NL8901821A - Reflectiearm bollensconnectordeel. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Reflectiearm bollensconnectordeel.

De uitvinding heeft betrekking op eenbollensconnectordeel voor toepassing in een optische connector, welkbollensconnectordeel een buisvormig huis omvat, een in een uiteinde vanhet huis bevestigde bollens en een in het huis bevestigd einddeel vaneen optische vezel met een lichtgeleidende kern, waarbij het middelpuntvan het in het huis gevatte eindvlak van de vezelkern zich nagenoeg inhet brandvlak van de bollens bevindt, waarbij de middellijn van deomtrek van het buisvormige huis ter plaatse van het uiteinde samenvaltmet de optische as van het connectordeel, welke optische as gedefinieerdis als de middellijn van de bij gebruik van de connector via de bollensuittredende parallelle lichtbundel en waarbij het hart van de bollens ophet verlengde van de middellijn van de vezelkern ligt. De uitvindingheeft tevens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van eendergelijk bollensconnectordeel. Bollensconnectoren van deze soort wordendaar toegepast waar snel en efficiënt losneembaar koppelen vanoptische lichtgeleiders en/of optische elementen van belang is, zoalsbijvoorbeeld het geval is bij telecommunicatieapparatuur.

Een bollensconnectordeel van de in de aanhef genoemdesoort is bekend uit de Europese Octrooiaanvrage 207.522. In hetbuisvormige huis van het hierin beschreven connectordeel is een optischevezel bevestigd waarvan de kern nagenoeg samenvalt met de middellijn vande omtrek van het buisvormige huis. Het eindvlak van het in het huisgeklemde einddeel van de vezel staat loodrecht op de vezelkern, d.w.z.dat de normaal van dit eindvlak en de middellijn van de vezelkernevenwijdig lopen, en dus een onderlinge hoek van 0° maken.

Het is gebleken dat de totale reflecties van inde vezel ingestraald licht bij het bekende bollensconnectordeel nogaanzienlijk zijn. Deze totale reflecties zijn samengesteld uitreflecties van licht op het uiteinde van de optische vezel dat zichjuist voor de bollens bevindt (eindvlak reflecties) en uit reflecties opde bollens (bollensreflecties). Het hierbij gereflecteerde licht straaltvia de vezelkern in de richting van de gebruikte lichtbron, In het geval dat een laser als lichtbron wordt gebruikt, kunnen deze reflectiesaanleiding geven tot ongewenste zwevingen in de frequentie, fase en/ofamplitude van het ingestraalde laserlicht. Ondanks de toepassing van opzich bekende antireflex-coatings op de bollens, waardoor debollensreflecties verminderd worden, is gebleken dat de totalereflecties bij het bekende bollensconnectordeel nogonaanvaardbaar hoog zijn. Om dit nadeel te ondervangen wordt ernaargestreefd om deze reflecties in een bollensconnectordeel te verminderen.

Het is een doelstelling van de uitvinding om eenbollensconnectordeel te verschaffen dat reflectiearm is. Het is eenandere doelstelling van de uitvinding om een bollensconnectordeel teverschaffen waarbij de totale reflecties kleiner zijn dan -60dB, en bij voorkeur kleiner zijn dan -80 dB.

Deze en andere doelstellingen worden bereikt met eenbollensconnectordeel van de in de aanhef genoemde soort, dat verdergekenmerkt is doordat de kleinste hoek die gevormd wordt door de normaalvan het eindvlak van de vezelkern en de middellijn van de vezelkernter plaatse van het einddeel van de vezel ongelijk aan 0° is endoordat het uiteinde van het huis zodanig bewerkt is dat de as van deoratrek van het uiteinde en de optische as samenvallen. Doordat demiddellijn van de vezelkern niet meer loodrecht op het eindvlak van deoptische vezel staat, wordt het op dit eindvlak gereflecteerde lichtniet meer geheel via de vezelkern in de richting van de lichtbrongestraald. Afhankelijk van de grootte van de hoek tussen de normaal vanhet eindvlak van de vezelkern en de middellijn van de vezelkern, wordthet gereflecteerde licht in mindere of meerdere mate in de vezelmantelgestraald.

Een voorkeursuitvoering van het bollensconnectordeelvolgens de uitvinding is gekenmerkt doordat de kleinste hoek diegevormd wordt door de normaal van het eindvlak van de vezelkern en deas van de vezelkern ter plaatse van het einddeel van de vezel inligttussen 7° en 12 °. Dit berekeningen en metingen is vastgesteld dat,indien een gangbare monomodus glasvezel wordt toegepast en indien debollens voorzien is van een gangbare antireflex coating, de totalereflectieverliezen bij een bollensconnectordeel waarbij de genoemdehoek tenminste 7° bedraagt, kleiner zijn dan -60 dB. Dit is eenalgemeen geaccepteerde maximale grenswaarde voor reflecties bij aan lasers gekoppelde optische componenten, zoals bollensconnectoren. Als degenoemde hoek groter is dan 12° blijken de eindvlakreflecties weer toete nemen door het optreden van anderssoortige reflecties.

Opgemerkt wordt, dat het gebruik van een optische vezelmet een schuin eindvlak met het doel eindvlakreflecties te verminderenop zich bekend is uit onder meer Electr. Letters 2Q, 973-974 (1984).Hierbij wordt echter het uit het schuine uiteinde van de vezeluittredende licht met een door bijvoorbeeld een x-y-manipulatorbestuurbare lens handmatig gecollimeerd. Dergelijke constructies zijnechter ongeschikt voor toepassingen waarbij koppelingen op snelle enefficiënte wijze verbroken en tot stand gebracht moeten kunnen worden.

Verder wordt opgemerkt dat de directe toepassing van eenoptische vezel met een schuin uiteinde in het uit EP-A-207.522 bekendebuisvormige, van een bollens voorziene huis, bezwaren oplevert. In hetideale geval waarin de assen van de vezelkern en het huis samenvallenloopt in een dergelijke constructie de optische as van de uittredendelichtbundel weliswaar nagenoeg evenwijdig met de as van de omtrek vanhet buisvormige huis maar vallen beide laatst genoemde assen niet samen,zodat op deze wijze een bollensconnectordeel met een onaanvaardbaarlaag koppelrendement verkregen wordt. Omdat de uittredende lichtbundelniet door het hart van de bollens gaat kan de in het genoemdeoctrooischrift aangegeven hoekcorrectie niet met succes wordentoegepast. Dit bezwaar heeft ertoe geleid dat tot op heden van detoepassing van reflectiearme bollensconnectoren met een afgeschuindvezeluiteinde moest worden afgezien. Bij het bollensconnectordeelvolgens de uitvinding is dit bezwaar overwonnen.

Een andere voorkeursuitvoering van hetbollensconnectordeel volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat hierineen bollens is toegepast met een brekingsindex groter dan 1.6.

Gebleken is dat de koppelverliezen tengevolge van lensabbaraties in eenconnector bestaande uit twee van deze bollensconnectordelen erg laagzijn, indien bollenzen met een hoge brekingsindex worden toegepast,d.w.z. een brekingsindex groter dan 1.6.

Een nog andere voorkeursuitvoering van hetbollensconnectordeel volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat debollens aan de naar de vezel toegekeerde zijde een plat vlak heeft. Doortoepassing van een bollens met een plat vlak worden de bovenbeschreven bol lensreflecties sterk verminderd. Dit heeft als gevolg dat ook detotale reflecties minder worden. Voor een dergelijk bollensconnectordeelgeldt bij voorkeur dat de normaal op het platte oppervlak van de bollensen de middellijn van de vezelkern onder een hoek staan, die inligttussen 4° en 10°. Met deze bollensconnectordelen zijn totalereflectieverliezen te bereiken die kleiner zijn dan -80 dB. Eendergelijke lage waarde is voldoende laag voor toepassing in combinatiemet alle hedendaagse bekende lasers. Tussen de waarde van 4° en 10°van de hoek tussen de normaal op het platte vlak van de bollens en demiddellijn van de vezelkern (hoek 8) is de bijdrage van debollensreflecties aan de waarde van de totale reflecties minimaal.

Indien β < 4°, dan is het bollensreflectie vermindering nog tamelijkgering. Bij β > 12° treden technische problemen op. De bollens moet indat geval te ver worden afgeslepen om een voldoend groot plat vlak in debollens te krijgen om de totale lichtbundel op te laten vallen.

Een verdere voorkeursuitvoering van hetbollensconnectordeel volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat heteinddeel van de optische vezel in een buisje met capillaireconcentrische boring bevestigd is, welk buisje in het huis bevestigd is.

Een werkwijze voor het vervaardigen van hetbollensconnectordeel volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dateen einddeel van een optische vezel van een schuin eindvlakwordt voorzien, waarna dit einddeel in een buisvormig huis bevestigdwordt dat van een bollens is voorzien en het aldus gevormdebollensconnectordeel tegen een acentrische zitting van een verspanendgereedschap wordt gepositioneerd, waarbij de positionering van hetconnectordeel en de acentriciteit van de zitting zodanig gekozen wordendat de optische as van het connectordeel samenvalt met de mechanische asvan het gereedschap, waarna het connectordeel aan een verspanendebewerking wordt onderworpen.

Een voorkeursuitvoering van de werkwijze volgens deuitvinding heeft als kenmerk, dat voorafgaande aan de afschuining, heteinddeel van de optische vezel in een capillair bevestigd wordt, welkcapillair voorzien wordt van een referentievlak, dat de richtingaangeeft waarin het eindvlak helt. Een dergelijk referentievlak,vergemakkelijkt het op de juiste wijze positioneren van hetbollensconnectordeel tegen de zitting van het verspanende gereedschap.

De uitvinding wordt verder toegelicht aan de hand van detekening. Hierin toont

Figuur 1 een langsdoorsnede van het bekendebollensconnectordeel dat een optische vezel met een recht eindvlakbevat.

Figuur 2 een langsdoorsnede van een bollensconnectordeelvolgens de uitvinding.

Figuur 3 een langsdoorsnede van een gedeelte van eenbollensconnectordeel volgens de uitvinding tijdens de bewerking.

Figuur 4 een langsdoorsnede van een anderbollensconnectordeel volgens de uitvinding.

Opgemerkt wordt dat omwille van de duidelijkheid deverschillende onderdelen en hoeken in de Figuren niet op schaal zijnweergegeven.

Het bekende bollensconnectordeel 1 uit Figuur 1 omvat eenbuisvormig huis 2, een bollens 3 en een optische vezel 4 met eenhierin concentrisch gelegen, lichtgeleidende kern 5, waarbij heteindvlak 6 loodrecht op de as van de optische vezel staat. De optischevezel 4 zit bevestigd in een glazen buisje 10 met een concentrischecapillaire boring. Tenminste ter plaatse van het uiteinde 7, valt delichtgeleidende kern 5 van de optische vezel 4 samen met de as van deomtrek van het buisvormige huis. Het hart 8 van de bollens ligt op hetverlengde van de genoemde as. Indien licht uit een lichtbron 9(bijvoorbeeld een laser) in de optische vezel 4 gestuurd wordt, zal deuit het eindvlak 6 tredende lichtbundel in het verlengde van devezelkern 4 liggen. De middellijn van deze uittredende lichtbundel wordtgedefinieerd als de optische as 11 van de lichtbundel. Deze optische asloopt door het hart 8 van de bollens 3 en valt samen met de middellijn12 van het uiteinde 7 van het buisvormige huis 2.

Het is niet zonder meer mogelijk een optische vezel meteen afgeschuind eindvlak toe te passen in het bekende, van een bollensvoorziene buisvormige huis. Indien in het buisvormige huis een optischevezel met een schuin eindvlak bevestigd is, valt de optische as van deuit het eindvlak van de vezel tredende lichtbundel niet samen met de asvan de omtrek van het uiteinde van de connector. De lichtbundel wordt indat geval bij het uittreden uit de optische vezel ter plaatse van hetschuine eindvlak gebroken, zodat deze lichtbundel niet door het hart van de bollens gaat. De optische as van de uittredende lichtbundelis daardoor over een bepaalde afstand verschoven ten opzichte van deMiddellijn van de omtrek van uiteinde van het buisvormige huis, zodatbeide assen in het ideale geval evenwijdig lopen. De grootte vanverschuiving is afhankelijk van de mate waarin het eindvlak afgeschuindis. Het laat zich eenvoudig verstaan dat het koppelingsrendement van eenbollensconnector waarin dit bollensconnectordeel gebruikt wordt, geringzal zijn.

In Figuur 2 wordt een bollensconnectordeel volgens deuitvinding weergegeven waarbij de vezel van een schuin eindvlak isvoorzien en het bovengenoemde probleem is overwonnen. In hetbuisvormige huis 2 zit in capillair 10 een optische vezel 4 bevestigd,met een schuin eindvlak 6, waarvan de normaal een hoek a maakt met demiddellijn 18 van de kern 5 van de optische vezel. De richting waarinhet eindvlak helt is door middel van een referentievlak 24 gemarkeerdop het capillair. Bij dit connectordeel is het uiteinde 7 vanhet buisvormige huis 2 zodanig bewerkt, dat de optische as van de uithet connectordeel uittredende lichtbundel 11 samenvalt met de as 19 vande omtrek van het uiteinde 7. De bewerking kan plaatsvinden met behulpvan een aangepast verspanend gereedschap zoals beschreven in EP207.522. Omdat de optische as van de uittredende lichtbundel niet doorhet hart 8 van de bollens 3 gaat, moet de zitting 13 van het verspanendgereedschap 14, die bij de uitrichting tegen de bollens of - zoalsaangegeven in Figuur 3 - tegen het uiteinde 7 geplaatst wordt,asymmetrisch ten opzichte van de mechanische as 14 van het gereedschapbevestigd zijn, zodat de uittredende lichtbundel 11 samenvalt met dezemechanische as 17. Het samenvallen van lichtbundel 11 met de mechanischeas 17 kan bijvoorbeeld bepaald worden met behulp van lichtdetector 15.Deze situatie is weergegeven in Figuur 3. Dit de markering op hetcapillair kan de juiste plaatsing van het connectordeel tegen deacentrische zitting 13 bepaald worden. De acentriciteit van de zitting13 ten opzichte van de mechanische as is te berekenen uit de dimensievan de bollens, de brekingsindex van de optische vezel en de bollens envan de mate van afschuining van het vezeluiteinde. Deze bedraagt bij eenafschuining van 10° van de optische vezel (hoek a) en een bollens van3 mm doorsnede van BK7 materiaal ongeveer 200 pm. Na de verspanendebewerking met bijvoorbeeld een roterende beitel 16 wordt een reflectiearme bollensconnectordeel verkregen waarbij een uittredendelichtbundel samenvalt met de middellijn van het uiteinde. Op deze manierkunnen in een enkele bewerking zowel de hoekcorrectie zoals beschreven inEP 207 522 als de correctie van de verschuiving van de lichtbundel tengevolge van de afschuining van de vezel gerealiseerd worden.

In de tabel worden enkele berekende en gemetenreflectiewaarden van een bollensconnectordeel volgens de uitvinding alsfunctie van de afschuining (hoek a) van het vezeluiteinde weergegeven.

Een reflectiearme bollensconnector kan opgebouwd zijn uit twee van debollensconnectoren volgens de uitvinding, die in een V-groef tenopzichte van elkaar gepositioneerd zijn.

Figuur 4 toont een ander bollensconnectordeel volgens deuitvinding. Bij dit connectordeel heeft de ingeklemde vezel 10 eenafgeschuind eindvlak 6 van 10° (hoek a), en is de bollens voorzien vaneen plat vlak 20. In de figuren 2 en 4 worden, voor zover mogelijk,gelijke onderdelen van het connectordeel met dezelfde referentienummersaangegeven. De hoek tussen de normaal op het vlak van de bollens en dedoor het hart van de bollens lopende middellijn van de vezelkern 18(hoek β) bedraagt is dit geval 5°. Met dit bollensconnectordeel zijnde gemeten reflecties kleiner dan -90 dB.

Het connectordeel uit figuur 4 werd op de volgende wijzevervaardigd. Een bollens met een brekingsindex van 1.81 (LaSF9-bollens,Scott) werd geslepen tot een plat oppervlak van gewenste grootte wasgekregen, en vervolgens gepolijst. De bollens werd met het platte vlakop een referentievlak geplaatst, dat een gewenste hoek β maakt met eenbasisreferentievlak van een lenspositioneringsapparaat, dat voorzien isvan een vacuum pipet. Met behulp van deze pipet werd de bollens opgetilden vervolgens geplaatst in een leeg buisvormig huis 2, waarvan demiddellijn loodrecht op het basisreferentievlak stond. Hierdoor wordt bereikt dat de bollens onder de gewenste hoek β in het buisvormig huisvan het connectordeel wordt geplaatst. Door het aanbrengen van eenreferentievlak 21 op het huis 2 is tevens bekend hoekvlak 20 in het buishelt. Met behulp van referentievlak 22 op een trekontlasting 23, diei om capillair 10 bevestigd zit, en die aangeeft hoe het eindvlak 6van vezel 4 helt, kunnen de vlakken 6 en 20 op de juiste wijze tenopzichte van elkaar worden uitgericht. De afdraai bewerking verlooptop dezelfde wijze als beschreven bij het connectordeel van figuur 2.

Claims (8)

1. Bollensconnectordeel voor toepassing in een optischeconnector, welke bollensconnectordeel een buisvormig huis omvat, een ineen uiteinde van het huis bevestigde bollens en een in het huisbevestigd einddeel van een optische vezel met een lichtgeleidende kern,waarbij het middelpunt van het in het huis gevatte eindvlak van devezelkern zich nagenoeg in het brandvlak van de bollens bevindt, waarbijde as van de omtrek van het buisvormige huis ter plaatse van hetuiteinde samenvalt met de optische as van het connectordeel, welkeoptische as gedefinieerd is als de middellijn van de bij gebruik van deconnector via de bollens uittredende parallelle lichtbundel en waarbijhet hart van de bollens op het verlengde van de middellijn van devezelkern ligt, met het kenmerk, dat de kleinste hoek die gevormd wordtdoor de normaal van het eindvlak van de vezelkern en de middellijn vande vezelkern ter plaatse van het einddeel van de vezel ongelijk aan 0°is en dat het uiteinde van het huis zodanig bewerkt is dat demiddellijn van de omtrek van het uiteinde en de optische as samenvallen.

2. Bollensconnectordeel volgens conclusie 1, met hetkenmerk, dat de kleinste hoek die gevormd wordt door de normaal van heteindvlak van de vezelkern en de middellijn van de vezelkern ter plaatsevan het einddeel van de vezel inligt tussen 7° en 12°.

3. Bollensconnectordeel volgens conclusie 1 of 2, met hetkenmerk, dat hierin een bollens is toegepast met een brekingsindexgroter dan 1.6.

4. Bollensconnectordeel volgens conclusie 1, 2 of 3, met hetkenmerk, dat de bollens aan de naar de vezel toegekeerde zijde een platvlak heeft.

5. Bollensconnectordeel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de normaal op het platte oppervlak van de bollens en de middellijn vande vezelkern onder een hoek staan, die inligt tussen 4° en 10°.

6. Bollensconnectordeel volgens een der voorgaande conclusiesof 2, met het kenmerk, dat het einddeel van de optische vezel in eenbuisje met capillaire boring bevestigd is, welk buisje in het huisbevestigd is.

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een bollensconnectordeelvolgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een einddeelvan een optische vezel van een schuin eindvlak wordt voorzien, waarnadit einddeel in een buisvormig huis bevestigd wordt dat van een bollens is voorzien en het aldus gevormde bollensconnectordeel tegen eenacentrische zitting van een verspanend gereedschap wordt gepositioneerd.,waarbij de positionering van het connectordeel en de acentricifceit vande zitting zodanig gekozen worden dat de optische as van hetconnectordeel samenvalt met de mechanische as van het gereedschap,waarna het connectordeel aan een verspanende bewerking wordt onderworpen.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat, voorafgaande aan de afschuining, het einddeel van de optische vezel ineen capillair bevestigd wordt, welk capillair voorzien wordt van eenreferentievlak, dat de richting aangeeft waarin het eindvlak helt.