buchse und das sphärische Zentrum der Berührungsfläche der Glasstablinse ausgefluchtet sind. Dem­ zufolge wird eine gute körperliche Berührung zwischen der optischen Faser und der Glasstablinse erlangt, indem einfach ein Ende der optischen Faser in die Buchse eingeführt wird. Folglich wird ein Verbinder von hoher Kopplungsleistung ge­ schaffen.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung einer Lichtleitfaserfassung wird die Position des Linsenträgers so justiert, um den von dem Reflexionsfleck gezogenen Kreis zu einem Punkt zu machen, indem der Reflexionsfleck des La­ serstrahls beobachtet wird, während der Laserstrahl auf die Mittelachse der Buchse einfällt und während die Glasstablin­ se, die vom Linsenträger in einem Zustand fest gehalten wird, daß sie zum Anstoßen gegen die Buchse gebracht wird, ge­ dreht wird. Demzufolge werden die Mittelachse der Buchse und das Zentrum der sphärischen Fläche der Glasstablinse ohne Rücksicht auf die Konzentrizität zwischen der sphäri­ schen Fläche der Glasstablinse und deren äußerem Radialteil perfekt ausgerichtet, d. h., wenn die Ausrichtung nicht per­ fekt ausgeführt wird, trifft der Laserstrahl schräg auf die sphärische Fläche, so daß das reflektierte Licht aus dem Strahlengang des Laserstrahls weggezogen oder verrutscht wird. Als Ergebnis zeichnet der Reflexionsfleck einen Kreis durch die Drehung der Linse. Wird dagegen die Ausrichtung perfekt ausgeführt, so bewegt sich das reflektierte Licht des Laserstrahls immer im selben Strahlengang wie derjeni­ ge des Ausgangsstrahls zurück, so daß der Ort des Reflexions­ flecks zu einem Punkt wird.

Bei dem zweiten Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung wird eine ganz genau mit Bezug zum Zentrum des äußeren Ra­ dialteils und zum Zentrum der sphärischen Fläche justierte Bezugs- oder Normallinse in die Buchse eingesetzt, und dann wird die Glasstablinse, nachdem deren Position so justiert ist, daß das Zentrum des Newton-Rings mit dem Zentrum der Normallinse zusammenfällt, fixiert, indem der vom Laser­ strahl gebildete Newton-Ring beobachtet wird, während die sphärische Fläche der Glasstablinse zum Anstoßen gegen die sphärische Fläche der Normallinse gebracht wird. Demzufolge werden die Mittelachse der Buchse und das Zentrum der sphä­ rischen Fläche der Glasstablinse perfekt in derselben Weise wie bei dem ersten Herstellungsverfahren ungeachtet der Kon­ zentrizität zwischen der sphärischen Fläche der Glasstablinse und deren äußeren Radialteil ausgefluchtet. Weil darüber hin­ aus das Ziel dieser Erfindung durch die Herstellung von le­ diglich einer Normallinse erreicht werden kann, kann die Fas­ sung auf einfache Weise und mit niedrigen Kosten zusammenge­ baut werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine teilweise aufgebrochene Perspektivdarstel­ lung einer Ausführungsform einer Fassung gemäß dieser Er­ findung;

Fig. 2 ist eine erläuternde Übersichtsdarstellung, die ein erstes Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer er­ findungsgemäßen Fassung zeigt;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Temperaturkennwerte einer durch die gemäß dem Verfahren des ersten Beispiels herge­ stellte Fassung angeschlossenen Einmodenfaser im Vergleich mit dem Fall einer herkömmlichen Fassung zeigt;

Fig. 4 ist eine erläuternde Schnittdarstellung, die ein zwei­ tes Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Fassung gemäß dieser Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist eine Darstellung zur Erläuterung von bedeutenden Teilen der Fig. 4;

Fig. 6 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Newton- Rings im Herstellungsverfahren gemäß dem zweiten Beispiel;

Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Größen einer Reflexions­ abschwächung von durch die gemäß dem zweiten Ausführungsbei­ spiel dieser Erfindung hergestellte Fassung angeschlossenen Verbindern im Vergleich mit dem Fall einer herkömmlichen Fassung zeigt;

Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Lichtleitfaser-Kopplungs­ leistung von durch die gemäß dem zweiten Verfahren dieser Erfindung hergestellte Fassung gekoppelten Verbindern im Vergleich mit dem Fall einer herkömmlichen Fassung zeigt;

Fig. 9 ist eine schematische Darstellung einer Terminalein­ richtung zur optischen Kommunikation.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die bevorzugten Ausführungsformen einer Lichtleitfaserfassung und eines Verfahrens zur Herstellung dieser werden im folgen­ den unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrie­ ben.

Die Fig. 1 zeigt in einer teilweise aufgebrochenen Perspektiv­ darstellung eine Ausführungsform einer Lichtleitfaserfassung, die im folgenden als "Fassung" bezeichnet wird, gemäß dieser Erfindung.

In der Fassung 1 wird ein Linsenträger 5, an welchem mittels eines Verschmelzens, einer Adhäsion od. dgl. eine Glasstablinse 4 fest angebracht ist, mit Hilfe eines Schweißvorgangs od. dgl. an einem Gehäuse 3 fixiert, welches eine Buchse 2 ent­ hält, in die das vordere Ende einer optischen Faser eingesetzt wird, wobei das Fixieren in einem Zustand erfolgt, in welchem die Buchse 2 und die Glasstablinse 4 ausgefluchtet sind.

Nachdem die Glasstablinse 4 mit einer Genauigkeit nicht gerin­ ger als 5 µm mit Bezug zur Mitte der Buchse 2 durch ein Ver­ fahren, das später beschrieben werden wird, ausgerichtet ist, wird der Linsenträger 5 am Gehäuse 3 mit Hilfe eines Schweiß­ vorgangs od. dgl. fixiert. Die Buchse 2, die aus Zirkonia od. dgl. gefertigt ist, hat zu einem gewissen Grad Federeigen­ schaften und wird so gestaltet, daß sie gerade einen Durchmes­ ser hat, der für ein Einsetzen eines Muffenteils der Licht­ leitfaser geeignet ist. Wenn ein Lichtleitfaserverbinder ein­ gesetzt und die Fassung an der optischen Faser beispiels­ weise durch eine Ansteckverbindungsmethode befestigt wird, fällt folglich das Zentrum des Kerns der optischen Faser mit dem Zentrum der Buchse 2 mit einer Genauigkeit, die nicht geringer als 2 µm ist, zusammen, und gleichzeitig wird die Größe der Buchse 2 so gestaltet, daß das Ende der Muffe der Lichtleitfaser in körperliche Berührung mit der Glasstab­ linse kommt, wenn die Lichtleitfaser eingesetzt wird. Die Fas­ sung gemäß dieser Erfindung wird durch Fixieren der Teile derart, daß das Zentrum der Buchse 2 mit dem Zentrum der sphärischen Fläche der Glasstablinse 4 mit einer Genauigkeit nicht unter 5 µm ausgerichtet ist, konstruiert. Folglich wird, selbst in dem Fall, da eine willkürliche Lichtleitfaser an­ geschlossen wird, das Zentrum des Kerns der Lichtleitfaser immer in körperliche Berührung mit dem Zentrum der sphärischen Fläche der Glasstablinse mit einer Genauigkeit nicht unter 7 µm gebracht. Weil darüber hinaus der Linsenträger so befe­ stigt wird, daß das Zentrum der sphärischen Fläche der Glas­ stablinse ausgefluchtet ist, ist eine Genauigkeit in der ma­ schinellen Bearbeitung des äußeren Radialteils der Glasstab­ linse nicht erforderlich und können Kostenersparnisse er­ zielt werden.

Ein Verfahren zur Herstellung der Fassung nach dem Ausrich­ ten oder Ausfluchten der Buchse 2 und der Glasstablinse 4 wird beschrieben.

Ausführungsbeispiel 1

Die Fig. 2 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines ersten Beispiels eines Verfahrens zur Herstellung einer Fassung gemäß dieser Erfindung, und die Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Änderung in der Lichtleitfaser-Kopplungsleistung der Fassung aufgrund einer Temperaturänderung zeigt.

In der Fig. 2 bezeichnen die Bezugszahlen 1 bis 5 Teile, die denen der Fig. 1 äquivalent sind, und es sind darüber hinaus eine Muffe 6, ein halbdurchlässiger Spiegel (Halbspiegel) 7, eine Laserlichtquelle 8, z. B. eine He-Ne-Laserlichtquelle, ein Schirm 9 und ein Laserstrahl 10 dargestellt.

Die Glasstablinse 4 ist im zentralen Teil des Linsenträgers 5 durch Verschmelzen, Adhäsion od. dgl., befestigt. Der Lin­ senträger 5 wird durch ein (nicht dargestelltes) Spannfutter erfaßt, das fein justierbar und in einer zum Laserstrahl 10 rechtwinkligen x-y-Ebene drehbar ist, so daß der Linsenträger 5, während er gedreht wird, fein justiert werden kann.

Die Buchse 2 ist im zentralen Teil des Gehäuses 3 vorgesehen. Um die Zentrumsachse der Buchse 2 zu bestimmen, wird zuerst die Muffe 6, in die die optische Faser noch nicht eingeführt worden ist, in die Buchse 2 eingesetzt, und dann wird der La­ serstrahl 10 zum Einfallen zur Zentrumsbohrung der Muffe 6 hin gebracht. Zu dem Zeitpunkt, da die Menge des durch die Muffe 6 übertragenen Lichts ihr Maximum erreicht, werden die Relativpositionen der Laserlichtquelle 8 und des Gehäu­ ses 3 fixiert, so daß die jeweiligen Positionen der Laser­ lichtquelle 8 und des Gehäuses 3 festgelegt sind. Zu dieser Zeit wird davon ausgegangen, daß die Zentrumsachse der Buch­ se 2 mit dem Laserstrahl 10 zusammenfällt.

Hierauf wird die Muffe 6 aus der Buchse 2 entfernt. Die Glas­ stablinse 4, die am Linsenträger 5 durch Verschmelzen festge­ halten ist, wird so eingesetzt, daß die Zentrumsachse des äußeren Radialteils (effektiver Durchmesser) der Glasstablin­ se 4 so angeordnet ist, daß sie sich im wesentlichen auf dem Laserstrahl befindet. Solange der Linsenträger 5 gedreht wird, während er zum Anstoßen gegen das Gehäuse 3 gebracht wird, wird ein Reflexionsfleck 11 des Laserstrahls 10 am Schirm 9 beobachtet. Wenn der Laserstrahl 10 vom Zentrums­ teil der sphärischen Fläche der Glasstablinse 4 abgeht, pflanzt sich an der sphärischen Fläche reflektiertes Licht schräg fort, so daß der am Schirm 9 ausgebildete Refle­ xionsfleck 11 einen kleinen Kreis zeichnet, weil die Glas­ stablinse 4 gedreht wird. Deshalb wird die feine Justierung des Linsenträgers 5 in der x-y-Ebene wiederholt, so daß der Reflexionsfleck 11 einen Punkt zeichnet. In der Position, in welcher der Fleck den unbeweglichen Punkt zeichnet, wird der Linsenträger 5 am Gehäuse 3 durch Schweißen befestigt, z. B. indem ein YAG-Laser od. dgl. zur Anwendung kommt.

Wie oben hinsichtlich der Genauigkeit in der maschinellen Be­ arbeitung der Glasstablinse unter den bestehenden Umständen gesagt wurde, waren die Genauigkeit des äußeren Radialteils der Glaslinse und des Fehlers zwischen der sphärischen Mitte der sphärisch polierten Fläche sowie der zentralen Achse des äußeren Radialteils jeweils in der Größenordnung von Zehnern von µm selbst in dem Fall, da ein Präzisionsbearbeitungsver­ fahren angewendet wurde. Demzufolge wurde eine Exzentrizität in der Größenordnung von 50 µm in der Anlagefläche zwischen der Glaslinse und der optischen Faser erzeugt. Durch das Her­ stellungsverfahren gemäß dieser Erfindung wurde im Gegensatz hierzu die Exzentrizität vermindert, um nicht größer als 5 µm zu sein.

Wenn beispielsweise eine Übertragungs-/Empfangseinheit durch Einsetzen einer Einmodenfaser in eine gemäß dem Verfahren dieser Erfindung hergestellte Fassung und mit einer Exzentri­ zität nicht größer als 5 µm zusammengebaut wurde, lag die Streuung der Lichtleitfaser-Kopplungsleistung im Bereich von ± 5% und der Reflexionsverlust war nicht größer als -35 dB, d. h., der Reflexionsverlust war stabil niedrig. Wenn im Gegensatz hierzu eine Einheit unter Verwendung einer herkömmlichen Fassung mit einer Exzentrizität von 50 µm zusammengebaut wurde, lag die Streuung der Lichtleitfaser- Kopplungsleistung im Bereich von ± 30%, und der Reflexionsver­ lust betrug -30 dB.

In der Fig. 3 sind die Änderung der Lichtleitfaser-Kopplungs­ leistung (Kurve A) im Fall, daß die Temperatur in einer Über­ tragungs-/Empfangseinheit geändert wurde, die durch Einsetzen einer Einmodenfaser in die vorerwähnte Fassung gemäß dieser Erfindung zusammengebaut wurde, und die Änderung der Licht­ leitfaser-Kopplungsleistung (Kurve B) in dem Fall, daß die Temperatur in einer herkömmlichen Fassung in derselben Wei­ se, wie oben beschrieben wurde, geändert wurde, unter der An­ nahme dargestellt, daß deren jeweilige Werte bei Raumtempera­ tur 1 sind. Bei der Kurve A, die für die Ausführungsform die­ ser Erfindung gilt, wurde eine relativ stabile Leistung bei­ behalten, so daß deren Änderung im Bereich von +3% lag. Im Gegensatz setzte bei der Kurve B, die für den herkömmlichen Fall gilt, eine Leistungsverminderung bei 40°C ein, und dann wurde die Leistung um 20% auf 0,8 bei 50°C herabgesetzt.

Ausführungsbeispiel 2

Ein weiteres Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer Fassung gemäß dieser Erfindung wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 beschrieben.

Im Fall der Fig. 4 werden ein eine Buchse 22 in seinem Inne­ ren haltendes Gehäuse 23 und ein eine Glasstablinse 24 in seinem Zentralteil mittels Verschmelzen, Adhäsion od. dgl. haltender Linsenträger 25 mit Hilfe eines Schweißvorgangs od. dgl. aneinander befestigt, um dadurch eine Fassung 1 zu bilden. Die Bezugszahl 26 bezeichnet eine Bezugs- oder Nor­ mallinse, die von einer Normal-Glasstablinse oder einer Normal-Muffe, die einen Faserkern in ihrem Zentrumsteil usw. hat, gebildet sowie mit hoher Genauigkeit ausgefluchtet wird, so daß das Zentrum der an der Berührungsfläche zwi­ schen der Normallinse 26 und der Glaslinse 24 gebildeten sphärischen Fläche mit der Zentrumsachse des äußeren Radial­ teils der Normallinse 26 zusammenfällt. Die Normallinse 26 erfüllt die Funktion einer Verschiebung der Zentrumsachse der Buchse 22 zum Zentrum der sphärischen Fläche der Normal­ linse 26. Mit der Bezugszahl 27 ist eine Objektivlinse eines Mikroskops bezeichnet, während 28 eine Laserlichtquelle und 30 einen Laserstrahl angeben.

Bei diesem Ausführungsbeispiel können der Berührungspunkt zwi­ schen der Glasstablinse 24 und der Normallinse 26 leicht mit hoher Genauigkeit auf der Zentrumsachse der Buchse 22 posi­ tioniert werden, indem die Normallinse 26 von hoher Genauig­ keit auch in dem Fall verwendet wird, da die Glasstablinse 24 mit mäßiger Genauigkeit bearbeitet ist. Demzufolge kann eine Fassung mit stabilen Kopplungseigenschaften unter Verwendung der billigen Glaslinse erzeugt werden.

Die Glasstablinse 24 wird im zentralen Teil des Linsenträgers 25 mit Hilfe von Verschmelzung, Adhäsion od. dgl. befestigt. Der Linsenträger 25 wird durch ein (nicht dargestelltes) Spannfutter erfaßt, das in einer zur Zentrumsachse 29 der Normallinse 26 senkrechten x-y-Ebene fein justierbar ist. Der Laserstrahl 30 wird zum Einfallen auf die Mittelachse 29 der Normallinse 26 gebracht. Ein durch Interferenz in der Berührungsfläche der konvexen sphärischen Fläche um den Kontaktpunkt S herum gebildeter Newton-Ring wird durch das Mikroskop beobachtet, um dadurch eine Ausrichtung der Glasstablinse 24 durchzuführen.

Zuerst wird die Normallinse 26, die eine sphärisch polierte Stirnfläche hat und maschinell genau bearbeitet ist, so daß die Mitte des Radius der sphärischen Fläche und diejenige des äußeren Radialteils von dieser miteinander zusammenfallend sind, in die im zentralen Teil des Gehäuses 23 angeordnete Buchse 22 eingesetzt. Der Linsenträger 25 wird zum Anstoßen an das Gehäuse 23 gebracht, so daß die sphärische Fläche der Glasstablinse 24 mit der sphärischen Fläche der Normallinse 26 in Berührung kommt. Der Laserstrahl 30 wird von der Rück­ seite (die zur Berührungsfläche zwischen der Glasstablinse 24 und der Normallinse 26 entgegengesetzte Seite) der Glasstablinse her zum Einfallen gebracht.

Der Laserstrahl ist kohärent, so daß er klare Interferenz­ streifen erzeugen kann. Beispielsweise können unter Verwen­ dung eines He-Ne-Lasers, eines Halbleiterlasers od. dgl. als die Laserlichtquelle 28 sehr klare Interferenzstreifen er­ zeugt werden. Selbst in einem Fall, da die Laserlichtquelle durch eine Lichtquelle wie eine Wolframlampe ersetzt wird, können dieselben klaren Interferenzstreifen, die oben ge­ nannt wurden, erzeugt werden, solange Licht zu monochromati­ schem Licht mittels eines Filters od. dgl. verändert wird. Die Theorie eines Ausrichtens der Glasstablinse unter An­ wendung eines Newton-Rings wird im folgenden beschrieben.

Wenn, wie in Fig. 5 gezeigt ist, nun angenommen wird, daß das eine Ende 26a der Normallinse 26 denselben Radius wie die sphärische Fläche 24a der Glasstablinse 24 hat und daß die Mittelachse 29 der Normallinse 26 zur Mittelachse 31 der Glasstablinse 24 mit einem Abstand L exzentrisch ist, dann ist der zwischen dem Berührungspunkt S und der Mittelachse 29 der Normallinse 26 bestehende Abstand M = L/2, und die Peripherie H des Berührungspunkts S bildet eine Lücke. Da die Weite der Lücke zunimmt, wenn die Entfernung vom Berührungspunkt S größer wird, wird eine Interferenz durch den Wegunterschied zwischen an der Endfläche 26a der Nor­ mallinse 26 reflektiertem Licht und an der sphärischen Flä­ che 24a der Glasstablinse 24 reflektiertem Licht erzeugt. Somit wird ein Newton-Ring 32, wie in Fig. 6 gezeigt ist, um den Berührungspunkt S herum gebildet.

Andererseits wird die Standard- oder Normalmuffe in die Buchse 22 eingesetzt und das Zentrum der Buchse im voraus bestimmt. Wenn die Position des Linsenträgers 25 so ju­ stiert wird, daß das Zentrum O der Buchse 22 mit dem Zen­ trum (Berührungspunkt S) des Newton-Rings 32 zusammenfällt, stimmt die Mittelachse 29 der Normallinse 26 mit der Mit­ telachse 31 der sphärischen Fläche 24a der Glasstablinse 24 ohne jegliche Exzentrizität überein.

Dann wird der auf diese Weise ausgerichtete Linsenträger 25 am Gehäuse 23 mit Hilfe eines Schweißvorgangs od. dgl. unter Anwendung eines YAG-Lasers od. dgl. fixiert.

Wenn bei dem Herstellungsverfahren gemäß diesem Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung eine Normal- oder Bezugs­ linse im voraus mit hoher Genauigkeit bearbeitet wird, so kann sie in Aufeinanderfolge verwendet werden. Eine Glasstab­ linse von mäßiger Genauigkeit, in welcher die Zentrumsachse deren äußeren Radialteils nicht mit derjenigen ihrer sphäri­ schen Fläche übereinstimmt, kann als die Glasstablinse zur Anwendung kommen. Demzufolge können nicht nur die Lichtleit­ faserfassung mit niedrigen Kosten erhalten, sondern auch stabile Kopplungseigenschaften und -kennwerte erlangt werden, so daß der Reflexionsverlust herabgesetzt werden kann.

Die Fig. 7 und 8 zeigen beispielsweise die Größen einer Re­ flexionsabschwächung und die Werte einer Lichtleitfaser-Kopp­ lungsleistung im Vergleich für einen Fall, wobei verschiede­ ne Verbinder mit der durch das Verfahren gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellten Fas­ sung bzw. mit der herkömmlichen Fassung verbunden werden. In jedem der Diagramme ist auf der Abszisse die Verbinder­ nummer der untersuchten optischen Faser angegeben.

Das Diagramm der Fig. 7 zeigt einen Vergleich der Größen der Reflexionsabschwächung. In dem Diagramm geben weiße Flecke den Fall an, wobei die Fassung gemäß dem Ausführungsbeispiel die­ ser Erfindung verwendet wird, und schwarze Flecke geben den Fall an, wobei die herkömmliche Fassung verwendet wird. Im Fall der gemäß der Erfindung hergestellten Fassung ist die Größe einer Reflexionsabschwächung für alle Verbinder stabil und wird auf einem kleinen Wert gehalten.

In ähnlicher Weise zeigt die Fig. 8 einen Vergleich zwischen der Lichtleitfaser-Kopplungsleistung (weiße Flecke) der Fas­ sung gemäß dem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung und der Lichtleitfaser-Kopplungsleistung (schwarze Flecke) der her­ kömmlichen Fassung. In Fig. 8 gibt jeder der vertikalen Ab­ schnitte eine Streuung von gemessenen Werten in dem Fall an, da das Anbringen/Abnehmen 16mal wiederholt wird, um 16 Mes­ sungen pro einem Verbinder auszuführen, und jeder der Flecke zeigt das Mittel der gemessen Werte. Im Fall der gemäß dem Verfahren des Ausführungsbeispiels dieser Erfindung erzeugten Fassung ist die Lichtleitfaser-Kopplungsleistung ohne Rück­ sicht auf die Verbindungsart stabil und zeigt einen hohen Wert. Demzufolge kann das Auftreten einer Streuung während der Verwendung vermieden werden.

Ausführungsbeispiel 3

Wenngleich das vorerwähnte Ausführungsbeispiel den Fall ge­ zeigt hat, wobei die Rückfläche der Glasstablinse 24 wie eine Ebene ausgestaltet war, offenbart das in Rede stehende Ausführungsbeispiel den Fall, wobei ein Positionieren in derselben Weise, wie oben beschrieben wurde, durchgeführt wur­ de, nachdem die Rückfläche sphärisch ausgestaltet war, um eine Kondensorfunktion für das Licht zu erzeugen. Als Er­ gebnis konnte das Ausrichten der Buchse und der Glasstab­ linse in derselben Weise, wie oben beschrieben wurde, durchge­ führt werden, indem ein durch Entfernen einer Objektivlinse gebildetes Korrekturmikroskop mit einem im Unendlichen lie­ genden Bildpunkt als ein Mikroskop zur Beobachtung des Newton- Rings verwendet wird.

Wie vorstehend beschrieben wurde, können bei der Fassung und dem Verfahren zu deren Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur die Glasstablinse auf einfache Weise bearbeitet, sondern auch eine Messung und ein Zusammenbau mittels einer gewöhnlichen simplen Methode durchgeführt werden, so daß die einer Ausrichtung oder Ausfluchtung mit ho­ her Genauigkeit unterliegende Fassung mit niedrigen Kosten produziert werden kann.

Als Ergebnis kann eine stabile Fassung von hoher Leistungs­ fähigkeit sowie hoher Qualität und kleinem Reflexionsverlust sowie von hoher Lichtleitfaser-Kopplungsleistung bei niedri­ gen Kosten erhalten werden, um dadurch einen großen Beitrag zur populären Verbreitung der optischen Kommunikation und der Entwicklung von optischen Meßgeräten zu leisten.

Erfindungsgemäß hat somit eine Lichtleitfaserfassung eine Glasstablinse an ihrer einen Endfläche, und ein frontseiti­ ges Ende einer Lichtleitfaser, die mit der entgegengesetzten Endfläche der Fassung verbunden werden soll, wird mit einer sphärischen Fläche der Glasstablinse in körperliche Berüh­ rung gebracht, um dadurch die Lichtleitfaser optisch an ein auf der Seite der Glasstablinse vorzusehendes optisches Ele­ ment zu koppeln. Ein Gehäuse enthält eine Buchse für das Einsetzen des frontseitigen Endes der Lichtleitfaser, und dieses Gehäuse wird an einem Linsenträger, der die Glas­ stablinse fest hält, durch Verschmelzung fixiert, so daß das Zentrum der Buchse und das Zentrum der sphärischen Fläche der Glasstablinse ausgefluchtet sind.

Claims (6)

1. Lichtleitfaserfassung, die umfaßt:

• - eine an der einen Endfläche der genannten Fassung (1) derart vorgesehene Glasstablinse (4, 24), daß ein vorde­ res Ende einer mit der anderen Endfläche der genannten Fas­ sung zu verbindenden Lichtleitfaser in körperliche Be­ rührung mit einer sphärischen Fläche (24a) der Glasstab­ linse gelangt, um dadurch für die Lichtleitfaser eine op­ tische Ankopplung an ein auf einer Seite der besagten Glasstablinse vorzusehendes optisches Element herzustel­ len,
• - eine Buchse (2, 22), in die das vordere Ende der ge­ nannten Lichtleitfaser einzusetzen ist,
• - ein die Buchse (2, 22) enthaltendes Gehäuse (3, 23) und
• - einen Linsenträger (5, 25), an dem die Glasstablinse (4, 24) fest in einem Zustand angebracht ist, daß eine Mittelachse der Buchse (2, 22) und ein Zentrum der sphä­ rischen Fläche (24a) der Glasstablinse ausgefluchtet sind.

2. Lichtleitfaserfassung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Glasstablinse (24) eine Plan-Konvexlinse mit einer an ihrer einen Seite, die mit der Lichtleit­ faser in Berührung kommt, ausgebildeten sphärischen Fläche (24a) und mit einer an ihrer anderen Seite, die zur berührenden Seite entgegengesetzt ist, ausgebilde­ ten planen Fläche ist.

3. Lichtleitfaserfassung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Glasstablinse eine Bikonvexlinse ist, die eine an ihrer einen, mit der Lichtleitfaser in Be­ rührung kommenden Seite ausgebildete sphärische Fläche und eine an der zur berührenden Seite entgegengesetzten anderen Seite ausgebildete weitere sphärische Fläche be­ sitzt, so daß sie eine Kondensorfunktion für Licht er­ füllt.

4. Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaserfassung, die eine an der einen Endfläche der genannten Fassung derart vorgesehene Glasstablinse besitzt, daß ein vor­ deres Ende einer mit der anderen Endfläche dieser Fassung zu verbindenden Lichtleitfaser in körperliche Berührung mit einer sphärischen Fläche der besagten Glasstablinse gelangt, um dadurch für die Lichtleitfaser eine opti­ sche Ankopplung an ein auf einer Seite der besagten Glas­ stablinse vorzusehendes optisches Element herzustellen, gekennzeichnet durch die Schritte:

• - Einsetzen einer eine Zentrumsbohrung besitzenden Muffe in eine in einem zentralen Teil eines Gehäuses angeordne­ te Buchse,
• - Durchtretenlassen eines Laserstrahls durch die genannte Zentrumsbohrung der Muffe hindurch,
• - Positionieren einer Laserlichtquelle und des besagten Gehäuses derart, daß eine übertragene Lichtmenge maximiert wird,
• - Entfernen der Muffe aus der Buchse,
• - Beobachten eines Reflexionsflecks des Laserstrahls während ein die Glasstablinse fest haltender Linsenträger von einem fein justierbaren sowie in einer zum Laserstrahl senkrechten Ebene drehbaren Spannfutter erfaßt und wäh­ rend der genannte Linsenträger in einem Zustand gedreht wird, daß er zum Anstoßen gegen das besagte Gehäuse kommt,
• - Wiederholen des Justierens einer Position des genannten Linsenträgers, so daß ein von dem erwähnten Reflexions­ fleck gezeichneter kleiner Kreis einem Punkt gleichartig verkleinert wird, und
• - Fixieren des genannten Linsenträgers am besagten Gehäuse durch Schweißen in einer Position, in welcher der erwähn­ te Reflexionsfleck einen Punkt zeichnet.

5. Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaserfassung, die eine an der einen Endfläche der genannten Fassung derart vorgesehene Glasstablinse besitzt, daß ein vorde­ res Ende einer mit der anderen Endfläche dieser Fassung zu verbindenden Lichtleitfaser in körperliche Berührung mit einer sphärischen Fläche der besagten Glasstablinse gelangt, um dadurch für die Lichtleitfaser eine opti­ sche Ankopplung an ein auf einer Seite der besagten Glasstablinse vorzusehendes optisches Element herzustel­ len, gekennzeichnet durch die Schritte:

• - Einsetzen einer Normallinse, die eine sphärisch polierte Stirnfläche sowie ein maschinell genau bearbeitetes äuße­ res Radialteil hat, in eine in einem zentralen Teil eines Gehäuses angeordnete Buchse,
• - Herbeiführen eines Anstoßens eines die genannte Glas­ stablinse fest haltenden Linsenträgers gegen das besagte Gehäuse, so daß eine sphärische Fläche der genannten Glas­ stablinse mit einer sphärischen Fläche der besagten Nor­ mallinse in Berührung gebracht wird,
• - Einstrahlen eines Laserstrahls oder monochromatischen Lichts auf die genannte Glasstablinse von ihrer einen Seite her, die zu der mit der Normallinse in Berührung befindlichen Fläche entgegengesetzt ist,
• - Positionieren des erwähnten Linsenträgers derart, daß ein Zentrum eines von dem Laserstrahl oder dem monochro­ matischen Licht gebildeten Newton-Rings mit einem Zentrum der genannten Buchse zusammenfällt, und
• - Fixieren des erwähnten Linsenträgers am besagten Ge­ häuse durch Schweißen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasstablinse eine an der einen, zu der mit der Normal­ linse in Berührung befindlichen Fläche entgegengesetzten Seite ausgebildete sphärische Fläche hat, so daß die Glas­ stablinse eine Kondensorfunktion für Licht erfüllt, und daß der genannte Positionierschritt des Linsenträgers aus­ geführt wird, während der Newton-Ring mittels eines durch Entfernen einer Objektivlinse gebildeten Korrekturmikro­ skops mit einem im Unendlichen liegenden Bildpunkt beob­ achtet wird.