DE69429790T2

DE69429790T2 - Optischer Wellenleiter-Koppler mit spielfrei montiertem optischen Element

Info

Publication number: DE69429790T2
Application number: DE69429790T
Authority: DE
Inventors: Neal Henry Thorsten; Friedrich Zwickel
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2014-12-15
Also published as: EP0661563A2; DE69429790D1; EP1043610B1; JPH07234320A; EP0661563B1; DE69426667T2; HK1003308A1; DE69426667D1; JP3034775B2; SG43772A1; EP0661563A3; EP1043610A1; US5416867A

Description

ERFINDUNGSGEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Bauelemente zum Koppeln von zwei optischen Wellenleitern und insbesondere einen Koppler mit einem integrierten Bandpaßfilter und Bauelemente zum Feinabstimmen und/oder drehbaren Anordnen eines optischen Bauelements, dessen optische Eigenschaften sich bei Drehung ändern.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

In Kommunikationssystemen, die optische Wellenleiter wie etwa optische Fasern verwenden, sind in der Regel zwei oder mehr optische Wellenleiter erforderlich, um zwei Kommunikationsvorrichtungen miteinander zu verbinden. So müssen die optischen Wellenleiter miteinander in Reihe gekoppelt werden, so daß dort, wo ein optischer Wellenleiter endet, ein anderer optischer Wellenleiter beginnt. Bei derartigen Kopplungsstellen zwischen optischen Wellenleitern wird das Signal oft auch gefiltert, um Rauschen aus dem übertragenen Signal zu entfernen. Im Fall von optischen Faserwellenleitern wird das durch die erste optische Faser emittierte Lichtsignal in der Regel aufgespreizt und dann durch eine Linse kollimiert, so daß das Signal von der zweiten Faser leichter empfangen werden kann, ohne daß außergewöhnliche Maßnahmen getroffen werden müssen, um die Enden der Fasern präzise auszurichten; zu diesem Zweck werden allgemein Gradientenlinsen oder sogenannte GRIN-Linsen verwendet. Aus dem am 28.9.1983 veröffentlichten Patent EP-A-0089758 ist eine optische Wellenleiterkopplung bekannt, bei der ein drehbarer Glasblock in dem Lichtweg zwischen den optischen Fasern positioniert ist, um das übertragene Licht veränderlich zu dämpfen. Die Filterung des übertragenen Lichts geschieht häufig dadurch, daß ein optischer Filter zwischen dem Ausgangsende der ersten Faser und dem Eingangsende der zweiten optischen Faser positioniert wird. Der Filter filtert unerwünschte Lichtwellenlängen aus. Im Fall von schmalbandigen optischen Rauschfiltern werden im wesentlichen alle Wellenlängen entfernt, mit Ausnahme derjenigen, die in einer schmalen Bandbreite von Wellenlängen oder einem Durchlaßband liegen, wobei die Bandbreite bzw. das Durchlaßband um eine Mittenwellenlänge zentriert ist, wodurch das Rauschen aus dem übertragenen Signal entfernt wird. Die Mittenwellenlänge des Filters ist so ausgewählt, daß sie der Mittenwellenlänge des durch die Linse in dem Koppler emittierten Signals gut entspricht, und die Bandbreite des Filters ist so ausgewählt, daß der Filter mindestens im wesentlichen alle Wellenlängen des Signals durchläßt, wodurch der größte Teil des Rauschens, das hauptsächlich bei verschiedenen Wellenlängen übertragen wird, eliminiert wird. Die Mittenwellenlänge von schmalbandigen Filtern hängt von dem Winkel des Filters zu dem einfallenden Lichtstrahl und in dem Fall von Absorptionsfiltern von dem Niveau der Qualitätskontrolle ab, die während der Herstellung der Filter aufrechterhalten wird. Es ist deshalb wichtig, daß der Filter in dem Signalweg unter einem präzisen Winkel angeordnet und sicher gehalten wird, so daß das ausgewählte Durchlaßband so gut wie möglich der Signalwellenlänge entspricht.
Doch ändern sich die optischen Eigenschaften der meisten optischen Filter mit Temperaturschwankungen. Temperaturänderungen können durch Änderungen in der Umgebung oder ein Aufheizen des Filters erzeugt werden, das dadurch bewirkt wird, daß das in der Regel von einem Laser erzeugte Lichtsignal auf den Filter auftrifft. Wenn beispielsweise ein optischer Filter erwärmt wird, dann steigt die Mittenwellenlänge des Durchlaßbands in der Regel an. Im Fall von sehr schmalbandigen optischen Filtern filtert der Filter das ganze Signal aus, wenn die Bewegung der Mittenwellenlänge ausreichend groß ist, wodurch nur Rauschen durchgelassen wird. In optischen Kommunikationssystemen, bei denen Filter mit einem breiten Durchlaßband zum Einsatz kommen, ist die Bewegung der Mittenwellenlänge möglicherweise nicht wichtig, jedoch wird bei neueren Langstreckensystemen, bei denen ein oder mehrere Kanäle mit engen Grenzen bei den übertragenen Bandbreiten erforderlich sind, die Größe der Temperaturauswirkungen und die zur Anpassung des Filters an das übertragene Signal erforderliche Auflösung für die Leistung des Systems kritisch. Um sicherzustellen, daß ein Erwärmen das zu übertragende Signal nicht eliminiert, kann ein Filter aus einem Material hergestellt werden oder auf derartige Weise, daß die Auswirkung der Temperatur auf das Durchlaßband reduziert wird. Der Prozeß der Herstellung derartiger Filter ist jedoch kompliziert und nicht effizient, da viele der resultierenden Gegenstände als defekt verworfen werden müssen. Folglich sind solche Filter teuer. Eine andere Lösung besteht darin, preiswerte Filter zu verwenden, bei denen die Mittenwellenlängen für thermische Schwankungen relativ anfällig sind, aber den Filter auf einer konstanten Temperatur zu halten; jedoch ist die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur oftmals unmöglich oder unwirtschaftlich.
Als weitere Alternative kann man auch Filter verwenden, die physikalisch, elektronisch oder magnetisch geändert werden können, so daß sie ihre Filterungseigenschaften verändern. Derartige aktive thermische kompensierende Filter sind sehr kompliziert und erfordern Wärmedetektoren und zusätzliche Mechanismen, um die optischen Eigenschaften des Filters zu ändern, wenn die Temperatur variiert, wobei alle diese Maßnahmen die Möglichkeit von Fehlfunktionen einführen und erhöhen.
Dementsprechend besteht ein Bedarf nach einem preiswerten, relativ einfachen optischen Faserkoppler, der preiswerte Filter oder andere optische Elemente verwendet, die leicht und präzise abgestimmt werden können und die Umgebungsschwankungen passiv und zuverlässig kompensieren.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung ist in Anspruch 1 dargelegt, wobei bevorzugte Formen in den abhängigen Ansprüchen dargelegt sind.
Der optische Wellenleiterkoppler der vorliegenden Erfindung umfaßt drei primäre Abschnitte: ein optisches Element, das übertragene Lichtsignale modifiziert oder filtert, einen Elementhalter, in dem das Element befestigt ist, und einen Körper, in dem der Elementhalter befestigt ist.
Der Kopplerkörper weist eine Durchgangsbohrung auf, die sich entlang einer mittleren Längsachse über seine ganze Länge erstreckt. Am Eingangsende und am Ausgangsende des Kopplerkörpers ist ein optischer Wellenleiter, wie etwa eine optische Faser, in der Durchgangsbohrung so angebracht, daß die Enden der Fasern in den Körper gerichtet sind. In der Durchgangsbohrung des Körpers sind vorzugsweise kollimierende Linsen positioniert, um die durch die optischen Fasern übertragenen Signale aufzuweiten, zu kollimieren und zu fokussieren. Das Ende der optischen Faser an dem Signaleingangsende des Kopplerkörpers ist nominell im Brennpunkt der kollimierenden Linse positioniert, aber so, daß der Brennpunkt der kollimierenden Linse geringfügig unter der Mitte der optischen Faser liegt. Infolge dieser absichtlichen Fehlausrichtung wird das die kollimierende Eingangslinse verlassende Lichtsignal entlang einer optischen Achse kollimiert, die relativ zu der zentralen Längsachse des Kopplerkörpers unter einem von Null verschiedenen Winkel β angeordnet ist.
Der Elementhalter weist eine Durchgangsbohrung auf, die sich über seine ganze Länge erstreckt, und er ist so in dem Körper angebracht, daß von der kollimierenden Eingangslinse emittierte Signale in die Durchgangsbohrung des Elementhalters gerichtet wird. An dem Eingangsende des Elementhalters ist die Durchgangsbohrung im wesentlichen koaxial mit der zentralen Längsachse. Am Ausgangsende des Elementhalters erstreckt sich die Durchgangsbohrung des Halters entlang einer Elementachse, die relativ zu der zentralen Längsachse des Kopplerkörpers unter einem vorbestimmten, von Null verschiedenen Winkel α angeordnet ist.
Das optische Element, bei dem es sich um ein herkömmliches optisches Element handeln kann, mit dem ein durch den Koppler übertragenes Lichtsignal modifiziert wird, wie beispielsweise ein Filter oder Polarisator, ist in dem abgewinkelten Teil der Durchgangsbohrung des Elementhalters angebracht. Folglich ist das Element relativ zu der zentralen Längsachse entlang der Elementachse unter dem vorbestimmten, von Null verschiedenen Winkel α angeordnet.
Da das optische Element relativ zu der zentralen Längsachse unter einem Winkel α angebracht ist, bewirkt eine Drehung des Elementhalters wegen der resultierenden Änderung des Winkels des das optische Element durchlaufenden Signals Änderungen bei den Lichtübertragungseigenschaften des optischen Elements. Falls ein Filter als das optische Element verwendet wird, verändert sich mit der Drehung des Filters die Orientierung des Filters relativ zu der zentralen Längsachse zwischen einem Winkel α - β und einem Winkel α + β, wodurch die Mittenwellenlänge des Durchlaßbands des Filters geändert wird. Die Mittenwellenlänge des Durchlaßbands und die Abstimmempfindlichkeit kann durch entsprechende Auswahl der Winkel α und β gesteuert werden. Dadurch kann während des anfänglichen Zusammenbaus des Kopplers eine Feinabstimmung des Filterungseffekts durch den Koppler ohne weiteres bewerkstelligt werden, um sicherzustellen, daß nur das Rauschen, und nicht das Signal, durch den Filter im wesentlichen blockiert wird.
Gemäß der Erfindung kann die Feinabstimmung des Kopplers nach dem Endzusammenbau präziser erfolgen, wenn der Elementhalter in der Durchgangsbohrung des Kopplerkörpers montiert wird, indem ein mit einem Gewinde versehener Montageentwurf verwendet wird, der sicherstellt, daß der Elementhalter in dem Kopplerkörper fest angebracht ist, der aber auch eine Drehung des Elementhalters und somit des optischen Elements leicht gestattet. Ein Ende des Elementhalters weist zwei mit einem Gewinde versehene Abschnitte auf, die axial voneinander durch einen dazwischen angeordneten Abschnitt ohne Gewinde getrennt sind. In dem dazwischen angeordneten Abschnitt ohne Gewinde sind zwei im wesentlichen parallele Einschnitte so ausgebildet, daß die Einschnitte im wesentlichen senkrecht oder quer zu der zentralen Längsachse liegen. Die Einschnitte sind von gegenüberliegenden Seiten des Elementhalters aus ausgeführt und sind axial voneinander abgesetzt. Ein Ende der inneren Oberfläche der Körperdurchgangsbohrung ist mit einem Gewinde versehen, das der Größe und Form der Gewinde in den beiden, mit Gewinde versehenen Abschnitten des Elementhalters entspricht. Zur Anbringung des Elementhalters wird zunächst die Länge des Basisteils um ungefähr ein Viertel einer Ganghöhe reduziert, indem der Elementhalter axial zusammengedrückt wird, damit die durch die Einschnitte geschaffene Bahn verformt wird. Dann wird der Basisteil in das Ende des Kopplerkörpers eingesetzt und gedreht, wodurch bewirkt wird, daß die Gewinde die Gewinde in dem Körper in Eingriff nehmen. Die Preßpassung des Elementhalters in dem Kopplerkörper bewirkt, daß die Gewinde der beiden mit Gewinde versehenen Abschnitte in entgegengesetzten Richtungen gegen die Gewinde des Kopplerkörpers gedrängt werden. Dadurch ist der Elementhalter stabil in dem Körper befestigt, wodurch das Wackeln verhindert wird, zu dem es normalerweise wegen des Spiels zwischen Außen- und Innengewinden kommt. Diese Verbindung gestattet auch, den Elementhalter gezielt relativ zu dem Kopplerkörper zu drehen, und stellt sicher, daß das optische Element stabil in dem gewünschten Winkel bezüglich der Signalachse bleibt.
Gemäß einer Ausführungsform besteht der Elementhalter aus mindestens zwei Teilen, die aus Materialien gebildet sind, die verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. In dem Elementhalter sind im wesentlichen senkrecht zu der zentralen Längsachse, aber im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen mindestens zwei weitere Einschnitte (30, 32) ausgeführt. Die Einschnitte liegen auf entgegengesetzten Seiten der Grenzfläche zwischen den beiden, den Elementhalter umfassenden Materialien, wodurch zwei verbundene Auskragungen gebildet werden, die sich mit unterschiedlichen Raten thermisch ausdehnen und zusammenziehen. Wenn der Koppler und somit der Elementhalter eine Temperaturänderung erfährt, bewirkt die Differenz der Wärmeausdehnungsraten der beiden verbundenen Auskragungen, daß sich der Elementhalter biegt. Durch dieses Biegen des Elementhalters verändert sich der Winkel, unter dem das optische Element in dem Kopplerkörper angebracht ist, und entsprechend die Orientierung des optischen Elements relativ zu der zentralen Längsachse und der optischen Achse. Falls das optische Element ein Filter ist, ändert sich mit der Winkelorientierung des Filters auch die Mittenwellenlänge des Durchlaßbands des Filters; wenn jedoch die Temperatur des Filters geändert wird, ändert sich auch die Mittenwellenlänge des Durchlaßbands des Filters. Die Tiefe, Breite und Stelle der weiteren Einschnitte in dem Elementhalter, die Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden, den Elementhalter umfassenden Materialien und der jeweilige Filter sind so ausgewählt, daß die auf Temperaturschwankungen zurückzuführende Änderung der optischen Eigenschaften des Filters durch die auf thermisch induzierte Änderungen der Winkelorientierung des Filters zurückzuführende Änderung bei den optischen Eigenschaften des Filters ausgelöscht oder kompensiert werden. Der Elementhalter kann auch aus mehr als zwei Materialteilen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten mit entsprechend angeordneten und bemessenen Einschnitten neben den Grenzflächen zwischen den Teilen bestehen.
Der passive temperaturkompensierte Wellenleiterkoppler der vorliegenden Erfindung kompensiert deshalb die Wärmeausdehnung einfach und zuverlässig und kann unter Verwendung preiswerter optischer Elemente konstruiert und präzise auf die gewünschte Mittenwellenlänge abgestimmt werden.
Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor. Es ist jedoch zu verstehen, daß die Zeichnungen lediglich der Veranschaulichung der Erfindung, aber nicht einer Definierung ihrer Grenzen dienen sollen, wobei wegen der Grenzen auf die beigefügten Ansprüche verwiesen wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1a ist eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten passiven temperaturkompensierten optischen Wellenleiterkopplers bei Umgebungstemperatur;
Fig. 1b ist eine Querschnittsansicht der in Fig. 1a gezeigten Ausführungsform des passiven temperaturkompensierten optischen Wellenleiterkopplers bei einer erhöhten Temperatur;
Fig. 2a ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten passiven temperaturkompensierten optischen Wellenleiterkopplers bei Umgebungstemperatur;
Fig. 2b ist eine Querschnittsansicht der in Fig. 2a gezeigten Ausführungsform des passiven temperaturkompensierten optischen Wellenleiterkopplers bei einer erhöhten Temperatur;
Fig. 3a ist eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten passiven temperaturkompensierten optischen Wellenleiterkopplers bei Umgebungstemperatur;
Fig. 3b ist eine Querschnittsansicht der in Fig. 3a gezeigten Ausführungsform des passiven temperaturkompensierten optischen Wellenleiterkopplers bei einer erhöhten Temperatur;
Fig. 4a ist eine Querschnittsansicht einer Form eines Elementhalters für die in Fig. 2a gezeigte Ausführungsform des passiven temperaturkompensierten optischen Wellenleiterkopplers; und
Fig. 4b ist eine Querschnittsansicht des in Fig. 4a gezeigten Elementhalters, nachdem er in die Basis des Kopplers der vorliegenden Erfindung eingesetzt worden ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter anfänglicher Bezugnahme auf Fig. 1a, in der eine erste Ausführungsform des passiven temperaturkompensierten optischen Wellenleiterkopplers der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, wie er bei Umgebungstemperatur erscheint, wie beispielsweise ungefähr 20ºC, besteht der Koppler 2 aus einem Körper 4, der vorzugsweise rohrförmig und zylindrisch ist. Der Körper 4 ist aus einem starren Material gebildet, wie beispielsweise rostfreiem Stahl 304 oder vorzugsweise der unter dem Handelsnamen KOVAR vertriebenen Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung. Der Körper 4 weist eine zentrale Längsdurchgangsbohrung 6 auf, die sich durch ihn hindurch entlang seiner gesamten Länge erstreckt, zentriert entlang einer zentralen Längsachse 15. Ein erster Linsenhalter 8, durch den eine zentrale Durchgangsbohrung 10 geht, ist beispielsweise durch Laserschweißen sicher an dem ersten Ende 4a des Körpers 4 befestigt. Ein zweiter Linsenhalter 12, durch den ebenfalls eine zentrale Durchgangsbohrung 14 geht, ist auf analoge Weise sicher an einem zweiten und entgegengesetzten Ende 4b des Körpers 4 befestigt. Der erste und zweite Linsenhalter 8, 12 sind aus starrem Material gebildet, und ihre zentralen Durchgangsbohrungen 10, 14 sind axial mit der zentralen Durchgangsbohrung 6 des Körpers 4 und der Kopplerachse 15 ausgerichtet. Eine erste Linse 16 ist sicher an dem ersten Linsenhalter 8 in seiner zentralen Durchgangsbohrung 10 befestigt, und eine zweite Linse 18 ist sicher an dem zweiten Linsenhalter 12 in seiner zentralen Durchgangsbohrung 14 befestigt. Die erste und zweite Linse 16, 18 erstrecken sich in die zentrale Durchgangsbohrung 6 des Körpers 4. Bei der beabsichtigten Verwendung des Kopplers 2 sind zwei optische Wellenleiter 17, 19, wie beispielsweise optische Fasern, in der Nähe der äußeren Enden 16a, 18a der ersten bzw. zweiten Linse positioniert, um optische Verbindungen mit den Linsen 16, 18 herzustellen und dadurch die beiden Wellenleiter 17, 19 für eine optische Kommunikation durch den Koppler 2 zu verbinden. Die erste und zweite Linse 16, 18 weiten das durch die optischen Wellenleiter übertragene Licht auf, kollimieren und fokussieren es, und es handelt sich bei ihnen vorzugsweise um GRIN-Linsen, die aus Glas ausgebildet sind, das entsprechend dotiert ist, so daß die Linsen einen verlaufenden Brechungsindex aufweisen. Der erste und zweite Linsenhalter 8, 12 sind vorzugsweise aus einem Material hergestellt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem der Linsen 16, 18 sehr nahe kommt, wie beispielsweise der Eisen-Nickel- Kobaltlegierung KOVAR.
Das Ende der optischen Faser 17 an dem Signaleingangsende des Kopplerkörpers 4 ist so positioniert, daß sich ihr Ende nominell im Brennpunkt F der kollimierenden Eingangslinse 16 befindet, aber so, daß der Brennpunkt F der kollimierenden Linse 16 leicht unter der Mitte der optischen Faser 17 liegt. Der Brennpunkt F der kollimierenden Eingangslinse 16 liegt vorzugsweise ungefähr 51 um (0,002 Zoll) unter der Mitte der optischen Faser 17. Als Folge dieser absichtlichen Fehlausrichtung wird das die kollimierende Eingangslinse 16 verlassende Lichtsignal entlang einer optischen Achse 15b kollimiert, die in einem von Null verschiedenen Winkel β von ungefähr eins bis ungefähr zwei Grad relativ zu der zentralen Längsachse 15 des Kopplerkörpers 4 angeordnet ist.
Der Elementhalter 20 ist rohrförmig mit einer zentralen Durchgangsbohrung 22, ist starr und ist so in der zentralen Durchgangsbohrung 6 des Körpers 4 angebracht, daß er in dem ersten Ende 4a des Körpers 4 eine Gleitpassung aufweist. Zumindest während des anfänglichen Zusammenbaus und der anfänglichen Einstellung des optischen Kopplers der vorliegenden Erfindung wie unten ausführlicher erörtert, wird der Elementhalter 20 drehbar in dem Körper 4 montiert. Der Elementhalter 20 bleibt selbst nach dem Zusammenbau und der anfänglichen Einstellung relativ zu dem Körper 4 drehbar angebracht, wobei die mit einem Gewinde versehene Verbinderauslegung verwendet wird, die hier unter spezifischer Bezugnahme auf die Fig. 4a und 4b ausführlich erörtert wird.
Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 1a besteht der dort gezeigte Elementhalter 20 aus drei aneinander befestigten Teilen - d. h. ein Basisteil 24, ein erster Zwischenteil 26 und ein Fassungsteil 28. Der Basisteil 24 ist rohrförmig und berührt die innere Fläche des ersten Endes 4a des Körpers 4. Die zentrale Durchgangsbohrung 22 in dem Basisteil 24 des Elementhalters 20 ist axial auf die zentrale Durchgangsbohrung 6 des Körpers 4, die zentrale Durchgangsbohrung 10 des ersten Linsenhalters 8 und die Kopplerachse 15 ausgerichtet. Das Ende 16b der ersten Linse 16 erstreckt sich vorzugsweise in die zentrale Durchgangsbohrung 22 des Basisteils 24. Auch der erste Zwischenteil 26 des Elementhalters 20 ist rohrförmig und weist einen ersten Zwischeneinschnitt 30 auf, der ungefähr senkrecht oder quer zu der Kopplerachse 15 der zentralen Durchgangsbohrung 22 des Elementhalters 20 verläuft. Der erste Zwischeneinschnitt 30 verläuft von der Oberkante des Elementhalters 20 fast ganz durch den Zwischenteil 26. Die zentrale Durchgangsbohrung 22 des ersten Zwischenteils 26 ist auf die zentrale Durchgangsbohrung des Basisteils 24 ausgerichtet und setzt diese fort. Der Fassungsteil 28 des Elementhalters 20 ist rohrförmig und weist einen Fassungseinschnitt 32 auf, der ungefähr senkrecht oder quer zu der Kopplerachse 15 der zentralen Durchgangsbohrung 22 des Elementhalters 20 verläuft. Der Fassungseinschnitt 32 verläuft fast ganz durch den Fassungsteil 24 des Halters 20. Der Fassungseinschnitt 32 verläuft ungefähr parallel zu dem ersten Zwischeneinschnitt 30 und verläuft von der Unterkante des Elementhalters 20 aus. Der Fassungsteil 28 weist eine zentrale Durchgangsbohrung auf, die die zentrale Durchgangsbohrung des ersten Zwischenteils 26 fortsetzt. Am Ende des Fassungsteils 28 jedoch ist in der Nähe des Endes 18b der zweiten Linse 18 die zentrale Durchgangsbohrung 22 des Elementhalters 20 nach rechts unten abgewinkelt - d. h. so, daß sie entlang einer Elementachse 35 verläuft, die relativ zu der zentralen Längsachse 15 unter einem vorbestimmten Winkel α liegt. Der Basisteil 24 kann aus jedem beliebigen Material hergestellt sein, doch besteht der Fassungsteil 28 des Elementhalters 20 vorzugsweise aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der wesentlich niedriger liegt als der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Zwischenteils 26 des Elementhalters 20. Die Differenz der Wärmeausdehnung liegt beispielsweise zwischen ungefähr dem Zwei- und ungefähr Zwanzigfachen, vorzugsweise dem ungefähr Zehnfachen. Der Fassungsteil 28 besteht vorzugsweise aus einer Legierung, wie beispielsweise der, die unter dem Warenzeichen INVAR (das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ungefähr 1,7 · 10&supmin;&sup6;/ºC aufweist) vertrieben wird, und der Basisteil 24 und der erste Zwischenteil 26 ist entweder aus rostfreiem Stahl 304 (mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von ungefähr 18,7 · 10&supmin;&sup6;/ºC) oder aus Kupfer mit hohem Reinheitsgrad (mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von ungefähr 17,0 · 10&supmin;&sup5;/ºC) hergestellt.
Ein optisches oder Filterelement 34 ist in dem abgewinkelten Teil der zentralen Durchgangsbohrung 22 des Fassungsteils 28 des Elementhalters 20 so befestigt, daß es die Kopplerachse 15, die optische Achse 15a und somit das aus der ersten Linse 16 austretende Licht unterbricht. Bei dem Filterelement 34 kann es sich um einen aus Quarzglas hergestellten Absorptionsfilter handeln, der eine Reihe paralleler filternder Schichten aufweist, die im wesentlichen alle Wellenlängen des Lichts mit Ausnahme von Wellenlängen blockiert, die in einem vorbestimmten schmalen Bereich von Wellenlängen liegen, der hier auch als die Bandbreite oder das Durchlaßband bezeichnet wird. Die optischen Kennlinien des Filterelements 34 sind so gewählt, daß sie dem optischen Signal, das durch den Koppler 2 übertragen werden soll, gut entsprechen - d. h., die Mittenwellenlänge des durch das Filterelement 34 übertragenen Lichts sollte ungefähr gleich der des kollimierten Signals sein, ohne Rauschen, und die Bandbreite des durch das Filterelement 34 übertragenen Lichts sollte mindestens alle der Signalwellenlängen des durch den Koppler 2 zu übertragenden Lichts umfassen. So beträgt beispielsweise die Bandbreite des Filterelements 34 vorzugsweise ungefähr 2 nm (20 Angström) oder weniger. Die parallelen filternden Schichten des Filterelements 34 verlaufen vorzugsweise senkrecht zu der Elementachse 35. Da das Filterelement 34 unter einem Winkel α in dem Elementhalter 20 angebracht ist, ist das Filterelement 34 auch unter einem Winkel α relativ zu der zentralen Längsachse 15 angeordnet.
Bei der in Fig. 1a gezeigten Ausführungsform kann der Elementhalter 20 dadurch ausgebildet werden, daß zwei Materialklumpen aneinander gebondet werden und dann das verbundene, resultierende einzelne Stück maschinell auf die gewünschte Größe und Form bearbeitet wird, so daß es eine zentrale Durchgangsbohrung mit zwei abgewinkelten Teilen und den beiden entsprechend ausgerichteten Einschnitten aufweist. Das Bonden der Klumpen kann beispielsweise durch herkömmliches Hartlöten im Ofen unter Verwendung eines Silberhartlots bei ungefähr 750ºC oder alternativ durch Einsatz eines Klebstoffs erfolgen. Die Klumpen aus Metall werden bevorzugt jedoch durch Reibschweißen miteinander verbunden. Bei dieser Schweißtechnik wird ein Klumpen so in einem Halter angeordnet, daß er sich nicht dreht, und ein zweiter Klumpen wird in der Spannpatrone eines sich drehenden Schwungrads angeordnet und relativ zu dem ersten Klumpen mit einer vorbestimmten, sehr hohen Drehgeschwindigkeit gedreht. Wenn die beiden Klumpen in Druckkontakt gebracht werden, schweißt die durch die Reibung zwischen den Oberflächen der beiden Klumpen erzeugte Hitze die Klumpen an den Kontaktoberflächen zusammen, wodurch die Klumpen zusammenschmelzen, nachdem die Drehung durch das Schwungrad beendet ist und die Klumpen sich abkühlen können. Durch diese Reibschweißtechnik können die Teile des Elementhalters miteinander verschmelzen, ohne daß irgendwelche Schichten aus Lot oder Klebstoff dazwischen geraten, die die Temperaturausgleichsfähigkeit des Elementhalters 20 beeinträchtigen könnten, wie ausführlich unten erörtert. Das Reibschweißen wird besonders bevorzugt, da mit diesem Prozeß zwei im wesentlichen ungleiche Metalle, auch solche mit beträchtlich unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, sicher und leicht aneinander befestigt werden können. Als Beispiel ist es zwar teuer und schwierig, Kupfer und die INVAR- Legierung durch herkömmliches Hartlöten im Ofen zu verbinden, doch wird eine derartige Verbindung mit der Reibschweißung ohne weiteres bewerkstelligt.
Vor dem Einsatz wird der Koppler 2 vorzugsweise feinabgestimmt, so daß das übertragene Licht entsprechend gefiltert wird. Dann wird der ganze Koppler zusammengebaut - nur der Halter 12 der zweiten Linse mit seiner zugeordneten zweiten Linse 18 und der zweiten optischen Faser 19, werden nicht mit dem Rest des Kopplers 2 verbunden. Ein Lichtsignal wird durch die erste optische Faser 17 in die erste Linse 16 übertragen, durch die das Lichtsignal aufgeweitet und kollimiert wird. Das von der ersten Linse 16 abgegebene kollimierte Licht tritt in den Filter 34 ein. Der Filter 34 überträgt Licht nur in einer vorbestimmten begrenzten Bandbreite von Wellenlängen, wodurch Rauschen aus dem übertragenen Signal eliminiert wird. Da das Filterelement 34 in dem Elementhalter 20 entlang der Elementachse 35 unter einem von Null verschiedenen Winkel α relativ zu der zentralen Längsachse 15 angebracht ist und weil die optische Achse 15b unter einem von Null verschiedenen Winkel 13 bezüglich der zentralen Längsachse 15 gekippt ist, ändert sich die Mittenwellenlänge des Durchlaßbands des durch das Filterelement 34 übertragenen Lichts, wenn der Elementhalter 20 und dadurch das Filterelement 34 um die zentrale Längsachse 15 des Körpers 4 gedreht wird. Das durch das Filterelement 34 übertragene kollimierte Licht wird optisch erfaßt und in einen Lichtspektrumsanalysator eingegeben, um zu bestimmen, ob die entsprechenden Wellenlängen von Licht durch das Filterelement 34 übertragen werden. Falls es nicht zu der gewünschten Filterung kommt, wird der Elementhalter 20 relativ zu dem Körper 4 gedreht, indem ein Instrument, wie etwa beispielsweise ein Schraubendreher, in einen Schlitz 36 in dem Elementhalter 20 eingesetzt wird und das Instrument und das Filterelement 34 solange gedreht werden, bis der Koppler entsprechend abgestimmt ist. Der Halter 12 für die zweite Linse und seine zugeordnete zweite Linse 18 und die optische Faser 19 werden dann aktiv ausgerichtet und beispielsweise durch Laserschweißen sicher an dem zweiten Ende 4b des Körpers 4 angebracht. Der Elementhalter 20 bleibt relativ zu dem Körper 4 drehbar angebracht, selbst nach dem Zusammenbau und der anfänglichen Einstellung unter Verwendung des unten unter spezieller Bezugnahme auf die Fig. 4a und 4b erörterten, mit einem Gewinde versehenen Verbinderentwurfs. Wenn dieser mit einem Gewinde versehene Verbinderentwurf verwendet wird, kann der Elementhalter 20 - und deshalb das Filterelement 34 - zur Feinabstimmung weiter gedreht werden, falls und wann dies notwendig ist, selbst nach dem Endzusammenbau des Kopplers, indem mit einem durch die Öffnung 38 eingesetzten Stift der Elementhalter 20 relativ zu dem Körper 4 gedreht wird. Die Möglichkeit, das Filterelement 34 nach dem Endzusammenbau feinabzustimmen, ist besonders nützlich, falls der Koppler auf eine andere Mittenwellenlänge abgestimmt werden muß oder falls das Filterelement 34 eine weitere Feinabstimmung nach dem Zusammenbau erfordert.
Fig. 1b zeigt den passiven temperaturkompensierten optischen Wellenleiterkoppler von Fig. 1a bei einer erhöhten Temperatur, nachdem die verschiedenen Metallelemente des Kopplers eine meßbare Wärmeausdehnung erfahren haben. In Fig. 1b ist der Fassungsteil 28 (von seiner Orientierung bei Umgebungstemperatur in Fig. 1a) nach unten zu der unteren inneren Oberfläche des Körpers 4 abgewinkelt. Das Biegen bzw. die winkelmäßige Neuorientierung oder Verschiebung des Elementhalters 20 wird durch das unterschiedliche Ausmaß der Wärmeausdehnung hervorgerufen, die der erste Zwischenteil 26 relativ zu dem Fassungsteil 28 an der Grenzfläche zwischen den beiden Teilen erfährt.
Um im einzelnen zu beschreiben, wie sich der Elementhalter 20 mit steigender Temperatur biegt, erfordern einige in den Fig. 1a und 1b gezeigte zusätzliche Teile des Elementhalters 20 eine weitere Identifizierung. So ist der rechte erste freitragende Zwischenteil 26a des ersten Zwischenteils 26 derjenige Abschnitt, der rechts von dem ersten Zwischeneinschnitt 30 liegt; der erste Zwischendrehpunkt 26b ist derjenige Abschnitt, der unter dem ersten Zwischeneinschnitt 30 liegt. Der linke freitragende Fassungsteil 28a des Fassungsteils 28 ist derjenige Abschnitt, der links von dem Fassungseinschnitt 32 liegt, während der Fassungsdrehpunkt 28b derjenige Abschnitt ist, der über dem Fassungseinschnitt 32 liegt. Da es sich bei dem Elementhalter 20 um ein dreidimensionales Objekt handelt, ist zu verstehen, daß die freitragenden Teile 26a, 28a im wesentlichen dünne Ringe sind.
Bei Erwärmung des Kopplers 2 und des Elementhalters 20 dehnt sich der rechte erste freitragende Zwischenteil 26a aus und wird insbesondere länger, und zwar stärker als der linke freitragende Fassungsteil 28a. Folglich nehmen die freitragenden Teile 26a, 28a eine etwas gekrümmte Konfiguration ein, die mit steigender Temperatur zunimmt. Da die freitragenden Teile 26a, 28a jeweils nur an einem Punkt (d. h. den Drehpunkten 26b bzw. 28b) an dem Rest des Elementhalters 20 angebracht sind, verformt bzw. biegt sich der Fassungsteil 28 nach unten. Durch die Dicke der die freitragenden Teile 26a, 28a bildenden Ringe und die Tiefe der Einschnitte 30, 32 wird die Flexibilität und somit das Ausmaß des Biegens des Elementhalters 20 gesteuert. Wenn die Dicke der freitragenden Teile 26a, 28a verringert und/oder die Tiefe der Einschnitte 30, 32 erhöht wird, nimmt somit die Flexibilität des Elementhalters 20 zu und damit auch das Ausmaß, in dem sich der Elementhalter 20 bei Temperaturanstieg biegt. Nach der Zeichnung und Beschreibung ist der erste Zwischenteil 26 zwar aus einem anderen Material als der Basisteil 24 gebildet, doch können diese beiden Teile als Alternative auch aus dem gleichen Material hergestellt sein. Das Material, aus dem der Basisteil 24 besteht, ist vorzugsweise so ausgewählt, daß es das Schneiden von Gewinden darin wie in Fig. 4a und 4b gezeigt und unten ausführlicher erörtert, erleichtert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1b steigt die Mittenwellenlänge des Durchlaßbands von durch das Element 34 übertragenem Licht mit steigender Temperatur. Durch die Neigung des Filterelements 34 nach unten, was durch die Wärmeausdehnung des Elementhalters 20 bewirkt wird, sinkt jedoch die Mittenwellenlänge des Filterelements 34. Umgekehrt sinkt mit abnehmender Temperatur die mittlere Durchlaßbandwellenlänge; doch bewirkt die Temperaturabnahme auch, daß sich das Filterelement 34 nach oben neigt, wodurch seine Mittenwellenlänge ansteigt. Durch die Auswahl entsprechender Metallegierungen zum Ausformen der verschiedenen Teile des Elementhalters 20, entsprechender Dicken der freitragenden Teile 26a, 28a, entsprechender Tiefen der Einschnitte 30, 32 und eines entsprechenden Filterelements 34 können alle Änderungen der optischen Kennlinien des Filterelements 34, die auf Temperaturänderungen zurückzuführen sind, vollständig oder zumindest wesentlich eliminiert werden.
In den Fig. 2a und 2b zeigt eine vereinfachte Zeichnung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nur den Körper 4, den Elementhalter 20 und das Filterelement 34, wobei der Übersichtlichkeit halber die anderen Elemente des Kopplers 2 ausgelassen wurden. Die Fig. 2a und 2b zeigen den modifizierten Koppler 2, in dem zwei Zwischenteile des Elementhalters 20 vorliegen, bei Umgebungstemperatur bzw. bei erhöhter Temperatur. Insbesondere enthält der Elementhalter 20 einen Fassungsteil 28, einen ersten Zwischenteil 26, einen zweiten Zwischenteil 40 und einen Basisteil 24. Bei dieser zweiten Ausführungsform sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Fassungsteils 28 und des zweiten Zwischenteils 40 vorzugsweise einander gleich und liegen unter dem des ersten Zwischenteils 26. Auch hier ist der erste Zwischeneinschnitt 30 von oben in den ersten Zwischenteil 26 ausgeführt, und der Fassungseinschnitt 32 ist von unten in den Fassungsteil 28 ausgeführt. Außerdem ist der zweite Zwischeneinschnitt 42 von unten in den zweiten Zwischenteil 40 ausgeführt. In dem in Fig. 2a und 2b gezeigten Elementhalter 20 mit doppelten Zwischenteilen wird das Biegen des Elementhalters 20 ähnlich durch verschiedene Wärmeausdehnungsraten der bimetallischen Grenzflächen bewirkt. Obwohl der zweite Zwischenteil 40 so gezeigt ist, daß er aus einem anderen Material als der Basisteil 24 hergestellt ist, können diese beiden Teile als Alternative auch aus dem gleichen Material hergestellt sein, wie in der in Fig. 4a und 4b gezeigten und unten beschriebenen Ausführungsform. Außerdem können der zweite Zwischenteil 40 und der Fassungsteil 28 zwar aus dem gleichen Material hergestellt sein, doch ist dies nicht erforderlich. Es muß nur eine wesentliche Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten an den Grenzflächen zwischen dem Fassungsteil 28 und dem ersten Zwischenteil 26 und zwischen dem ersten Zwischenteil 26 und dem zweiten Zwischenteil 40 vorliegen.
In den Fig. 3a und 3b wird eine vereinfachte Zeichnung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der drei Zwischenteile des Elementhalters 20 vorliegen, bei Umgebungstemperatur bzw. bei einer erhöhten Temperatur gezeigt. Bei dieser dritten Ausführungsform enthält der Elementhalter 20 einen Fassungsteil 28, einen ersten Zwischenteil 26, einen zweiten Zwischenteil 40, einen dritten Zwischenteil 44 und einen Basisteil 24. Bei dieser weiteren Modifikation sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Fassungsteils 28 und des zweiten Zwischenteils 40 vorzugsweise gleich und liegen unter dem des ersten Zwischenteils 26 und des dritten Zwischenteils 44. Der Fassungsteil 28, der erste Zwischenteil 26 und der zweite Zwischenteil 40 weisen die gleichen Einschnitte 32, 30 bzw. 42 auf wie in der in Fig. 1 und 2 gezeigten ersten und zweiten Ausführungsform. Außerdem ist ein dritter Zwischeneinschnitt 46 von oben in dem dritten Zwischenteil 44 definiert. Wiederum wird bei dem in Fig. 3a und 3b gezeigten Elementhalter 20 mit drei Zwischenteilen das Biegen des Elementhalters 20 analog durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungsraten an den bimetallischen Grenzflächen bewirkt. Obwohl der dritte Zwischenteil 44 so gezeigt und beschrieben ist, daß er aus einem anderen Material als der Basisteil 24 hergestellt ist, können diese beiden Teile als Alternative aus dem gleichen Material hergestellt sein. Außerdem können der zweite Zwischenteil 40 und der Fassungsteil 28 sowie der erste Zwischenteil 26 und auch der dritte Zwischenteil 44 aus dem gleichen Material hergestellt sein, doch ist dies nicht erforderlich. Es muß nur eine geeignete und wesentliche Differenz bei den Wärmeausdehnungskoeffizienten an den Grenzflächen zwischen dem Fassungsteil 28 und dem ersten Zwischenteil 26, zwischen dem ersten Zwischenteil 26 und dem zweiten Zwischenteil 40 und zwischen dem zweiten Zwischenteil 40 und dem dritten Zwischenteil 44 vorliegen.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 4a ist ein Entwurf für die drehbare und dennoch sichere Anbringung des Elementhalters 20 in der zentralen Durchgangsbohrung 6 des Körpers 4 gezeigt. Bei dieser vierten Ausführungsform enthält der Elementhalter 20 zwei Zwischenteile 26, 40 und drei Einschnitte 32, 30 und 42. Der zweite Zwischenteil 40 ist so dargestellt, daß er aus dem gleichen Material hergestellt ist, aus dem der Basisteil 24 besteht. Der Basisteil 24 weist einen ersten Gewindeabschnitt 48 und einen zweiten Gewindeabschnitt 50 auf, die durch einen dazwischen angeordneten Abschnitt 58 ohne Gewinde voneinander beabstandet sind. Zwischen den zwei Gewindeabschnitten 48, 50 sind in dem kein Gewinde aufweisenden Abschnitt 58 des Basisteils 24 zwei entgegengesetzt gerichtete Einschnitte 52, 54 ausgeführt - ein erster Einschnitt 52 von oben aus und ein zweiter Einschnitt 54 von unten aus. Die beiden Einschnitte 52, 54 verlaufen ungefähr parallel zueinander. Die Orientierung der Einschnitte 52, 54 ist ohne besondere Bedeutung (d. h., ob sie sich von oben nach unten oder von unten nach oben erstrecken); die einzige Anforderung lautet, daß sie sich nach innen erstrecken und zueinander eine Orientierung von ungefähr 180º aufweisen. Die innere Oberfläche des ersten Endes 4a des Körpers 4 ist so bearbeitet, daß sie ein kontinuierliches Gewinde aufweist, wie in Fig. 4b gezeigt. Das Gewinde an der inneren Oberfläche des ersten Endes 4a des Körpers 4 entspricht von Größe und Form her ungefähr dem an dem Basisteil 24 und erstreckt sich mindestens so weit wie die Entfernung zwischen dem ersten Gewindeabschnitt 48 und dem zweiten Gewindeabschnitt 50 in das Ende 4a.
Fig. 4b zeigt den in dem Körper 4 angebrachten Elementhalter 20. Um den Elementhalter 20 anzubringen, wird die Länge des Basisteils 24 um ungefähr ein Viertel einer Ganghöhe reduziert, indem der Elementhalter 20 axial zusammengedrückt wird, um die durch die Einschnitte 52, 54 erzeugte Bahn zu verformen. Der Basisteil 24 wird dann in das erste Ende 4a des Körpers 4 eingesetzt und gedreht, wodurch bewirkt wird, daß die Gewinde des ersten Gewindeabschnitts 48 und des zweiten Gewindeabschnitts 50 des Basisteils 24 die Gewinde in dem ersten Ende 4a des Körpers 4 in Eingriff nehmen. Die Preßpassung des Elementhalters 20 in dem Körper 4 bewirkt, daß die Gewinde der beiden Gewindeabschnitte 48, 50 in entgegengesetzten Richtungen gegen die Gewinde in Körper 4 gedrückt werden, wie in Fig. 4b gezeigt. Infolgedessen ist der Elementhalter 20 stabil in dem Körper 4 befestigt, so daß er nicht nach links oder rechts gleiten oder nach oben, nach unten oder zur Seite rotieren kann, aber dennoch weiterhin relativ zu dem Körper 4 gezielt gedreht werden kann, um die Winkelorientierung und somit die Mittenwellenlänge des Filterelements 34 fein abzustimmen. Eine Drehung des Elementhalters 20 kann bewirkt werden, indem ein Instrument, wie etwa ein Stift, durch eine Öffnung 38 im Körper 4 in eine im Basisteil 24 definierte Ausnehmung 56 eingesetzt und eine Drehung des Elementhalters 20 veranlaßt wird. Die Tiefen der Einschnitte 52, 54 und die Entfernung zwischen ihnen kann verändert werden, um die Elastizität oder Flexibilität des Basisteils 24 des Elementhalters 20 und somit die Dichtigkeit der drehbaren Anbringung des Elementhalters 20 im Körper 4 zu verändern. Wenn die Einschnitte 52, 54 tiefer ausgeführt werden und/oder ihr Abstand abnimmt, nimmt die Befestungsdichtigkeit des Elementhalters 20 in dem Körper 4 ab.
Es sind zwar fundamentale neue Merkmale der Erfindung gezeigt und beschrieben und hervorgehoben worden, wie sie sich auf verschiedene bevorzugte Ausführungsformen davon anwenden lassen, doch versteht es sich, daß der Fachmann zahlreiche Auslassungen und Substitutionen und Änderungen an Form und Einzelheiten der offenbarten Vorrichtung und ihres Betriebs vornehmen kann, ohne von der Erfindung abzuweichen. Sie soll deshalb nur so eingeschränkt sein, wie dies durch den Schutzbereich der hier beigefügten Ansprüche angegeben ist.
Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung zwar unter spezifischer Bezugnahme auf optische Fasern, optische Bauelemente und die Übertragung von Lichtsignalen beschrieben worden, doch kann die Erfindung auch in Verbindung mit anderen Arten von Wellenleitern, Einrichtungen und Lichtwellensignalen verwendet werden.
Außerdem ist der Elementhalter 20 zwar so dargestellt worden, daß er bis zu drei Zwischenteile und vier Einschnitte aufweist, so können aber trotzdem auch noch zusätzliche Zwischenteile und/oder Einschnitte verwendet werden, um dem Elementhalter 20 eine zusätzliche oder vergrößerte Flexibilität zu geben, um das erforderliche Ausmaß an Wärmekompensation zu liefern. Die verschiedenen Teile des Elementhalters 20 können auch aus mehr als zwei Legierungen mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildet werden - d. h., jeder Teil des Elementhalters 20 kann aus einer anderen Legierung hergestellt sein.
Zudem können die Legierungen, die die verschiedenen Teile des Elementhalters 20 umfassen, vertauscht werden, solange der Neigungswinkel des Filterelements 34 in einer Richtung modifiziert ist, um eine temperaturinduzierte Mittenwellenlängenverschiebung zu kompensieren. Andere derartige, relativ geringfügige Modifikationen können durchgeführt werden, um einen passiven thermisch kompensierten Koppler gemäß der Erfindung analog zu implementieren.
Außerdem ist der Elementhalter 20 zwar in Verbindung mit der Drehung eines Filterelements zur Feinabstimmung seines Mittendurchlaßbands gezeigt und beschrieben worden, doch können auch andere optische Bauelemente eingesetzt werden, deren optische Kennlinien sich bei Drehung und/oder mit der Temperatur verändern, wie beispielsweise eine polarisierende Linse oder ein Faraday-Dreher. Der Entwurf eines drehbaren Verbinders mit doppeltem Gewinde, der als drehbar und den Fassungselementhalter 20 fest im Körper 4 stützend offenbart ist, kann für jede beliebige optische Anwendung verwendet werden, in der eine Vorrichtung eine Drehung erfordert, aber auch an Ort and Stelle fixiert sein muß.

Claims

1. Optischer Wellenleiterkoppler zum Koppeln von zwei optischen Wellenleitern (17, 19) zum Durchschicken von Lichtsignalen durch den Koppler von einem gekoppelten optischen Wellenleiter zu dem anderen, umfassend:

einen Körper (4) mit gegenüberliegenden Enden und einer Gewindedurchgangsbohrung (6), die sich zwischen den Enden erstreckt und eine zentrale Längsachse (15) definiert, und Mittel an jedem Ende zum Ankoppeln von zwei Lichtsignale führenden Lichtwellenleitern an den Körper;

einen zylindrischen Elementhalter (20), der in die Körperdurchgangsbohrung (6) geschraubt ist und eine Durchgangsbohrung (22) aufweist, die im wesentlichen auf die zentrale Längsachse (15) ausgerichtet ist; und

ein optisches Element (34), das durch den Elementhalter an einem ersten Ende des Elementhalters entlang einer Elementachse (35) gestützt wird und so angeordnet ist, daß es die zentrale Längsachse (15) unterbricht;

wobei der Elementhalter (20) einen Befestigungsteil am anderen Ende des Elementhalters gegenüber dem ersten Ende des Elementhalters umfaßt, und der Befestigungsteil folgendes umfaßt:

einen ersten Gewindeabschnitt (48);

einen zweiten Gewindeabschnitt (50); und

einen zwischen dem ersten und dem zweiten Gewindeabschnitt angeordneten dritten Abschnitt (58), der zwei axial versetzte Einschnitte (52, 54) aufweist, die sich in im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen teilweise durch den Elementhalter im wesentlichen quer zu der zentralen Längsachse (15) erstrecken;

wobei die Gewinde des ersten (48) und des zweiten (50) Gewindeabschnitts des Elementhalters mit in der Körperdurchgangsbohrung (6) definierten Gewinden im Gewindeeingriff stehen, so daß der dritte Abschnitt (58) axial komprimiert wird, um den Elementhalter (20) durch Drücken in den Kopplerkörper (4) einzupassen und so ein Spiel zwischen den Gewinden zu verhindern.

2. Optischer Wellenleiterkoppler nach Anspruch 1, bei dem der Elementhalter weiterhin folgendes umfaßt:

einen ersten Teil (28) zum Stützen des optischen Elements (34) in der Durchgangsbohrung (22) des Elementhalters und mit einem ersten Einschnitt (32), der teilweise durch den ersten Teil des Elementhalters definiert ist und quer zu der Durchgangsbohrung des Elementhalters angeordnet ist, wobei der erste Teil aus einem ersten Material mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist; und

einen zweiten Teil (26) mit einem zweiten Einschnitt (30), der teilweise durch den zweiten Teil des Elementhalters definiert ist und quer zu der Durchgangsbohrung des Elementhalters angeordnet ist, wobei der zweite Teil aus einem zweiten Material mit einem von dem ersten Koeffizienten verschiedenen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht;

wobei das erste und das zweite Material so ausgewählt und der erste und der zweite Einschnitt so positioniert und definiert sind, daß eine Ausdehnung und ein Zusammenziehen des ersten und zweiten Materials des ersten und zweiten Elementhalterteils bei Temperaturänderungen vorbestimmte Ausrichtungsänderungen in der Abtützung des optischen Elements durch den Elementhalter relativ zu der zentralen Längsachse (15) derart bewirken, daß die Ausrichtungsänderungen temperaturwechselinduzierte Änderungen bei der gerichteten Übertragung von Lichtsignalen durch das optische Element kompensieren.

3. Optischer Wellenleiterkoppler nach Anspruch 2, wobei der erste Wärmeausdehnungskoeffizient um mehr als ungefähr das Doppelte größer ist als der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient.