DE68916928T2

DE68916928T2 - Optisches Element.

Info

Publication number: DE68916928T2
Application number: DE68916928T
Authority: DE
Inventors: Ian William Stanley
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1988-11-29
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: EP0376492B1; GB8827872D0; DE68916928D1; JPH04502069A; US5096301A; WO1990006529A1; ATE108910T1; KR900702391A; JP2509000B2; CA2004120A1; DK101391D0; EP0376492A1; AU4751790A; DK101391A; AU631834B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung, die einen optischen Wellenleiter aufweist.
Oft ist es notwendig, ein passives oder aktives optisches Gerät mit einem optischen Wellenleiter auszurichten, um für die Weiterleitung optischer Signale zwischen dem Wellenleiter und dem Gerät den bestmöglichen Wirkungsgrad zu erzielen. Wenn der Wellenleiter eine optische Faser ist, muß der Lichtleitbereich der Faser, also der innere Kernbereich, mit dem lichtemittierenden oder lichtempfangenden Bereich des Geräts ausgerichtet werden.
In einem bekannten Verfahren zur Ausrichtung einer optischen Faser mit einem Laser fällt das optische Signal vom Laser auf die Faser. Die Intensität des von der Faser stammenden Signals wird gemessen, und die Position der Faser in bezug auf den Laser wird geändert, um die maximale Intensität des von der Faser stammenden Signals zu erhalten. Die Ausrichtung wird somit anfänglich durch Messung eingestellt. Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist es, daß die Ausrichtung nur anfänglich eingestellt wird und für später als zufriedenstellend angenommen wird. Später folgende Bewegung, Vibrationen oder Temperaturspannungen können jedoch zu Bewegungen des Lasers relativ zur Faser führen. Jede dieser Bewegungen bleibt unerfaßt und der maximale Wirkungsgrad bei der Kopplung liegt nicht mehr vor.
In einem bekannten Verfahren zur Erfassung von Pits, die auf einer Compact Disc eine Spur bilden, werden die Pits durch einen Servomechanismus erfaßt, der die Pits erfaßt und den Laser relativ zu den Pits justiert, so daß der Laser auf die Spur gerastet ist. Der Servomechanismus dient dazu, die Relativposition von Laser und Pits zueinander dynamisch zu justieren, um den bestmöglichen Wirkungsgrad zu erreichen. Der Mechanismus erfaßt die Pits auf der Compact Disc, indem der Unterschied der Reflektivität zwischen den Pits und der verbleibenden Discoberfläche erfaßt wird. Derartige Servo-Laservorrichtungen sind Massenprodukte und deshalb vergleichsweise billige optische Quellen. Sie können jedoch nicht zur Ausrichtung eines Lasers mit bekannten optischen Wellenleitern verwendet werden. Aufgabe der Erfindung ist es, dieses Problem zu lösen.
Es wird auch Bezug genommen auf FR-A 2 535 857.
Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt wird eine optische Vorrichtung angegeben, die eine optische Quelle aufweist; einen optischen Wellenleiter mit einer Stirnfläche, einem Lichtleitbereich, der an der Stirnfläche angebracht und über zumindest zwei gegenüberliegende Begrenzungsbereiche auf der Stirnfläche umgrenzt ist; und ein Nachführsystem, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die Begrenzungsbereiche des optischen Wellenleiters an ihren Stirnflächen eine Beschichtung haben, die so beschaffen ist, daß sich eine Reflektivität der beschichteten Begrenzungsbereiche ergibt, die von derjenigen des Lichtleitbereichs verschieden ist, und daß das Nachführsystem eine Einrichtung aufweist, die auf den Reflektivitätsunterschied zwischen dem Lichtleitbereich und den beschichteten Begrenzungsbereichen anspricht, um eine Einrichtung zum Ausrichten der optischen Quelle auf den Lichtleitbereich zu steuern.
Eine optische Vorrichtung kann dazu ausgelegt sein, die Stirnfläche des Wellenleiters abzutasten und dadurch die Position des Lichtleitbereichs zu erfassen und zu orten. Damit wird es möglich, die massenhaft hergestellten, mit Servos versehenen Laservorrichtungen als optische Quelle für Wellenleitersysteme zu verwenden, wobei zu beachten ist, daß einige Veränderungen im Vergleich zu Vorrichtungen, wie sie beispielsweise für Compact Discs verwendet werden, notwendig sein können. Beispielsweise kann die Kopplungsanordnung zwischen dem Laser und dem Wellenleiter Veränderungen erfordern.
Gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren angegeben zur Herstellung eines optischen Wellenleiters, der einen Lichtleitbereich aufweist, der durch zumindest zwei gegenüberliegende Begrenzungsbereiche begrenzt ist, wobei alle auf einer Stirnfläche liegen, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch Beschichten zumindest eines Bereichs der Stirnfläche des optischen Wellenleiters mit einem Material, das sich verändert, wenn es starker Strahlung ausgesetzt ist; Leiten eines optischen Signals durch den Lichtleitbereich, wodurch eine Strahlung ausreichender Intensität und ausreichend zur Bewirkung der Materialveränderung im Lichtleitbereich der Endfläche, aber nicht in den Begrenzungsbereichen erzeugt wird, so daß die Reflektivität der Lichtleitbereiche unterschiedlich zu derjenigen der Begrenzungsbereiche auf der Stirnfläche wird. Der Einfachheit halber bzw. üblicherweise ist der Wellenleiter eine optische Faser und der Lichtleitbereich ist der innere Kernbereich, und der Begrenzungsbereich ist ein äußerer Ummantelungsbereich.
Alternativ hierzu kann ein planarer Wellenleiter wie Lithiumniobat mit einem durch Titan eindiffundierten Kanal verwendet werden.
Das Entfernen des Beschichtungsmaterials auf diese Weise führt zur automatischen Ausrichtung der Oberflächenreflektionsgrenze auf die Kante des lichtleitenden Kernbereichs der Faser an oder in der Nähe ihrer Grenze zur Umhüllung.
Die Erfindung wird nun beispielhaft Bezug nehmend auf die Zeichnunen beschrieben, es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bekannten optischen Faser;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer optischen Faser, die für den erfindungsgemäßen Gebrauch geeignet ist;
Fig. 3 einen Längsschnitt der Faser aus Fig. 2,
Fig. 4 die schematische Darstellung eines Servomechanismus und einer Faser, die ein erfindungsgemäßes Ausrichtungssystem bilden; und
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines planaren optischen Wellenleiters, der für den erfindungsgemäßen Gebrauch geeignet gemacht wurde.
In Fig. 1 weist eine bekannte optische Faser 1 eine Stirnfläche 2 auf, einen äußeren Grenzbereich 3 und einen inneren, lichtleitenden Kernbereich 4. Das längs der Faser wandernde Licht wird durch die Faser innerhalb ihres lichtleitenden Bereiches geleitet.
In den Fig. 2 und 3 ist eine optische Faser gezeigt, die für den erfindungsgemäßen Gebrauch geeignet ist. Diejenigen Teile der Faser, die Teilen der in Fig. 1 gezeigten Faser entsprechen, haben gleiche Bezugsziffern. Die Stirnfläche 2 der Faser 1 wurde mit einer Beschichtung 5 so beschichtet, daß im wesentlichen der ganze äußere Umhüllungsbereich 3 durch die Beschichtung 5 bedeckt ist, während der innere Kernbereich 4 im wesentlichen vollständig unbedeckt durch die Beschichtung 5 ist.
Ein Verfahren zur Ausbildung der Stirnfläche ist es, eine Beschichtung auszubilden, beispielsweise ein Metalloxid, und sie auf die Stirnfläche 2 durch Aufdampfen oder Aufsputtern des Metalloxids auf die Endfläche aufzubringen. Dies führt dazu, daß im wesentlichen die gesamte Stirnfläche mit der Beschichtung beschichtet ist. Längs der optischen Faser 1 wird dann ein intensiver optischer Strahl geschickt. Der intensive optische Strahl wird durch den Faseraufbau dahingehend beeinflußt, daß er in oder in der Nähe des Kerns im selben räumlichen Volumen der Faser läuft, das ein normales Signal niedrigerer Leistung einnehmen würde. Dies führt dazu, daß die Beschichtung 5 über dem Kernbereich 4 der Faser durch Verdampfen in demjenigen besonderen Bereich entfernt wird, der mit den sich anschließenden Vorrichtungen ausgerichtet werden muß. Die Beschichtung 5 bedeckt jedoch nach wie vor näherungsweise den gesamten Ummantelungsbereich und hat eine Reflektivität, die von derjenigen des Kernbereichs 4 verschieden ist. Für die Bildung der Beschichtung wird ein Metalloxid gewählt, da es eine amorphe Struktur hat, so daß es zum Zwecke des Wegbrennens die Energie des intensiven optischen Strahls ausreichend absorbiert. Andere Materialarten wie bestimmte Metalle können auch verwendet werden. In axialer Richtung betrachtet weist die Stirnfläche 2 nun den Kernbereich 4 auf, aus dem die Beschichtung 5 entfernt wurde, umgeben von einem Ring der Beschichtung 5. Aufgrund des Reflektivitätsunterschieds der Beschichtung 5 und des Kerns 4 kann eine optische Erfassungsvorrichtung verwendet werden, um aufgrund des Reflektionsunterschieds zwischen Kern 4 und ringförmiger Beschichtung 5 den Kern 4 zu lokalisieren und damit den Laser mit dem Kern auszurichten.
Ein anderes Verfahren zur Ausbildung der Stirnfläche ist es, selektive Ablagerung durch Maskierung zu verwenden.
Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausrichtungssystem schematisch. Das System umfaßt eine optische Faser 1 der Art, wie sie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, und eine optische Nachführquelle 6. Die optische Nachführquelle 6 ist mit einem Laser 20 zur Erzeugung eines optischen Signals verbunden. Durch eine Linse 21 wird das optische Signal auf einen Strahlteiler 22, beispielsweise einen halbreflektierenden Spiegel, fokussiert. Der Strahlteiler 22 teilt das optische Signal in zwei Strahle derart, daß ein erster Teil auf eine zweite, bewegliche Linse 23 fällt, die den ersten Teil auf die Faserstirnfläche fokussiert. Der Strahlteiler 22 leitet einen zweiten Teil des optischen Signals auf eine dritte Linse 24, die den zweiten Teil auf einen Matrixdetektor 25 fokussiert. Ein Rückkopplungs- und Steuerungssystem 26 verbindet die bewegliche Linse 23 und die Matrix 25, um den ersten Teil des optischen Strahls mit dem Wellenleitbereich der Faser 1 auszurichten.
In Fig. 5 ist ein planarer Wellenleiter, der erfindungsgemäß ausgebildet ist, gezeigt. Der Wellenleiter 7 umfaßt einen Lithiumniobatblock 8 mit einem mit Titan eindiffundierten Kanal 8, der ein Lichtleitbereich ist. Die Stirnfläche 9 des Wellenleiters 7 wurde mit einer Beschichtung derart beschichtet, daß zwei gegenüberliegende Begrenzungsbereiche 11, 12 des Lithiumniobatblocks 8 durch die Beschichtung bedeckt sind, während der Lichtleitbereich 8 unbedeckt verblieb.
In diesem Zusammenhang soll der Ausdruck "optisch" denjenigen Teil des elektromagnetischen Spektrums bezeichnen, der gemeinhin als der sichtbare Bereich bekannt ist, zusammen mit denjenigen Teilen des infraroten und ultravioletten Bereichs an den jeweiligen Enden des sichtbaren Bereichs die durch dielektrische optische Wellenleiter wie optische Fasern übermittelt werden können.

Claims

1. Optische Vorrichtung mit:

einer optishchen Quelle (20);

einem optischen Wellenleiter (1) mit einer Stirnfläche (2), einem Lichtleitbereich (4), der an der Stirnfläche angebracht und über zumindest zwei gegenüberliegende Begrenzungsbereiche (5) auf der Stirnfläche umgrenzt ist;

einem Nachführsystem (6), das dazu ausgelegt ist, eine Einrichtung (26) zum Ausrichten der optischen Quelle auf den Lichtleitbereich zu steuern,

dadurch gekennzeichnet,

daß lediglich die Begrenzungsbereiche des optischen Wellenleiters an ihren Stirnflächen eine Beschichtung haben, die so beschaffen ist, daß sich eine Reflektivität der beschichteten Begrenzungsbereiche ergbt, die von derjenigen des Lichtleitbereichs verschieden ist,

und daß das Nachführsystem eine Einrichtung (25) aufweist, die auf den Reflektivitätsunterschied zwischen dem Lichtleitbereich und den beschichteten Begrenzungsbereichen anspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Quelle ein Laser ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitbereich des optischen Wellenleiters der innere Kernbereich und die Begrenzungsbereiche zumindest ein Teil der äußeren Umhüllung einer optischen Faser sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung ein Metalloxid ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines optischen Wellerleiters (1), der einen Lichtleitbereich (4) aufweist, der durch zumindest zwei gegenüberliegende Begrenzungsbereiche (3) begrenzt ist, wobei alle auf einer Stirnfläche (2) liegen,

gekennzeichnet durch

Beschichten zumindest eines Bereichs der Stirnfläche des optischen Wellenleiters mit einem Material, das sich verändert, wenn es starker Strahlung ausgesetzt ist; Leiten eines optischen Signals durch den Lichtleitbereich, wodurch eine Strahlung ausreichender Intensität und ausreichend zur Bewirkung der Materialveränderung im Lichtleitbereich der Endfläche aber nicht in den Begrenzungsbereichen erzeugt wird, so daß die Reflektivität der Lichtleitbereiche unterschiedlich zu derjenigen der Begrenzungsbereiche auf der Stirnfläche wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche durch Bedampfen beschichtet wird.

7. Verfahren zum Ausrichten einer optischen Quelle auf den Lichtleitbereich eines optischen Wellenleiters, der einen Lichtleitbereich hat, der durch zumindest zwei einander gegenüberliegende Begrenzungsbereiche begrenzt ist, von denen alle auf einer Stirnfläche liegen,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Reflektivität des Lichtleitbereichs unterschiedlich zu der der Begrenzungsbereiche auf der Stirnfläche ist, wobei das Verfahren Messen des Reflektivitätsunterschieds über die Endfläche umfaßt, um dadurch den Ort des Lichtleitbereichs zu bestimmen; und Bewegen der Vorrichtung in bezug auf den Wellenleiter nach Maßgabe der Reflektivitätsmessung, wodurch die Vorrichtung auf den Lichtleitbereich ausgerichtet wird.