WO1999036818A1 - Layout for precisely adjusting an optical fiber chip coupling - Google Patents

Layout for precisely adjusting an optical fiber chip coupling Download PDF

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Detlef Rohde
Christian FRÖHLICH
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HEINRICH-HERTZ-INSTITUT FüR NACHRICHTENTECHNIK BERLIN GMBH
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    • G02B6/3886—Magnetic means to align ferrule ends

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the fine adjustment of an optical fiber-chip coupling, in which the position of the fiber in one of three mutually perpendicular ordinates x; y; z, preferably the z-axis, is predetermined as the longitudinal fiber axis.
  • optical fibers are coupled to optical signal transmitters or receivers for optical signals, the least possible loss of signal transmission is important. Precise spatial adjustment of the optical fibers in relation to the signal transmitter or receiver is therefore necessary.
  • the invention has for its object to achieve a fine adjustment of an optical fiber free of mechanical influences.
  • the object is achieved in that, in an arrangement of the type mentioned at the outset, for contactless adjustment in x- and y-
  • a magnetic actuator is provided and the optical fiber has a sheath made of magnetically conductive material in the magnetic range of action of this actuating unit.
  • the fiber is guided contactlessly without the influence of mechanical forces, 2. a very sensitive adjustment is possible through the fine metering of the magnetic field, 3. the adjustment can also be carried out by hand without complex aids.
  • FIG. 1 the side view of an arrangement according to the invention in a photo receiver module
  • FIG. 2 the top view of FIG. 1.
  • an optical fiber 3 is attached to a fiber carrier 2.
  • This attachment can be done by gluing, soldering, laser welding or by means of a clamp bracket. Near her front, the
  • the fiber 3 End facing the coupling point, the fiber 3 carries a ferrite bead 4 as
  • Cover made of magnetically conductive material, which is fixed in position by gluing to the fiber 3.
  • a magnetic carrier plate 5 At the top of the housing 1 there is a magnetic carrier plate 5, which is in a fine threaded bore
  • Housing 1 has an opening in the x direction in the form of a
  • a magnet 7 is arranged on the end face of the adjusting screw 6 and can be adjusted in the y direction by turning the adjusting screw 6. For the displacement of the magnetic carrier plate 5 with the
  • Set screw 6 in the x direction has this carrier plate 5 on both sides of the Set screw 6 slots 11, shown in Fig. 2, on.
  • a signal coming through the adjusted optical fiber 3 reaches a photodiode 10 via a self-focusing lens 9.
  • the optical fiber is first pre-adjusted while observing the photocurrent by means of an adjustment unit effective in all three axes so that it assumes a position in the negative y-direction that deviates only slightly from the optimal coupling position.
  • the position of the optical fiber 3 on the fiber carrier 2 is then determined by gluing, soldering or other known methods of connecting the fiber carrier 2 and fiber 3.
  • the fiber is finally fixed in the z direction. Now a small pearl 4 made of magnetically conductive material (ferrite) is pushed onto the front, free-floating fiber end facing the coupling point and fixed by gluing.
  • the carrier plate 5 with the adjusting screw 6 and the magnet 7 inserted in the end face of the same is positioned over the ferrite bead 4 in such a way that the action of the magnet 7 causes the optical fiber 3 to be deflected in the positive y-direction against the fiber restoring force. Due to the possibility of shifting the carrier plate 5 in the x direction, the fiber 3 can also be shifted in this direction.
  • the distance of the magnet 7 from the ferrite bead 4 and its magnetization determine the adjustment effect.
  • set screws 8 for the x position and optionally a lock nut on the set screw 6 for determining the y position are provided.
  • the housing 1 can also have a recess in the width of the carrier plate 5 on its upper side.
  • the retaining screws 8 would then only have a pure locking function for the carrier plate 5.
  • the two set screws which are offset by 90 ° to one another, can either be arranged on one leg of an angle-iron-shaped support, or each set screw is located on a separate support plate.
  • magnétique actuating unit includes the arrangement of a magnet on a pivotable carrier plate.
  • the magnet can be swiveled on its circular path around the z-axis from its starting position to the left and right by 90 °.
  • the covering of the optical fiber 3 made of magnetically conductive material can either consist of a ferrite bead or of microwave damping material.

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Abstract

The invention relates to a layout for precisely adjusting an optical fiber (3) chip (2) coupling in which the position of the fiber is firstly fixed in one of three ordinates (x, y, z), preferably in the z-axis, as a fiber longitudinal axis. Said ordinates are vertically arranged in a successive manner. The aim of the invention is to obtain a precise adjustment of an optical fiber (3) free of mechanical influences. To this end, a magnetic adjusting unit (5, 6, 7) is provided for contactless adjustment in an x direction and y direction, and the optical fiber (3) has an enclosure (4) made of a magnetic permeable material in the magnetic sphere of influence of said adjusting unit (5, 6, 7).

Description

Bezeichnungdescription
Anordnung für die Feinjustage einer Lichtleitfaser-Chip-KopplungArrangement for the fine adjustment of an optical fiber-chip coupling
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Feinjustage einer Lichtleitfaser- Chip-Kopplung, bei der die Lage der Faser in einer von drei aufeinander senkrecht stehenden Ordinaten x; y; z, vorzugsweise der z-Achse, als Faserlängsachse vorab festgelegt ist.The invention relates to an arrangement for the fine adjustment of an optical fiber-chip coupling, in which the position of the fiber in one of three mutually perpendicular ordinates x; y; z, preferably the z-axis, is predetermined as the longitudinal fiber axis.
Bei der Kopplung von Lichtleitfasern an optische Signalgeber bzw. Empfänger für optische Signale kommt es auf möglichst verlustarme Signalübertragung an. Es ist daher eine genaue räumliche Justage der Lichtleitfasern in Bezug auf die Signalgeber bzw. Empfänger erforderlich.When optical fibers are coupled to optical signal transmitters or receivers for optical signals, the least possible loss of signal transmission is important. Precise spatial adjustment of the optical fibers in relation to the signal transmitter or receiver is therefore necessary.
Aus DE-OS 195 36 185 (G02B 6/24) ist eine Einrichtung zur Kopplung einer Lichtleitfaser an ein optisches Bauteil bekannt, bei der nach Festlegung der die Faser umschließenden Kanüle in z-Richtung (Faserlängsrichtung) eine mechanische Feinjustage in x- und y-Richtung erfolgt. Hierfür sind Stifte vorgesehen, die in einem Gehäuse, das Bohrungen in x- und y-Richtung aufweist, geführt werden. Diese Stifte drücken mit ihren vorderen Stirnflächen gegen die unter radialer Vorspannung stehende Kanüle und bringen diese in die gewünschte Position. Die Stifte werden dann in dieser Lage durch Halteschrauben fixiert. Nachteilig ist hierbei die durch Reibungskräfte beeinflußbare rein mechanische Justage der Lichtleitfaser.From DE-OS 195 36 185 (G02B 6/24) a device for coupling an optical fiber to an optical component is known, in which after the cannula enclosing the fiber in the z direction (fiber longitudinal direction), a mechanical fine adjustment in x and y Direction. For this purpose, pins are provided which are guided in a housing which has bores in the x and y directions. With their front end faces, these pins press against the cannula, which is under radial prestress, and bring it into the desired position. The pins are then fixed in this position by holding screws. The disadvantage here is the purely mechanical adjustment of the optical fiber that can be influenced by frictional forces.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine von mechanischen Einflüssen freie Feinjustage einer Lichtleitfaser zu erreichen.The invention has for its object to achieve a fine adjustment of an optical fiber free of mechanical influences.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer Anordnung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß für die berührungslose Justage in x- und y-The object is achieved in that, in an arrangement of the type mentioned at the outset, for contactless adjustment in x- and y-
Richtung eine magnetische Stelleinheit vorgesehen ist und die Lichtleitfaser im magnetischen Wirkungsbereich dieser Stelleinheit eine Umhüllung aus magnetisch leitfähigem Material aufweist.Direction a magnetic actuator is provided and the optical fiber has a sheath made of magnetically conductive material in the magnetic range of action of this actuating unit.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.Advantageous embodiments of the invention are disclosed in the subclaims.
Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daßThe advantages of the invention can be seen in the fact that
1. die Faser berührungslos ohne Einfluß mechanischer Kräfte geführt wird, 2. eine sehr feinfühlige Justage durch die Feindosierung des Magnetfeldes möglich ist, 3. die Justage auch von Hand ohne aufwendige Hilfsmittel vorgenommen werden kann.1. the fiber is guided contactlessly without the influence of mechanical forces, 2. a very sensitive adjustment is possible through the fine metering of the magnetic field, 3. the adjustment can also be carried out by hand without complex aids.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 : die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung in einem Photoempfängermodul, Fig. 2: die Draufsicht zu Fig. 1.1: the side view of an arrangement according to the invention in a photo receiver module, FIG. 2: the top view of FIG. 1.
Im Gehäuse 1 eines Photoempfängermoduls, dessen Seitenansicht in Fig. 1 dargestellt ist, ist auf einem Faserträger 2 eine Lichtleitfaser 3 befestigt.In the housing 1 of a photoreceiver module, the side view of which is shown in FIG. 1, an optical fiber 3 is attached to a fiber carrier 2.
Diese Befestigung kann durch Kleben, Löten, Laserschweißen oder auch mittels einer Klemmhalterung erfolgen. In der Nähe ihres vorderen, demThis attachment can be done by gluing, soldering, laser welding or by means of a clamp bracket. Near her front, the
Kopplungspunkt zugewandten Ende trägt die Faser 3 eine Ferritperle 4 alsEnd facing the coupling point, the fiber 3 carries a ferrite bead 4 as
Umhüllung aus magnetisch leitfähigem Material, die durch Kleben auf der Faser 3 in ihrer Position fixiert ist. Oben auf dem Gehäuse 1 befindet sich eine Magnetträgerplatte 5, die in einer Feingewindebohrung eineCover made of magnetically conductive material, which is fixed in position by gluing to the fiber 3. At the top of the housing 1 there is a magnetic carrier plate 5, which is in a fine threaded bore
Stellschraube 6 aufnimmt. Im Bereich dieser Stellschraube 6 weist dasSet screw 6 picks up. In the area of this adjusting screw 6, this has
Gehäuse 1 eine Durchbrechung auf, die in x-Richtung in Form einesHousing 1 has an opening in the x direction in the form of a
Langloches ausgebildet ist. An der Stirnseite der Stellschraube 6 ist ein Magnet 7 angeordnet, der durch Drehen der Stellschraube 6 in y-Richtung verstellbar ist. Für die Verschiebung der Magnetträgerplatte 5 mit derElongated hole is formed. A magnet 7 is arranged on the end face of the adjusting screw 6 and can be adjusted in the y direction by turning the adjusting screw 6. For the displacement of the magnetic carrier plate 5 with the
Stellschraube 6 in x-Richtung weist diese Trägerplatte 5 zu beiden Seiten der Stellschraube 6 Langlöcher 11, dargestellt in Fig. 2, auf. Halteschrauben 8, die in Gewindebohrungen des Gehäuses 1 angeordnet sind, fixieren die Trägerplatte 5 in der gewünschten Position. Ein durch die justierte Lichtleitfaser 3 kommendes Signal gelangt über eine selbstfokussierende Linse 9 auf eine Photodiode 10.Set screw 6 in the x direction has this carrier plate 5 on both sides of the Set screw 6 slots 11, shown in Fig. 2, on. Retaining screws 8, which are arranged in threaded holes in the housing 1, fix the carrier plate 5 in the desired position. A signal coming through the adjusted optical fiber 3 reaches a photodiode 10 via a self-focusing lens 9.
Der gesamte Justiervorgang von der Vor- bis zur Feinjustage läuft folgendermaßen ab:The entire adjustment process from pre-adjustment to fine adjustment is as follows:
Die Lichtleitfaser wird zunächst unter Beobachtung des Photostroms durch eine in allen drei Achsen wirksame Verstelleinheit so vorjustiert, daß sie eine von der optimalen Kopplungsposition nur wenig abweichende Position in negativer y-Richtung einnimmt. Anschließend wird die Position der Lichtleitfaser 3 auf dem Faserträger 2 durch Kleben, Löten oder andere bekannte Methoden der Verbindung zwischen Faserträger 2 und Faser 3 festgelegt. Damit ist die Faser in z-Richtung endgültig fixiert. Nun wird auf das vordere, dem Kopplungspunkt zugewandten, frei schwebenden Faserende eine kleine Perle 4 aus magnetisch leitfähigem Material (Ferrit) aufgeschoben und durch Kleben fixiert. Die Trägerplatte 5 mit der Stellschraube 6 und dem in der Stirnfläche derselben eingesetzten Magneten 7 wird so über der Ferritperle 4 positioniert, daß durch die Wirkung des Magneten 7 eine Auslenkung der Lichtleitfaser 3 in positiver y-Richtung entgegen der Faserrückstellkraft erreicht wird. Durch die Möglichkeit der Verschiebung der Trägerplatte 5 in x-Richtung kann eine Verschiebung der Faser 3 auch in dieser Richtung erfolgen. Der Abstand des Magneten 7 von der Ferritperle 4 und seine Magnetisierung bestimmen dabei die Verstellwirkung. Für die Fixierung der durch Beobachtung des Photostromes gefundenen optimalen Kopplungsposition sind Festellschrauben 8 für die x-Position und gegebenenfalls eine Kontermutter auf der Stellschraube 6 für die Festlegung der y-Position vorgesehen.The optical fiber is first pre-adjusted while observing the photocurrent by means of an adjustment unit effective in all three axes so that it assumes a position in the negative y-direction that deviates only slightly from the optimal coupling position. The position of the optical fiber 3 on the fiber carrier 2 is then determined by gluing, soldering or other known methods of connecting the fiber carrier 2 and fiber 3. The fiber is finally fixed in the z direction. Now a small pearl 4 made of magnetically conductive material (ferrite) is pushed onto the front, free-floating fiber end facing the coupling point and fixed by gluing. The carrier plate 5 with the adjusting screw 6 and the magnet 7 inserted in the end face of the same is positioned over the ferrite bead 4 in such a way that the action of the magnet 7 causes the optical fiber 3 to be deflected in the positive y-direction against the fiber restoring force. Due to the possibility of shifting the carrier plate 5 in the x direction, the fiber 3 can also be shifted in this direction. The distance of the magnet 7 from the ferrite bead 4 and its magnetization determine the adjustment effect. To fix the optimal coupling position found by observing the photocurrent, set screws 8 for the x position and optionally a lock nut on the set screw 6 for determining the y position are provided.
Zur Führung der Trägerplatte 5 bei Verschiebung in x-Richtung kann auch das Gehäuse 1 auf seiner Oberseite eine Ausnehmung in der Breite der Trägerplatte 5 aufweisen. Die Halteschrauben 8 hätten dann nur eine reine Feststellfunktion für die Trägerplatte 5. Für bestimmte Anwendungen der erfindungsgemäßen Anordnung kann es zweckmäßig sein, die Auflage der Faser 3 auf dem Faserträger 2 zu ersetzen durch Aufnahme der Faser 3 in eine Kanüle, die dann in einer Bohrung des modifizierten Faserträgers geführt und nach der Justage in z-Richtung durch eine Klemmhalterung festgelegt werden kann.To guide the carrier plate 5 when displaced in the x direction, the housing 1 can also have a recess in the width of the carrier plate 5 on its upper side. The retaining screws 8 would then only have a pure locking function for the carrier plate 5. For certain applications of the arrangement according to the invention, it may be expedient to replace the support of the fiber 3 on the fiber carrier 2 by receiving the fiber 3 in a cannula, which is then guided in a bore of the modified fiber carrier and after adjustment in the z direction by a Clamp bracket can be set.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein für eine exakte Faserjustage, zwei um 90 ° versetzte Stellschrauben mit daran angebrachten Magneten einzusetzen, so daß sowohl für die Verschiebung der Faser 3 in y-Richtung als auch in x- Richtung jeweils ein Magnet zur Verfügung steht. Als Magnete können sowohl Permanentmagnete als auch Elektromagnete verwendet werden.It can also be advantageous for exact fiber adjustment to use two set screws offset by 90 ° with magnets attached to them, so that one magnet is available for both the displacement of the fiber 3 in the y direction and in the x direction. Both permanent magnets and electromagnets can be used as magnets.
Dabei können die beiden um 90 ° versetzt zueinander angeordneten Stellschrauben entweder auf je einem Schenkel eines winkeleisenförmigen Trägers angeordnet sein, oder jede Stellschraube befindet sich auf einer separaten Trägerplatte.The two set screws, which are offset by 90 ° to one another, can either be arranged on one leg of an angle-iron-shaped support, or each set screw is located on a separate support plate.
Eine weitere mögliche Variante der magnetischen Stelleinheit beinhaltet die Anordnung eines Magneten auf einer schwenkbaren Trägerplatte. Dabei kann der Magnet auf einer Kreisbahn um die z-Achse aus seiner Ausgangsposition nach links und rechts jeweils um 90 ° verschwenkt werden.Another possible variant of the magnetic actuating unit includes the arrangement of a magnet on a pivotable carrier plate. The magnet can be swiveled on its circular path around the z-axis from its starting position to the left and right by 90 °.
Die Umhüllung der Lichtleitfaser 3 aus magnetisch leitfähigem Material kann entweder aus einer Ferritperle oder aus Mikrowellendämpfungsmaterial bestehen. The covering of the optical fiber 3 made of magnetically conductive material can either consist of a ferrite bead or of microwave damping material.

Claims

Patentansprüche claims
1. Anordnung für die Feinjustage einer Lichtleitfaser-Chip-Kopplung, bei der die Lage der Faser in einer von drei aufeinander senkrecht stehenden1. Arrangement for the fine adjustment of an optical fiber-chip coupling, in which the position of the fiber in one of three mutually perpendicular
Ordinaten (x; y; z), vorzugsweise in der z-Achse als Faserlängsachse, vorab festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die berührungslose Justage in den beiden anderen Ordinaten (x;y) eine magnetische Stelleinheit vorgesehen ist und die Lichtleitfaser (3) im Bereich der Wirksamkeit dieser Stelleinheit eine Umhüllung aus magnetisch leitfähigem Material (4) aufweist.Ordinates (x; y; z), preferably in the z-axis as the longitudinal fiber axis, are defined in advance, characterized in that a magnetic actuating unit is provided for the contactless adjustment in the two other ordinates (x; y) and the optical fiber (3rd ) has a covering made of magnetically conductive material (4) in the area of the effectiveness of this actuating unit.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Stelleinheit eine Trägerplatte (5) aufweist und in einer Gewindebohrung dieser Trägerplatte (5) eine Stellschraube (6) vorgesehen ist, an deren Ende ein Magnet (7) angeordnet ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the magnetic actuating unit has a carrier plate (5) and in a threaded bore of this carrier plate (5) an adjusting screw (6) is provided, at the end of which a magnet (7) is arranged.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (5) zu beiden Seiten der Stellschraube (6) ein Paar hintereinander angeordneter Langlöcher (11) aufweist zum Verschieben des Magneten (7) in x-Richtung, wobei zur Fixierung der jeweils gewählten Position in den Langlöchern (11) je eine Halteschraube (8) vorgesehen ist.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the carrier plate (5) on both sides of the adjusting screw (6) has a pair of consecutively arranged elongated holes (11) for displacing the magnet (7) in the x direction, whereby to fix each a holding screw (8) is provided in the selected position in the elongated holes (11).
4. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Stelleinheit zwei um 90 ° versetzt zueinander angeordnete Stellschrauben (6) mit je einem Magneten (7) aufweist.4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the magnetic actuating unit has two setscrews (6) arranged at 90 ° to each other, each with a magnet (7).
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden um 90 ° versetzt zueinander angeordneten Stellschrauben (7) auf je einem Schenkel eines winkelförmigen Trägers angeordnet sind. 5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the two mutually offset by 90 ° set screws (7) are arranged on one leg of an angular support.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden um 90 ° versetzt zueinander angeordneten Stellschrauben (7) auf je einer separaten Trägerplatte (5) angeordnet sind.6. Arrangement according to claim 4, characterized in that the two set screws offset by 90 ° to each other (7) are each arranged on a separate carrier plate (5).
7. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung der Faser (3) aus magnetisch leitfähigem Material aus einer Ferritperle (4) besteht.7. Arrangement according to claim 1, characterized in that the covering of the fiber (3) made of magnetically conductive material consists of a ferrite bead (4).
8. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung der Faser (3) aus magnetisch leitfähigem Material aus Mikrowellendämpfungsmaterial gebildet ist.8. Arrangement according to claim 1, characterized in that the sheathing of the fiber (3) is formed from magnetically conductive material made of microwave damping material.
9. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Stelleinheit eine schwenkbare Trägerplatte aufweist, auf der eine Stellschraube (6) mit einem Magneten (7) vorgesehen ist, wobei diese Trägerplatte auf einer Kreisbahn um die z-Achse verschwenkbar ist. 9. Arrangement according to claim 1, characterized in that the magnetic actuating unit has a pivotable carrier plate, on which an adjusting screw (6) with a magnet (7) is provided, this carrier plate being pivotable on a circular path about the z-axis.
PCT/DE1999/000142 1998-01-19 1999-01-14 Layout for precisely adjusting an optical fiber chip coupling WO1999036818A1 (en)

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DE1998102173 DE19802173B4 (en) 1998-01-19 1998-01-19 Arrangement for the fine adjustment of an optical fiber-chip coupling
DE19802173.9 1998-01-19

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