SE515877C2 - Sätt för optisk anslutning av ett optiskt element, t ex ett ändparti av en optisk fiber, till en lins - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 515 877 2 fordras en optisk anslutning av fiberändpartierna till var sin lins och optisk anslutning av linserna till var- andra, dvs tre anslutningar. Det är härvid viktigt att de optiska fibrerna och linsen anordnas på samma optiska axel och att fibrernas ändytor befinner sig i brännpunkt- en för respektive lins. Anslutningen mellan de optiska fibrerna och linserna utgör därmed den känsligaste delen av anslutningssystemet, medan den optiska anslutningen av linserna till varandra lätt kan åstadkommas utan fel.

Särskilt vid sådana anslutningar, där det finns spalter mellan fiber/fiber, fiber/lins och lins/lins ref- lekteras en del av ljuset tillbaka genom de optiska ele- menten mot ljuskållan. I en del fall resulterar detta endast i en förlust i ljusets sändningsriktning motsva- rande det ljus som reflekteras bakåt. I vissa andra fall, där till exempel en laserdiod används som ljuskälla, är det mot laserdioden àterreflekterade ljuset ödesdigert för transmissionen. Reflexerna stör lasern så att den hindras från att störningsfritt sända digitala impuls- sekvenser.

I l-fibersystem, där även en fiber från en fotodiod är kopplad till sändarfibern, kan reflexer också störa mottagningsfunktionen, som ju är ämnad för signal ut- ifrån.

Det finns olika kända sätt att reducera reflexerna, dvs att öka returdämpningen till en nivå av ca 30 dB eller mer, och då reflexernas effekt nedbringats till så låga nivåer, är de för svaga för att kunna störa laser- diodens sändning av ljusimpulser.

Låga reflexnivåer kan erhållas genom åstadkommande av en optimering av ljustransmissionen i ljuskällans sändningsriktning. En sådan optimering kan åstadkommas genom antireflexbehandling av alla mot den optiska axeln lO 15 20 25 30 515 877 3 tvärriktade ytor inklusive sådana tvärriktade ytor hos fibrerna. Antireflexbehandling kan t ex åstadkommas genom beläggning av ytorna med magnesiumfluorid. Antireflex- behandling av fiberändytorna är dock en mycket opraktisk metod med tanke på att man då tvingar användare av ett ganska lättapplicerat fiberkontaktdon till komplicerade operationer innan fibern kan monteras in i kontaktdonet.

Det är även möjligt att anbringa indexmatchande medel, kuddar och liknande, som exempelvis gel, transparenta silikongummi- mellan de optiska elementen i syfte att eliminera luftspalten mellan dessa och därmed reduce- ra reflexerna. Nackdelen är dock att dessa medel samtid- igt reducerar transmissionsnivån i sändningsriktningen, då de i sig är nya optiska element med sämre ljustrans- missionsprestanda än optiskt glas, fibermaterial m m. De kan också, i orent tillstånd, bidra till kraftigt försäm- rad transmission genom att införa smutspartiklar i den optiska axeln. Ãven åldring hos sådana indexmatchande medel kan ge medlen sämre optisk prestanda.

Det är även möjligt att reducera reflexer vid kopp- lingar mellan lins och fiber genom att bringa elementen i ingrepp med varandra och därmed eliminera luftspalten.

Vid detta förfarande används ett sådant glas i linsen att brännpunkten hamnar i linsens yta. Detta minskar dock reflexerna endast delvis och inte till erforderligt låga nivåer. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en så effektiv anslutning mellan ett optiskt element, t ex ett ändparti av en optisk fiber, och en lins att reflexerna nedbringas till tillräckligt låga nivåer för att inte störa överföringsfunktionen, t ex utsändningen av ljus- impulser från en laserdiod. lO l5 20 25 30 515 877 4 För att tillgodose detta ändamål har enligt uppfin- ningen åstadkommits ett sätt för optisk anslutning av ett optiskt element, innefattande glas, t ex ett ändparti av en optisk fiber med en av glas bestående kärna, till en av glas bestående lins, varvid det optiska elementet och linsen fixeras i ett kopplingselement i ett förutbestämt läge relativt varandra och den mot det optiska elementet vända ytan av linsen behandlas med ett antireflexmedel, t ex magnesiumfluorid, vilket sätt kännetecknas av att det optiska elementet och linsen fixeras i ingrepp med varandra i kopplingselementet och att antireflexmedlet, t ex magnesiumfluoriden, påföres den mot det optiska ele- mentet vända ytan av linsen i en med hänsyn till bryt- ningsindex hos glaset i det optiska elementet, brytnings- index hos glaset i linsen och ljusvåglängden hos det ljus, som sänds genom systemet, pà sådant sätt anpassad skikttjocklek, att ljustransmissionen i anslutningen blir högsta möjliga och reflexerna i anslutningen blir lägsta möjliga.

Vanligen utgöres det optiska elementet av en optisk fiber och härvid påföres antireflexmedlet, t ex magne- siumfluoriden, i en med hänsyn till brytningsindexet hos glaset i den optiska fiberns kärna, brytningsindexet hos glaset i linsen och ljusvàglängden hos det ljus, som sän- des genom systemet, anpassad skikttjocklek.

Vid optisk anslutning av två optiska element, t ex ändpartierna av två optiska fibrer, till varandra, anslu- tes vart och ett av de optiska elementen optiskt till var sin lins enligt vad som ovan angivits och anslutes lin- serna därefter optiskt till varandra, varvid de mot var- andra vända ytorna av linserna påföres antireflexmedel, t ex magnesiumfluorid, i en med hänsyn till brytnings- index hos glaset i linserna, brytningsindex hos det mel- 10 l5 20 25 30 515 877 5 lan linserna befintliga mediet, företrädesvis luft, och med hänsyn till ljusvåglängden hos det ljus, som sändes genom systemet, på sådant sätt anpassad skikttjocklek, att ljustransmissionen mellan linserna i kopplingen blir högsta möjliga och reflexerna blir lägsta möjliga.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas under hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. 1 visar schematiskt och i sektion ett kopp- lingselement för att på sättet enligt uppfinningen op- tiskt ansluta ett ändparti av en optisk fiber till en sfärisk lins.

Fig. 2 visar schematiskt och i sektion anslutningen mellan två kopplingselement, vid vilka ett ändparti av en optisk fiber är anslutet till en sfärisk lins.

Vid sättet att enligt uppfinningen ansluta en optisk fiber 2 till en sfärisk lins 4 inneslutes den optiska fi- berns 2 ändparti i en fiberhållare 6 i form av en hylsa.

Fiberhàllaren 6 har en cylindrisk ytteryta 8, vilken an- sluter sig till en plan eller sfärisk ändyta 10 på fiber- hållaren 6. Huvuddelen av fiberhållaren 6 är bildad av ett cylindriskt element 12 av keramiskt material, och det yttre ändpartiet av det av keramiskt material bestående, cylindriska elementet 12 är inpressat och fixerat i en av metall bestående del 13.

Den optiska fibern 2 är fixerad i fiberhållaren 6 på något i och för sig känt sätt, t ex genom limning, varvid den optiska fiberns 2 ändyta efter slipning till en plan eller sfärisk form är belägen i samma plan som det cy- lindriska elementets 12 ändyta 10.

För anslutning av hållaren 6, så att den däri anord- nade optiska fibern 2 kommer i ingrepp med den sfäriska linsen 4 utnyttjas ett kopplingselement 14. Kopplings- elementet 14 är försett med ytor för bestämning av det 10 l5 20 25 30 515 877 6 relativa läget mellan hållaren 6 och därmed den optiska fibern 2 och den sfäriska linsen 4. Kopplingselementets 14 ytor för bestämning av det relativa läget mellan fiberhållaren 6 och därmed den optiska fibern 2 och den sfäriska linsen 4 utgöres av en cylindrisk yta 16 och en med radie utformad, cirkulär, med den cylindriska ytan 16 koncentrisk kantyta 20.

Således lägesbestämmes hållaren 6 och därmed den op- tiska fibern 2 i kopplingselementet 14 genom att hålla- rens 6 cylindriska yta 8 ingriper med kopplingselementets 14 cylindriska yta 16 och genom att hållarens 6 och den optiska fiberns 2 ändyta 10 ingriper med den sfäriska linsen 4, som i sin tur lägesbestämmes av kopplings- elementets 14 med radie utformade cirkulära kantyta 20.

Fiberhållaren 6 kan hållas i ingrepp med ytan 16 och den sfäriska linsen 4 med hjälp av en konventionell hyls- skruv eller med hjälp av en tryckfjäder.

Den sfäriska linsen 4 kan hållas i ingrepp med kant- ytan 20 medelst t ex en hylsskruv eller med hjälp av en fjäderring. I syfte att erhålla en så effektiv och ref- lexfri optisk koppling som möjligt mellan fibern 2 och den sfäriska linsen 4, då de är i ingrepp med varandra, är linsen 4 vid sin mot fibern 2 vända sida försedd med antireflexbehandling 22 av exempelvis magnesiumfluorid till en sådan tjocklek att en maximerad ljustransmission och minimerad reflexnivà erhålles.

För bestämning av tjockleken pá antireflexbehand- lingens 22 skikt tages hänsyn till: brytningsindex hos den av glas bestående kärnan av den optiska fibern 2, linsglasets 4 brytningsindex samt våglängden eller våg- längderna hos det ljus, som sänds genom systemet.

I syfte att erhålla en så effektiv och reflexfri och optisk koppling som möjligt mellan linsen 4 och den med 10 l5 515 877 7 mellanliggande luft i det motsatta kopplingselementet 26 belägna linsen 4 är linsernas yttre sida antireflex- behandlad vid 24 med exempelvis magnesiumfluorid till en sådan tjocklek att maximerad transmission och minimerad reflexnivà erhålles.

För bestämning av tjockleken pä antireflexbehand- lingens 24 skikt tages hänsyn till: Linsglasets 4 bryt- ningsindex, brytningsindex för luft, som har värdet 1,0, samt våglängden eller våglängderna hos det ljus, som sän- des genom systemet.

Det inses att sättet enligt uppfinningen kan tilläm- pas för att ansluta andra optiska element än optiska fib- rer till en lins och givetvis kan linsen vara av annat slag än en sfärisk lins. T ex är det möjligt att pà sät- tet enligt uppfinningen ansluta en diod till en lins.

Claims (10)

lO 15 20 25 30 515 877 P A T E N T K R A V

1. Sätt för optisk anslutning av ett optiskt ele- ment, innefattande glas, t ex ett ändparti av en optisk fiber med en av glas bestàende kärna, till en av glas be- stående lins, varvid det optiska elementet och linsen fixeras i ett kopplingselement i ett förutbestämt läge relativt varandra och den mot det optiska elementet vända ytan av linsen behandlas med ett antireflexmedel, t ex magnesiumfluorid, k ä n n e t e c k n a t av att det optiska elementet och linsen fixeras i ingrepp med var- andra i kopplingselementet och att antireflexmedlet, t ex magnesiumfluoriden, pàföres den mot det optiska elementet vända ytan av linsen i en med hänsyn till brytningsindex hos glaset i det optiska elementet, brytningsindex hos glaset i linsen och ljusväglängden hos det ljus, som sänds genom systemet, på sådant sätt anpassad skikttjock- lek, att ljustransmissionen i anslutningen blir högsta möjliga och reflexerna i anslutningen blir lägsta möj- liga.

2. Sätt enligt krav 1, varvid det optiska elementet utgöres av en optisk fiber, k ä n n e t e c k n a t av att antireflexmedlet, t ex magnesiumfluoriden, pàföres i en med hänsyn till brytningsindexet hos glaset i den op- tiska fiberns kärna, brytningsindexet hos glaset i linsen och ljusväglängden hos det ljus, som sändes genom system- et, anpassad skikttjocklek.

3. Sätt för optisk anslutning av två optiska ele- ment, t ex ändpartierna av tvà optiska fibrer, till var- andra, varvid vart och ett av de optiska elementen op- tiskt anslutes till var sin lins pà sättet enligt krav 1 och linserna optiskt anslutes till varandra, k ä n n e - lO 15 20 25 30 515 877 9 t e c k n a t av att de mot varandra vända ytorna av linserna pàföres antireflexmedel, t ex magnesiumfluorid, i en med hänsyn till brytningsindex hos glaset i linser- na, brytningsindex hos det mellan linserna befintliga mediet och med hänsyn till ljusvàglängden hos det ljus, som sändes genom systemet, pä sådant sätt anpassad skikt- tjocklek, att ljustransmissionen mellan linserna i kopp- lingen blir högsta möjliga och reflexerna blir lägsta möjliga.

4. Sätt enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att det mellan linserna befintliga mediet utgöres av luft.

5. Sätt enligt nàgot av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a t av att det optiska elementet fixeras i en hàllare och att hällaren och linsen fixeras i kopp- lingselementet.

6. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att hàllaren för det optiska elementet fixeras i kopp- lingselementet medelst en hylsskruv.

7. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att hàllaren för det optiska elementet fixeras i kopp- lingselementet medelst en fjäder.

8. Sätt enligt nàgot av krav 5-7, k ä n n e - t e c k n a t av att linsen fixeras i kopplingselementet medelst en hylsskruv.

9. Sätt enligt nàgot av krav 5-7, k ä n n e - t e c k n a t av att linsen fixeras i kopplingselementet medelst en fjäderring.

10. Sätt enligt nàgot av krav 5-7, k ä n n e - t e c k n a t av att linsen fixeras i kopplingselementet genom limning.