EP2281216A2 - Faserkoppler - Google Patents

Faserkoppler

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Publication number
EP2281216A2
EP2281216A2 EP09735324A EP09735324A EP2281216A2 EP 2281216 A2 EP2281216 A2 EP 2281216A2 EP 09735324 A EP09735324 A EP 09735324A EP 09735324 A EP09735324 A EP 09735324A EP 2281216 A2 EP2281216 A2 EP 2281216A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fiber
inner tube
section
tapering
fiber coupler
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09735324A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Malte Kumkar
Marcin Michal Kozak
Clemens HÖNNINGER
Andreas Liem
Thomas Gabler
Inka MANEK-HÖNNINGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser GmbH
Original Assignee
JT OPTICAL ENGINE GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JT OPTICAL ENGINE GmbH and Co KG filed Critical JT OPTICAL ENGINE GmbH and Co KG
Publication of EP2281216A2 publication Critical patent/EP2281216A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2856—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers formed or shaped by thermal heating means, e.g. splitting, branching and/or combining elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • H01S3/094007—Cladding pumping, i.e. pump light propagating in a clad surrounding the active core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • H01S3/094019—Side pumped fibre, whereby pump light is coupled laterally into the fibre via an optical component like a prism, or a grating, or via V-groove coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094049—Guiding of the pump light
    • H01S3/094053—Fibre coupled pump, e.g. delivering pump light using a fibre or a fibre bundle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining

Definitions

  • the present invention relates to a fiber coupler.
  • Such a fiber coupler is used, for example, for optically pumping a fiber laser or fiber amplifier in order to inject pump light into the pump core of a signal light-conducting signal fiber via pumping light.
  • Such couplers are used, for example, in conjunction with cladding-pumped fiber lasers. For this it is desirable to pump light in the pump jacket of the
  • a tapering fiber bundle in which the pump fibers are pre-tipped and then fused with the signal fiber, which is optionally tapered by etching. It is disadvantageous here that the signal fiber must be strongly heated for fusion and / or that the fusion does not result in a structure which is easy to break and to be spliced.
  • the taper of the fiber coupler is achieved by the taper of a signal fiber, which adversely affects the guiding property of the signal fiber, thereby reducing, for example, the maximum power of a laser having this coupler. Based on this, it is an object of the invention to provide an improved fiber coupler.
  • a fiber coupler having an inner tube, an inner tube disposed in the inner tube and a plurality of outer fibers disposed around the outer fibers, wherein the fiber coupler tapers in the longitudinal direction of the inner fiber, from a main portion to an end portion and the inner cross section of the inner tube along the tapered Section of the fiber coupler corresponds to the cross section of the inner fiber.
  • the inner tube By providing the inner tube, it is possible to leave the cross section of the inner fiber unchanged and at the same time to form the desired tapering section. Furthermore, it can be achieved by the provision of the inner tube, that the inner fiber is exposed in the manufacturing process of the fiber coupler of a comparatively low thermal load. Overall, this promotes undisturbed signal routing through the fiber coupler according to the invention.
  • Undisturbed signal routing here means in particular that the losses are kept as low as possible and that the mode distribution is maintained.
  • the outer fibers can efficiently guide the light, particularly by the tapered portion and the end portion. Efficient guidance of the light from the outer fibers through the fiber coupler means, in particular, that the light is conducted with low loss to the end section and that the brilliance is retained as well as possible. Best possible brilliance is achieved in this case if the light supplied by the outer fibers is guided through an end section of the smallest possible area with the lowest possible divergence.
  • the provision of the inner tube also brings advantages in the manufacture of the fiber coupler with it. Thus, no direct contact between outer fibers and inner fibers is necessary because the necessary optical contact takes place via the inner tube. Therefore, in the manufacture of the
  • Faserkopplers the formation of the tapered section and contacting
  • Faserkopplers the heat input into the inner fiber can be minimized.
  • direct contact between outer fibers and inner fibers has hitherto been produced. On the one hand, this can lead to an undesirably high heat input into the inner fiber. On the other hand, one is severely limited in the selection of the inner fiber.
  • an over-coupling of the light from the outer fibers into the inner fiber in the tapered section or tapering region is made possible.
  • This overcoupling is due to the optical contact between inner fiber and inner tube on the one hand and at e.g. complete fusion of the outer fibers with the inner tube on the other hand, in terms of the brilliance of the pump light achieved in the end portion cheaper than known solutions in which the pumping light fibers are individually rejuvenated. Any increase in the divergence due to the tapering of a structure without optical contact with the inner fiber limits the achievable brilliance of the pump light in the end section compared with the solution according to the invention.
  • the tapered portion may be formed so that the light guided through the outer fibers from the main portion to the end portion does not exceed a predetermined (allowable) divergence.
  • the cross-sectional area of the end section is preferably as small as possible.
  • the main portion can be characterized, for example, by the cross-sectional shape of the outer fibers remaining substantially constant along the main portion.
  • the main portion may be formed so that the divergence of the light guided in the outer fiber is not increased or substantially increased.
  • the end portion may have a different extension in the longitudinal direction of the fiber coupler according to the invention. This expansion can be 0 in extreme cases. In this case, the end portion is the end of the taper portion.
  • the end portion when the extension of the end portion is not equal to 0 in the longitudinal direction, the end portion may be characterized by no longer changing the cross-sectional shape of the outer fibers along the end portion.
  • the outer fibers may be in direct optical contact with the inner tube along the end portion.
  • the outer fibers may be fused to the inner tube.
  • the tapering section and the end section preferably have no air pockets between the outer fibers and the inner tube and between the inner tube and the inner fiber.
  • the fiber coupler can be used to couple light from the outer fibers into the inner fiber or to couple light from the inner fiber into the extra fiber.
  • it is used for optically pumping a fiber laser or fiber amplifier.
  • the outer fibers may be referred to as pump fibers which couple pump light into the inner fiber, which may then be referred to as signal fiber.
  • the inner fiber is preferably a double-core or triple-core fiber, although it may also contain more than three cores. It can be doped with laser-active ions for use as an amplifier fiber / laser fiber or passively used as a transport fiber. Furthermore, the inner fiber may be polarization maintaining or polarizing and / or LMA (Large-Mode-Area Fiber) with or without air pockets.
  • LMA Large-Mode-Area Fiber
  • the cross section of the inner and outer fibers can be circular, oval or even polygonal (for example, rectangular, hexagonal, 8-square) or shaped differently.
  • the outer fibers may extend parallel to one another along the longitudinal direction of the inner fiber. Twisting the outer fiber along the longitudinal direction is not necessary, but is possible.
  • the beam quality (eg brilliance, power and / or divergence of the light guided in the outer fibers and / or in the inner fiber) is optimally optimally obtained due to the tapered section, wherein the side coupling in the region of the tapered section External fibers to the inner fiber, the signal routing in the inner fiber is only minimally affected.
  • the inner cross section of the inner tube along the tapered portion remain the same. However, it is also possible that it will decrease. It is particularly important that the inner cross section of the inner tube of the tapered portion is equal to the cross section of the inner fiber.
  • the inner tube may be collapsed along the tapered portion on the inner fiber or fused thereto. This is advantageous in that the inner tube can serve as a support structure for the outer fiber in the production of the tapering section and in the finished fiber coupler is part of the fiber coupler.
  • the outer fibers may extend along the entire tapered portion, with their radial extent correspondingly tapering.
  • the outer fibers may be in optical contact with the inner fiber via the inner tube along the tapered portion. As the outer fibers extend along the entire tapered portion, they may be in direct optical contact with the inner tube along the entire tapered portion. Without such contact along the tapered portion, as much brilliance as with this contact can not be achieved in the end portion, and the reduction in brilliance provided by the external fibers would be enhanced.
  • the fiber coupler according to the invention may further comprise an outer tube, in which the inner tube at least partially (seen in the longitudinal direction of the inner tube) is arranged and in which the outer fibers at least partially (viewed in the longitudinal direction of theticianfasem) extend.
  • the outer fibers may extend between outer tube and inner tube.
  • the outer fibers extend to the tapered portion are optically coupled to an end face of the inner tube (eg, by direct contact of end face of the outer fibers with the end face of the inner tube) and the wall thickness of the inner tube along the tapered portion decreases.
  • the wall thickness of the outer tube along the tapered portion may decrease.
  • the outer tube extends along the entire tapered portion.
  • the outer tube and the inner tube may be integrally formed together by bores in a carrier. However, it is also possible, for example, form two-piece outer and inner tube by corresponding holes in two sub-carriers. Of course, it is also possible to form outer and inner tube of more than two sub-carriers.
  • the division into partial carriers is preferably in the longitudinal direction of the fiber coupler. When outer and inner tubes are formed in multiple pieces, it is preferred that these multi-piece parts are firmly and permanently connected to each other in the finished fiber coupler (for example, fused together).
  • a method for producing a fiber coupler comprising the following steps: a) producing a blank, which comprises an inner tube and a plurality of around the inner tube and / or on the end face of the inner tube adjacent outer fibers and which tapers along the longitudinal direction of the inner tube so in that it comprises a tapering portion connecting a main portion of the blank to an end portion of the blank, wherein a blanking step of providing the plurality of outer fibers and a tapering step of forming the tapering portion are performed to produce the blank, and b ) Introducing an inner fiber into the inner tube, wherein after the tapering step, the inner cross section of the inner tube along the tapering section corresponds to the cross section of the inserted inner fiber.
  • the cross section of the inner fiber is not changed, so that the manufactured fiber coupler can provide a coupling in which the quality of the inner fiber is not deteriorated.
  • the tapering step before the step b). In this case, it is possible to either leave unchanged or change the inner cross section of the inner tube in the tapering step. If it is changed, it is changed so that it corresponds after the tapering so the cross section of the inner fibers to be introduced, that the inner fiber can be introduced straight into the inner tube.
  • the outer fibers may be fused (at least partially, for example, in the tapered section to be formed subsequently) to the inner tube.
  • unwanted air pockets can be prevented.
  • Step b) may be performed prior to the tapering step.
  • the taper is preferably performed so that no cross-sectional change of the inserted inner fiber occurs.
  • the manufacturing process is carried out as a continuous process, in which the inner fiber is already introduced into the inner tube prior to the tapering, the tapering of the blank and at the same time a subsequent collapse of the inner tube to the signal fiber (for example, together with a fusion of both).
  • the collapse thus spatially follows the rejuvenation step.
  • the inner tube may be collapsed along the tapering portion onto the inner fiber. This achieves good optical contact between the outer and inner fibers.
  • the inner tube can be fused with the inner fiber along the collapsed portion.
  • negative pressure can be used during collapsing.
  • the outer fibers can be inserted between the inner tube and an outer tube which surrounds the latter at least partially in the longitudinal direction.
  • This is a blank, in which one can easily form, for example, by mechanical pulling the outer tube and the outer fibers, the tapering section in the tapering step.
  • the outer tube used in step a) in the region of the tapering section to be produced in the tapering step can have a closed inner cross section for receiving the inner fiber.
  • the closed inner cross section can be present not only in the region of the tapering section, but also in the region of the end section of the blank and thus of the fiber coupler then produced.
  • the inner tube used also has a closed cross-section for receiving the inner fiber in the region of the tapering section to be produced in the tapering step. Even with the inner tube, the closed section can be present both in the tapering section and in the end section of the blank and thus of the fiber coupler then produced. Due to the closed design of the outer and / or inner tube, it is possible to selectively apply overpressure or underpressure during production in order to improve the production of the fiber coupler.
  • external fibers can also be used in the provisioning step, which are already tapered in the region of the tapering section to be produced in the tapering step.
  • the outer fibers can be preprocessed before step a). This concerns, for example, the already mentioned tapering of the outer fibers. It is also possible to splice the outer fiber to a feed fiber, to provide a mode stripper, an integrable mode field matching, an integrated filter, etc. Also, the inner fiber can be pre-processed prior to insertion in step b). This preprocessing may include, for example, mode field matching, tapering, integration of mode filters or spectral filters, fabrication of a mode filter, and / or splicing of multiple fiber pieces.
  • the method may include a step of forming a receiving portion (for example, by inflation) in which the outer fibers and / or the inner fiber are taken up and also supported.
  • the tapering of the blank in the tapering step may be effected by material deformation and / or material removal. This applies to the pump fibers and if an outer tube is provided, also for the outer tube.
  • the wall thickness of the inner tube can be reduced in the tapering step.
  • the outer fibers are tapered so that the cross-sectional areas of the outer fibers in the tapered portion decrease in the direction of the taper.
  • the outer fibers are preferably arranged to be parallel to each other.
  • the provision of the outer tube may be effected by providing a carrier having a central bore for the inner fiber and a plurality of outer bores surrounding the central bore for the outer fibers.
  • the carrier may be in one piece. However, it is also possible to form the carrier in two pieces. In this case, an inner part having the center hole and an outer part are preferably provided.
  • the outer bores may preferably be formed by the inner and outer parts in the assembled state.
  • the inner and outer fibers are preferably introduced without sheathing in the fiber coupler.
  • both the inner fiber and the outer fibers are not sheathed in the tapered section or taper section.
  • the outer tube may be made of a low refractive material.
  • the inner and outer bores are preferably designed so that the inner and outer fibers are received positively.
  • a longitudinally split inner tube can be used. This allows the fiber coupler according to the invention can be formed not only at the end of an inner fiber, but in a central portion without sheathing.
  • FIG. 1 shows a fiber coupler according to a first embodiment
  • Fig. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A of Fig. 1;
  • Fig. 3 is a cross-section taken along the line B-B of Fig. 1;
  • Fig. 4 is a cross-sectional view taken along the line C-C of Fig. 1;
  • Fig. 5 is a cross-sectional view taken along line D-D of Fig. 1;
  • Fig. 10 shows the fiber coupler of Fig. 1 with spliced fiber 9; 11 shows a fiber coupler according to a second embodiment;
  • Fig. 12 is a cross-sectional view taken along line E-E of Fig. 11;
  • Fig. 13 is a cross-sectional view taken along line F-F of Fig. 11;
  • FIG. 14 shows a fiber coupler according to a third embodiment
  • FIG. 15 shows a fiber coupler according to a fourth embodiment
  • FIGS. 20-23 show steps for producing a fiber coupler according to another embodiment
  • Fig. 24 is a view of a carrier used in the steps of Figs. 20-23;
  • Fig. 25 is a sectional view taken along the line A-A in Fig. 23;
  • Fig. 26 is a fiber coupler made with steps 20-23;
  • 27a-c are sectional views of a two-part carrier 10
  • 28a-c are sectional views of another two-part carrier 10;
  • Figs. 29-33 show various embodiments of the carrier of Fig. 24;
  • FIGS. 34 and 35 show steps for producing a further fiber coupler
  • FIG. 36 shows the further fiber coupler produced by the steps of FIGS. 34 and 35;
  • FIG. 37 shows a fiber coupler according to a further embodiment
  • Figs. 38 and 39 show steps for manufacturing the fiber coupler of Fig. 37;
  • Fig. 40 is a plan view of the end face 8 of the end portion 7 of the fiber coupler of Fig. 37; 41-43 different refractive index profiles of the end face 8 of Fig. 40;
  • FIG. 48 shows the fiber coupler according to the invention with surrounding medium
  • FIGS. 50 and 51 show steps for producing a fiber coupler according to another embodiment.
  • the fiber coupler 1 comprises an inner tube 2 with a circular cross-section, in which a signal fiber SF, which is designed here as a double-core fiber introduced.
  • the inner tube 2 is seated in the middle in an outer tube 3 and between the inner and outer tube 2, 3 eight are arranged in the longitudinal direction of the signal fiber SF pumping fibers PF.
  • the inner tube 2 supports the pump fibers PF and can therefore also be referred to as a support tube.
  • the fiber coupler 1 is formed so as to have a tapered receiving portion 4, a main portion 5, a taper portion 6, and an end portion 7 of substantially constant outer diameter in the illustration of FIG. 1 from left to right.
  • the inner tube 2 has, except for its widening on the left side in Figure 1 for receiving the signal fiber SF with sheath SM on a substantially constant inner cross-section over its entire length (within the outer tube 3).
  • the pump fibers PF and the outer tube 2 are tapered in the tapering section 6.
  • the wall thickness of the inner tube 2 also decreases along the narrowing section 6.
  • the tapering section 6 is characterized in particular in that the outer diameter of the outer tube 3 decreases in the longitudinal direction of the fiber coupler 1. Further, the inner tube 2 is located with the entire surface of its inner side along the taper portion 6 on the signal fiber SF so that there is a direct optical contact. Air pockets between the inner tube 2 and the signal fiber SF should not be present along the taper section, such as the cross-sectional view in FIG Figure 4 can be removed. In the embodiment described here, the inner tube 2 is fused along the tapering section 6 with the signal fiber SF.
  • the length of the tapered section 6 is chosen here so that the increase in the divergence in the tapering section 6 takes place successively over the length, in order to avoid excessive divergence increase or even power losses.
  • the pump fibers PF are fused along the narrowing section 6 to the inner tube 2.
  • the left open end of the outer tube 2 has an inner diameter which is chosen so that just enough space between the inner and outer tube 2, 3 is present in order to introduce pump fibers PF with your sheath PM can.
  • eight pump fibers PF are distributed uniformly around the inner tube 2 and the signal fiber SF in the circumferential direction.
  • the casing PM extends only to the tapered region of the receiving portion 4 and from there the pump fibers PF no longer have a cladding PM. Therefore, the inner diameter of the outer tube 3 at the transition from the receiving portion 4 to the main portion 5 is selected so that the distance between the signal fiber SF and the inner wall of the outer tube 3 in the radial direction is slightly larger than the diameter of the pump fibers PF.
  • the pump fibers PF are already in contact with the inner tube 2.
  • the cross-sectional shape of the pump fibers PF is no longer circular, but already slightly deviating from the circular shape ( Figure 3).
  • the outer diameter of the outer tube 3 is substantially constant along the main portion 5.
  • the main portion 5 is formed so that the divergence of the guided in the pump fibers PF (pump) light is not or not substantially increased.
  • the light can also be in the Main section 5 partially from the pump fibers PF in the remaining pump fibers PF, the signal fibers SF or the outer tube 3 pass.
  • the shape of the pump fibers PF will adjust so that they completely fill the space between the outer tube 3 and inner tube 2, wherein the pump fibers PF in the direction of the end portion 7 is always tapering and close around the inner tube 2.
  • the end portion 7 is characterized in the embodiment described here by the fact that in the longitudinal direction (ie in Figure 1 from left to right), the dimensions of the inner tube 2, outer tube 3, SF signal fiber and pump fibers PF in cross section no longer change. Further, the inner tube 2 is located along the end portion 7 on its entire inner side of the signal fiber SF, so that there is a direct optical contact. Also in the end portion 7, the inner tube 2 is merged with the signal fiber SF in the same manner as in the taper section 6. Furthermore, the pump fibers PF lie directly against the inner tube 2 and the outer tube 3 rests directly against the pump fibers PF. Also in the end section no air pockets are available. At the front end 8 of the end portion 7, a fiber (not shown) may be spliced.
  • the pump fibers PF along the entire narrowing section 6 on the inner tube 2 so that in the pump fibers PF guided light (partially) can be over-coupled in the signal fiber SF, in which the light is then passed on.
  • the inner tube 2 may be collapsed or fused by the action of heat on the signal fiber SF, so that an excellent optical coupling between pump fibers PF, which bear against the inner tube 2, and the signal fiber SF is present.
  • the inner tube 2 is arranged with a circular cross section in the middle in the outer tube 3, which also has a circular cross section.
  • the eight pump fibers PF are uniformly distributed in the circumferential direction (FIG. 6), so that a fiber coupler blank 1 'is present. So that the inner diameter of the inner tube 3 is not reduced, the inner tube is pressurized, as indicated by the arrow P1.
  • the outer tube 3 is fused with the pump fibers PF in the area SB.
  • the outer tube 3 and the pump fibers PF are tapered by mechanical drawing (indicated by arrows P2) under heating in a central portion MA of the blank 1 '(the radial expansion is reduced).
  • the fiber coupler blank 1 ' has a tapered central portion MA.
  • the inner tube is subjected to pressure (arrow P1). The pressure is chosen as a function of the mechanical drawing and the heating so that the free cross section of the inner tube 2 after pulling just corresponds to the cross section of the introduced signal fiber SF or slightly larger, so that the signal fiber SF is insertable.
  • the blank 1 'of Figure 8 can, but need not, a complete fusion of the structure of the inner tube 2, pump fibers PF and optionally outer tube 3 in the central portion MA and the two subsequent sections SA1, SA2 with increasing outer diameter (eg up to the points SP1, SP2), in which cavities or air inclusions are removed at least from the middle section MA and optionally from the sections SA1, SA2 adjoining on both sides.
  • the inner tube 2 is preferably pressurized. In the removal of the cavities or air pockets optionally negative pressure between the inner and outer tubes 2, 3 are used.
  • the signal fiber SF is introduced in a further step (FIG. 9).
  • the inner tube 2 is collapsed onto the signal fiber SF at least in the area of the middle section MA and the side section SA1 adjoining it (FIG. 9) in order to achieve a good optical contact between pump fibers PF and signal fiber SF.
  • This collapse of the inner tube 2 on the signal fiber SF can be carried out, for example, by targeted heat.
  • the inner tube 2 can be subjected to negative pressure.
  • the heat effect described in the above steps can be achieved with a wide variety of heat sources, such as CO 2 laser, arc or resistance heating.
  • the fiber coupler blank Y of Fig. 9 is then severed at the central portion (e.g., by breaking or cutting) to obtain the fiber coupler 1 of Fig. 1.
  • the fiber coupler 1 thus obtained can also be spliced to a geometrically adapted fiber 9, as shown schematically in FIG.
  • the fiber coupler 1 according to another embodiment shown in FIG. 11 can be manufactured essentially by the steps 6 to 9. However, the heating for fusing the pump fibers PF with the inner tube 2 and the inner tube 2 with the introduced signal fiber SF is performed so that this fusion occurs only in the middle portion MA and the left side portion SA1 in Fig. 11. This ensures that the optical contact between the inner tube 2 and the signal fiber SF is present only in the side portion SA1 and the central portion MA. In the side section SA2 adjoining the middle section MA on the right, there is no optical contact between the inner tube 2 and the signal fiber SF. This can also be seen in the cross-sectional views in FIGS. 12 and 13, which show the cross section along the section EE or FF. While in the cross-section of Fig.
  • FIG. 14 shows a further embodiment of the fiber coupler 1 according to the invention.
  • the fiber coupler of Fig. 14 differs from the fiber coupler of Fig. 1 in the configuration of the end portion 7.
  • the end portion 7 is formed in the fiber coupler of Fig. 14 so as to be formed solely by the signal fiber SF itself.
  • the outer tube 3, the pump fibers PF and the inner tube 2 are tapered until their thickness decreases to 0, so that only the signal fiber SF is present in the end section 7.
  • FIG. 15 shows a fiber coupler according to a further embodiment, which differs from the fiber coupler of FIG. 1 essentially only in that it has no bulge at its left open end for receiving the pump fibers PF with sheath PM.
  • the fiber coupler 1 of Fig. 15 does not include a receiving portion 4, but begins on its left side in Figure 15 equal to the main portion 5.
  • the inner tube 2 is pulled slightly further to the left and the portion of the pump fibers PF with the Jacket PM is disposed outside of the outer tube 3 on the inner tube 2.
  • FIGS. 16 to 19 The production of the fiber coupler 1 according to FIG. 15 is shown in FIGS. 16 to 19, these steps essentially corresponding to the steps according to FIGS. 6 to 9, so that reference can be made to the statements relating to FIGS. 6 to 9.
  • the fiber coupler blank 1 ' which is present in the insertion of the signal fiber SF, may be formed differently.
  • the signal fiber SF is introduced directly after insertion of the pump fibers PF, then there is a fiber coupler blank 1 1 , in which the individual components are not fused, so that there are still voids in the later tapering region of the central portion between the inner tube 2 and outer tube are located.
  • the fiber coupler tube ring 1 may already partially or completely be formed tapered in the subsequent steps prior to insertion of the signal fiber SF Middle section MA fused, so that no voids exist between the inner tube 2 and the outer tube 3 in the central portion MA.
  • the taper of the central portion is completed substantially before merging
  • the second case offers a continuous process in which the collapse and melting of the inner tube 2 on the signal fiber SF spatially trailing the deformation of the fiber coupler blank 1 ' to the heat input in the
  • the deformation of the fiber coupler blank 1 1 can be done by mechanical drawing and heat input regardless of the deformation of the signal fiber SF. If the considered section is properly deformed, the collapse on the
  • FIGS. 20 to 25 The production of a further embodiment of the fiber coupler 1 according to the invention is described in conjunction with FIGS. 20 to 25.
  • Fig. 24 is a section through the carrier 10 of Fig. 20 is shown, wherein in the sectional view, only the carrier 10 itself is shown without introduced fibers.
  • the carrier 10 has a circular cross section with a central central bore 11, which serves to receive the signal fiber SF.
  • the wall of the central bore 11 thus forms the inner tube.
  • pumping fibers PF (without pump-sheath PM) are inserted into the pumping tubing 12.
  • the diameter of the Pumpfaserbohrept 12 is chosen so that the pump fibers PF can be just introduced.
  • the right side of the central bore 11 is closed by a plug 13.
  • the pump fibers PF are fused to the walls of the pump fiber bores 12 in the area SB.
  • the signal fiber SF is inserted into the center hole 11 and the wall of the center hole 11 is collapsed onto the signal fiber (FIG. 23) to achieve the desired optical contact between the carrier 10 and the signal fiber SF.
  • the collapse can take place by means of thermal effect with or without negative pressure. If the cross-sectional geometry of signal fiber SF and inner tube (or central bore 11) agrees well, the inner tube with low heat input can be well collapsed onto the signal fiber SF. Preferably, in this case negative pressure is used, whereby larger cross-sectional differences can be bridged. Even bigger ones
  • the fiber coupler blank 1 'of Fig. 23 is present, the cross section of which is shown along A-A in Fig. 25.
  • the blank 1 ' may e.g. at this intersection A-A point to complete the desired fiber coupler 1 shown in FIG.
  • the fiber coupler 1 may be spliced to the fiber 9.
  • the centering of the inner bore 11 to the outer geometry of the carrier 10 is fixed in this embodiment.
  • This position specification together with the extensive positive engagement of the pump fibers PF facilitates the maintenance of symmetry during the fusion and tapering of the fiber coupler blank 1 1 , whereby the maintenance of the centering of the central bore 11 and compliance with the cross-sectional geometry of the central bore 11 can be facilitated or ensured.
  • the pump fibers PF and the outer tube (or the corresponding area of the carrier 10) are deformed only to a limited extent, so that an undesirable division of the divergence of the light guided in the pump fibers PF can be restricted.
  • the carrier 10 may be integral. However, it is also possible to assemble the carrier 10 from an inner part 15 (Figure 27a) having the central bore 11 and an outer part 16 (Figure 27b), with the inner and outer parts 15, 16 in the assembled state (Fig 27c) form the Pumpfaserbohrept 12 next to the central bore 11.
  • the inner part 15 may each be formed so that it is longer than the outer part 16 so that it at least at one end of the outer part 16 protrudes over this. This makes it possible to pressurize the center bore 11, if desired, with pressure (positive or negative pressure). Furthermore, this allows the guidance of the signal fiber SF and / or the pump fibers PF beyond the area of the outer part 16.
  • the carrier 10 has an upper part 15 'and a lower part 16' which, when viewed in cross-section, are each semicircular.
  • two Pumpmaschinebohronne 12 are completely formed and two Pumpfaserbohrept and the intermediate central bore 11 only in each case half so that only in the assembled state, which is shown in Fig. 30, the two parts 15 ' and 16 'also the center hole 11 and the two adjacent Pumpmaschinebohrept 12 form.
  • the two parts 15 'and 16' are fixed by a surrounding holding tube HR.
  • the holding tube HR may be provided on its inside e.g. have a lowered refractive index, which is indicated here by the darker representation.
  • the lowering of the refractive index of the inside compared to the outside area (the larger radius part) may be e.g. be achieved by a fluorine doping.
  • the sheath SM can be removed over the length corresponding to the length of the two parts 15 'and 16'. Thereafter, the signal fiber with its sheathless section in the half-central bore of one of the two sections 15 'and 16' placed and the other portion 16 'or 15' on the portion 15 ', 16' with the signal fiber SF placed. About these two parts 15 'and 16' with the signal fiber SF in the central bore 11, the holding tube HR is then pushed. The pump fibers PF can be introduced into the pump fiber bores 12 before or after the holding tube is slid over. The fiber coupler blank then present can then be subjected, for example, to similar steps as described in connection with FIGS. 22 and 23 in order to arrive at a desired fiber coupler 1.
  • the fiber coupler can be made completely without splicing and one has a continuous active fiber on which a coupling point is introduced.
  • FIG. 31 an example of a carrier 10 is shown in which the central bore 11 is surrounded by eighteen pumping fiber bores 12, all bores having a circular cross section.
  • the signal fiber is surrounded by a plurality of "pump rings.”
  • the six pump fiber bores 12 directly adjacent to the center bore 11 form a first ring
  • the pump fiber bores surrounding these six pump fiber bores form a second ring
  • the pump fibers form in the respective pump well bores thus in the manufactured fiber coupler a first (inner) "pump ring” and a second (outer) "pump ring".
  • FIG. 32 an example of a carrier is shown, in which the central hole 11 is surrounded with circular cross-section of twenty-four Pumpmaschinebohronne 12 with rectangular cross-section.
  • Fig. 33 a variant is shown in which the carrier has the central bore 11 of circular cross-section, which is surrounded by twelve Pumpmaschinebohrept 12, each having a rectangular cross-section.
  • the carrier 10 has a hexagonal structure of the circumference of the cross section and the central bore 11 is also hexagonal.
  • the hexagonal central bore 11 is surrounded by six rectangular Pumpfasubohrept 12.
  • FIGS. 34 to 36 A further embodiment of the fiber coupler according to the invention will be described in connection with FIGS. 34 to 36.
  • a fiber coupler blank 1 ' is produced (Fig. 34).
  • the fiber coupler blank 1 ' is immersed in a bath 17 of hydrofluoric acid (HF) and pulled up from the bath 17 (Fig. 35) (arrow P4). Since the lower sections of the fiber coupler blank 1 'thus linger longer in the hydrofluoric acid than those above lying portions, the material removal is greater in the lower sections, so that the indicated in Fig. 35 wedge-shaped shape of the fiber coupler blank 1 'results.
  • HF hydrofluoric acid
  • a paraffin layer 18 is preferably applied, which ensures that the hydrofluoric acid is completely stripped off when the fiber coupler blank 1 'is withdrawn.
  • the inner tube can be pressurized (P1) or closed to ensure that the inner diameter of the inner tube is not reduced.
  • the signal fiber SF is introduced and the inner tube 2 is collapsed onto the signal fiber SF. Thereafter, by cutting, the front end 8 is formed, which can be spliced to a geometrically adapted fiber 9 ( Figure 36).
  • the signal fiber may be introduced in advance (as before the tapering portion of FIG. 35).
  • the taper does not have to be at the end, end portion could be provided elsewhere in the course of the process.
  • the tapering section 6 is produced by material removal in contrast to the previous embodiments. Further, the taper portion extends to the front end 8 and the front end face of the fiber coupler 1, so that the front end 8 also simultaneously forms the end portion of the fiber coupler 1.
  • the inner tube 2 does not extend along the entire fiber coupler 1, but only beginning in the tapering section 6 and along the end section 7, wherein the inner diameter of the inner tube 2 remains constant, but reduces the outer diameter of the inner tube 2 and thus the wall thickness of the inner tube 2 along the tapering section 6.
  • the tapered inner tube 2 is collapsed onto the signal fiber SF and on the left end 20 of the inner tube 2, the front ends of the pump body PF lie flat on to ensure good optical contact between the pump fibers PF and inner tube 2.
  • Such a fiber coupler 1 can in turn be spliced to a geometrically adapted fiber 9, as indicated in Fig. 37.
  • the fabrication of the fiber coupler 1 of FIG. 37 will be described in conjunction with FIGS. 38 and 39.
  • the inner tube 2 is inserted only partly from the right side in FIG. 38 into the outer tube 3.
  • eight pump fibers PF are inserted so that their front ends 21 lie flat against the end face 20 of the inner tube 2.
  • the wall thickness of the inner tube 2 is here chosen so that it corresponds to the diameter of the pump fibers PF, so that in the region of the central portion MA of the blank 1 'is a central channel, which can just receive the signal fiber SF.
  • the outer tube 3 is fused to the inner tube 2. There is no connection between the inner tube 2 and the signal fiber SF and between the pump fibers PF and the signal fiber SF.
  • the blank V is tapered so that the inner diameter of the inner tube 2 remains constant, as shown in FIG. This can e.g. by pulling the outer tube 3 and inner tube 2 and simultaneous heat input. Since the signal fiber SF is not connected to the inner tube 2, it is not tapered in this taper itself. Thereafter, the inner tube 2 is collapsed onto the signal fiber SF to achieve the desired optical contact, and the fiber coupler blank 1 'is e.g. at the point shown by the arrow P5 or broken to form the front end 8.
  • the front end 8 can then, as indicated in Fig. 37, be spliced to a geometrically matched fiber 9.
  • FIG. 40 shows the end 8 of an embodiment of the fiber coupler according to the invention.
  • FIGS. 41 to 43 show various possible refractive index profiles in the radial direction of the end 8 of the fiber coupler 1. These refractive index profiles preferably extend in the axial direction over the end section 7 and the taper section 6 of the fiber coupler 1, wherein the radial positions of the refractive index jumps shift, since the signal fiber SF does not taper differently than the rest of the structure.
  • the refractive index n1 of the signal core of the signal fiber SF is the highest.
  • the refractive index of the remaining signal fiber SF, the inner tube 2 and the pump fibers PF are equal to (n2) and smaller than n1.
  • the refractive index n3 of the outer tube 3 is again smaller than the refractive index n2.
  • n2 and n3 are equal.
  • the signal fiber SF has a so-called refractive index pedestal with a refractive index n2 which is smaller than the refractive index n1 of the signal core of the signal fiber SF and greater than the refractive index of outer tube 3, inner tube 2 and pump fibers PF. which have the same refractive index n3 or a similar refractive index.
  • a variant is shown, in which a low-breaking inner tube 2 is used, so that the refractive index n2 of the inner tube is less than the refractive index n3 of the outer tube 3 and the pump fibers PF.
  • the signal fiber SF also has the refractive index n3 up to its signal core.
  • the signal core has a larger refractive index n1.
  • This refractive index ring of the inner tube 2 serves, in particular, for guiding parasitic signal light to protect pump sources (not shown) in the signal fiber SF from the coupling region (end section 7 and taper section 6) and thus prevent the parasitic signal light from passing through the pump fibers PF gets into the pump sources.
  • the same function is achieved with the refractive index profile of FIG. 42.
  • the radial refractive index profile of a fiber to be spliced to the end 8 can be adjusted accordingly.
  • FIGS. 44 to 47 Various configurations of the receiving section 4 of the fiber coupler 1 are shown in FIGS. 44 to 47.
  • pump fibers PF and signal fiber SF each have their cladding PM or SM at the beginning of the receiving section 4.
  • FIG. 45 shows an example in which the subsequently tapered pump fibers PF terminate in the receiving section 4 and are connected to feed fibers PF ', which in turn comprise jackets PM'.
  • the pump fiber PF and feed fiber PF ' may be spliced.
  • At least a section MS of the pump fibers PF is designed as a so-called mode stripper S. This ensures that in an undesired manner from right to left in the direction of the pump sources (not shown) running light is coupled out of the material of the pump fibers, so that this does not continue and elsewhere leads to damage or impairment.
  • the fashion stripper acts on the guided in the jacket of glass material light pump fibers or inner fibers.
  • FIG. 47 shows an example in which the pump fibers PF no longer have a cladding PM, but only a fluorine-doped outer ring PR.
  • FIGS. 50 and 51 each show a fiber coupler blank 1 'which can be used to produce a fiber coupler according to the invention.
  • the pump fibers PF each have one
  • Rejuvenation regions VB of the pump fibers PF are preferably oriented so that they lie in the region of the tapering section to be formed, as shown in FIG. 51.
  • the taper of the outer tube can be made, for example, only by the action of heat. A pulling can be omitted. However, it is also possible to additionally perform a mechanical drawing.
  • the pump fibers may have a taper region VB.
  • the pump fibers PF and / or the signal fiber SF may be chamfered respectively at their front end with which they are introduced into the inner and outer tubes.
  • the front end may also be pointed or tapering itself.
  • the signal light is guided in the signal fiber SF in the direction of the taper of the tapering section 6.
  • the fiber coupler according to the invention so that the signal light is guided in the opposite direction. It is also possible that light is coupled into the pump fibers PF from the signal fiber SF and not, as described so far, from the pump fibers PF into the signal fiber SF.
  • the signal fiber SF ends in the end section 8 as a rule.
  • the fiber coupler 1 it is also possible to form the fiber coupler 1 according to the invention such that the signal fiber SF extends beyond the end portion 7 out.
  • the fiber coupler or its end 8 can not only be spliced to another fiber, as described so far, but also any other type of optical coupling is possible. In particular, a free jet coupling is possible. Further, the signal fiber may extend beyond the end portion 7.
  • the described pressurization for the production of the individual embodiments facilitate the manufacturing process.
  • an overpressure in the inner tube and / or between the inner and outer tubes to form the widening in the receiving section 4 can be used.
  • An overpressure in the inner tube can be used in the deformation of the pump fibers PF and optionally of the outer tube 3 for controlling the inner cross section of the inner tube 2.
  • Vacuum between the inner and outer tubes 2, 3 can for example be used to eliminate air pockets in the structure of Pumpfasern, outer tube and inner tube.
  • a collapse of the inner tube 2 and a fusion of this with the signal fiber SF can be achieved with moderate heat input into the inner tube 2.
  • signal fiber can be applied. The application of the negative pressure between inner tube 2 and signal fiber SF also allows the bridging of larger gaps and deviating geometry of signal fiber SF and inner tube 2.
  • the corresponding tube (inner or outer tube 2, 3) may be extended, so that the practical feasibility is facilitated.
  • the sheathing of the signal fiber SF, the pump fibers PF and optionally the feed fibers PF ' can be realized as a polymer sheath, acrylic sheath, nylon sheath, silicone sheath, as a sheath of glass material or as any combination of said materials.
  • the guidance of the light in the pump fibers PF can be achieved by the refractive index of the sheath, which is lower than the refractive index of the pump fibers (in the case of inner fibers of the pump core), or by enclosed cavities (also referred to as air clad, a so-called air shroud).
  • any polymer jacket of the signal fiber SF or the pump fibers PF is completely removed.
  • a signal fiber SF and / or pump body PF without or with only a thin sheath of glass material.
  • pump fibers PF in which not only any sheath is avoided in the later rejuvenation, but the pump fibers were previously already tapered.
  • the receiving section 4 can accommodate the pump fibers PF and the signal fiber SF with or without cladding PM, SM. In the tapered portion 6 and the end portion 7, any sheaths are preferably removed.
  • the receiving portion 4 can be sealed in the fiber coupler according to the invention, for example, to be able to build pressure differences in the manufacturing process and / or to avoid contamination in the interior of the structure during the manufacturing process or during the subsequent use of the fiber coupler according to the invention.
  • a so-called mode stripper can be used on or in the jacket of the supplied fibers (preferred pump fibers PF), which removes light from the jacket in a targeted manner and thus prevents damage by this light in the further course.
  • the fashion stripper is preferably arranged in the receiving section 4.
  • the receiving portion 4 may preferably be formed so that the guidance of the light in the pump fibers PF by total reflection in sections with completely removed sheath, but where no coupling into the inner tube 2, in the outer tube 3 or the carrier 10 is ensured by avoiding unwanted contact of the outer surfaces of the fibers with other components. The same applies to the signal fiber in sections with completely removed sheath. In the receiving section 4 then any unwanted contact with the inner tube is avoided.
  • the conformity of the cross-sectional geometry between inner tube 2 and signal fiber SF in the taper section 6 and end section 7 is particularly advantageous for the process of collapsing the inner tube 2 on the signal fiber SF.
  • a positive connection of the inner tube 2 with the pump fibers PF or a local fixation of the pump fibers PF relative to the inner tube 2 is advantageous because this favors the maintenance of the cross-sectional geometry of the inner tube 2 when fused with the outer fibers PF.
  • outer tube 3 or the structure 10 Through the outer tube 3 or the structure 10, a preparation of the end surfaces (breaking and / or polishing) is simplified and advantageously a better spliceability can be achieved.
  • the reduced refractive index in the outer tube 3 can be used to prevent or at least reduce the coupling over of the pumping light into the outer tube 3.
  • the brilliance of the pump light in the end section 7 can be improved.
  • outer tubes 3 of greater wall thickness can be used without loss of brilliance.
  • the outer part with a reduced refractive index can be made or a support 10 with an externally reduced refractive index can be used.
  • the outer tube 3 may be formed in the fiber coupler according to the invention so that it also leads light of the pump fibers PF.
  • the outer tube e.g. have a reduced refractive index. It is also possible to provide a suitable refractive index profile in the radial direction in the outer tube. Furthermore, the refractive index of the medium surrounding the outer tube M, as shown schematically in Fig. 48, can be selected accordingly.
  • the receiving portion 4 of the fiber coupler 1 according to the invention can for example be designed so that the leadership of the pump light in the pump fibers by total reflection in sections with completely reduced mantle, but in which no coupling takes place in the inner tube, in the outer tube or the carrier ensured by avoiding unwanted contact of the outer surface with other components.
  • the receiving portion or its open end can be encapsulated with respect to the outside, so that the risk of contamination is reduced.
  • the receiving section improves the mechanical stability of the fiber coupler, in particular when the fibers are taken up together with the jacket.
  • the entire structure of the fiber coupler can be simplified as a whole.
  • these advantages also apply to a receiving portion formed on the side of the end portion of the fiber coupler, as shown in e.g. in the embodiment of Fig. 11 is the case.
  • the signal fiber is preferably not tapered in the taper section, but at the same time a good fusion is achieved, without requiring a strong heating of the signal fiber is required. Thereby, the mode profile of the signal of the signal fiber can be maintained, whereby also the mode cross section can preferably be maintained.
  • the mode cross section in the coupler can be scaled and a mode field adaptation can be carried out.
  • the signal fiber of the fiber coupler may be composed of a plurality of single fibers coupled by splicing.
  • mode converters and / or filters in the signal fiber and / or the pump fibers is possible.
  • the fiber coupler according to the invention or the fiber coupler blank in the manufacturing method according to the invention is advantageously a centering of the Pump Inc. External fibers and ensuring the geometry achieved without complex auxiliary devices would be necessary.
  • the inner tube and / or the outer tube has a closed structure at least in the tapered section and optionally in the end section, since then pressure differences between inner and outer tube can be built up during manufacture, e.g. facilitate the collapse of the inner tube to the signal fiber.
  • the inner and / or outer tube are wholly or partially etched. This can bring advantages in the brilliance of the coupled pumping power with it.

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Abstract

Es wird bereitgestellt ein Faserkoppler mit einem Innenrohr (2), einer im Innenrohr (2) angeordneten Innenfaser (SF) und mehreren um die Innenfaser (SF) herum angeordneten Außenfasern (PF), wobei sich der Faserkoppler in Längsrichtung der Innenfaser (SF) von einem Hauptabschnitt (5) zu einem Endabschnitt (7) verjüngt und der Innenquerschnitt des Innenrohrs (2) entlang des sich verjüngenden Abschnittes (6) des Faserkopplers (1) dem Querschnitt der Innenfaser (SF) entspricht.

Description

Faserkoppler
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Faserkoppler.
Ein solcher Faserkoppler wird beispielsweise zum optischen Pumpen eines Faserlasers oder Faserverstärkers verwendet, um über Pumpfasern Pumplicht in den Pumpkern einer Signallicht führenden Signalfaser einzukoppeln.
Derartige Koppler werden beispielsweise in Verbindung mit mantelgepumpten Faserlasern eingesetzt. Für diese ist es wünschenswert, Pumplicht derart in den Pumpmantel der
Doppelkernfaser (= aktive Faser) zu koppeln, daß das Licht im Pumpmantel geführt und im aktiven Signalkern der Doppelkernfaser absorbiert wird. Eine gute Absorption des Pumplichts wird bei kleiner Querschnittsflache des Pumpmantels erreicht, eine gute Führung wird erreicht, wenn die Divergenz des Pumplichts den Akzeptanzwinkel der Doppelkernfaser nicht überschreitet.
Grundlegend ist für einen derartigen Koppler einerseits Licht aus den Pump- bzw. Außenfasern möglichst effizient zu führen. Andererseits soll Signallicht möglichst ungestört in beiden Richtungen durch den Koppler geführt werden können.
Aus der US 6,434,302 ist beispielsweise ein sich verjüngendes Faserbündel bekannt, bei dem die Pumpfasern vorgetapert und dann mit der gegebenenfalls durch Ätzen verjüngten Signalfaser verschmolzen werden. Hierbei ist es von Nachteil, daß die Signalfaser zum Verschmelzen stark erwärmt werden muß und/oder daß die Verschmelzung nicht in einer gut zu brechenden und zu spleißenden Struktur resultiert.
Bei der US 7,016,573 B2 wird die Verjüngung des Faserkopplers durch die Verjüngung einer Signalfaser erreicht, was nachteilig die Führungseigenschaft der Signalfaser beeinflußt, wodurch beispielsweise die maximale Leistung eines diesen Koppler aufweisenden Lasers verringert wird. Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Faserkoppler bereit zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Faserkoppler mit einem Innenrohr, einer im Innenrohr angeordneten Innenfaser und mehreren um die Innenfaser herum angeordneten Außenfasern, wobei sich der Faserkoppler in Längsrichtung der Innenfaser, von einem Hauptabschnitt zu einem Endabschnitt verjüngt und der Innenquerschnitt des Innenrohrs entlang des sich verjüngenden Abschnittes des Faserkopplers dem Querschnitt der Innenfaser entspricht.
Durch das Vorsehen des Innenrohrs ist es möglich, den Querschnitt der Innenfaser unverändert zu lassen und gleichzeitig den gewünschten Verjüngungsabschnitt auszubilden. Ferner kann durch das Vorsehen des Innenrohrs erreicht werden, daß die Innenfaser im Herstellungsprozeß des Faserkopplers einer vergleichsweisen geringen thermischen Belastung ausgesetzt wird. Dies begünstigt insgesamt eine ungestörte Signalführung durch den erfindungsgemäßen Faserkoppler.
Ungestörte Signalführung bedeutet hier insbesondere, daß die Verluste möglichst gering gehalten werden und daß die Modenverteilung erhalten bleibt.
Ferner können bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler die Außenfasern das Licht effizient führen, insbesondere durch den sich verjüngenden Abschnitt und den Endabschnitt. Effiziente Führung des Lichts von den Außenfasern durch den Faserkoppler bedeutet hier insbesondere, daß das Licht verlustarm bis zum Endabschnitt geführt wird und daß dabei die Brillanz möglichst gut erhalten bleibt. Bestmögliche Brillanz wird in diesem Fall erreicht, wenn das von den Außenfasern zugeführte Licht durch einen Endabschnitt möglichst kleiner Fläche mit geringst möglicher Divergenz geführt wird.
Das Vorsehen des Innenrohrs bringt auch Vorteile bei der Herstellung des Faserkopplers mit sich. So ist kein direkter Kontakt zwischen Außenfasern und Innenfasern notwendig, da der notwendige optische Kontakt über das Innenrohr erfolgt. Daher kann bei der Herstellung des
Faserkopplers die Ausbildung des sich verjüngenden Abschnittes und das Kontaktieren von
Außenfasern und Innenrohr z.B. ohne eingeführte Innenfaser erfolgen, so daß bei diesen
Herstellungsschritten eine Verschlechterung von Eigenschaften der Innenfasern nicht auftritt. Nachdem der sich verjüngende Abschnitt und der Kontakt zwischen Außenfasern und Innenrohr hergestellt wurde, kann dann die Innenfaser eingeführt werden, so daß bei der Herstellung des
Faserkopplers der Wärmeeintrag in die Innenfaser minimiert werden kann. Bei herkömmlichen Lösungen wurde bisher ein direkter Kontakt zwischen Außenfasern und Innenfaser erzeugt. Dies kann einerseits zu einem unerwünscht hohen Wärmeeintrag in die Innenfaser führen. Andererseits ist man bei der Auswahl der Innenfaser stark eingeschränkt.
Bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler liegt diese Einschränkung nicht vor, da, wie erläutert, der Wärmeeintrag in die Innenfaser minimiert werden kann.
Ferner wird bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler eine Überkopplung des Lichts von den Außenfasern in die Innenfaser im sich verjüngenden Abschnitt bzw. Verjüngungsbereich ermöglicht. Diese Überkopplung ist durch den optischen Kontakt zwischen Innenfaser und Innenrohr einerseits und bei z.B. kompletter Verschmelzung der Außenfasern mit dem Innenrohr andererseits hinsichtlich der im Endabschnitt erzielten Brillanz des Pumplichts günstiger als bekannte Lösungen, bei denen die Pumplichtfasern einzeln verjüngt werden. Jegliche Divergenzerhöhung durch Verjüngung einer Struktur ohne optischen Kontakt zur Innenfaser schränkt die erzielbare Brillanz des Pumplichts im Endabschnitt gegenüber der erfindungsgemäßen Lösung ein.
Der sich verjüngende Abschnitt bzw. Verjüngungsabschnitt kann insbesondere so ausgebildet werden, daß das durch die Außenfasern vom Hauptabschnitt zum Endabschnitt geführte Licht eine vorgegebene (zulässige) Divergenz nicht überschreitet. Die Querschnittsfläche des Endabschnitts ist bevorzugt möglichst klein.
Der Hauptabschnitt kann beispielsweise dadurch charakterisiert werden, daß die Querschnittsform der Außenfasern entlang des Hauptabschnittes weitgehend konstant bleibt. Anders gesagt, kann der Hauptabschnitt so ausgebildet werden, daß die Divergenz des in dem Außenfasern geführten Lichtes nicht oder nicht wesentlich erhöht wird.
Der Endabschnitt kann eine unterschiedliche Ausdehnung in Längsrichtung des erfindungsgemäßen Faserkopplers aufweisen. Diese Ausdehnung kann im Extremfall auch 0 betragen. In diesem Fall ist der Endabschnitt das Ende des Verjüngungsabschnittes.
Wenn die Ausdehnung des Endabschnitts ungleich 0 in der Längsrichtung beträgt, kann der Endabschnitt insbesondere dadurch charakterisiert werden, daß sich die Querschnittsform der Außenfasern entlang des Endabschnittes nicht mehr ändert. Insbesondere können die Außenfasern in direktem optischen Kontakt mit dem Innenrohr entlang des Endabschnittes stehen. So können beispielsweise die Außenfasern mit dem Innenrohr verschmolzen sein. Ferner weisen bevorzugt der Verjüngungsabschnitt sowie der Endabschnitt keine Lufteinschlüsse zwischen den Außenfasern und dem Innenrohr sowie zwischen dem Innenrohr und der Innenfaser auf.
Der Faserkoppler kann dazu eingesetzt werden, um Licht von den Außenfasern in die Innenfaser einzukoppeln oder Licht von der Innenfaser in die Außerfasern einzukoppeln. Insbesondere wird er zum optischen Pumpen eines Faserlasers oder Faserverstärkers genutzt. In diesem Fall können die Außenfasern als Pumpfasern bezeichnet werden, die Pumplicht in die Innenfaser, die dann als Signalfaser bezeichnet werden kann, einkoppeln.
Die Innenfaser ist bevorzugt eine Doppelkern- oder Triplekemfaser, wobei sie auch mehr als drei Kerne enthalten kann. Sie kann mit laseraktiven Ionen dotiert sein, um sie als Verstärkerfaser/Laserfaser zu nutzen, oder kann auch passiv als Transportfaser eingesetzt werden. Ferner kann die Innenfaser polarsationserhaltend oder polarisierend und/oder als LMA- Faser (Large-Mode-Area Faser) mit oder ohne Lufteinschlüssen ausgebildet sein.
Der Querschnitt der Innen- und Außenfasern kann kreisförmig, oval oder auch eckig bzw. polygonal (beispielsweise rechteckig, 6-ecking, 8-eckig) oder anders geformt sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler können sich die Außenfasern zueinander parallel entlang der Längsrichtung der Innenfaser erstrecken. Ein Verdrillen der Außenfaser entlang der Längsrichtung ist nicht notwendig, ist jedoch möglich.
Bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler wird aufgrund des sich verjüngenden Abschnittes die Strahlqualität (z.B. Brillanz, Leistung und/oder Divergenz des in den Außenfasern und/oder in der Innenfaser geführten Lichtes) vorteilig optimal erhalten, wobei durch die seitliche Ankopplung im Bereich des sich verjüngenden Abschnittes der Außenfasern an die Innenfaser die Signalführung in der Innenfaser nur minimal beeinflußt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler kann der Innenquerschnitt des Innenrohrs entlang des sich verjüngenden Abschnitts gleich bleiben. Es ist jedoch auch möglich, daß er sich verringert. Wesentlich ist insbesondere, daß der Innenquerschnitt des Innenrohrs des sich verjüngenden Abschnitts gleich dem Querschnitt der Innenfaser ist.
Ferner kann das Innenrohr entlang des sich verjüngenden Abschnitts auf die Innenfaser kollabiert sein bzw. mit dieser verschmolzen sein. Das ist dahingehend vorteilhaft, daß das Innenrohr als Stützstruktur für die Außenfaser bei der Herstellung des Verjüngungsabschnittes dienen kann und beim fertigen Faserkoppler Bestandteil des Faserkopplers ist. Die Außenfasern können sich entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes erstrecken, wobei sich Ihre radiale Ausdehnung entsprechend verjüngt.
Die Außenfasern können über das Innenrohr entlang des sich verjüngenden Abschnittes in optischem Kontakt mit der Innenfaser stehen. Wenn sich die Außenfasern entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes erstrecken, können sie in direktem optischen Kontakt mit dem Innenrohr entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes stehen. Ohne einen solchen Kontakt entlang des sich verjüngenden Abschnittes kann im Endabschnitt keine so hohe Brillanz wie mit diesem Kontakt erzielt werden und die Minderung der aus den Außenfasern bereitgestellten Brillanz wäre erhöht.
Der erfindungsgemäße Faserkoppler kann ferner ein Außenrohr aufweisen, in dem das Innenrohr zumindest zum Teil (in Längsrichtung des Innenrohrs gesehen) angeordnet ist und in dem sich die Außenfasern zumindest teilweise (in Längsrichtung der Außenfasem gesehen) erstrecken.
Insbesondere können sich die Außenfasern zwischen Außenrohr und Innenrohr erstrecken.
Auch ist es möglich, daß sich die Außenfasern bis zu dem sich verjüngenden Abschnitt erstrecken, mit einer Stirnseite des Innenrohrs optisch gekoppelt sind (z.B. durch direkten Kontakt von Endfläche der Außenfasern mit der Stirnseite des Innenrohrs) und die Wandstärke des Innenrohrs entlang des sich verjüngenden Abschnittes abnimmt.
Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler die Wandstärke des Außenrohrs entlang des sich verjüngenden Abschnittes abnehmen.
Des weiteren ist es möglich, daß sich das Außenrohr entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes erstreckt.
Das Außenrohr und das Innenrohr können zusammen einstückig durch Bohrungen in einem Träger ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, Außen- und Innenrohr z.B. zweistückig durch entsprechende Bohrungen in zwei Teilträgern auszubilden. Natürlich ist es auch möglich, Außen- und Innenrohr aus mehr als zwei Teilträgern auszubilden. Die Aufteilung in Teilträgern liegt bevorzugt in Längsrichtung des Faserkopplers vor. Wenn Außen- und Innenrohr mehrstückig ausgebildet sind, ist es bevorzugt, daß diese mehrstückigen Teile bei dem fertig hergestellten Faserkoppler fest und dauerhaft miteinander verbunden sind (beispielsweise miteinander verschmolzen).
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Faserkopplers vorgeschlagen, das folgende Schritte aufweist: a) Erzeugen eines Rohlings, der ein Innenrohr sowie mehrere um das Innenrohr herum und/oder an die Stirnseite des Innenrohrs anliegende Außenfasern umfaßt und der entlang der Längsrichtung des Innenrohrs derart verjüngt ist, daß er einen einen Hauptabschnitt des Rohlings mit einem Endabschnitt des Rohlings verbindenden Verjüngungsabschnitt aufweist, wobei zur Erzeugung des Rohlings ein Bereitstellungsschritt, mit dem die mehreren Außenfasern bereitgestellt werden, und ein Verjüngungsschritt, mit dem der Verjüngungsabschnitt gebildet wird, durchgeführt werden, und b) Einführen einer Innenfaser in das Innenrohr, wobei nach dem Verjüngungsschritt der Innenquerschnitt des Innenrohrs entlang des Verjüngungsabschnitts dem Querschnitt der eingeführten Innenfaser entspricht.
Bei diesem Verfahren wird vorteilhaft der Querschnitt der Innenfaser nicht verändert, so daß der hergestellte Faserkoppler eine Kopplung bereitstellen kann, bei der die Qualität der Innenfaser nicht verschlechtert ist.
Ferner ist es möglich, den Verjüngungsschritt vor dem Schritt b) durchzuführen. In diesem Fall ist es möglich, den Innenquerschnitt des Innenrohrs im Verjüngungsschritt entweder unverändert zu lassen oder zu verändern. Falls er verändert wird, wird er so verändert, daß er nach dem Verjüngen so dem Querschnitt der einzuführenden Innenfasern entspricht, daß die Innenfaser gerade in das Innenrohr eingeführt werden kann.
Vor dem Verjüngungsschritt können die Außenfasern (zumindest teilweise, beispielsweise in dem nachher zu bildenden Verjüngungsabschnitt) mit dem Innenrohr verschmolzen werden. Damit können beispielsweise unerwünschte Lufteinschlüsse verhindert werden.
Der Schritt b) kann vor dem Verjüngungsschritt ausgeführt werden. In diesem Fall wird die Verjüngung bevorzugt so durchgeführt, daß keine Querschnittsänderung der eingeführten Innenfaser auftritt.
Wenn das Herstellungsverfahren als fortlaufendes Verfahren ausgeführt wird, bei dem die Innenfaser vor dem Verjüngen bereits in das Innenrohr eingeführt ist, kann das Verjüngen des Rohlings und gleichzeitig nachlaufend ein Kollabieren des Innenrohrs auf die Signalfaser (beispielsweise zusammen mit einem Verschmelzen von beiden) durchgeführt werden. Das Kollabieren läuft somit dem Verjüngungsschritt räumlich nach.
Bei dem Verfahren kann ferner nach dem Verjüngungsschritt und dem Schritt b) das Innenrohr entlang des Verjüngungsabschnitts auf die Innenfaser kollabiert werden. Damit wird ein guter optischer Kontakt zwischen Außen- und Innenfaser erreicht. Insbesondere kann das Innenrohr mit der Innenfaser entlang des kollabierten Abschnittes verschmolzen werden. Ferner kann beim Kollabieren Unterdruck eingesetzt werden.
Ferner können bei dem Verfahren im Schritt a) die Außenfasern zwischen dem Innenrohr und einem dieses in Längsrichtung zumindest teilweise umgebenden Außenrohr eingeführt werden. Damit liegt ein Rohling vor, bei dem man leicht zum Beispiel durch mechanisches Ziehen des Außenrohrs und der Außenfasern den Verjüngungsabschnitt im Verjüngungsschritt bilden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das im Schritt a) verwendete Außenrohr im Bereich des im Verjüngungsschritt zu erzeugenden Verjüngungsabschnittes einen geschlossenen Innenquerschnitt zur Aufnahme der Innenfaser aufweisen. Der geschlossene Innenquerschnitt kann nicht nur im Bereich des Verjüngungsabschnittes, sondern auch im Bereich des Endabschnittes des Rohlings und somit des dann hergestellten Faserkopplers vorliegen. Ferner ist es möglich, daß das verwendete Innenrohr im Bereich des im Verjüngungsschritt zu erzeugenden Verjüngungsabschnittes ebenfalls einen geschlossenen Querschnitt zur Aufnahme der Innenfaser aufweist. Auch bei dem Innenrohr kann der geschlossene Abschnitt sowohl im Verjüngungsabschnitt als auch im Endabschnitt des Rohlings und somit des dann hergestellten Faserkopplers vorliegen. Durch die geschlossene Ausbildung von Außen- und/oder Innenrohr ist es möglich, während der Herstellung gezielt Über- oder Unterdruck anzulegen, um die Herstellung des Faserkopplers zu verbessern.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können ferner im Bereitstellungsschritt Außenfasern eingesetzt werden, die im Bereich des im Verjüngungsschritt zu erzeugenden Verjüngungsabschnittes selbst bereits verjüngt sind. Damit ist es beispielsweise nicht mehr notwendig, die Außenfasern im Verjüngungsschritt zu verjüngen. Alternativ ist es möglich, die Außenfasern im Verjüngungsschritt nur noch gering zu verjüngen, wodurch der Herstellungsschritt vereinfacht wird.
Die Außenfasern können vor dem Schritt a) vorbearbeitet werden. Dies betrifft beispielsweise das bereits erwähnte Verjüngen der Außenfasern. Es ist auch möglich, die Außenfaser mit einer Zuführfaser zu verspleißen, Modestripper, eine integrierbare Modenfeldanpassung, einen integrierten Filter, ... vorzusehen. Ebenfalls kann die Innenfaser vor dem Einführen im Schritt b) vorbearbeitet werden. Diese Vorbearbeitung kann beispielsweise eine Modenfeldanpassung, ein Verjüngen, eine Integration von Modenfiltern oder spektralen Filtern, die Herstellung eines Modenfilters und/oder das Verspleißen mehrerer Faserstücke umfassen.
Ferner kann das Verfahren (bevorzugt vor dem Verjüngungsschritt und dem Schritt b) einen Schritt der Ausbildung eines Aufnahmeabschnittes (beispielsweise durch Aufblasen) umfassen, in dem die Außenfasern und/oder die Innenfaser aufgenommen und ebenfalls gestützt werden/wird.
Ferner ist es möglich, während des Herstellungsverfahrens das Innenrohr und/oder das Außenrohr abzukapseln bzw. vorübergehend abzudichten, um gewünschte Druckdifferenzen aufbauen zu können.
Die Verjüngung des Rohlings im Verjüngungsschritt kann durch Materialverformung und/oder Materialabtrag bewirkt werden. Dies trifft für die Pumpfasern zu und falls ein Außenrohr vorgesehen ist, auch für das Außenrohr.
Bei dem Verfahren kann die Wandstärke des Innenrohrs im Verjüngungsschritt verringert werden.
Es ist möglich, den Bereitstellungsschritt vor dem Verjüngungsschritt durchzuführen, um den Schritt a) auszuführen. In diesem Fall ist es bevorzugt, daß durch den Verjüngungsschritt die Außenfasern so verjüngt werden, daß die Querschnittsflächen der Außenfasern im Verjüngungsabschnitt in Richtung der Verjüngung abnehmen.
Natürlich ist es auch möglich, den Verjüngungsschritt vor dem Bereitstellungsschritt auszuführen. In diesem Fall werden dann bevorzugt entsprechend angepaßte Außenfasern angeordnet, die schon verjüngt sein können, wenn sie sich bis in den Verjüngungsabschnitt erstrecken.
In dem Bereitstellungsschritt werden die Außenfasern bevorzugt so angeordnet, daß sie zueinander parallel verlaufen.
Das Vorsehen des Außenrohrs kann dadurch erfolgen, daß ein Träger bereitgestellt wird, der eine Mittelbohrung für die Innenfaser sowie mehrere die Mittelbohrung umgebende Außenbohrungen für die Außenfasern aufweist. Der Träger kann einstückig sein. Es ist jedoch auch möglich den Träger zweistückig auszubilden. In diesem Fall ist bevorzugt ein inneres Teil, das die Mittelbohrung aufweist, und ein äußeres Teil vorgesehen. Die Außenbohrungen können bevorzugt durch das Innen- und Außenteil im zusammengesetzten Zustand ausgebildet sein.
Die Innen- und Außenfasern sind bevorzugt ohne Ummantelung im Faserkoppler eingeführt. Insbesondere sind im verjüngenden Abschnitt bzw. Verjüngungsabschnitt sowohl die Innenfaser als auch die Außenfasern nicht ummantelt. Das Außenrohr kann aus einem niedrigbrechenden Material hergestellt sein.
Die Innen- und Außenbohrungen sind bevorzugt so ausgeführt, daß die Innen- und Außenfasern formschlüssig aufgenommen werden. Besonders vorteilhaft ist insbesondere, wenn zumindest die Innenfaser formschlüssig aufgenommen wird.
Wenn ein Außenrohr verwendet wird, kann ein in Längsrichtung geteiltes Innenrohr eingesetzt werden. Dies ermöglicht, daß der erfindungsgemäße Faserkoppler nicht nur am Ende einer Innenfaser ausgebildet werden kann, sondern in einem Mittelabschnitt ohne Ummantelung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Faserkoppler gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 den Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 1 ;
Fig. 3 den Querschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 1 ;
Fig. 4 den Querschnitt entlang der Linie C-C von Fig. 1 ;
Fig. 5 den Querschnitt entlang der Linie D-D von Fig. 1 ;
Fig. 6-9 Schritte zur Herstellung des Faserkopplers von Fig. 1 ;
Fig. 10 der Faserkoppler von Fig. 1 mit angespleißter Faser 9; Fig. 11 einen Faserkoppler gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 12 den Querschnitt entlang Linie E-E von Fig. 11 ;
Fig. 13 den Querschnitt entlang Linie F-F von Fig. 11 ;
Fig. 14 ein Faserkoppler gemäß einer dritten Ausführungsform;
Fig. 15 einen Faserkoppler gemäß einer vierten Ausführungsform;
Fig. 16-19 Schritte zur Herstellung des Faserkopplers von Fig. 15;
Fig. 20-23 Schritte zur Herstellung eines Faserkopplers gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 24 eine Ansicht eines Trägers, der in den Schritten von Fig. 20-23 verwendet wird;
Fig. 25 ein Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 23;
Fig. 26 ein mit den Schritten 20-23 hergestellter Faserkoppler;
Fig. 27a-c Schnittdarstellungen eines zweiteiligen Trägers 10;
Fig. 28a-c Schnittdarstellungen eines weiteren zweiteiligen Trägers 10;
Fig. 29-33 verschiedene Ausführungsformen des Trägers von Fig. 24;
Fig. 34 und 35 Schritte zur Herstellung eines weiteren Faserkopplers;
Fig. 36 der mit den Schritten von Fig. 34 und 35 hergestellte weitere Faserkoppler;
Fig. 37 ein Faserkoppler gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 38 und 39 Schritte zur Herstellung des Faserkopplers von Fig. 37;
Fig. 40 eine Draufsicht der Endfläche 8 des Endabschnittes 7 des Faserkopplers von Fig. 37; Fig. 41-43 verschiedene Brechzahlverläufe der Endfläche 8 von Fig. 40;
Fig. 44-47 verschiedene Ausbildungen des Aufnahmeabschnittes 4 des erfindungsgemäßen Faserkopplers;
Fig. 48 der erfindungsgemäße Faserkoppler mit umgebendem Medium;
Fig. 49 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des Trägers 10, und
Fig. 50 und 51 Schritte zur Herstellung eines Faserkopplers gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Bei der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform umfaßt der erfindungsgemäße Faserkoppler 1 ein Innenrohr 2 mit kreisförmigen Querschnitt, in dem eine Signalfaser SF, die hier als Doppelkernfaser ausgebildet ist, eingeführt ist. Das Innenrohr 2 sitzt mittig in einem Außenrohr 3 und zwischen dem Innen- und Außenrohr 2, 3 sind acht sich in Längsrichtung der Signalfaser SF erstreckende Pumpfasern PF angeordnet. Das Innenrohr 2 stützt die Pumpfasern PF und kann daher auch als Stützrohr bezeichnet werden.
Der Faserkoppler 1 ist so ausgebildet, daß er in der Darstellung von Figur 1 von links nach rechts einen sich verjüngenden Aufnahmeabschnitt 4, einen Hauptabschnitt 5, einen Verjüngungsabschnitt 6 und einen Endabschnitt 7 mit im wesentlichen konstanten Außendurchmesser aufweist.
Das Innenrohr 2 weist bis auf seine Aufweitung auf der linken Seite in Figur 1 zur Aufnahme der Signalfaser SF mit Ummantelung SM einen im wesentlichen konstanten Innenquerschnitt über seine gesamte Länge (innerhalb des Außenrohrs 3) auf. Um die sich verjüngende Ausbildung des Faserkopplers 1 zu realisieren, verjüngen sich die Pumpfasern PF und das Außenrohr 2 im Verjüngungsabschnitt 6. Auch die Wandstärke des Innenrohrs 2 wird entlang des Verjüngungsabschnitt 6 geringer.
Der Verjüngungsabschnitt 6 ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Außenrohrs 3 in Längsrichtung des Faserkopplers 1 abnimmt. Ferner liegt das Innenrohr 2 mit der gesamten Fläche seiner Innenseite entlang des Verjüngungsabschnittes 6 an der Signalfaser SF so an, daß ein direkter optischer Kontakt vorliegt. Lufteinschlüsse zwischen dem Innenrohr 2 und der Signalfaser SF sollten entlang des Verjüngungsabschnittes nicht vorliegen, wie beispielsweise auch der Querschnittsdarstellung in Figur 4 entnommen werden kann. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist das Innenrohr 2 entlang des Verjüngungsabschnittes 6 mit der Signalfaser SF verschmolzen.
Die Länge des Verjüngungsabschnittes 6 wird hier so gewählt, daß die Steigerung der Divergenz im Verjüngungsabschnitt 6 sukzessive über die Länge erfolgt, um zu starke Divergenzerhöhung oder sogar Leistungsverluste zu vermeiden.
Zusätzlich sind entlang des Verjüngungsabschnittes 6 zwischen dem Innenrohr 2 einerseits und den Pumpfasern PF andererseits keine Lufteinschlüsse vorhanden, so daß ein direkter optischer Kontakt zwischen den Pumpfasern PF und dem Innenrohr 2 und somit auch mit der Signalfaser SF vorliegt. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Pumpfasern PF entlang des Verjüngungsabschnittes 6 mit dem Innenrohr 2 verschmolzen.
Ferner liegen auch keine Lufteinschlüsse zwischen den Pumpfasern PF einerseits und dem Außenrohr 3 entlang des Verjüngungsabschnittes 6 vor.
Das linke offene Ende des Außenrohrs 2 weist einen Innendurchmesser auf, der so gewählt ist, daß gerade ausreichend Platz zwischen Innen- und Außenrohr 2, 3 vorliegt, um Pumpfasern PF mit Ihrer Ummantelung PM einführen zu können. Wie aus der Querschnittsdarstellung von Fig. 2 ersichtlich ist, sind acht Pumpfasern PF in Umfangsrichtung um das Innenrohr 2 und die Signalfaser SF gleich verteilt.
Die Ummantelung PM erstreckt sich nur bis zu dem sich verjüngenden Bereich des Aufnahmeabschnittes 4 und ab dort weisen die Pumpfasern PF keine Ummantelung PM mehr auf. Daher ist der Innendurchmesser des Außenrohrs 3 beim Übergang vom Aufnahmeabschnitt 4 zum Hauptabschnitt 5 so gewählt, daß der Abstand zwischen der Signalfaser SF und der Innenwandung des Außenrohrs 3 in radialer Richtung geringfügig größer ist als der Durchmesser der Pumpfasern PF.
Entlang des Hauptabschnittes 5 in Richtung hin zum Verjüngungsabschnitt 6 findet schon eine geringe Verformung der Pumpfasern PF und des Außenrohrs 3 statt, um die unerwünschten Lufteinschlüsse zu reduzieren. Wie insbesondere der Darstellung in Figur 1 und der Querschnittsdarstellung in Figur 3 zu entnehmen ist, liegen die Pumpfasern PF bereits an dem Innenrohr 2 an. Die Querschnittsform der Pumpfasern PF ist nicht mehr kreisförmig, sondern bereits leicht von der Kreisform abweichend (Figur 3). Der Außendurchmesser des Außenrohres 3 ist entlang des Hauptabschnittes 5 im wesentlichen konstant. Vorzugsweise ist der Hauptabschnitt 5 so ausgebildet, daß die Divergenz des in den Pumpfasern PF geführten (Pump-)Lichtes nicht oder nicht wesentlich erhöht wird. Das Licht kann jedoch auch im Hauptabschnitt 5 teilweise aus den Pumpfasern PF in die übrigen Pumpfasern PF, die Signalfasern SF oder das Außenrohr 3 übertreten.
In dem sich an den Hauptabschnitt 5 anschließenden Verjüngungsabschnitt 6 des Faserkopplers 1 nimmt von links nach rechts in Figur 1 der Außendurchmesser des Faserkopplers 1 und somit des Außenrohrs 3 ab, wohingegen der Innendurchmesser des Innenrohrs 2 entlang des gesamten Verjüngungsabschnittes 6 gleich bleibt. Um dies zu erreichen, nimmt einerseits die Wandungsstärke des Außenrohrs 3 im Verjüngungsabschnitt 6 ab. Ferner wird in gleicher Weise die radiale Ausdehnung der Pumpfasern PF verringert und nimmt ihre Querschnittsfläche ab. Das geht einher mit der Änderung der Querschnittsform der Pumpfasern PF. Die Querschnittsform der Pumpfasern PF nimmt vom leicht von der Kreisform abweichenden Querschnitt (Fig. 4) zu Beginn des Verjüngungsabschnittes 6 zu einem Querschnitt, der als Kreisringabschnitt bezeichnet werden kann, ab, so daß im anschließenden Endabschnitt 7 die Pumpfasern PF zusammen einen (in sich geschlossenen) Kreisring bilden, wie in der Schnittdarstellung von Fig. 5 schematisch gezeigt ist.
Anders gesagt, wird sich die Form der Pumpfasern PF so einstellen, daß diese den Raum zwischen Außenrohr 3 und Innenrohr 2 vollständig ausfüllen, wobei sich die Pumpfasern PF in Richtung Endabschnitt 7 immer weiter verjüngen und enger um das Innenrohr 2 legen.
Der Endabschnitt 7 zeichnet sich bei der hier beschriebenen Ausführungsform dadurch aus, daß sich in Längsrichtung (also in Figur 1 von links nach rechts) die Abmessungen von Innenrohr 2, Außenrohr 3, Signalfaser SF und Pumpfasern PF im Querschnitt nicht mehr ändern. Ferner liegt das Innenrohr 2 entlang des Endabschnitts 7 über seine gesamte Innenseite an der Signalfaser SF an, so daß ein direkter optischer Kontakt vorliegt. Auch im Endabschnitt 7 ist in gleicher Weise wie in dem Verjüngungsabschnitt 6 das Innenrohr 2 mit der Signalfaser SF verschmolzen. Ferner liegen die Pumpfasern PF direkt an dem Innenrohr 2 an und liegt das Außenrohr 3 direkt an den Pumpfasern PF an. Auch im Endabschnitt sind keine Lufteinschlüsse mehr vorhanden. An dem vorderen Ende 8 des Endabschnittes 7 kann eine (nicht gezeigte) Faser angespleißt sein.
Bei dem Faserkoppler von Figur 1 liegen somit vorteilhafterweise die Pumpfasern PF entlang des gesamten Verjüngungsabschnittes 6 am Innenrohr 2 an, so daß in den Pumpfasern PF geführtes Licht (teilweise) in die Signalfaser SF übergekoppelt werden kann, in der das Licht dann weiter geführt wird. Ferner sind die Pumpfasern PF entlang des gesamten Verjüngungsabschnitts 6, jeweils im Querschnitt gesehen, in Umfangsrichtung gleichmäßig um die Signalfaser SF angeordnet, so daß ein effektives Überkoppeln möglich ist. Das Innenrohr 2 kann durch Wärmeeinwirkung auf die Signalfaser SF kollabiert bzw. mit dieser verschmolzen sein, so daß eine ausgezeichnete optische Kopplung zwischen Pumpfasern PF, die an dem Innenrohr 2 anliegen, und der Signalfaser SF vorliegt.
Eine mögliche Herstellung des Faserkopplers von Figur 1 wird in Verbindung mit Figuren 6 bis 9 beschrieben.
Zunächst wird das Innenrohr 2 mit kreisförmigem Querschnitt mittig im Außenrohr 3, das ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, angeordnet. Zwischen dem Innen- und Außenrohr 2, 3 werden in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt die acht Pumpfasern PF eingefügt (Fig. 6), so daß ein Faserkoppler-Rohling 1' vorliegt. Damit der Innendurchmesser des Innenrohrs 3 nicht verringert wird, wird das Innenrohr mit Druck beaufschlagt, wie durch den Pfeil P1 angedeutet ist.
In dem Schritt von Fig. 6 zu Fig. 7 wird das Außenrohr 3 mit den Pumpfasern PF im Bereich SB verschmolzen.
Danach werden das Außenrohr 3 sowie die Pumpfasern PF durch mechanisches Ziehen (durch Pfeile P2 angedeutet) unter Erwärmung in einem Mittelabschnitt MA des Rohlings 1' verjüngt (die Ausdehnung in radialer Richtung wird verringert). Somit weist der Faserkoppler-Rohling 1 ' einen verjüngten Mittelabschnitt MA auf. Während des Verjüngens des Außenrohrs 3 sowie der Pumpfasern PF wird das Innenrohr mit Druck (Pfeil P1) beaufschlagt. Der Druck ist in Abhängigkeit des mechanischen Ziehens und der Erwärmung so gewählt, daß der freie Querschnitt des Innenrohrs 2 nach dem Ziehen gerade dem Querschnitt der einzuführenden Signalfaser SF entspricht bzw. etwas größer ist, damit die Signalsfaser SF einführbar ist.
Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, daß das gesamte Innenrohr 2 oder zumindest der freie Innenquerschnitt des Innenrohrs 2 während des Ziehens nicht verformt wird. Natürlich ist es auch möglich, eine Formänderung zuzulassen, wobei dann sichergestellt wird, daß das Innenrohr 2 nach dem Ziehen den gewünschten freien Innenquerschnitt aufweist.
Bei dem Rohling 1' von Figur 8 kann, muß aber nicht, ein vollständiges Verschmelzen der Struktur aus Innenrohr 2, Pumpfasern PF und gegebenenfalls Außenrohr 3 im Mittelabschnitt MA und den sich beidseitig anschließenden Abschnitten SA1 , SA2 mit zunehmenden Außendurchmesser (z.B. bis zu den Punkten SP1 , SP2) durchgeführt werden, bei dem Hohlräume bzw. Lufteinschlüsse zumindest aus dem Mittelabschnitt MA und gegebenenfalls aus den sich beidseitig anschließenden Abschnitten SA1 , SA2 entfernt werden. Auch bei diesem Schritt wird das Innenrohr 2 bevorzugt mit Druck beaufschlagt. Bei der Beseitigung der Hohlräume bzw. Lufteinschlüsse kann optional Unterdruck zwischen Innen- und Außenrohr 2, 3 eingesetzt werden.
In den Faserkoppler-Rohling 1' gemäß Fig. 8 wird in einem weiteren Schritt die Signalfaser SF eingeführt (Fig. 9). Nach dem Einführen der Signalfaser wird das Innenrohr 2 zumindest im Bereich des Mittelabschnittes MA und des sich darin anschließenden Seitenabschnittes SA1 auf die Signalfaser SF kollabiert (Fig. 9), um einen guten optischen Kontakt zwischen Pumpfasern PF und Signalfaser SF zu erzielen. Dieses Kollabieren des Innenrohrs 2 auf die Signalfaser SF kann beispielsweise durch gezielte Wärmeeinwirkung durchgeführt werden. Zusätzlich kann das Innenrohr 2 mit Unterdruck beaufschlagt werden.
Die in den obigen Schritten beschriebene Wärmeeinwirkung kann mit unterschiedlichsten Heizquellen erreicht werden, wie z.B. CO2-Laser, Lichtbogen oder Widerstandsheizung.
Der Faserkoppler-Rohling Y von Fig. 9 wird dann im Mittelabschnitt durchtrennt (z.B. durch Brechen oder Schneiden), so daß der Faserkoppler 1 von Fig. 1 erhalten wird. Der so erhaltene Faserkoppler 1 kann auch an eine geometrisch angepaßte Faser 9 gespleißt werden, wie in Fig. 10 schematisch dargestellt ist.
Der in Fig. 11 gezeigte Faserkoppler 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform läßt sich im wesentlichen durch die Schritte 6 bis 9 herstellen. Jedoch wird die Erwärmung zum Verschmelzen der Pumpfasern PF mit dem Innerohr 2 und des Innenrohrs 2 mit der eingeführten Signalsfaser SF so durchgeführt, daß dieses Verschmelzen nur in dem Mittelabschnitt MA und dem sich in Fig. 11 links anschließenden Seitenabschnitt SA1 auftritt. Damit wird erreicht, daß der optische Kontakt zwischen dem Innenrohr 2 und der Signalfaser SF nur in dem Seitenabschnitt SA1 und dem Mittelabschnitt MA vorliegt. In dem sich rechts an den Mittelabschnitt MA anschließenden Seitenabschnitt SA2 liegt kein optischer Kontakt zwischen dem Innenrohr 2 und der Signalfaser SF vor. Dies läßt sich auch den Querschnittsdarstellungen in Fig. 12 und 13, die den Querschnitt entlang des Schnittes E-E bzw. F-F zeigen, entnehmen. Während in dem Querschnitt von Fig. 12 ein Kontakt des Innenrohrs 2 mit der Signalfaser SF vorliegt, ist in dem Querschnitt Fig. 13 kein direkter Kontakt zwischen Innenrohr 2 und Signalfaser SF vorhanden. Damit liegt in dem Seitenabschnitt SA2 kein optischer Kontakt mehr zwischen dem Innenrohr 2 und der Signalfaser SF vor. Daher kann der Faserkoppler 1 gemäß Fig. 11 in der in Fig. 11 gezeigten Form verwendet werden. Ein Trennen im Bereich des Mittelabschnittes MA ist nicht notwendig. In Fig. 14 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Faserkopplers 1 gezeigt. Der Faserkoppler von Fig. 14 unterscheidet sich von dem Faserkoppler von Fig. 1 in der Ausbildung des Endabschnittes 7. Der Endabschnitt 7 ist bei dem Faserkoppler von Fig. 14 so ausgebildet, daß er ausschließlich durch die Signalfaser SF selbst gebildet ist. In dem Verjüngungsabschnitt 6 werden das Außenrohr 3, die Pumpfasern PF sowie das Innenrohr 2 so lang verjüngt, bis ihre Dicke auf 0 sinkt, so daß nur noch die Signalfaser SF im Endabschnitt 7 vorhanden ist. Es ist jedoch ferner möglich, das freiliegende Ende der Signalfaser SF abzutrennen, so daß der Endabschnitt 7 in diesem Fall im wesentlichen durch die Endfläche 8 gebildet ist, die in diesem Fall gleichzeitig das Ende des Verjüngungsabschnittes 6 bildet.
In Figur 15 ist ein Faserkoppler gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt, der sich von dem Faserkoppler von Figur 1 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß er an seinem linken offenen Ende keine Aufweitung zur Aufnahme der Pumpfasern PF mit Ummantelung PM aufweist. Somit umfaßt der Faserkoppler 1 von Fig. 15 keinen Aufnahmeabschnitt 4, sondern beginnt auf seiner linken Seite in Figur 15 gleich mit dem Hauptabschnitt 5. Damit dies möglich ist, ist das Innenrohr 2 etwas weiter nach links herausgezogen und der Abschnitt der Pumpfasern PF mit der Ummantelung PM ist außerhalb des Außenrohrs 3 auf dem Innenrohr 2 angeordnet.
Die Herstellung des Faserkoppler 1 gemäß Figur 15 ist in Figuren 16 bis 19 gezeigt, wobei diese Schritte im wesentlichen den Schritten gemäß Figuren 6 bis 9 entsprechen, so daß auf die Ausführungen zu Figuren 6 bis 9 verwiesen werden kann.
Es ist möglich, die beschriebenen Herstellungsverfahren so zu modifizieren, daß die Innenfaser bzw. Signalfaser SF nicht erst nach dem Bilden des verjüngten Mittelabschnittes MA eingeführt wird. Vielmehr erfolgt gemäß der Modifikation eine nennenswerte Verformung des Faserkoppler-Rohlings 11 erst nach Einführung der Signalfaser SF.
Der Faserkoppler-Rohling 1', der bei dem Einführen der Signalfaser SF vorliegt, kann unterschiedlich ausgebildet sein.
Wenn beispielsweise die Signalfaser SF direkt nach Einführen der Pumpfasern PF eingeführt wird, dann liegt ein Faserkoppler-Rohling 11 vor, bei dem die einzelnen Komponenten noch nicht verschmolzen sind, so daß sich noch Hohlräume im späteren Verjüngungsbereich des Mittelabschnittes zwischen Innenrohr 2 und Außenrohr 3 befinden.
Der Faserkoppler-Rohring 1' kann vor Einführen der Signalfaser SF jedoch auch bereits teilweise oder vollständig im in den nachfolgenden Schritten verjüngt ausgebildeten Mittelabschnitt MA verschmolzen sein, so daß zwischen dem Innenrohr 2 und dem Außenrohr 3 in dem Mittelabschnitt MA keine Hohlräume mehr vorliegen.
Bezüglich der weiteren Herstellungsschritte kann unterschieden werden, ob eine nennenswerte Verformung des Faserkoppler-Rohlings nur erfolgt, bevor das Innenrohr 2 mit der Signalfaser SF verschmolzen wird oder wenn das Innenrohr 2 und die Signalfaser SF bereits teilweise verschmolzen sind.
Im ersten Fall wird auch die Verjüngung des Mittelabschnittes im wesentlichen vor dem Verschmelzen abgeschlossen, im zweiten Fall bietet sich ein fortlaufendes Verfahren an, bei dem das Kollabieren und Schmelzen des Innenrohrs 2 auf die Signalfaser SF räumlich nachlaufend der Verformung des Faserkoppler-Rohlings 1' erfolgt, um den Wärmeeintrag in die
Signalfaser und die Verformung der Signalfaser SF zu minimieren. Im noch nicht auf die
Signalfaser SF kollabierten Bereich kann die Verformung des Faserkoppler-Rohlings 11 durch mechanisches Ziehen und Wärmeeintrag unabhängig von der Verformung der Signalfaser SF erfolgen. Ist der betrachtete Abschnitt geeignet verformt, kann das Kollabieren auf die
Signalfaser SF erfolgen.
Die Herstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Faserkopplers 1 wird in Verbindung mit Fig. 20 bis 25 beschrieben. In Fig. 24 ist ein Schnitt durch den Träger 10 von Fig. 20 gezeigt, wobei bei der Schnittdarstellung nur der Träger 10 selbst ohne eingeführte Fasern dargestellt ist. Der Träger 10 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf mit einer zentrischen Mittelbohrung 11 , die zur Aufnahme der Signalfaser SF dient. Die Wandung der Mittelbohrung 11 bildet somit das Innenrohr.
Um die Mittelbohrung 11 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sechs Pumpfaserbohrungen 12 vorgesehen, die sich in gleicher weise wie die Mittelbohrung 11 über die gesamte Länge des Trägers 10 erstrecken. Das die Pumpfaserbohrungen 12 außen umgebende Material des Trägers 10 bildet somit das Außenrohr 3 des Faserkopplers.
In weiteren Ausbildungen können natürlich auch mehr oder weniger als sechs Pumpfaserbohrungen vorgesehen sein.
Wie in Fig. 20 gezeigt ist, sind in die Pumpfaserbohrungen 12 Pumpfasern PF (ohne Pumpfasermantel PM) eingeführt. Der Durchmesser der Pumpfaserbohrungen 12 ist so gewählt, daß die Pumpfasern PF gerade eingeführt werden können. Ferner ist die rechte Seite der Mittelbohrung 11 durch einen Stopfen 13 verschlossen. In dem in Fig. 21 gezeigten Schnitt werden die Pumpfasern PF mit den Wandungen der Pumpfaserbohrungen 12 im Bereich SB verschmolzen.
Von der rechten Seite werden dabei, wie in Fig. 21 angedeutet ist, die Pumpfaserbohrungen 12 mit Unterdruck (Pfeile P2) beaufschlagt. Gleichzeitig wird der mittlere Abschnitt des Faserkoppler-Rohlings 1' erwärmt und die Mittelbohrung 11 von ihrem linken offenen Ende mit Druck beaufschlagt (Pfeil P1 ), so daß sich ein verjüngender Mittelabschnitt MA bildet und der Durchmesser der Mittelbohrung 11 unverändert bleibt (Fig. 22).
Danach wird in die Mittelbohrung 11 die Signalfaser SF eingeführt und die Wandung der Mittelbohrung 11 wird auf die Signalfaser kollabiert (Fig. 23), um den gewünschten optischen Kontakt zwischen Träger 10 und Signalfaser SF zu erreichen.
Das Kollabieren kann mittels Wärmewirkung mit oder ohne Unterdruck erfolgen. Bei guter Übereinstimmung der Querschnittsgeometrie von Signalfaser SF und Innenrohr (bzw. Mittelbohrung 11) kann das Innenrohr mit geringer Wärmeeinbringung gut auf die Signalfaser SF kollabiert werden. Bevorzugt wird hierbei Unterdruck eingesetzt, wodurch auch größere Querschnittsdifferenzen überbrückt werden können. Auch größere
Querschnittsflächendifferenzen können so mit geringer Wärmeeinbringung überbrückt werden.
Anschließend liegt der Faserkoppler-Rohling 1 ' von Fig. 23 vor, dessen Querschnitt entlang A-A in Fig. 25 gezeigt ist. Der Rohling 1' kann z.B. an diesem Schnittbereich A-A Stelle durchtrennt werden, um den gewünschten Faserkoppler 1 fertig zu stellen, der in Fig. 26 gezeigt ist. Der Faserkoppler 1 kann mit der Faser 9 verspleißt sein.
Mittels des Trägers 10 wird bei dieser Ausführungsform die Lage der Pumpfasern PF und Pumpfaserbohrungen 12, die Zentrierung der Innenbohrung 11 zur Außengeometrie des Trägers 10 fest vorgegeben. Diese Lage-Vorgabe zusammen mit dem weitgehenden Formschluß der Pumpfasern PF erleichtert die Symmetrieerhaltung beim Verschmelzen und Verjüngen des Faserkoppler-Rohlings 11, wodurch die Beibehaltung der Zentrierung der Mittelbohrung 11 und die Einhaltung der Querschnittsgeometrie der Mittelbohrung 11 erleichtert bzw. sichergestellt werden kann. Die Pumpfasern PF und das Außenrohr (bzw. der entsprechende Bereich des Trägers 10) werden nur eingeschränkt verformt, so daß eine unerwünschte Aufsteilung der Divergenz des in den Pumpfasern PF geführten Lichtes eingeschränkt werden kann. Ferner kann vorteilhaft die Verschmelzung unter Beseitigung der Hohlräume bei vermindertem Wärmeeintrag erfolgen, auch wenn keine Unterdruck- Unterstützung eingesetzt wird. Der Träger 10 kann einstückig sein. Es ist jedoch auch möglich, den Träger 10 aus einem Innenteil 15 (Fig. 27a), das die Mittelbohrung 11 aufweist, und einem Außenteil 16 (Fig. 27b) zusammenzusetzen, wobei das Innen- und Außenteil 15, 16 im zusammengesetzten Zustand (Fig. 27c) neben der Mittelbohrung 11 die Pumpfaserbohrungen 12 bilden.
Es ist möglich, die Pumpfaserbohrungen 12 an einen anderen Querschnitt der Pumpfasern anzupassen. Wenn der Querschnitt beispielsweise rechteckförmig ist, können Innen- und Außenteil 15, 16 so ausgebildet werden, wie in Fig. 28a-28c gezeigt ist.
Bei der zweiteiligen Ausbildung des Trägers, wie in Verbindung mit Fig. 27a-27c und 28a-28c beschrieben ist, kann das Innenteil 15 jeweils so ausgebildet sein, daß es länger ist als das Außenteil 16, so daß es zumindest an einem Ende des Außenteiles 16 über dieses hervorsteht. Damit ist es möglich, die Mittelbohrung 11, sofern gewünscht, mit Druck (Über- oder Unterdruck) zu beaufschlagen. Ferner kann dadurch die Führung der Signalfaser SF und/oder der Pumpfasern PF über den Bereich des Außenteils 16 hinaus ermöglicht werden.
Der gleiche Effekt kann bei einem einteiligen Träger 10 dadurch erreicht werden, daß in die Mittelbohrung 11 ein Innenrohr 2 eingesetzt ist, wie schematisch in Fig. 29 gezeigt ist. Die Länge des Innenrohres 2 wird dann so gewählt, daß es zumindest an einem Ende des Trägers 10 über das Ende des Trägers 10 hinaus steht.
Eine andere Art der Zweiteilung des Trägers ist in Fig. 30 gezeigt. In diesem Fall weist der Träger 10 ein oberes Teil 15' und ein unteres Teil 16' auf, die im Querschnitt gesehen jeweils halbkreisförmig sind. In den beiden Teilen 15' und 16' sind jeweils zwei Pumpfaserbohrungen 12 vollständig ausgebildet und zwei Pumpfaserbohrungen sowie die dazwischen liegende Mittelbohrung 11 jeweils nur so zur Hälfte, daß nur im zusammengesetzten Zustand, der in Fig. 30 gezeigt ist, die beiden Teile 15' und 16' auch die Mittelbohrung 11 sowie die beiden benachbarten Pumpfaserbohrungen 12 bilden. Die beiden Teile 15' und 16' werden durch ein sie umgebendes Halterohr HR fixiert.
Das Halterohr HR kann an seiner Innenseite z.B. einen abgesenkten Brechungsindex aufweisen, was hier durch die dunklere Darstellung angedeutet ist. Die Absenkung des Brechungsindexes der Innenseite im Vergleich zum Außenbereich (der Teil mit größeren Radien) kann z.B. durch eine Fluor-Dotierung erreicht werden.
Bei der Herstellung kann von der Signalfaser SF die Ummantelung SM über die Länge entfernt werden, die der Länge der beiden Teile 15' und 16' entspricht. Danach wird die Signalfaser mit ihrem mantellosen Abschnitt in die halbe Mittelbohrung eines der beiden Abschnitte 15' und 16' gelegt und der andere Abschnitt 16' bzw. 15' auf den Abschnitt 15', 16' mit der Signalfaser SF aufgesetzt. Über diese beiden Teile 15' und 16' mit der Signalfaser SF in der Mittelbohrung 11 wird dann das Halterohr HR geschoben. Die Pumpfasern PF können in die Pumpfaserbohrungen 12 vor oder nach dem Überschieben des Halterohrs eingeführt werden. Der dann vorliegende Faserkoppler-Rohling kann dann z.B. ähnlichen Schritten, wie sie in Verbindung mit Figuren 22 und 23 beschrieben wurden, unterworfen werden, um zu einem gewünschten Faserkoppler 1 zu gelangen.
Bei dieser Ausführungsform kann der Faserkoppler völlig ohne Spleißvorgang hergestellt werden und man hat eine durchgehende aktive Faser, an der eine Koppelstelle eingebracht ist.
Natürlich ist es auch möglich, mehr Pumpfasern anzuordnen. In Fig. 31 ist ein Beispiel eines Trägers 10 gezeigt, bei dem die Mittelbohrung 11 von achtzehn Pumpfaserbohrungen 12 umgeben ist, wobei alle Bohrungen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. In diesem Fall ist die Signalfaser von mehreren „Pumpringen" umgeben. So bilden die sechs Pumpfaserbohrungen 12, die direkt an die Mittelbohrung 11 angrenzen, einen ersten Ring. Die diese sechs Pumpfaserbohrungen umgebenden Pumpfaserbohrungen bilden einen zweiten Ring. Die Pumpfasern in den entsprechenden Pumpfaserbohrungen bilden somit im hergestellten Faserkoppler einen ersten (inneren) „Pumpring" und einen zweiten (äußeren) „Pumpring".
In Fig. 32 ist ein Beispiel eines Trägers gezeigt, bei dem die Mittelbohrung 11 mit kreisförmigem Querschnitt von vierundzwanzig Pumpfaserbohrungen 12 mit rechteckigem Querschnitt umgeben ist.
In Fig. 33 ist eine Variante gezeigt, bei der der Träger die Mittelbohrung 11 mit kreisförmigem Querschnitt aufweist, die von zwölf Pumpfaserbohrungen 12 umgeben ist, die jeweils rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
Bei der in Fig. 49 gezeigten Variante weist der Träger 10 eine hexagonale Struktur des Umfanges des Querschnittes auf und ist die Mittelbohrung 11 ebenfalls hexagonal. Die hexagonale Mittelbohrung 11 ist von sechs rechteckförmigen Pumpfaserbohrungen 12 umgeben.
In Verbindung mit Fig. 34 bis 36 wird eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Faserkopplers beschrieben. Zunächst wird ein Faserkoppler-Rohling 1' hergestellt (Fig. 34). Dann wird der Faserkoppler-Rohling 1 ' in ein Bad 17 aus Flußsäure (HF) getaucht und aus dem Bad 17 (Fig. 35) nach oben herausgezogen (Pfeil P4). Da die weiter unten liegenden Abschnitte des Faserkoppler-Rohlings 1' somit länger in der Flußsäure verweilen als die weiter oben liegenden Abschnitte, ist der Materialabtrag bei den weiter unten liegenden Abschnitten größer, so daß sich die in Fig. 35 angedeutete keilförmige Form des Faserkoppler-Rohlings 1' ergibt. Auf der Oberfläche des Flußsäurebades ist bevorzugt eine Paraffin-Schicht 18 aufgebracht, die dafür sorgt, daß beim Herausziehen des Faserkoppler-Rohlings 1 ' die Flußsäure vollständig abgestreift wird. Während des Herausziehens kann das Innenrohr mit Druck beaufschlagt werden (P1) oder auch verschlossen werden, um sicherzustellen, daß der Innendurchmesser des Innenrohrs nicht verringert wird.
In den Faserkoppler-Rohling 1' wird dann die Signalfaser SF eingeführt und das Innenrohr 2 wird auf die Signalfaser SF kollabiert. Danach wird durch Trennen das vordere Ende 8 gebildet, das an eine geometrisch angepaßte Faser 9 gespleißt werden kann (Fig. 36).
Auch in diesem Beispiel kann die Signalfaser vorab (als vor dem Verjüngungsabschnitt gemäß Fig. 35) eingeführt werden. Außerdem muß die Verjüngung nicht am Ende erfolgen, Endabschnitt könnte im Verlauf des Prozesses an anderer Stelle vorgesehen werden.
Bei dieser Ausführungsform wird der Verjüngungsabschnitt 6 im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsformen durch Materialabtrag erzeugt. Ferner erstreckt sich der Verjüngungsabschnitt zum vorderen Ende 8 bzw. zur vorderen Stirnseite des Faserkopplers 1 , so daß das vordere Ende 8 auch gleichzeitig den Endabschnitt des Faserkopplers 1 bildet.
Bei der in Figur 37 gezeigten weiteren Ausführungsform des Faserkopplers 1 erstreckt sich das Innenrohr 2 im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen des Faserkopplers 1 nicht entlang des gesamten Faserkopplers 1 , sondern nur beginnend im Verjüngungsabschnitt 6 und entlang des Endabschnittes 7, wobei der Innendurchmesser des Innenrohrs 2 konstant bleibt, sich aber der Außendurchmesser des Innenrohrs 2 und somit die Wandungsstärke des Innenrohrs 2 entlang des Verjüngungsabschnittes 6 verringert.
Das sich verjüngende Innenrohr 2 ist auf die Signalfaser SF kollabiert und an der linken Stirnseite 20 des Innenrohrs 2 liegen die vorderen Enden der Pumpfasem PF flächig an, um einen guten optischen Kontakt zwischen Pumpfasern PF und Innenrohr 2 zu gewährleisten.
Ein solcher Faserkoppler 1 kann wiederum an eine geometrisch angepaßte Faser 9 gespleißt werden, wie in Fig. 37 angedeutet ist.
Die Herstellung des Faserkopplers 1 von Fig. 37 wird in Verbindung mit Figur 38 und 39 beschrieben. Wie in Figur 38 gezeigt ist, ist das Innenrohr 2 nur teilweise von der rechten Seite in Figur 38 in das Außenrohr 3 eingeführt. Von der linken Seite sind acht Pumpfasern PF so eingeführt, daß Ihre vorderen Enden 21 flächig an der Stirnseite 20 des Innenrohrs 2 anliegen. Die Wandungsstärke des Innenrohrs 2 ist hier so gewählt, daß sie dem Durchmesser der Pumpfasern PF entspricht, so daß im Bereich des Mittelabschnittes MA des Rohlings 1' ein Mittelkanal vorliegt, der gerade die Signalfaser SF aufnehmen kann.
Im Bereich SB ist das Außenrohr 3 mit dem Innenrohr 2 verschmolzen. Zwischen Innenrohr 2 und Signalfaser SF und zwischen den Pumpfasern PF und der Signalfaser SF liegt jeweils keine Verbindung vor.
In dem Schritt von Figur 38 zu Figur 39 wird der Rohling V so verjüngt, daß der Innendurchmesser des Innenrohrs 2 konstant bleibt, wie in Figur 39 gezeigt ist. Dies kann z.B. durch Ziehen von Außenrohr 3 und Innenrohr 2 und gleichzeitigem Wärmeeintrag erfolgen. Da die Signalfaser SF nicht mit dem Innenrohr 2 verbunden ist, wird sie bei diesem Verjüngen selbst nicht verjüngt. Danach wird das Innenrohr 2 auf die Signalfaser SF kollabiert, um den gewünschten optischen Kontakt zu erzielen, und der Faserkoppler-Rohling 1' wird z.B. an der mit dem Pfeil P5 gezeigten Stelle durchtrennt oder gebrochen, um das vordere Ende 8 zu bilden.
Das vordere Ende 8 kann dann, wie in Fig. 37 angedeutet ist, an eine geometrisch angepaßte Faser 9 gespleißt werden.
Natürlich ist es auch möglich, die Signalfaser SF und/oder die Pumpfasern PF erst nach dem Verjüngungsschritt von Fig. 38 zu Fig. 39 in den Rohling 1' einzuführen und dann das Innenrohr 2 auf die Signalfaser SF zu kollabieren. Dazu ist ähnlich wie bei den anderen Ausführungsbeispielen ein zusätzliches durchgehendes Innenrohr vorzusehen.
In Fig. 40 ist das Ende 8 einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Faserkopplers gezeigt. In den Figuren 41 bis 43 sind verschiedene mögliche Brechzahlverläufe in radialer Richtung des Endes 8 des Faserkopplers 1 gezeigt. Diese Brechzahlverläufe erstrecken sich bevorzugt in axialer Richtung über den Endabschnitt 7 und den Verjüngungsabschnitt 6 des Faserkopplers 1 , wobei sich die radialen Positionen der Brechzahlsprünge verschieben, da sich die Signalfaser SF anders als die übrige Struktur nicht verjüngt.
Bei dem Brechzahlverlauf von Fig. 41 ist die Brechzahl n1 des Signalkerns der Signalfaser SF am höchsten. Die Brechzahl der restlichen Signalfaser SF, des Innenrohrs 2 und der Pumpfasern PF sind gleich (n2) und kleiner als n1. Die Brechzahl n3 des Außenrohrs 3 ist wiederum kleiner als die Brechzahl n2. Es ist jedoch auch möglich, daß bei der Variante von Fig. 41 in einer Abwandlung n2 und n3 gleich groß sind.
Bei der Variante von Fig. 42 weist die Signalsfaser SF ein sogenanntes Brechzahl-Podest mit einer Brechzahl n2 auf, die kleiner ist als die Brechzahl n1 des Signalkerns der Signalfaser SF und größer ist als die Brechzahl von Außenrohr 3, Innenrohr 2 und Pumpfasern PF, die die gleiche Brechzahl n3 oder eine ähnliche Brechzahl aufweisen.
In Fig. 43 ist eine Variante gezeigt, bei der ein niedrig brechendes Innenrohr 2 verwendet wird, so daß die Brechzahl n2 des Innenrohrs geringer ist als die Brechzahl n3 des Außenrohrs 3 und der Pumpfasern PF. Ferner weist die Signalfaser SF bis auf ihren Signalkern ebenfalls die Brechzahl n3 auf. Der Signalkern weist eine größere Brechzahl n1 auf. Dieser Brechzahl-Ring des Innenrohrs 2 dient insbesondere dazu, daß parasitäres Signallicht zum Schutz von Pumpquellen (nicht gezeigt) in der Signalfaser SF aus dem Koppelbereich (Endabschnitt 7 und Verjüngungsabschnitt 6) geführt und somit verhindert wird, daß das parasitäre Signallicht über die Pumpfasern PF in die Pumpquellen gelangt. Die gleiche Funktion wird mit dem Brechzahlverlauf von Fig. 42 erreicht. Natürlich kann der radiale Brechzahlverlauf einer an das Ende 8 anzuspleißenden Faser entsprechend angepaßt werden.
In Fig. 44 bis 47 sind verschiedene Ausgestaltungen des Aufnahmeabschnittes 4 des Faserkopplers 1 gezeigt.
Bei der Ausgestaltung von Fig. 44 handelt es sich um eine Ausgestaltung entsprechend der Ausführungsform von Fig. 1. Hier weisen Pumpfasern PF und Signalfaser SF jeweils zu Beginn des Aufnahmeabschnittes 4 noch ihre Ummantelungen PM bzw. SM auf.
In Fig. 45 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die anschließend verjüngten Pumpfasern PF im Aufnahmeabschnitt 4 enden und mit Zuführfasern PF', die ihrerseits Ummantelungen PM' aufweisen, verbunden sind. Insbesondere können die Pumpfaser PF und Zuführfaser PF' verspleißt sein.
Bei dem Beispiel von Fig. 46 ist zumindest ein Abschnitt MS der Pumpfasern PF als sogenannter Modestripper S ausgebildet. Damit wird erreicht, daß in unerwünschter Weise von rechts nach links in Richtung der Pumpquellen (nicht gezeigt) verlaufendes Licht aus dem Material der Pumpfasern ausgekoppelt wird, so daß dieses nicht fortgeführt und an anderer Stelle zu Schäden oder Beeinträchtigungen führt. Typisch wirkt der Modestripper auf das im Mantel aus Glasmaterial geführte Licht von Pumpfasern oder Innenfasern. In Fig. 47 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die Pumpfasern PF keine Ummantelung PM mehr aufweisen, sondern nur noch einen mit Fluor dotierten Außenring PR.
In den Fig. 50 und 51 ist jeweils ein Faserkoppler-Rohling 1' gezeigt, der zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Faserkopplers verwendet werden kann. Die Darstellungen in Fig. 50 und
51 entsprechen im wesentlichen den Darstellungen von Fig. 20 und 22, wobei jedoch im
Unterschied zu den Darstellungen von Fig. 20 und 22 die Pumpfasern PF jeweils einen
Verjüngungsbereich VB umfassen, in dem sie selbst bereits verjüngt ausgebildet sind. Die
Verjüngungsbereiche VB der Pumpfasern PF sind bevorzugt so ausgerichtet, daß sie im Bereich des zu bildenden Verjüngungsabschnittes liegen, wie in Fig. 51 gezeigt ist.
In dem Schritt von Fig. 50 zu Fig. 51 kann die Verjüngung des Außenrohrs beispielsweise ausschließlich durch Wärmeeinwirkung erfolgen. Ein Ziehen kann unterbleiben. Es ist jedoch auch möglich, zusätzlich ein mechanisches Ziehen durchzuführen.
Auch bei allen vorher beschriebenen Ausführungsformen können die Pumpfasern einen Verjüngungsbereich VB aufweisen.
Ferner ist es möglich, daß die Pumpfasern PF und/oder die Signalfaser SF jeweils an ihrem vorderen Ende, mit dem sie in das Innen- bzw. Außenrohr eingeführt werden, angefast sind. Das vordere Ende kann auch zugespitzt sein oder selbst verjüngend verlaufen.
Bei der bisherigen Beschreibung wurde stets davon ausgegangen, daß das Signallicht in der Signalfaser SF in Richtung der Verjüngung des Verjüngungsabschnittes 6 geführt wird. Natürlich ist es auch möglich, den erfindungsgemäßen Faserkoppler so einzusetzen, daß das Signallicht in der entgegengesetzten Richtung geführt wird. Auch ist es möglich, daß aus der Signalfaser SF Licht in die Pumpfasern PF übergekoppelt wird und nicht, wie bisher beschrieben, von den Pumpfasern PF in die Signalfaser SF.
Ferner wurde bisher davon ausgegangen, daß die Signalfaser SF in der Regel im Endabschnitt 8 endet. Es ist jedoch auch möglich, den erfindungsgemäßen Faserkoppler 1 so auszubilden, daß die Signalfaser SF sich über den Endabschnitt 7 heraus erstreckt.
Der Faserkoppler bzw. sein Ende 8 kann mit einer weiteren Faser nicht nur verspleißt sein, wie bisher beschrieben, sondern es ist auch jede andere Art der optischen Kopplung möglich. Insbesondere ist eine Freistrahlkopplung möglich. Ferner kann sich die Signalfaser über den Endabschnitt 7 hinaus erstrecken. Die beschriebenen Druckbeaufschlagungen für die Herstellung der einzelnen Ausführungsformen erleichtern den Herstellungsprozeß. So kann beispielsweise ein Überdruck im Innenrohr und/oder zwischen Innen- und Außenrohr zur Bildung der Aufweitung im Aufnahmeabschnitt 4 genutzt werden. Ein Überdruck im Innenrohr kann bei der Verformung der aus Pumpfasern PF und gegebenenfalls des Außenrohrs 3 zur Steuerung des Innenquerschnitts des Innenrohrs 2 genutzt werden.
Unterdruck zwischen dem Innen- und dem Außenrohr 2, 3 kann beispielsweise so eingesetzt werden, um Lufteinschlüsse in der Struktur aus Pumpfasern, Außenrohr und Innenrohr zu beseitigen.
Bei Ausführungsformen, bei denen ein weitgehender Formschluß zwischen Innenrohr 2 und Signalfaser SF vorliegt, kann mit moderater Wärmeeinbringung in das Innenrohr 2 ein Kollabieren des Innenrohrs 2 und ein Verschmelzen von diesem mit der Signalfaser SF erreicht werden. Zur weiteren Reduzierung der Wärmeeinbringung kann Unterdruck in dem Spalt zwischen Innenrohr 2 und Signalfaser SF angewendet werden. Die Anwendung des Unterdrucks zwischen Innenrohr 2 und Signalfaser SF erlaubt ferner die Überbrückung größerer Spalte und abweichender Geometrie von Signalfaser SF und Innenrohr 2.
Zur Vereinfachung der Druckbeaufschlagung (Über- oder Unterdruck) kann das entsprechende Rohr (Innen- oder Außenrohr 2, 3) verlängert sein, so daß die praktische Durchführbarkeit erleichtert ist.
Die Ummantelung der Signalfaser SF, der Pumpfasern PF und gegebenenfalls der Zuführfasern PF' kann als Polymermantel, Acrylmantel, Nylonmantel, Silikonmantel, als Mantel aus Glasmaterial oder als eine beliebige Kombination der genannten Materialien verwirklicht sein.
Die Führung des Lichtes in den Pumpfasern PF kann durch den gegenüber dem Brechungsindex der Pumpfasern (bei Innenfasern des Pumpkerns) herabgesetzten Brechungsindex der Ummantelung oder durch eingeschlossene Hohlräume (eine sogenannte Luft-Ummantelung auch Air Clad bezeichnet) erreicht werden.
Im Hauptabschnitt, dem Verjüngungsabschnitt und im Endabschnitt ist bevorzugt jeglicher Polymermantel der Signalfaser SF oder der Pumpfasern PF vollständig entfernt. In diesen Abschnitten ist es zur Erzielung höherer Brillanz des Pumplichts im Endabschnitt 7 vorteilhaft, eine Signalfaser SF und/oder Pumpfasem PF ohne oder mit nur dünnem Mantel aus Glasmaterial einzusetzen. Weiterhin ist es möglich, Pumpfasern PF einzusetzen, bei denen im späteren Verjüngungsbereich nicht nur jegliche Ummantelung vermieden wird, sondern die Pumpfasern vorab bereits verjüngt wurden.
Der Aufnahmeabschnitt 4 kann die Pumpfasern PF und die Signalfaser SF mit oder ohne Ummantelung PM, SM aufnehmen. Im Verjüngungsabschnitt 6 und dem Endabschnitt 7 sind bevorzugt jedwede Ummantelungen entfernt.
Der Aufnahmeabschnitt 4 kann bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler abgedichtet werden, um beispielsweise beim Herstellungsprozeß Druckdifferenzen aufbauen zu können und/oder um beim Herstellungsprozeß oder bei der nachträglichen Verwendung des erfindungsgemäßen Faserkopplers Kontaminationen im Inneren der Struktur zu vermeiden.
Ferner kann auf oder in dem Mantel der zugeführten Fasern (bevorzugte Pumpfasern PF) ein sogenannter Modestripper eingesetzt werden, der Licht aus dem Mantel gezielt abführt und so Schäden durch dieses Licht im weiteren Verlauf verhindert. Der Modestripper wird bevorzugt im Aufnahmeabschnitt 4 angeordnet.
Der Aufnahmeabschnitt 4 kann bevorzugt so ausgebildet sein, daß die Führung des Lichtes in den Pumpfasern PF durch Totalreflexion auch in Abschnitten mit vollständig entfernter Ummantelung, in denen aber noch keine Überkopplung in das Innenrohr 2, in das Außenrohr 3 oder den Träger 10 erfolgt, sichergestellt wird, indem ein unerwünschter Kontakt der Außenflächen der Fasern zu anderen Komponenten vermieden wird. Gleiches gilt für die Signalfaser in Abschnitten mit vollständig entfernter Ummantelung. Im Aufnahmeabschnitt 4 wird dann jeder unerwünschte Kontakt mit dem Innenrohr vermieden.
Die Übereinstimmung der Querschnittsgeometrie zwischen Innenrohr 2 und Signalfaser SF im Verjüngungsabschnitt 6 und Endabschnitt 7 ist insbesondere für den Prozeß des Kollabierens des Innenrohrs 2 auf die Signalfaser SF vorteilhaft. Auch ein Formschluß des Innenrohrs 2 mit den Pumpfasern PF bzw. eine örtliche Fixierung der Pumpfasern PF relativ zum Innenrohr 2 ist vorteilhaft, da dies der Beibehaltung der Querschnittsgeometrie des Innenrohrs 2 beim Verschmelzen mit den Außenfasern PF begünstigt.
Durch das Außenrohr 3 oder die Struktur 10 wird eine Präparation der Endflächen (Brechen und/oder Polieren) vereinfacht und kann vorteilhaft eine bessere Spleißbarkeit erreicht werden. Der herabgesetzte Brechungsindex im Außenrohr 3 kann genutzt werden, das Überkoppeln des Pumplichts in das Außenrohr 3 zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Damit läßt sich die Brillanz des Pumplichts im Endabschnitt 7 verbessern. Weiterhin können ohne Brillanzverlust Außenrohre 3 größerer Wandstärke eingesetzt werden.
In gleicher Weise kann bei einem zweiteiligen Träger 10 der äußere Teil mit herabgesetztem Brechungsindex ausgeführt oder ein Träger 10 mit einem im Außenbereich herabgesetzten Brechungsindex eingesetzt werden.
Das Außenrohr 3 kann bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler so ausgebildet sein, daß es ebenfalls Licht der Pumpfasern PF führt. Dazu kann das Außenrohr z.B. einen herabgesetzten Brechungsindex aufweisen. Auch ist es möglich, einen geeigneten Brechungsindexverlauf in radialer Richtung im Außenrohr vorzusehen. Ferner kann der Brechungsindex des das Außenrohr umgebenden Mediums M, wie in Fig. 48 schematisch dargestellt ist, entsprechend gewählt werden.
Der Aufnahmeabschnitt 4 des erfindungsgemäßen Faserkopplers 1 kann beispielsweise derart ausgeführt sein, daß die Führung des Pumplichtes in den Pumpfasern durch Totalreflexion auch in Abschnitten mit vollständig reduziertem Mantel, in den aber noch keine Überkopplung in das Innenrohr, in das Außenrohr oder den Träger erfolgt, sichergestellt wird, indem ein unerwünschter Kontakt der Außenfläche zu anderen Komponenten vermieden wird.
Ferner kann der Aufnahmeabschnitt bzw. sein offenes Ende gegenüber der Außenseite abgekapselt sein, so daß das Kontaminationsrisiko vermindert ist.
Der Aufnahmeabschnitt verbessert die mechanische Stabilität des Faserkopplers insbesondere dann, wenn die Fasern mit samt Mantel aufgenommen werden.
Aufgrund des Aufnahmeabschnittes kann die gesamte Struktur des Faserkopplers insgesamt vereinfacht sein. Diese Vorteile gelten natürlich auch für einen Aufnahmeabschnitt, der auf der Seite des Endabschnittes des Faserkopplers ausgebildet ist, wie dies z.B. bei der Ausführungsform von Fig. 11 der Fall ist.
Das Außenrohr kann einen im Vergleich zu den Pumpfasern herabgesetzten Brechungsindex aufweisen. Ferner kann ein Außenrohr mit Air Clad (= im Mantel des Außenrohrs sind eine Vielzahl von Luft- oder Gasbläschen eingeschlossen, um den Brechungsindex zu beeinflussen) eingesetzt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler ist die Signalfaser bevorzugt im Verjüngungsabschnitt nicht verjüngt, wobei gleichzeitig aber eine gute Verschmelzung erreicht wird, ohne daß dafür eine starke Erwärmung der Signalfaser erforderlich ist. Dadurch kann das Modenprofil des Signals der Signalfaser beibehalten werden, wobei auch der Modenquerschnitt bevorzugt beibehalten werden kann.
Es ist ferner möglich, weitere Funktionen in den erfindungsgemäßen Faserkoppler zu integrieren, so daß die Anzahl der einzelnen Komponenten weiter reduziert werden kann. Dies wird insbesondere durch die Stützfunktion des Kopplers begünstigt, die sich durch den Aufnahmeabschnitt ausweiten läßt.
Mit dem erfindungsgemäßen Faserkoppler kann beispielsweise der Modenquerschnitt im Koppler skaliert werden und kann eine Modenfeldanpassung durchgeführt werden.
Die Signalfaser des Faserkopplers kann aus mehreren, durch Spleiß gekoppelte Einzelfasern zusammengesetzt sein.
Weiterhin ist die Integration von Modenkonvertern und/oder Filtern in der Signalfaser und/oder den Pumpfasern möglich.
Durch die Struktur des erfindungsgemäßen Faserkopplers bzw. des Faserkoppler-Rohlings bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird vorteilhaft eine Zentrierung der Pumpbzw. Außenfasern und eine Sicherstellung der Geometrie erreicht, ohne daß dazu aufwendige HilfsVorrichtungen notwendig wären.
Bei dem Herstellungsverfahren ist es von Vorteil, wenn das Innenrohr und/oder das Außenrohr zumindest im Verjüngungsabschnitt und gegebenenfalls im Endabschnitt eine geschlossene Struktur aufweist, da dann Druckdifferenzen zwischen Innen- und Außenrohr während der Herstellung aufgebaut werden können, die z.B. das Kollabieren des Innenrohrs auf die Signalfaser erleichtern.
Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Faserkoppler nach dem Kollabieren des Innenrohrs auf die Innen- bzw. Signalfaser und ein Verschmelzen von Innenrohr und Signal- bzw. Innenfaser das Innen- und/oder Außenrohr ganz oder teilweise abgeätzt werden. Dies kann Vorteile bei der Brillanz der eingekoppelten Pumpleistungen mit sich bringen.

Claims

Patentansprüche
1. Faserkoppler mit einem Innenrohr (2), einer im Innenrohr (2) angeordneten Innenfaser (SF) und mehreren um die Innenfaser (SF) herum angeordneten Außenfasern (PF), wobei sich der Faserkoppler in Längsrichtung der Innenfaser (SF) von einem Hauptabschnitt (5) zu einem Endabschnitt (7) verjüngt und der Innenquerschnitt des Innenrohrs (2) entlang des sich verjüngenden Abschnittes (6) des Faserkopplers (1) dem Querschnitt der Innenfaser (SF) entspricht.
2. Faserkoppler und Anspruch 1 , bei dem der Innenquerschnitt des Innenrohrs (2) entlang des sich verjüngenden Abschnittes (6) gleich bleibt.
3. Faserkoppler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Innenrohr (2) entlang des sich verjüngenden Abschnittes (6) auf die Innenfaser (SF) kollabiert ist.
4. Faserkoppler nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Innenrohr (2) entlang des gesamten, sich verjüngenden Abschnittes (6) in direktem optischen Kontakt mit der Innenfaser
(SF) steht.
5. Faserkoppler nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Außenfasern (PF) über das Innenrohr (2) entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes (6) in optischem Kontakt mit der Innenfaser (SF) stehen.
6. Faserkoppler nach einem der obigen Ansprüche, bei dem sich die Außenfasern (PF) entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes (6) erstrecken und ihre Querschnittsfläche entsprechend abnimmt.
7. Faserkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem sich die Außenfasern (PF) bis zum Innenrohr (2) erstrecken, mit einer Stirnseite (20) des Innenrohrs (2) optisch gekoppelt sind und die Wandstärke des Innenrohrs (2) entlang des sich verjüngenden Abschnittes (6) abnimmt.
8. Faserkoppler nach einem der obigen Ansprüche, mit einem Außenrohr (3), in dem das Innenrohr (2) zumindest zum Teil angeordnet ist und in dem sich die Außenfasern (PF) zumindest teilweise erstrecken.
9. Faserkoppler nach Anspruch 8, bei dem sich die Außenfasern (PF) zwischen Außenrohr (3) und Innenrohr (2) erstrecken.
10. Faserkoppler nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Wandstärke des Außenrohrs (3) entlang des sich verjüngenden Abschnittes (6) abnimmt.
11. Faserkoppler nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem sich das Außenrohr (3) entlang des gesamten sich verjüngenden Abschnittes (6) erstreckt.
12. Verfahren zum Herstellen eines Faserkopplers, mit den Schritten: a) Erzeugen eines Rohlings, der ein Innenrohr sowie mehrere um das Innenrohr herum und/oder an die Stirnseite des Innenrohrs anliegende Außenfasern umfaßt und der entlang der
Längsrichtung des Innenrohrs derart verjüngt ist, daß er einen einen Hauptabschnitt des Rohlings mit einem Endabschnitt des Rohlings verbindenden Verjüngungsabschnitt aufweist, wobei zur Erzeugung des Rohlings ein Bereitstellungsschritt, mit dem die mehreren Außenfasern bereitgestellt werden, und ein Verjüngungsschritt, mit dem der Verjüngungsabschnitt gebildet wird, durchgeführt werden, und b) Einführen einer Innenfaser in das Innenrohr, wobei nach dem Verjüngungsschritt der Innenquerschnitt des Innenrohrs entlang des Verjüngungsabschnitts dem Querschnitt der eingeführten Innenfaser entspricht.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem während des Verjüngungsschrittes der Innenquerschnitt des Innenrohrs unverändert bleibt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem das Innenrohr entlang des Verjüngungsabschnitts auf die Innenfaser kollabiert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt b) vor dem Verjüngungsschritt ausgeführt und das Kollabieren des Innenrohrs gleichzeitig und räumlich dem
Verjüngungsschritt nachlaufend ausgeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem im Schritt a) die Außenfasern zwischen dem Innenrohr und einem dieses zumindest in Längsrichtung teilweise umgebenden Außenrohr eingeführt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das im Schritt a) verwendete Außenrohr im Bereich des im Verjüngungsschritt zu erzeugenden Verjüngungsabschnittes einen geschlossenen Innenquerschnitt zur Aufnahme der Innenfaser aufweist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem im Verjüngungsschritt die Wandstärke des Innenrohrs entlang des Verjüngungsabschnittes verringert wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei dem die Verjüngung des Rohlings im Verjüngungsschritt durch Materialverformung bewirkt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, bei dem die Verjüngung des Rohlings im Verjüngungsschritt durch Materialabtrag bewirkt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, bei dem im Bereitstellungsschritt Außenfasern eingesetzt werden, die im Bereich des im Verjüngungsschritt zu erzeugenden Verjüngungsabschnittes selbst bereits verjüngt sind.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21 , bei dem das im Bereitstellungsschritt verwendete Innenrohr im Bereich des im Verjüngungsschritt zu erzeugenden
Verjüngungsabschnittes einen geschlossenen Innenquerschnitt zur Aufnahme der Innenfaser aufweist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, bei dem im Verjüngungsschritt zum Verjüngen Unterdruck eingesetzt wird.
EP09735324A 2008-04-25 2009-04-09 Faserkoppler Withdrawn EP2281216A2 (de)

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