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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Technischer
Bereich
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Die
vorliegende Erfindung ist allgemein auf optische Faserkollimatoren
im Array und insbesondere auf ein System und auf ein Verfahren zur
Herstellung von optischen Faserkollimatoren im Array gerichtet.
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Technischer
Hintergrund
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Optische
Faserkollimatoren im Array werden in optischen Systemen zunehmend
genutzt. Zum Beispiel sind optische Faserkollimatoren im Array zur Verwendung
in Verbindung mit verschiedenen optischen Chips, z. B. optischen
Isolatorchips und optischen Zirkulatorchips, verwendet oder vorgeschlagen
worden. Wegen der jüngsten
Zunahme des Bedarfs an optischen Vorrichtungen im Array zur Verwendung
in dichten Wellenlängenmultiplexsystemen (DWDM-Systemen)
wird die Senkung der Kosten optischer Vorrichtungen im Array zunehmend
wichtig. Allerdings hängt
die Effektivität
optischer Vorrichtungen, die Kollimations-Arrays verwenden, welche
Gradientenmikrolinsen (GRIN-Mikrolinsen), asphärische Mikrolinsen oder Fesnel-Mikrolinsen enthalten,
stark von der Konfiguration eines gegebenen optischen Faserkollimator-Arrays
ab. Somit ist es wichtig, das Faserkollimator-Array so zu konfigurieren,
dass optische Verluste verringert werden.
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Das
Dokument Han., H., u. a., "Integration
of Silicon Bench with Micro Optics", Proceedings of the Spie, Spie, Bellingham,
VA, USA, Bd. 3631, Januar 1999, S. 234-243, XP000995170, ISSN: 0277-786X, offenbart
ein Verfahren zum aktiven Ausrichten von Komponenten eines optischen
Faserkollimators im Array.
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EP 0619 505 bezieht sich
auf einen optischen Kollimator, der ein Array optischer Fasern zum Ausrichten
und Fixieren optischer Fasern umfasst, und auf ein Mikrolinsen-Array,
das in einer vorgegebenen Entfernung in der Nähe des Arrays optischer Fasern
angeordnet ist, und auf ein Verfahren zum Ausrichten optischer Achsen
des optischen Kollimators.
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US 5 815 262 bezieht sich
auf eine optische Übertragungsvorrichtung,
auf eine Festkörperlaservorrichtung
und auf eine Laserstrahl-Verarbeitungsvorrichtung mit der optischen Übertragungsvorrichtung
oder mit der Festkörperlaservorrichtung
zum Übertragen
eines Laserstrahls mit hoher Fokussierbarkeit, die für die Laserstrahlverarbeitung
für industrielle
Verarbeitungszwecke, für
die medizinische Laseranwendung und dergleichen verwendet wird.
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Es
besteht ein Bedarf an einem System und an einem Verfahren zum Ausrichten
der Komponenten eines optischen Faserkollimators im Array, das praktisch
ist und optische Verluste minimiert.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum aktiven Ausrichten
von Komponenten eines optischen Faserkollimators im Array gemäß dem Anspruch
1 gerichtet. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
wird ein erstes Spannelement zum Aufnehmen und Halten eines Array-Blocks
optischer Fasern bereitgestellt, der mehrere einzelne optische Fasern
aufnimmt und hält.
Nachfolgend wird ein zweites Spannelement zum Aufnehmen und Halten eines
Mikrolinsen-Array-Substrats bereitgestellt, das mehrere Mikrolinsen,
die entlang einer Mikrolinsenoberfläche integriert sind, und eine
Substratoberfläche,
die der Mikrolinsenoberflächen
gegenüberliegt, enthält. Daraufhin
wird ein drittes Spannelement zum Aufnehmen und Halten wenigstens
eines Abschnitts eines ersten Lichtempfängers bereitgestellt, der so positioniert
ist, dass er einen Lichtstrahl von wenigstens einer der integrierten
Mikrolinsen empfängt. Nachfolgend
wird wenigstens ein Lichtstrahl von der Lichtquelle zu wenigstens
einer der mehreren einzelnen optischen Fasern bereitgestellt. Daraufhin
wird die relative Position des Mikrolinsen-Array-Substrats und/oder
des Array-Blocks optischer Fasern so justiert, dass die Lichtleistung
des von dem ersten Lichtempfänger
empfangenen Lichtstrahls maximal wird. Schließlich wird durch Fixieren des
Array-Blocks optischer Fasern an dem Mikrolinsen-Array-Substrat, wenn
die von der integrierten Mikrolinse bereitgestellte Lichtleistung
maximal ist, ein fertiger optischer Faserkollimator im Array bereitgestellt.
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Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden detaillierten
Beschreibung dargelegt und sind für den Fachmann aus der Beschreibung
offensichtlich oder werden durch Verwirklichung der Erfindung, wie
sie in der folgenden Beschreibung beschrieben wird, zusammen mit
den Ansprüchen
und den beigefügten
Zeichnungen erkannt.
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Selbstverständlich ist
die vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft für die Erfindung und
soll eine Übersicht
für das
Verständnis
des Wesens und des Charakters der Erfindung geben, wie sie durch
die Ansprüche
definiert ist. Die beigefügten Zeichnungen
sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu vermitteln,
wobei sie integriert sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden. Die
Zeichnungen veranschaulichen verschiedene Merkmale und Ausführungsformen
der Erfindung, die zusammen mit ihrer Beschreibung zur Erläuterung der
Hauptpunkte und des Betriebs der Erfindung dienen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer optischen Vorrichtung im Array
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2A-2C sind
Diagramme eines Aufbaus zum Ausrichten eines Array-Blocks optischer Fasern
und eines Mikrolinsen-Array-Substrats;
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3 ist
eine graphische Darstellung, die den Kopplungsverlust in Abhängigkeit
vom Abstand für
ein Paar optischer Faserkollimatoren im Array zeigt, deren Komponenten
durch eine kollimierte Einmodenfaserprozedur (SMC-Faserprozedur)
und durch eine Schrittprozedur gemäß Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung ausgerichtet wurden;
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4 ist
ein Blockdiagramm eines Aufbaus zum Ausrichten eines Array-Blocks
optischer Fasern mit einem Mikrolinsen-Array-Substrat;
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5 ist
eine graphische Darstellung, die den Kopplungsverlust in Abhängigkeit
vom Abstand unter Verwendung der SMC-Faserprozedur, der Schrittprozedur
und der Spiegelprozedur zeigt;
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6 ist
eine graphische Darstellung, die die Kopplungsverlustzunahme in
Abhängigkeit
von der Zeit für
den Aufbau aus 4 zeigt;
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7 ist
ein Draufsichtdiagramm, das die Bewegung des Array-Blocks optischer
Fasern und des Spiegels aus 4 in Bezug
auf das Mikrolinsen-Array-Substrat zeigt;
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8 ist
ein Blockdiagramm eines weiteren Aufbaus zum Ausrichten von Komponenten
eines optischen Faserkollimators im Array gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine graphische Darstellung, die den Kopplungsverlust in Abhängigkeit
von der Entfernung für
eine Anzahl von Kollimatorpaaren, die unter Verwendung des Aufbaus
aus 8 konstruiert sind, zeigt;
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10 ist
ein Diagramm eines optischen Faserkollimators im Array, der einen
gekippten Blindblock mit einer abgeschrägten Oberfläche, die zu einer gekippten
Oberfläche
des Mikrolinsen-Array-Substrats passt, verwendet;
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11 ist
eine Seitenansicht eines optischen Faserkollimators im Array, der
einen Blindblock mit einer Delle zur Aufnahme einer konvexen Mikrolinse
oder einer Beugungsmikrolinse verwendet; und
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12 ist
eine Seitenansicht eines optischen Faserkollimators im Array, der
einen Blindblock mit einer abgeschrägten hinteren Oberfläche enthält, der
mit Kollimatoren verwendet wird, die einen kollimierten Lichtstrahl
haben, der mit einer Abweichung von wenigen Grad von der optischen
Achse der Mikrolinsen ausgerichtet ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
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1 zeigt
eine optische Vorrichtung 100 im Array, die einen ersten
optischen Faserkollimator 102 im Array und einen zweiten
optischen Faserkollimator 112 im Array enthält. Der
erste optische Faserkollimator 102 im Array enthält einen
ersten Array-Block 104 optischer Fasern, der mehrere optische
Fasern 101 hält,
und ein erstes Mikrolinsen-Array-Substrat 106,
das mehrere Mikrolinsen enthält,
die entlang einer Mikrolinsenoberfläche integriert sind. Der zweite optische
Faserkollimator 112 im Array enthält einen zweiten Array-Block 114 optischer
Fasern, der mehrere zweite optische Fasern 111 hält, und
ein zweites Mikrolinsen-Array-Substrat 116, das mehrere
Mikrolinsen enthält,
die entlang einer Mikrolinsenoberfläche integriert sind. In einer
im Substrat 120 gebildeten Nut 118 ist ein optischer
Chip (z. B. ein Isolatorchip, ein Zirkulatorchip, ein Filter usw.) 108 gehalten. Sowohl
der erste optische Faserkollimator 102 im Array als auch
der zweite optische Faserkollimator 114 im Array sind (z.
B. mit einem Klebemittel) nach der Ausrichtung in der Weise mit
dem Substrat 120 gekoppelt worden, dass sie in Bezug zueinander
und zu dem Chip 108 fixiert sind.
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Übergehend
zu 2 ist eine Prozedur zum Ausrichten
eines Array-Blocks 202 optischer Fasern, der mehrere optische
Fasern 201 (z. B. acht optische Fasern) hält, auf
ein Mikrolinsen-Array-Substrat 206 gezeigt. Die Fasern 201 werden
mit einer Lichtquelle 214 gekoppelt, die vorzugsweise für jede der
Fasern 201 einen Lichtstrahl bereitstellt. Alternativ kann
die Lichtquelle 214 nur einen Lichtstrahl für die Fasern 201 an
jedem Ende bereitstellen. Wie in 2A gezeigt
ist, nimmt ein erstes Spannelement 203 den Block 202 auf
und hält
ihn, wobei es mit einer Selbstausrichteinrichtung 220 gekoppelt
ist, um die Bewegung des Blocks 202 in Bezug auf das Substrat 206 und
auf eine kollimierte optische Einmodenfaser (kollimierte optische
SMC-Faser) 210 zu ermöglichen.
Das Substrat 206 wird mit einem zweiten Spannelement 205 aufgenommen
und gehalten, das das Substrat 206 an der Selbstausrichteinrichtung 220 befestigt,
die die Bewegung des Substrats 206 durch die Selbstausrichteinrichtung 220 ermöglicht.
Die optische SMC-Faser 210 wird mit einem Empfänger 212 gekoppelt
und mit einem Spannelement 207 aufgenommen und gehalten.
Der Block 202 und das Substrat 206 werden in Bezug
zueinander so justiert, dass eine maximale Lichtleistung von jeder
Faser 201 und von ihrer entsprechenden Mikrolinse erzielt wird,
wie sie durch den Empfänger 212 (durch
die optische SMC-Faser 210) gesehen wird. Es ist klar, dass
das Erzielen einer optimalen Ausrichtung zwischen den mehreren optischen
Fasern 201 des Blocks 202 und den Mikrolinsen
des Substrats 206 eine genaue intermittierende Bewegung
durch die Selbstausrichteinrichtung 220 erfordert. Wenn
eine gewünschte
Ausrichtung erzielt worden ist, wird der Block 202 (z.
B. mit einem Optikklebemittel) an dem Substrat 206 befestigt,
was einen fertigen optischen Faserkollimator 230 im Array
bereitstellt, der in Verbindung mit der Prozedur aus 2B genutzt
wird.
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Wie
in 2B gezeigt ist, werden die mehreren optischen
Fasern 201 des Kollimators 230 mit dem Empfänger 212 gekoppelt.
Daraufhin wird der Kollimator 230 durch ein Spannelement 209,
das den Kollimator 230 aufnimmt und hält, mit der Selbstausrichteinrichtung 220 gekoppelt.
Daraufhin wird mit mehreren optischen Fasern 231, die im
Array-Block 232 optischer Fasern gehalten sind, eine Lichtquelle 214 gekoppelt.
Daraufhin wird der Array-Block 232 optischer Fasern über das
Spannelement 203 mit der Selbstausrichteinrichtung 220 gekoppelt.
Daraufhin wird mit der Selbstausrichteinrichtung 220 durch
ein Spannelement 205 ein Mikrolinsen-Array-Substrat 236 gekoppelt.
Daraufhin werden der Block 232 und das Substrat 236 durch
die Selbstausrichteinrichtung 220 so bewegt, dass, wie
durch den Kollimator 230 von dem Empfänger 212 erfasst wird,
eine optimale Lichtleistungsübertragung
durch die optischen Fasern 231, die in dem Block 232 gehalten
sind, und durch die Mikrolinsen des Substrats 236 ermöglicht wird.
Wenn die maximale Leistungsübertragung
erzielt wird, wird der Block 232 (z. B. mit einem Optikklebemittel),
wie in 2C gezeigt ist, an dem Substrat 236 fixiert,
wobei ein weiterer Kollimator 250 gebildet wird.
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Wie
in 2C gezeigt ist, wird der Kollimator 250 daraufhin
unter Nutzung des Spannelements 209 mit der Selbstausrichteinrichtung 220 gekoppelt und
durch die mehreren optischen Fasern 231 mit dem Lichtempfänger 212 gekoppelt.
Daraufhin wird mit der Selbstausrichteinrichtung 220 durch
das Spannelement 203, das den Block 262 aufnimmt
und hält,
ein Array-Block 262 optischer Fasern gekoppelt, der mehrere
optische Fasern 261 hält,
die mit der Lichtquelle 214 gekoppelt sind. Daraufhin wird
durch ein Spannelement 205, das das Substrat 266 aufnimmt
und hält,
ein Substrat 266 mit der Selbstausrichteinrichtung 220 gekoppelt. Ähnlich der
Prozedur aus 2B werden der Block 262 und
das Substrat 266 aufeinander so ausgerichtet, dass durch
die Mikrolinse des Substrats 266, wie von dem Lichtempfänger 212 gesehen
wird, eine maximale Leistungsübertragung
durch den Kollimator 250 bereitgestellt wird. Somit ist
eine Prozedur beschrieben worden, in der ein hergestellter Kollimator
genutzt wird, um ein nächstes
Mikrolinsen-Array-Substrat auf einen nächsten Array-Block optischer
Fasern auszurichten, um einen nächsten
Kollimator herzustellen.
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3 zeigt
eine graphische Darstellung, die den Kopplungsverlust eines Paars
hergestellter Kollimatoren unter Verwendung der SMC-Faserprozedur und
unter Verwendung der oben beschriebenen Schrittprozedur zeigt. Wie
in 3 gezeigt ist, war der minimale Kopplungsverlust
eines Paars von Kollimatoren, die auf die SMC-Faser ausgerichtet
waren, etwa 1,5 dB, wenn ein Kollimator fünf bis sechs Millimeter von
dem anderen Kollimator angeordnet wurde, der in der gleichen Weise
ausgerichtet wurde. Unter Nutzung eines früher hergestellten Kollimators zum
Ausrichten eines nächsten
hergestellten Kollimators, wenn der hergestellte Kollimator fünf bis sechs
Millimeter von dem anderen Kollimator angeordnet wurde, wurde eine
Verringerung um 0,6 dB erzielt. Allerdings kann ohne einen idealen
Master-Kollimator eine Fehlausrichtung bleiben, wobei die ersten
zwei oder drei Kollimatoren üblicherweise
verworfen werden müssen.
Ferner ist die Ausrichtung durch die Erfassung des kollimierten
Lichtstrahls nicht besonders empfindlich für eine X-, Y- und Z-Achsen-Bewegung,
da der kollimierte Lichtstrahl allgemein zum Ausrichten in der Mikrometer-
oder Submikrometer- Größenordnung
zu weit ist (wobei der Strahldurchmesser in diesem Fall üblicherweise
in einem Bereich von 100 bis 140 Mikrometern liegt).
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4 zeigt
ein alternatives System zum Ausrichten eines Array-Blocks 402 optischer
Fasern auf ein Mikrolinsen-Array-Substrat 406. Eine Lichtquelle
(z. B. eine Laserdiode) 414 wird mit einem optischen Zirkulator 416 gekoppelt,
der mit einem Lichtempfänger
(z. B. mit einem Photodetektor) 418 gekoppelt wird. Der
Zirkulator 416 wird außerdem
mit mehreren optischen Fasern 401 gekoppelt, die in dem
Block 402 gehalten sind. Der Block 402 wird mit einem
Spannelement 403, das den Block 402 aufnimmt und
hält, mit
einer Selbstausrichteinrichtung 420 gekoppelt. Das Substrat 406 wird
mit einem Spannelement 405, das das Substrat 406 aufnimmt und
hält, mit
der Selbstausrichteinrichtung 420 gekoppelt. Ein Halbspiegel 422 wird
mit einem Spannelement 411, das den Spiegel 422 aufnimmt
und hält, mit
der Selbstausrichteinrichtung 420 gekoppelt. Eine Kamera 424 mit
ladungsgekoppelter Vorrichtung (CCD-Kamera 424) wird durch
ein Spannelement 413, das die CCD-Kamera 424 aufnimmt
und hält,
mit der Selbstausrichteinrichtung 420 gekoppelt. Auf diese
Weise kann die Selbstausrichteinrichtung 420 den Block 402,
das Substrat 406 und den Spiegel 422 in Bezug
auf die Kamera 424 und in Bezug aufeinander in drei Dimensionen
(X, Y und Z) justieren.
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Anfangs
werden der Block 402 und der Spiegel 422 durch
die Selbstausrichteinrichtung 420 in der Weise in Kontakt
gebracht, dass sie in der θX-Richtung
und in der θY-Richtung für maximale Lichtleistungsübertragung
ausgerichtet werden können.
Dies legt den Block 402 und den Spiegel 422 parallel.
Nachfolgend wird der Spiegel 422 in der Z-Richtung von dem
Block 402 wegbewegt. Daraufhin wird das Substrat 406 zwischen
dem Block 402 und dem Spiegel 422 angeordnet.
Daraufhin stellt die Lichtquelle 414 wenigstens zu einer
ersten der optischen Fasern 401 und wenigstens zu einer
der optischen Fasern 401 einen Lichtstrahl so bereit, dass durch
visuelles Untersuchen der Beleuchtungsposition durch die Mikrolinse
des Substrats 406 mit der Kamera 424 die visuelle
Ausrichtung durchgeführt
wird. Nachfolgend werden der Spiegel 422 und das Substrat 404 in
einer Entfernung α positioniert,
die der optischen Länge
zwischen einer Mikrolinse und einem zu bildenden Strahltaillenpunkt
(dem Punkt in dem Gaußschen
Strahl, wo die Wellenfront eine Krümmung null hat und der Strahldurchmesser
minimal ist) entspricht. Daraufhin wird ein Lichtstrahl in die Fasern 401 und
in den Block 402 eingeführt,
wobei die Mikrolinsen des Substrats 406 durch Untersuchen der
reflektierten Lichtleistung, wie sie bei dem Lichtempfänger 418 gesehen
wird, ausgerichtet werden.
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Wenn
die optimale Ausrichtung erzielt worden ist, werden der Block 402 und
das Substrat 404 (z. B. mit einem Optikklebemittel) aneinander
fixiert, um einen optischen Faserkollimator im Array zu bilden.
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5 zeigt
den Kopplungsverlust in Abhängigkeit
von der Entfernung für
die zuvor beschriebenen Prozeduren. Ein minimaler Kopplungsverlust
eines Paars durch die Spiegelprozedur ausgerichteter Kollimatoren
ohne eine Antireflexionsschicht (AR-Schicht) auf der Mikrolinsenoberfläche ist
0,6 dB. Somit sollte der Kopplungsverlust üblicherweise kleiner als 0,5
dB sein, wenn die Mikrolinsenoberfläche AR-beschichtet ist.
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Es
wird angemerkt, dass die Genauigkeit der Ausrichtung von zwischen
einem Bereich von etwa 0,5 bis 1 Mikrometer auf etwa 0,1 Mikrometer
in der X- und Y-Achse und von 0,1 Grad auf 0,01 Grad in der θX-, θY- und θZ-Achsen-Ausrichtung
verbessert wurde.
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Übergehend
zu 6 ist eine graphische Darstellung gezeigt, die
die Abweichung der Ausrichtung in Abhängigkeit von der Zeit für einen
Array-Block optischer Fasern und für ein Mikrolinsen-Array-Substrat
zeigt, nachdem sie in einem Kanal ausgerichtet worden sind. Die
Zunahme des Verlusts mit der Zeit ist hauptsächlich eine Folge der Wärmeausdehnung
oder -schrumpfung der Halter und der Träger an der Selbstausrichteinrichtung
und der Schwingung der Selbstausrichteinrichtung. In dem Prozess
der Ausrichtung unter Verwendung eines Spiegels werden der Spiegel
und der Array-Block optischer Fasern ausgerichtet und parallel,
wobei sie während
der Ausrichtung des Substrats und des Blocks an diesem Punkt für eine Zeitdauer
gelassen werden, in der sich der Spiegel in gewissem Umfang bewegen
kann. Die Instabilität
der Selbstausrichteinrichtung zeigen allgemein alle kommerziell
verfügbaren
Modelle.
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Wie
in 7 gezeigt ist, ist ein weiterer Faktor, der die
Ausrichtung der Komponenten beeinflusst, die Abweichung des Drehpunkts
der Selbstausrichteinrichtung von der Spitze eines ersten Kanals
(Kanal 1) und eines letzten Kanals (Kanal 6) des Blocks 402 und
der Oberfläche
des Spiegels 422. In einer typischen Selbstausrichteinrichtung wird
das Substrat 406 fixiert und werden der Spiegel 422 und
der Block 402 bewegt, um die Ausrichtung zu ermöglichen.
Wenn dagegen der Block 402 und der Spiegel 422 z.
B. in der θY-Achse
bewegt werden, bewegen sich die Spitzen des ersten Kanals und des
letzten Kanals, die für
Ausrichtpunkte verwendet werden, nicht nur in der θY-, sondern
auch in der X- und in der Z-Achse. Der Spiegel 422 bewegt
sich ähnlich
wie der Block 402, wobei eine Fehlausrichtung in der Z-Achse
bleiben kann, obgleich der Block 402 automatisch in der
X-Achse ausgerichtet werden kann.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wie sie in 8 veranschaulicht
ist, wird anstelle des Spiegels 422 aus 4 ein
Blindblock (vorzugsweise ein SiO2-Block oder
ein Glasblock) 826 genutzt. Der Blindblock 826 wird
an einer Oberfläche
des Substrats 806 befestigt. Wie gezeigt ist, enthält der Array-Block 802 optischer Fasern
einen Linsenabstandshalter 828, der in der Weise mit einer
Oberfläche
des Blocks 802 (z. B. mit einem Optikklebemittel) gekoppelt
ist, dass der Block 802 und der Abstandshalter 828 eine
integrierte Einheit bilden. Somit werden der Block 802 und
der Abstandshalter 828 mit einem einzelnen Spannelement 803 an
der Selbstausrichteinrichtung 820 befestigt. Gleichermaßen wird
der Blindblock 826 an dem Substrat 806 befestigt,
das mit einem einzelnen Spannelement 805 mit der Selbstausrichteinrichtung 820 gekoppelt
wird. Außerdem
wird mit einem Spannelement 813 eine CCD-Kamera 824 mit
der Selbstausrichteinrichtung 820 gekoppelt. Eine Lichtquelle
(z. B. eine Laserdiode) 814 stellt durch einen optischen
Isolator 830 einen Lichtstrahl zu einem optischen Zirkulator 816 bereit.
Der Zirkulator 816 wird mit mehreren optischen Fasern 801 gekoppelt,
die in dem Block 802 gehalten sind. Vorzugsweise wird Licht
in eine erste optische Faser der Fasern 801 und in eine
letzte optische Faser der mehreren optischen Fasern 801 eingeführt, wobei
der Block 802 und das Substrat 806 durch visuelle
Untersuchung der Beleuchtungsposition durch die Mikrolinsen des
Substrats 806 mit einer CCD-Kamera 824 grob ausgerichtet
werden. Der durch die Mikrolinsen des Substrats 806 gebildete
kollimierte Lichtstrahl wird an einer Oberfläche des Blindblocks 826,
dessen Dicke vorzugsweise so justiert wird, dass eine Reflexionsposition
der Mitte des optischen Strahls entlang der optischen Achse des Kollimators
entspricht, teilweise reflektiert. Das reflektierte Licht wird wieder
in die Faser eingeführt
und durch den Zirkulator 816 in einen Lichtempfänger (z. B.
in einen Photodetektor) 818 gelenkt. Die Ausrichtung des
Blocks 802 (einschließlich
des Abstandshalters 828) und des Substrats 805 (einschließlich des Blindblocks 826)
wird dadurch erzielt, dass die Lichtleistungen des ersten Kanals
und des letzten Kanals geprüft
werden. Alternativ kann jeder Kanal untersucht werden. Auf diese
Weise werden das Substrat 806 und der Block 802 durch
Untersuchung der reflektierten Lichtleistung in allen sechs Achsen
(X, Y, Z, θX, θY und θZ) genau
ausgerichtet. Wenn die richtige Ausrichtung erzielt worden ist,
wird zwischen eine Oberfläche
des Abstandshalters 828 und eine Oberfläche des Substrats 806 ein
Klebemittel (z. B. ein Ultraviolettopticklebemittel (UV-Optikklebemittel)) eingeführt, um
einen integrierten Kollimator zu erzeugen. Ein Hauptvorteil dieser
Prozedur gegenüber
der zuvor beschriebenen Prozedur ist, dass die Anzahl der Teile,
die an der Selbstausrichteinrichtung gehalten werden müssen, von
drei auf zwei abnimmt, was es ermöglicht, eine genauere Ausrichtung
zu erzielen.
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9 ist
eine graphische Darstellung, die mehrere Kurven veranschaulicht,
die für
eine Anzahl von Paaren von Kollimatoren, die unter Verwendung des
Aufbaus aus 8 hergestellt wurden, den Kopplungsverlust
in Abhängigkeit
vom Abstand definieren. Der minimale Kopplungsverlust eines Paars Kollimatoren,
die unter Verwendung eines Blindblocks ausgerichtet wurden, war
0,4 dB (wobei der Fresnel-Reflexionsverlust beseitigt wurde, der
Verbindungsverlust dagegen enthalten war). Es wird angemerkt, dass
die Genauigkeit der Ausrichtung von einem Bereich von etwa zehn
bis zwanzig Mikrometer auf etwa einen Mikrometer in der Z-Achse
verbessert wurde und dass diese Prozedur auf alle sechs Achsen anwendbar
ist.
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Die
zuvor beschriebenen Prozeduren sind auf eine breite Vielfalt von
Kollimatorkonfigurationen anwendbar. Zum Beispiel zeigt 10 einen
optischen Faserkollimator 1000 im Array, der einen Blindblock 1026 enthält, der
eine angewinkelte Fläche
aufweist, die an eine abgeschrägte
Oberfläche eines
Mikrolinsen-Array-Substrats 1006 angepasst ist. Das Anwinkeln
der Fläche
des Blindblocks 1026 kompensiert die Abschrägung des
Substrats 1006 und stellt eine genauere Ausrichtung sicher.
Wie in 11 gezeigt ist, kann ein Kollimator 1100 mit
konvexen Linsen oder Beugungslinsen einen Blindblock 1126 mit
einem Hohlraum (z. B. mit einer Delle) für die Ausrichtung enthalten.
Wenn der kollimierte Lichtstrahl so ausgelegt ist, dass er wenige
Grad von der optischen Achse der Mikrolinsen eines Mikrolinsen-Array-Substrats 1206 abweicht,
kann, wie in 12 gezeigt ist, für die genauere
Ausrichtung vorteilhaft ein Blindblock 1226 mit einer gekippten
hinteren Oberfläche
verwendet werden. Dementsprechend sind hier eine Anzahl von Prozeduren
beschrieben worden, die den Verlust eines optischen Faserkollimators
im Array gegenüber
früheren
Konstruktionstechniken allgemein verringern.
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Für den Fachmann
ist klar, dass an der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie
sie hier beschrieben wurde, verschiedene Änderungen vorgenommen werden
können,
ohne von dem wie durch die beigefügten Ansprüche definierten Anwendungsbereich
der Erfindung abzuweichen.