WO2000017689A1 - Steckerteil für eine optische steckverbindung und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Steckerteil für eine optische steckverbindung und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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plug
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optical
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Hans Kragl
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Harting Elektro-Optische Bauteile Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • Plug part for an optical plug connection and method for its production
  • the invention relates to a plug part for coupling at least one first optical component accommodated in the plug part to a second optical component and to a method for producing such a plug part.
  • the plug part serves to connect optical components, for example optical fibers, to another optical component, for example a waveguide or a further optical fiber.
  • optical components for example optical fibers
  • another optical component for example a waveguide or a further optical fiber.
  • electrical connectors a high degree of precision with regard to the positioning and the angular orientation of the components to be coupled relative to one another is required for connector parts which connect optical components to one another if the
  • one of the optical components to be coupled is an optical fiber
  • the condition of the end face of the optical fiber ending in the plug part is a critical size. If this surface is too rough, additional scattering results in it even with otherwise perfect alignment in terms of position and angle, which Increase coupling attenuation from the optical fiber to the other optical component.
  • Ferules of the plug part and the complementary socket part are adjusted to each other via a very precise guide mechanism.
  • a plug part is very complex to manufacture, and the plug connection to be formed is also very complex.
  • the so-called MT connector is a more affordable plug-in connection for optical fiber arrays. It consists of a plastic carrier, in the body of which precise holes for receiving the optical fibers are incorporated. The optical fibers are inserted into these holes, glued there and then polished on the front. The connector part is guided to a complementary socket part by means of two guide pins on the side.
  • the manufacturing costs of this plug-in connection are also comparatively high, since the plastic body carrying the optical fibers is very expensive.
  • the connector itself can be achieved relatively easily. Regardless of this, it is also necessary with this type of plug connection to polish the end faces of the optical fibers.
  • plug connections which use anisotropically etched silicon carriers as guide elements and pressure springs produced by silicon surface mechanics for fiber fixing.
  • Such approaches are hardly manageable outside of laboratory conditions.
  • the connection is usually not released, it is more of a problem
  • a centering arrangement for positioning microstructured bodies is known from DE 196 44 758 AI.
  • the body is provided with guide flanks which can engage in a corresponding recess in a counterpart. In this way, the precise alignment of one body with respect to the counterpart is ensured.
  • the described arrangement does not solve the problem of how the optical components, for example optical fibers, accommodated in the body provided with the guide flanks can be positioned precisely.
  • the object of the present invention is to provide a plug part for forming a plug connection, which is both inexpensive to manufacture and also enables precise coupling of optical components to one another.
  • a connector part of the type mentioned that it consists of a casting material in which the optical component is embedded so that it lies at least partially on an outer surface of the connector part, and microstructured designs for lateral positioning and axial adjustment of the
  • Plug part are formed, the configurations for lateral positioning being arranged in areas of the plug part that are not used for embedding the first optical component.
  • This plug part is therefore based on the basic idea, the material from which the plug part is made, both for holding the optical part
  • optical component as well as to achieve positioning and adjustment designs. This enables the optical component to be poured into the plug part and the desired positioning and adjustment designs to be molded in a single step. The fact that the optical component at least partially on one
  • the outer surface of the plug part is the result of the optical component being cast into the plug part. At the points where it is held by a corresponding mold part during the pouring process, the optical component is freely accessible after the casting material has hardened. Furthermore, it is provided that the designs for the lateral positioning of the plug part are arranged in areas that are not used for embedding the first optical component. The positioning configurations are thus arranged in regions of the plug part that are distant from the light exit surface of the optical component. This enables easier cleaning of the positioning designs and the complementary designs on the receiving part serving to receive the plug part. This is because the second optical component to be coupled to this component is located in the vicinity of the light exit surface of the optical component arranged in the plug part
  • Soiling can arise, for example adhesives, if it is an optical fiber glued into the receiving part.
  • the casting material is optically transparent and at least partially covers the light exit area of the first optical component. This is particularly advantageous if the first optical component is an optical fiber, since the casting material fills any unevenness in the end face of the optical fiber, so that otherwise scattering can be avoided there.
  • the cast material has a refractive index which is matched to the refractive index of the core of the optical fiber.
  • the end face of the optical fiber extends obliquely to the longitudinal axis of the optical fiber.
  • An optical fiber designed in this way can also be poured into the plug part in a simple manner.
  • the obliquely arranged end face means that light reflected at the exit point is not directed back into the optical fiber, but rather is emitted obliquely.
  • thermoplastic deformation of the polymer optical fiber can damage the low-index sheath material of the optical fiber. It is therefore preferably provided that the cast material has a refractive index which is less than or equal to the refractive index of the cladding of the optical fiber. In this way, the casting material of the connector part acts as a replacement material at the damaged areas of the jacket of the polymer optical fiber.
  • the connector part for lateral positioning is provided with at least two positioning surfaces running parallel to the direction of light emission from the first component.
  • Such surfaces can be molded particularly easily when casting the plug part and serve to reliably position the plug part.
  • the positioning surfaces can be formed, for example, by the outer edges of the plug-in part. These can be particularly precise Can be obtained by molding a microstructured tool in one step with the casting of the plug-in part without the need for finishing steps.
  • the positioning surfaces can also run in the manner of insertion bevels at an angle to the direction in which the plug part is inserted when coupling with the second optical component. This facilitates the insertion of the plug part, which is a great advantage due to the very small dimensions of the plug part.
  • a complementary receiving part can additionally be provided, which is provided with two obliquely arranged contact surfaces against which the positioning surfaces of the plug part rest.
  • the lateral positioning of the plug part takes place in cooperation with the obliquely arranged contact surfaces virtually automatically upon insertion, without additional positioning measures being necessary, since the contact surfaces together with the positioning surfaces act as insertion bevels.
  • the receiving part is provided with two guide pins according to the MT standard, so that the first optical component is connected to an MT via the receiving part -Socket can be connected.
  • the receiving part thus acts like an adapter.
  • the plug part is used to connect several optical components and accordingly has larger dimensions, it may be advantageous that the plug part with at least one
  • Support surface is provided and that in addition a receiving part is provided, on which the support surface rests.
  • the support surface then serves as a mechanical stop, which prevents excessive deflection of the plug part, which would lead to a deteriorated coupling of the two optical components.
  • the receiving part is provided with at least one support projection on which the support surface rests.
  • This Design preferably provides support between adjacent optical components, for example between the individual optical fibers of a fiber array.
  • Direction of the light exit from the first optical component is arranged behind the area of the light exit and abuts the receiving part. With this design, no additional support projections on the receiving part are required; the support surface can rest on the area of the receiving part on which the second optical component to be connected is also arranged.
  • the plug part for axial adjustment is provided with at least one adjustment surface which extends transversely to the direction of the light exit from the first component.
  • This adjustment surface is molded separately from the positioning designs provided for the lateral positioning of the plug part.
  • the adjustment surfaces can either be formed by precisely structured outer edges of the plug part or by the surfaces of additional adjustment designs.
  • the adjustment surface is preferably formed on an adjustment web, and in addition a receiving part is provided which is provided with an adjustment groove for receiving the adjustment web. The adjustment surfaces are then located across the direction of the
  • the adjustment web ends flush with an outside of the plug part and has a rectangular cross section.
  • the adjustment web can then, together with the outer surface, which also forms the end face for an optical fiber accommodated in the plug part, be obtained very precisely and precisely by molding the corresponding wall of the tool.
  • the adjustment web is arranged approximately in the middle of the plug part and has a triangular cross section.
  • This design supports the insertion of the adjustment design into the adjustment groove in the manner of the insertion bevels known from the positioning designs.
  • the receiving part has two adjustment grooves which are complementary to the adjustment web, so that a further plug part can be inserted which is provided with the second optical component. If both the first and the second optical component are optical fibers, a connection of two optical fibers that is very easy to form is created in this way.
  • At least one permanent magnet is embedded in the casting material. If, in addition, a receiving part is provided that is at least partially ferromagnetic, the plug part is attracted to the receiving part by the permanent magnet. This enables a permanent and vibration-proof attachment of the connector part to the
  • a second connector which is also provided with a permanent magnet
  • the two connector parts are pulled towards one another if the magnets are appropriately polarized. In this way, the two light exit surfaces of the optical components to be coupled are held in a fixedly defined position relative to one another without the need for tensioning devices which hold the two connector parts against one another in contact.
  • FIG. 1 shows a cross section along the plane I-I of Figure 3 through an inventive connector part with associated receiving part before the two parts are connected to each other;
  • FIG. 2 shows the plug part and the receiving part of Figure 1 in the interconnected state
  • FIG. 3 shows a side view of the plug part and the receiving part from FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a variant of the plug part of Figures 1 to 3 with associated receiving part in a view corresponding to Figure 2;
  • FIG. 5 is a side view of two connector parts according to a further embodiment with an associated receiving part in the assembled state;
  • FIG. 7 is a side view of a variant of the connector parts shown in Figure 5 with associated receiving part;
  • FIG. 8 is a schematic plan view of a further development of the connector parts shown in Figure 7 with associated receiving part;
  • Figure 9 is a side view of the connector parts and the receiving part of Figure 8.
  • FIG. 10 shows a cross section along the plane X-X of Figure 11 by an inventive connector part with associated receiving part according to another embodiment of the invention
  • FIG. 11 shows a top view of the plug part and the receiving part from FIG. 10;
  • FIG. 12 is a top view of a socket part complementary to the receiving part of FIG. 11;
  • FIG. 15 shows a schematic side view of a plug part according to the invention with an associated receiving part according to a further embodiment
  • FIG. 16 shows a combination of the plug part shown in FIG. 15 with the receiving part and the socket part according to the embodiment of FIGS. 10 to 12;
  • FIG. 17 shows a schematic representation of the scattering losses which occur when the end face is rough
  • FIG. 18 shows, in a schematic illustration, reduced control losses, as can be achieved with a plug part according to the present invention
  • FIG. 19 is a perspective view of a molded part that can be used to manufacture a connector according to the invention.
  • Plug part 10 shown with associated receiving part 50.
  • the plug part 10 serves to connect first optical components 12, which are accommodated in the plug part 10, to second optical components 52, which are arranged on the receptacle part 50.
  • the invention is described below for optical fibers which form the first optical components 12.
  • Either waveguides or also optical fibers are described as second optical components 52.
  • basically other optical components can be connected by means of the described connector, for example laser diodes or similar components, in which a very precise alignment of a light exit surface relative to another optical component is important in order to achieve a low coupling loss.
  • the plug part 10 consists of a casting material in which the optical fibers 12 are embedded.
  • the outer surface of the optical fibers, apart from the end face of the optical fibers, is accessible from the outer surface of the plug part along two line-shaped areas which extend parallel to the longitudinal axis of the corresponding optical fiber. This results from the fact that the optical fibers are poured into the plug part in the same operation in which the plug part itself is manufactured.
  • designs for lateral positioning of the connector part 10 are also molded, which here as
  • Positioning surfaces 14 are configured. The positioning surfaces are arranged obliquely to the direction represented by the arrow P, in which the plug part 10 is connected to the receiving part 50. The method for producing the plug part will be discussed later with reference to FIGS. 19 and 20.
  • the plug part is provided with an adjustment web 16 which extends transversely to the direction of light emission from the end faces of the optical fibers 12.
  • the adjustment web 16 has a rectangular cross section and has an adjustment surface 18 or 20 on its sides aligned in the axial direction.
  • the receiving part 50 can be made of almost any material. In the embodiment shown here, it consists of an optically transparent material and contains a second optical one
  • Component a waveguide 52, which is formed from a suitable material, which is arranged in a trench of the receiving part 50.
  • the receiving part 50 is provided with two contact surfaces 54, which are designed here as the outer surfaces of projections 56, and with an adjustment groove 57 (see FIG. 3).
  • Both the plug part 10 and the receiving part 50 can be produced by molding tools that were obtained by means of the galvanic copying technique. Such molding is known from the field of integrated optical components. When molding the tools, for example, the positioning surfaces 14, the adjustment surfaces 18, 20, the contact surfaces 54 and the adjustment groove 57 can be produced as micro-structured designs with the desired precision.
  • the receiving part 50 which in this embodiment is an integrated optical waveguide substrate, can also be achieved by molding from a suitable tool. In this step, in particular the contact surface 54 and the adjustment groove 57 are molded as microstructured designs.
  • several trenches are molded, which are then filled in a further processing step with a material with suitable optical properties. After this material has hardened, the waveguides 52 are formed in the trenches.
  • the optical waveguides 12 are coupled to the waveguides 52 in that the plug part 10 is placed on the receiving part in the direction indicated by the arrow P, that is to say perpendicular to the direction of the light exit from the end faces of the optical fibers 12.
  • the plug part 10 inserted into the receiving part 50 is held in the position shown by a suitable (not shown) clamping means.
  • An important aspect of the plug part according to the invention is that the positioning of the plug part 10 relative to the receiving part 50 takes place in areas that lie laterally outside the areas where the coupling between the optical fibers 12 and the waveguides 52 takes place.
  • the area of the waveguides 52 there is an increased risk of contamination, for example due to material residues, due to the production of the waveguides on the receiving part 50.
  • these areas are very difficult to clean due to the sensitivity of the waveguide 52. It is therefore advantageous if the plug part 10 and the receiving part 50 touch each other at the end faces in the area of the coupling points between the first and second optical components, but do not sit on one another. This is ensured by the free space between the projections 56 of the receiving part 50. Possibly in this
  • Contamination present in the area then has no effect on the precise arrangement of the first and the second optical components relative to one another.
  • the side of the plug part 10 facing the waveguides 52 is provided with a support surface 22 which rests on the upper side of the receiving part 50. Deflection of the plug part 10 is thus prevented.
  • FIG. 1 A development of the receiving part 50 is shown in FIG.
  • two support projections 58 are provided, which rest on support surfaces 22 of the plug part 10 between the material projections with a triangular cross section, in the area of which the optical fibers 12 are embedded. In the area around the embedded
  • Optical fibers 12 around this embodiment also provide that the corresponding areas of the plug part 10 are freely arranged in corresponding recesses in the receiving part 50; there is contact only on the end faces and not in the material areas in which the optical fibers are embedded.
  • FIGS. 5 and 6 show a further embodiment of the invention which is used to couple optical fibers to one another.
  • two mutually identical plug parts 10, 10 ' are used, in each of which three optical fibers 12 and 52 are embedded.
  • the receiving part 50 is designed here as a guide rail with the projections 56, the contact surfaces 54 of which serve for the lateral positioning of the plug parts 10.
  • the precise microstructured outer edges of the plug parts 10, 10 ' serve as adjustment surfaces 18, 20.
  • the plug parts are inserted into the receiving part 50.
  • the positioning and adjustment surfaces ensure that precise alignment of the two connector parts to each other so that the end faces of the optical fibers are optimally opposite each other.
  • the connector parts 10, 10 ' are held on the receiving part 50 by a suitable (not shown) clamping device. If the plug part 10 'is firmly connected to the receptacle 50, for example glued, there is a type of socket into which the first plug part 10 can be inserted. Then only two parts have to be connected to each other in the concrete application and no longer three parts.
  • FIG. 7 shows a variant of the embodiment shown in FIGS. 5 and 6.
  • adjustment webs 16 with a triangular cross section are used here, which engage in complementary adjustment grooves in the receiving part 50.
  • the sides of the adjustment webs form additional adjustment surfaces 18, 20 which are the
  • FIGS. 8 and 9 show a further development of the embodiment in FIGS. 5 and 6.
  • Small permanent magnets 70 are embedded in the casting material of the plug parts 10, 10 '.
  • the polarization is selected so that the permanent magnets 70 of the connector parts 10, 10 'attract them to one another. Due to the polarization, any parts are always attracted to each other; there is no differentiation between plug and socket.
  • the receiving part 50 is made of a ferromagnetic material, for example nickel.
  • the permanent magnets 70 arranged on the underside of the plug parts 10, 10 ′ therefore also attract the plug parts to the receiving part 50.
  • a detachable, but extremely vibration-proof connection between the optical fibers 12, 52 of the two plug parts 10, 10 ' is thus achieved without a further tensioning device.
  • FIGS. 10 to 12 show how an MT connector can be achieved by means of the connector 10 known from the previous figures.
  • An MT plug is characterized by two guide pins 80 which can be inserted into complementary bores 82 of an MT socket 84.
  • the guide pins 80 together with the bore 82 then serve for the precise alignment of the optical components to be coupled together.
  • the guide pins are attached to the side of the receiving part 50 so that it acts as an adapter.
  • the plug part 10 is inserted into the receiving part 50 and fixed there.
  • the receiving part 50 can then be attached to the MT socket together with the plug part 10 attached to it.
  • the optical fibers 52 accommodated in the MT socket are then coupled to the optical fibers 12 embedded in the plug part 10.
  • FIG. 13 shows a variant of the receiving part 50 to achieve an MT connector.
  • the positioning surfaces 14 of the plug part 10 are not arranged on the inside, as in the previous embodiment, but on the outside. This embodiment results in a somewhat more compact design.
  • FIG. 1 A further variant of the receiving part 50 is shown in FIG.
  • the outer edges of the plug part 10 are formed directly as positioning surfaces 14. These lie on the walls designed as adjustment surfaces 54 of a trough-shaped
  • FIG. 15 shows a plug part 10 inserted into the receptacle 50, which is provided with an optical fiber 12, the end face of which is cut off obliquely to the longitudinal direction of the optical fiber.
  • Example laser diodes with high linearity for the transmission of broadband analog signals The requirements for freedom of reflection are very high, especially in single mode transmission.
  • the manufacture of such a connector part is carried out in a manner similar to the manufacture of the connector parts described above.
  • the suitably cut optical fiber is placed in a tool, taking into account the orientation of the sloping face.
  • the inclined end face lies against the likewise inclined wall of the tool due to a correct axial arrangement of the optical fiber.
  • the casting material is applied, in which the optical fiber is embedded.
  • the casting material is cured so that the plug part 10 is formed.
  • the waveguide 52 in the receiving part 50 must also be formed obliquely in order to achieve a good coupling. This can be done by means of suitable methods which are generally known from microstructure technology, for example by using a microstructured StripOff lid.
  • Optical fibers can also be coupled to one another with similar connector parts. It only has to be taken into account that the end faces of the optical fibers of the one connector part have to be aligned opposite to the oblique ones
  • a micro-structured StripOff lid can be put on, which positions the fibers appropriately.
  • an MT connector can also be achieved with the connector parts according to the invention in which the optical fibers have oblique end faces.
  • a plug part 10, as is known from FIG. 15, is inserted into the receiving part 50, which acts here as an adapter.
  • the MT bushing 84 is, apart from the holes 82 formed instead of the guide pins 80, with the
  • FIG. 19 shows a mold part 100 which can be used to produce a plug part according to the invention.
  • the casting part 100 consists of nickel and is produced by molding an appropriately structured silicon master part. The appropriate steps to manufacture the nickel part, in particular
  • the molded part 100 is provided with a plurality of receptacles 102, which are designed here as guide grooves with a V-shaped cross section. Furthermore, the molded part 100 has positioning surfaces 104 which serve to achieve the positioning configurations 14 of the plug part 10 to be produced.
  • FIG. 20 shows optical fibers 12 which are inserted into the receptacles 102. In this way, an automatic, precise alignment of the optical fibers 12 is achieved. After the optical fibers 12 are inserted into the mold part 100, a cast material 106 is introduced which fills the mold part 100 and thereby the
  • Figure 20 are indicated with the reference numeral 108, free on the surface of the plug part.
  • the manufacturing method itself offers the essential advantage over the known method that the positioning and adjustment design of the plug part are obtained in the same operation as the positioning of the cast optical component, for example the corresponding optical fiber.
  • the optical components cast into the plug part are aligned with the same precision relative to the adjustment and positioning designs as are arranged relative to one another in the casting part.
  • the molded part is obtained by molding a silicon master part that can be processed with extremely high precision, the same high precision also results in the finished plug part. This represents a significant advantage over other methods in which the finished plug part must then be provided with an optical component.
  • the method according to the invention results in a great cost advantage since the optical components to be poured into the plug part

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Abstract

Bei einem Steckerteil zum Koppeln mindestens eines in dem Steckerteil (10) aufgenommenen ersten optischen Bauteils (12) mit einem zweiten optischen Bauteil (52) besteht das Steckerteil (10) aus einem Gußmaterial, in welchem das optische Bauteil (12) so eingebettet ist, daß es zumindest partiell an einer Außenfläche des Steckerteils liegt, und mikrostrukturierte Gestaltungen (14, 16, 18, 20) zur seitlichen Positionierung und axialen Justierung des Steckerteils gebildet sind, wobei die Gestaltungen zur seitlichen Positionierung (14) in Bereichen des Steckerteils (10) angeordnet sind, die nicht zum Einbetten des ersten optischen Bauteils (12) verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste optische Bauteil eine optische Faser.

Description

Steckerteil für eine optische Steckverbindung und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Steckerteil zum Koppeln mindestens eines in dem Steckerteil aufgenommenen ersten optischen Bauteils mit einem zweiten optischen Bauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Steckerteils.
Das Steckerteil dient dazu, optische Bauteile, beispielsweise Lichtleitfasern, mit einem anderen optischen Bauteil zu verbinden, beispielsweise einem Wellenleiter oder einer weiteren Lichtleitfaser. Im Gegensatz zu elektrischen Steckverbindern ist bei Steckerteilen, welche optische Bauteile miteinander verbinden, eine hohe Präzision hinsichtlich der Positionierung und der Winkelausrichtung der zu koppelnden Bauteile relativ zueinander erforderlich, wenn die
Verbindung eine niedrige optische Dämpfung ergeben soll.
Wenn eines der zu koppelnden optischen Bauteile eine Lichtleitfaser ist, stellt die Beschaffenheit der Stirnfläche der im Steckerteil endenden Lichtleitfaser eine kritische Größe dar. Ist diese Oberfläche zu rauh, ergeben sich an ihr auch bei ansonsten perfekter Ausrichtung hinsichtlich Position und Winkel zusätzliche Streuungen, welche die Koppeldämpfung von dem Lichtwellenleiter zum anderen optischen Bauteil erhöhen.
Weitere Probleme treten auf, wenn mittels des Steckerteils nicht nur ein einziges optisches Bauteil angeschlossen werden soll, sondern mehrere optische Bauteile, beispielsweise ein Array aus bis zu zehn oder mehr Lichtleitfasern. In diesem Fall muß für jede einzelne Lichtleitfaser des Arrays die gleiche hohe Präzision erreicht werden. Aus dem Stand der Technik sind Stcckertcilc für Glas- Lichtleitfasern bekannt, die im wesentlichen aus einer mit höchster Präzision hergestellten Metall- oder Keramikferule bestehen. Die Lichtleitfaser wird in die Ferule eingeführt und dort fixiert; anschließend wird die Stirnfläche mit großer Sorgfalt poliert. Die
Ferulen des Steckerteils und des komplementären Buchsenteils werden über einen sehr präzisen Führungsmechanismus zueinander justiert. Ein solches Steckerteil ist jedoch sehr aufwendig in der Herstellung, und auch die auszubildende Steckverbindung ist sehr aufwendig.
Eine günstiger erzielbare Steckverbindung für Lichtleitfaser- Arrays stellt der sogenannte MT-Stecker dar. Dieser besteht aus einem Kunststoffträger, in dessen Körper präzise Löcher zur Aufnahme der Lichtleitfasern eingearbeitet sind. Die Lichtleitfasern werden in diese Löcher eingeführt, dort verklebt und anschließend stirnseitig poliert. Die Führung des Steckerteils zu einem komplementären Buchsenteil erfolgt über zwei seitlich angebrachte Führungsstifte. Zwar sind auch bei dieser Steckverbindung die Herstellungskosten vergleichsweise hoch, da der die Lichtleitfasern tragende Kunststoff- körper sehr teuer ist. Allerdings läßt sich die Steckverbindung selber vergleichsweise einfach erzielen. Dessenungeachtet ist auch bei dieser Art von Steckverbindungen erforderlich, die Stirnflächen der Lichtleitfasern zu polieren.
Neuerdings sind auch Steckverbindungen bekannt, welche anisotrop geätzte Siliziumträger als Führungselemente sowie durch Siliziumoberflächenmechanik hergestellte Andruckfedern zur Faserfixierung verwenden. Derartige Ansätze sind außerhalb von Laborbedingungen allerdings kaum handhabbar. Außerdem handelt es sich hier, da die Verbindung im Regelfall nicht gelöst wird, eher um eine
Spleißverbindung als um eine Steckverbindung. Schließlich ist aus der DE 196 44 758 AI eine Zentrieranordnung zum Positionieren von mikrostrukturierten Körpern bekannt. Bei dieser Anordnung ist der Körper mit Führungsflanken versehen, die in einer entsprechenden Ausnehmung eines Gegenstücks eingreifen können. Auf diese Weise ist die präzise Ausrichtung des einen Körpers gegenüber des Gegenstücks gewährleistet. Nicht gelöst wird bei der beschriebenen Anordnung das Problem, wie die in dem mit den Führungsflanken versehenen Körper aufgenommenen optischen Bauteile, beispielsweise Lichtleitfasern, präzise positioniert werden können. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Steckerteil zum Ausbilden einer Steckverbindung zu schaffen, das sowohl kostengünstig herstellbar ist als auch eine präzise Kopplung optischer Bauteile miteinander ermöglicht.
Zu diesem Zweck ist bei einem Steckerteil der eingangs genannten Art vorgesehen, daß es aus einem Gußmaterial besteht, in welchem das optische Bauteil so eingebettet ist, daß es zumindest partiell an einer Außenfläche des Steckerteils liegt, und mikrostrukturierte Gestaltungen zur seitlichen Positionierung und axialen Justierung des
Steckerteils gebildet sind, wobei die Gestaltungen zur seitlichen Positionierung in Bereichen des Steckerteils angeordnet sind, die nicht zum Einbetten des ersten optischen Bauteils verwendet werden. Dieses Steckerteil beruht also auf dem Grundgedanken, das Material, aus dem das Steckerteil besteht, sowohl zum Halten des optischen
Bauteils als auch zum Erzielen von Positionier- und Justiergestaltungen zu verwenden. Dies ermöglicht, in einem einzigen Arbeitsschritt das optische Bauteil in das Steckerteil einzugießen und die gewünschten Positionier- und Justiergestaltungen abzuformen. Die Tatsache, daß das optische Bauteil zumindest partiell an einer
Außenfläche des Steckerteils liegt, resultiert daraus, daß das optische Bauteil in das Steckerteil eingegoßen wird. An den Stellen, an denen es von einem entsprechenden Gußformteil während des Vorgangs des Eingießens gehalten wird, ist das optische Bauteil nach dem Aushärten des Gußmaterials frei zugänglich. Weiterhin ist vorgesehen, daß die Gestaltungen zur seitlichen Positionierung des Steckerteils in Bereichen angeordnet sind, die nicht zum Einbetten des ersten optischen Bauteils verwendet werden. Die Positioniergestaltungen sind somit in Bereichen des Steckerteils angeordnet, die von der Lichtaustrittsfläche des optischen Bauteils entfernt sind. Dies ermöglicht eine einfachere Reinigung der Positioniergestaltungen und der komplementären Gestaltungen an dem zur Aufnahme des Steckerteils dienenden Aufnahmeteil. In der Nähe der Lichtaustrittsfläche des im Steckerteil angeordneten optischen Bauteils befindet sich nämlich das mit diesem Bauteil zu koppelnde zweite optische Bauteil, von welchem
Verschmutzungen ausgehen können, beispielsweise Klebstoffe, wenn es sich um eine in das Aufnahmeteil eingeklebte Lichtleitfaser handelt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Gußmaterial optisch transparent ist und den Lichtaustrittsbereich des ersten optischen Bauteils zumindest teilweise abdeckt. Dies ist insbesondere dann, wenn es sich bei dem ersten optischen Bauteil um eine Lichtleitfaser handelt, vorteilhaft, da das Gußmaterial eventuell vorhandene Unebenheiten der Stirnfläche der Lichtleitfaser ausfüllt, so daß dort andernfalls auftretende Streuungen vermieden werden. Zu diesem Zweck kann insbesondere vorgesehen sein, daß das Gußmaterial einen Brechungsindex hat, der an den Brechungsindex des Kerns der Lichtleitfaser angepaßt ist.
Falls ein Steckerteil gewünscht ist, das im hohen Maße reflexionsfrei ist, kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß die Stirnfläche der Lichtleitfaser schräg zur Längsachse der Lichtleitfaser verläuft. Auch eine derart gestaltete Lichtleitfaser kann in einfacher Weise in das Steckerteil eingegossen werden. Die schräg angeordnete Stirnfläche führt dazu, daß an der Austrittsstelle reflektiertes Licht nicht in die Lichtleitfaser zurückgeleitet wird, sondern schräg abgestrahlt wird.
Bei diesem thermoplastischen Verformen der Polymer-Lichtleitfaser kann es zu einer Beschädigung des niederbrechenden Mantelmaterials der Lichtleitfaser kommen. Es ist daher vorzugsweise vorgesehen, daß das Gußmaterial einen Brechungsindex hat, der kleiner oder gleich dem Brechungsindex des Mantels der Lichtleitfaser ist. Auf diese Weise wirkt das Gußmaterial des Steckerteils als Ersatzmaterial an den beschädigten Stellen des Mantels der Polymer-Lichtleitfaser.
Gemäß einer bevorzugten Ausührungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Steckerteil zur seitlichen Positionierung mit mindestens zwei parallel zur Richtung des Lichtaustritts aus dem ersten Bauteil verlaufenden Positionierflächen versehen ist. Solche Flächen können beim Gießen des Steckerteils besonders einfach abgeformt werden und dienen zur zuverlässigen Positionierung des Steckerteils.
Die Positionierflächen können beispielsweise durch die Außenkanten des Steckcrteils gebildet sein. Diese können in besonders präziser Weise durch Abformen von einem mikrostrukturierten Werkzeug in einem Arbeitsgang mit dem Gießen des Steckcrteils erhalten werden, ohne daß Endbearbeitungsschritte erforderlich sind.
Die Positionierflächen können auch nach Art von Einführschrägen schräg zur Richtung des Einsetzens des Steckerteils beim Koppeln mit dem zweiten optischen Bauteil verlaufen. Dies erleichtert das Einsetzen des Steckerteils, was aufgrund der unter Umständen sehr kleinen Abmessungen des Steckerteils ein großer Vorteil ist.
Um eine vollständige Steckverbindung zu erhalten, kann zusätzlich ein komplementäres Aufnahmeteil vorgesehen sein, das mit zwei schräg angeordneten Anlageflächen versehen ist, an denen die Positionierflächen des Steckerteils anliegen. Die seitliche Positionierung des Steckerteils erfolgt im Zusammenwirken mit den schräg angeordneten Anlageflächen quasi automatisch beim Einsetzen, ohne daß zusätzliche Positionierungsmaßnahmen erforderlich sind, da die Anlageflächen zusammen mit den Positionierflächen als Einführschrägen wirken.
Um eine Verwendung des Steckerteils in Verbindung mit dem weit verbreiteten MT-Stecker zu ermöglichen, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß das Aufnahmeteil mit zwei Führungsstiften gemäß MT-Standard versehen ist, so daß das erste optische Bauteil über das Aufnahmeteil an eine MT-Buchse angeschlossen werden kann. Das Aufnahmeteil wirkt also nach Art eines Adapters.
Wenn das Steckerteil dazu dient, mehrere optische Bauteile anzuschließen und dementsprechend größere Abmessungen hat, kann es vorteilhaft sein, daß das Steckerteil mit mindestens einer
Abstützfläche versehen ist und daß zusätzlich ein Aufnahmeteil vorgesehen ist, an dem Abstützfläche anliegt. Die Abstützfläche dient dann als mechanischer Anschlag, der eine übermäßige Durchbiegung des Steckerteils, die zu einer verschlechterten Kopplung der beiden optischen Bauteile führen würde, verhindert.
Es kann vorgesehen sein, daß das Aufnahmeteil mit mindestens einem Abstützvorsprung versehen ist, an dem die Abstützfläche anliegt. Diese Gestaltung bietet eine Abstützung vorzugsweise zwischen nebeneinanderliegenden optischen Bauteilen, beispielsweise zwischen den einzelnen Lichtleitfasern eines Faser-Arrays.
Es kann auch vorgesehen sein, daß die Abstützfläche in der
Richtung des Lichtaustritts aus dem ersten optischen Bauteil hinter dem Bereich des Lichtaustritts angeordnet ist und an dem Aufnahmeteil anliegt. Bei dieser Gestaltung sind keine zusätzlichen Abstützvorsprünge am Aufnahmeteil erforderlich; die Abstützfläche kann an dem Bereich des Aufnahmeteils anliegen, an dem auch das anzuschließende zweite optische Bauteil angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Steckerteil zur axialen Justierung mit mindestens einer Justierfläche versehen ist, die sich quer zur Richtung des Lichtaustritts aus dem ersten Bauteil erstreckt. Diese Justierfläche wird getrennt von den zur seitlichen Positionierung des Steckerteils vorgesehenen Positioniergestaltungen abgeformt. Die Justierflächen können entweder durch präzise strukturierte Außenkanten des Steckerteils oder durch die Flächen an zusätzlichen Justiergestaltungen gebildet sein.
Vorzugsweise ist die Justierfläche an einem Justiersteg ausgebildet, und zustätzlich ist ein Aufnahmeteil vorgesehen, das mit einer Justiernut zur Aufnahme des Justiersteges versehen ist. Die Justierflächen befinden sich dann an den quer zur Richtung des
Lichtaustritts aus dem ersten Bauteil ausgerichteten Seiten des Justiersteges. Im Vergleich zu einer Justierung mittels der Außenkanten des Steckerteils ergibt sich der Vorteil, daß die in der einen und der anderen axialen Richtung wirkenden Justierflächen räumlich nahe beieinander sind, weshalb sie mit sehr großer Präzision abgeformt werden können.
Es kann vorgesehen sein, daß der Justiersteg bündig mit einer Außenseite des Steckerteils endet und einen rechteckigen Querschnitt hat. Der Justiersteg kann dann zusammen mit der Außenfläche, die auch die Stirnseite für eine in dem Steckerteil aufgenommene Lichtleitfaser bildet, sehr präzise und eben durch Abformen der entsprechenden Wand des Werkzeugs erhalten werden. Es kann auch vorgsehen sein, daß der Justiersteg etwa in der Mitte des Steckerteils angeordnet ist und einen dreieckigen Querschnitt hat.
Diese Gestaltung unterstützt das Einführen der Justiergestaltung in die Justiernut nach der Art der von den Positioniergestaltungen bekannten Einführschrägen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Aufnahmeteil zwei zu dem Justiersteg komplementäre Justiernuten aufweist, so daß ein weiteres Steckerteil eingesteckt werden kann, das mit dem zweiten optischen Bauteil versehen ist. Wenn sowohl das erste als auch das zweite optische Bauteil Lichtleitfasern sind, wird auf diese Weise eine sehr einfach auszubildende Verbindung von zwei Lichtleitfasern geschaffen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß mindestens ein Permanentmagnet in das Gußmaterial eingebettet ist. Wenn zusätzlich ein Aufnahmeteil vorgesehen ist, das mindestens teilweise ferromagnetisch ist, wird das Steckerteil von dem Permanentmagneten an das Aufnahmeteil angezogen. Dies ermöglicht eine dauerhafte und vibrationssichere Befestigung des Steckerteils an dem
Aufnahmeteil, so daß zusätzliche Befestigungsmittel nicht erforderlich sind. Wenn ein zweiter Steckverbinder vorgesehen ist, der ebenfalls mit einem Permanentmagneten versehen ist, werden die beiden Steckerteile bei geeigneter Polarisierung der Magnete aneinander- gezogen. Auf diese Weise werden die beiden Lichtaustrittsflächen der zu koppelnden optischen Bauteile in einer fest definierten Position relativ zueinander gehalten, ohne daß Spannvorrichtungen erforderlich sind, welche die beiden Steckerteile in Anlage aneinander halten.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf verschiedene
Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
- Figur 1 einen Querschnitt entlang der Ebene I-I von Figur 3 durch ein erfindungsgemäßes Steckerteil mit zugehörigem Aufnahmeteil, bevor die beiden Teile miteinander verbunden sind;
- Figur 2 das Steckerteil und das Aufnahmeteil von Figur 1 im miteinander verbundenen Zustand; Figur 3 in einer Seitenansicht das Steckerteil und das Aufnahmeteil von Figur 2;
- Figur 4 eine Variante des Steckerteils der Figuren 1 bis 3 mit zugehörigem Aufnahmeteil in einer Ansicht entsprechend Figur 2;
- Figur 5 in einer Seitenansicht zwei Steckerteile gemäß einer weiteren Ausführungsform mit zugehörigem Aufnahmeteil in montiertem Zustand;
- Figur 6 einen Querschnitt entlang der Ebene VI- VI von Figur 5;
- Figur 7 in einer Seitenansicht eine Variante der in Figur 5 gezeigten Steckerteile mit zugehörigem Aufnahmeteil;
- Figur 8 in einer schematischen Draufsicht eine Weiterentwicklung der in Figur 7 gezeigten Steckerteile mit zugehörigem Aufnahmeteil;
Figur 9 in einer Seitenansicht die Steckerteile und das Aufnahmeteil von Figur 8;
- Figur 10 einen Querschnitt entlang der Ebene X-X von Figur 11 durch ein erfindungsgemäßes Steckerteil mit zugehörigem Aufnahmeteil gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Figur 11 in einer Draufsicht das Steckerteil und das Aufnahmeteil von Figur 10;
- Figur 12 in einer Draufsicht ein zum Aufnahmeteil von Figur 11 komplementäres Buchsenteil;
- Figur 13 in einer Ansicht entsprechend derjenigen von Figur 10 eine Variante des Steckerteils mit zugehörigem Aufnahmeteil gemäß der Ausführungsform der Figuren 10 bis 12;
- Figur 14 in einer Ansicht entsprechend derjenigen von Figur 10 eine weitere Variante des Stcckerteils mit zugehörigem Aufnahmeteil gemäß der Ausführungsform der Figuren 10 bis 12; Figur 15 in einer schematischen Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Steckerteil mit zugehörigem Aufnahmeteil gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- Figur 16 eine Kombination des in Figur 15 gezeigten Steckerteils mit dem Aufnahmeteil und dem Buchsenteil gemäß der Ausführungsform der Figuren 10 bis 12;
Figur 17 in einer schematischen Darstellung die Streuungsverluste, die sich bei rauher Stirnfläche einer
Lichtleitfaser ergeben können;
Figur 18 in einer schematischen Darstellung verringerte Steuungsverluste, wie sie mit einem Steckerteil gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden können;
- Figur 19 in einer perspektivischen Ansicht ein Gußformteil, das zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Steckertcils verwendet werden kann; und
- Figur 20 in einem Querschnitt das Gußformteil von Figur 19 während eines Schrittes der Herstellung eines erfindungsgemäßen Steckerteils.
In den Figuren 1, 2 und 3 ist schematisch ein erfindungsgemäßes
Steckerteil 10 mit zugehörigem Aufnahmeteil 50 gezeigt. Das Steckerteil 10 dient zum Anschließen von ersten optischen Bauteilen 12, die im Steckerteil 10 aufgenommen sind, an zweite optische Bauteile 52, die am Aufnahmeteil 50 angeordnet sind. Nachfolgend wird die Erfindung beschrieben für Lichtleitfasern, welche die ersten optischen Bauteile 12 bilden. Als zweite optische Bauteile 52 werden entweder Wellenleiter oder ebenfalls Lichtleitfasern beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß grundsätzlich andere optische Bauteile mittels des beschriebenen Steckverbinders angeschlossen werden können, beispielsweise Laserdioden oder ähnliche Bauteile, bei denen es auf eine sehr präzise Ausrichtung einer Lichtaustrittsfläche relativ zu einem anderen optischen Bauteil ankommt, um eine geringe Koppeldämpfung zu erzielen. Das Steckerteil 10 besteht aus einem Gußmaterial, in das die Lichtleitfasern 12 eingebettet sind. Die Außenfläche der Lichtleitfasern ist, abgesehen von der Stirnfläche der Lichtleitfasern, entlang jeweils zweier linienförmiger Bereiche, die sich parallel zu Längs- achse der entsprechenden Lichtleitfaser erstrecken, von der Außenfläche des Steckerteils zugänglich. Dies ergibt sich dadurch, daß die Lichtleitfasern in demselben Arbeitsgang in das Steckerteil eingegoßen werden, in welchem auch das Steckerteil an sich hergestellt wird. Beim Gießen des Steckerteils 10 werden auch Gestaltungen zur seitlichen Positionierung des Steckerteils 10 abgeformt, die hier als
Positionierflächen 14 ausgestaltet sind. Die Positionierflächen sind schräg zu der durch den Pfeil P dargestellten Richtung angeordnet, in der das Steckerteil 10 mit dem Aufnahmeteil 50 verbunden wird. Auf das Verfahren zur Herstellung des Steckerteils wird später mit Bezug auf die Figuren 19 und 20 eingegangen.
Zur Justierung des Steckerteils in axialer Richtung ist das Steckerteil mit einem Justiersteg 16 versehen, der sich quer zur Richtung des Lichtaustritts aus den Stirnflächen der Lichtleitfasern 12 erstreckt. Der Justiersteg 16 hat einen rechteckigen Querschnitt und weist auf seinen in axialer Richtung ausgerichteten Seiten eine Justierfläche 18 bzw. 20 auf.
Das Aufnahmeteil 50 kann aus einem nahezu beliebigen Material hergestellt sein. Es besteht bei der hier gezeigten Ausführungform aus einem optisch transparenten Material und enthält als zweites optisches
Bauteil einen Wellenleiter 52, der aus einem geeigneten Material gebildet ist, das in einem Graben des Aufnahmeteils 50 angeordnet ist.
Das Aufnahmeteil 50 ist mit zwei Anlageflächen 54 versehen, die hier als die außenliegenden Flächen von Vorsprüngen 56 ausgestaltet sind, sowie mit einer Justiernut 57 (siehe Figur 3). Sowohl das Steckerteil 10 als auch das Aufnahmeteil 50 können durch Abformen von Werkzeugen hergestellt werden, die mittels der galvanischen Umkopier- technik erhalten wurden. Ein solches Abformen ist aus dem Bereich der integrierten optischen Bauteile bekannt. Beim Abformen der Werkzeuge lassen sich beispielsweise die Positionierflächen 14, die Justierflächen 18, 20, die Anlageflächen 54 und die Justiernut 57 als mikrostrukturierte Gestaltungen mit der gewünschten Präzision herstellen. Das Aufnahmeteil 50, das bei dieser Ausführungsform ein integriert-optisches Wellenleitersubstrat ist, kann ebenfalls durch Abformen von einem geeigneten Werkzeug erzielt werden. Bei diesem Schritt werden insbesondere die Anlagefläche 54 sowie die Justiernut 57 als mikrostrukturiertc Gestaltungen abgeformt. Zusätzlich werden mehrere Gräben abgeformt, die dann in einem weiteren Bearbeitungsschritt mit einem Material mit geeigneten optischen Eigenschaften ausgefüllt werden. Nach Aushärten dieses Materials sind in den Gräben die Wellenleiter 52 gebildet.
Die Lichtwellenleiter 12 werden mit den Wellenleitern 52 dadurch gekoppelt, daß das Steckerteil 10 in der vom Pfeil P angedeuteten Richtung auf das Aufnahmeteil aufgesetzt wird, also senkrecht zur Richtung des Lichtaustritts aus den Stirnflächen der Lichtleitfasern 12. Dabei sorgen die Positionierflächen 14 zusammen mit den
Anlageflächen 54 für die Positionierung des Steckerteils 10 relativ zum Aufnahmeteil 50 in seitlicher Richtung, während die Justierflächen 18, 20 durch Anlage an den Seitenwänden der Justiernut 57 für die axiale Justierung des Steckerteils 10 relativ zum Aufnahmeteil 50 sorgen. Durch geeignete Ausgestaltung der Vorsprünge 56 wird außerdem sichergestellt, daß sich der Steckerteil 10 im richtigen Abstand vom Aufnahmeteil 50 befindet. Nun liegen die Stirnflächen der Lichtleitfasern 12 den Stirnflächen der Wellenleiter 52 präzise ausgerichtet gegenüber, so daß in den Lichtleitfasern 12 geleitete Signale mit geringen Verlusten in die Wellenleiter 52 eingekoppelt werden können, und umgekehrt.
Das in das Aufnahmeteil 50 eingesetzte Steckerteil 10 wird in der gezeigten Stellung von einem geeigneten (nicht dargestellten) Spannmittel gehalten.
Ein wichtiger Aspekt des erfindungsgemäßen Steckerteils besteht darin, daß die Positionierung des Steckerteils 10 relativ zum Aufnahmeteil 50 in Bereichen geschieht, die seitlich außerhalb der Bereiche liegen, an denen die Kopplung zwischen den Lichtleitfasern 12 und den Wellenleitern 52 erfolgt. Im Bereich der Wellenleiter 52 besteht nämlich aufgrund der Herstellung der Wellenleiter am Aufnahmeteil 50 die erhöhte Gefahr von Verschmutzungen, beispielsweise durch Materialrückstände. Außerdem können aufgrund der Empfindlichkeit des Wellenleiters 52 diese Bereiche nur sehr schwer gereinigt werden. Daher ist es von Vorteil, wenn das Steckerteil 10 und das Aufnahmeteil 50 im Bereich der Koppelstellen zwischen den ersten und zweiten optischen Bauteilen einander zwar an den Stirnseiten berühren, aber nicht aufeinander aufsitzen. Dies ist durch den Freiraum zwischen den Vorsprüngen 56 des Aufnahmeteils 50 gewährleistet. Eventuell in diesem
Bereich vorhandene Verschmutzungen haben dann keine Auswirkung auf die präzise Anordnung der ersten und der zweiten optischen Bauteile relativ zueinander.
Um eine Durchbiegung des Steckerteils 10 zwischen den
Positionierflächen 14 zu verhindern, ist die den Wellenleitern 52 zugewandte Seite des Steckerteils 10 mit einer Abstützfläche 22 versehen, die auf der Oberseite des Aufnahmeteils 50 aufliegt. Eine Durchbiegung des Steckerteils 10 ist somit verhindert.
In Figur 4 ist eine Weiterbildung des Aufnahmeteils 50 gezeigt. Es sind zusätzlich zwei Abstützvorsprünge 58 vorgesehen, die zwischen den Materialvorsprüngen mit dreieckigem Querschnitt, in deren Bereich die Lichtleitfasern 12 eingebettet sind, an Abstützflächen 22 des Steckerteils 10 anliegen. Im Bereich um die eingebetteten
Lichtleitfasern 12 herum ist auch bei dieser Ausführungsform vorgesehen, daß die entsprechenden Bereiche des Steckerteils 10 frei in entsprechenden Aussparungen des Aufnahmeteils 50 angeordnet sind; eine Berührung liegt nur an den Stirnseiten und nicht in den Materialbereichen vor, in denen die Lichtleitfasern eingebettet sind.
In den Figuren 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die zur Kopplung von Lichtleitfasern untereinander dient. Hier werden zwei zueinander gleiche Steckerteile 10, 10' verwendet, in die jeweils drei Lichtleitfasern 12 bzw. 52 eingebettet sind. Das Aufnahmeteil 50 ist hier als Führungsschiene mit den Vorsprüngen 56 ausgebildet, deren Anlageflächen 54 zur seitlichen Positionierung der Steckerteile 10 dienen. Als Justierflächen 18, 20 dienen bei dieser Ausführungsform die präzisen mikrostrukturierten Außenkanten der Steckerteile 10, 10' . Diese liegen an zwei
Anlageleisten 60 des Aufnahmeteils 50 an.
Um die Lichtleitfasern 12, 52 der beiden Steckerteile 10, 10' miteinander zu verbinden, werden die Steckerteile in das Aufnahmeteil 50 eingesetzt. Die Positionier- und die Justierflächen sorgen für die präzise Ausrichtung der beiden Steckerteile zueinander, so daß die Stirnflächen der Lichtleitfasern einander optimal gegenüberliegen. Die Steckerteile 10, 10' werden an dem Aufnahmeteil 50 von einer geeigneten (nicht dargestellten) Spannvorrichtung gehalten. Wenn das Steckerteil 10' fest mit der Aufnahme 50 verbunden wird, beispielsweise verklebt, ergibt sich eine Art Buchse, in die das ersten Steckerteil 10 eingesetzt werden kann. Es müssen dann bei der konkreten Anwendung nur noch zwei Teile miteinander verbunden werden und nicht mehr drei Teile.
In Figur 7 ist eine Variante der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ausführungsform dargestellt. Zusätzlich werden hier Justierstege 16 mit dreieckigem Querschnitt verwendet, die in komplementäre Justiernuten im Aufnahmeteil 50 eingreifen. Die Seiten der Justierstege bilden zusätzliche Justierflächen 18, 20, welche die
Ausrichtung der beiden Steckerteile 10, 10' im Aufnahmeteil 50 in axialer Richtung unterstützen.
In den Figuren 8 und 9 ist eine Weiterbildung der Ausführungsform der Figuren 5 und 6 gezeigt. Im Gußmaterial der Steckerteile 10, 10' sind kleine Permanentmagnete 70 eingebettet. Die Polarisierung ist so gewählt, daß die Permanentmagnete 70 der Steckerteile 10, 10' diese aneinander anziehen. Aufgrund der Polarisierung werden beliebige Teile immer aneinander angezogen; eine Differenzierung in Stecker/Buchse erfolgt nicht.
Ferner ist das Aufnahmeteil 50 aus einem ferromagnetischen Material hergestellt, beispielsweise Nickel. Die auf der Unterseite der Steckerteile 10, 10' angeordneten Permanentmagnete 70 ziehen daher die Steckerteile auch an das Aufnahmeteil 50 an. Somit wird ohne eine weitere Spannvorrichtung eine lösbare, jedoch extrem vibrationsfeste Verbindung zwischen den Lichtleitfasern 12, 52 der beiden Steckerteile 10, 10' erzielt.
Gemäß einer nicht dargestellten Weiterbildung können die
Permanentmagnete auch als Bügelmagnete ausgeführt werden, welche quer zur Erstreckungsrichtung der Lichtleitfasern angeordnet sind. Die Bügelmagnete dienen dann beim Vergießen der Lichtleitfasern im Gußmaterial zur Fixierung der Lichtleitfasern. In den Figuren 10 bis 12 ist gezeigt, wie mittels des aus den vorangegangenen Figuren bekannten Steckverbinders 10 ein MT-Stecker erzielt werden kann. Ein MT-Stecker zeichnet sich durch zwei Führungsstifte 80 aus, die in komplementäre Bohrungen 82 einer MT- Buchse 84 eingeschoben werden können. Die Führungsstifte 80 zusammen mit der Bohrung 82 dienen dann zur präzisen Ausrichtung der miteinander zu koppelnden optischen Bauteile. Bei der in den Figuren 10 bis 12 gezeigten Ausführungsform sind die Führungsstifte seitlich am Aufnahmeteil 50 angebracht, so daß dieses als Adapter wirkt. Das Steckerteil 10 wird in das Aufnahmeteil 50 eingesetzt und dort fixiert. Anschließend kann das Aufnahmeteil 50 zusammen mit dem an ihm angebrachten Steckerteil 10 an der MT-Buchse angebracht werden. Die in der MT-Buchse aufgenommenen Lichtleitfasern 52 sind dann mit den in dem Steckerteil 10 eingebetteten Lichtleitfasern 12 gekoppelt.
In Figur 13 ist eine Variante des Aufnahmeteils 50 zur Erzielung eines MT-Steckers gezeigt. Bei dieser Variante sind die Positionierflächen 14 des Steckerteils 10 nicht innenliegend angeordnet, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform, sondern außenliegend. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine etwas kompaktere Gestaltung.
In Figur 14 ist eine weitere Variante des Aufnahmeteils 50 gezeigt. Bei dieser Variante sind unmittelbar die Außenkanten des Steckerteils 10 als Positionierflächen 14 ausgebildet. Diese liegen an den als Justierflächen 54 ausgebildeten Wänden einer trogförmigen
Vertiefung des Aufnahmeteils 50 an. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine noch kompaktere Gestaltung; allerdings steigt der Herstellungsaufwand an.
In Figur 15 ist ein in die Aufnahme 50 eingesetztes Steckerteil 10 gezeigt, das mit einer Lichtleitfaser 12 versehen ist, deren Stirnfläche schräg zur Längsrichtung der Lichtleitfaser abgeschnitten ist. Eine solche Ausgestaltung kann dann erforderlich werden, wenn mittels der Lichtleitfaser 12 Bauteile angeschlossen werden sollen, die sehr empfindlich auf zurückreflektiertes Licht reagieren (zum
Beispiel Laserdioden mit hoher Linearität zur Übertragung breitbandiger analoger Signale). Insbesondere in der Singlemode- Übertragung sind die Anforderungen an die Reflexionsfreiheit sehr hoch. Um die Reflexionsfrciheit bei der Kopplung von Lichtleitfasern mit anderen Lichtleitfasern oder mit einem integriert-optischen Bauteil zu erreichen, werden die Lichtleitfasern in einem Winkel von etwa 10° schräg abgeschnitten. Ein an der Koppelstelle entstehender Reflex wird dadurch nicht zurück in die Lichtleitfaser geleitet, sondern abgestrahlt.
Die Herstellung eines solchen Steckerteils erfolgt in ähnlicher Weise wie die Herstellung der im vorangegangenen beschriebenen Steckerteile. Die geeignet abgeschnittene Lichtleitfaser wird in einem Werkzeug angeordnet, wobei die Ausrichtung der schrägen Stirnfläche beachtet werden muß. Die schräge Stirnfläche liegt dabei aufgrund einer korrekten axialen Anordnung der Lichtleitfaser an der ebenfalls schrägen Wand des Werkzeugs an. Anschließend wird das Gußmaterial aufgebracht, in das die Lichtleitfaser eingebettet wird. Zuletzt wird das Gußmaterial ausgehärtet, so daß das Steckerteil 10 gebildet ist.
Der Wellenleiter 52 im Aufnahmeteil 50 muß, um eine gute Kopplung zu erreichen, ebenfalls schräg ausgebildet werden. Dies kann mittels geeigneter, aus der Mikrostrukturtechnik allgemein bekannter Verfahren geschehen, beispielsweise durch Verwendung eines mikrostrukturierten StripOff-Deckels.
Mit ähnlichen Steckerteilen können auch Lichtleitfasern miteinander gekoppelt werden. Es muß lediglich beachtet werden, daß die Stirnflächen der Lichtleitfasern des einen Steckerteils entgegengesetzt ausgerichtet werden müssen wie die schrägen
Stirnflächen der Lichtleitfasern im anderen Steckerteil. Zum Gießen der Steckerteile kann ein mikrostrukturierter StripOff- Deckel aufgesetzt werden, der die Fasern geeignet positioniert.
Wie in Figur 16 zu sehen ist, kann auch ein MT-Stecker mit den erfindungsgemäßen Steckerteilen erzielt werden, bei denen die Lichtleitfasern schräge Stirnflächen aufweisen. In das hier als Adapter wirkende Aufnahmeteil 50 wird ein Steckerteil 10 eingesetzt, wie es aus Figur 15 bekannt ist. Die MT-Buchse 84 ist, abgesehen von der anstelle der Führungsstifte 80 ausgebildeten Bohrungen 82, mit dem
Aufnahmeteil 50 identisch. Die MT-Buchse ist lediglich um 180° um die Längsachse gedreht, so daß die schrägen Stirnflächen der Lichtleitfasern 12, 52 aneinander bündig anliegen. Es ist dabei lediglich zu beachten, daß die Führungsstiftc und die Bohrungen in derselben Ebene angeordnet sind wie die Lichtleitfasern. In Figur 19 ist ein Gußformteil 100 dargestellt, das zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Steckerteils verwendet werden kann. Das Gußformteil 100 besteht aus Nickel und ist durch Abformen eines entsprechend strukturierten Silizium-Masterteils hergestellt. Die geeigneten Schritte zur Herstellung des Nickelteils, insbesondere
Bearbeitung des Silizium-Masterteils und galvanisches Umkopieren, sind dem Fachmann gut bekannt, so daß hierauf nicht weiter eingegangen wird.
Das Gußformteil 100 ist mit mehreren Aufnahmen 102 versehen, die hier als Führungsnuten mit V-förmigem Querschnitt ausgebildet sind. Weiterhin weist das Gußformteil 100 Positionierflächen 104 auf, die zur Erzielung der Positioniergestaltungen 14 des herzustellenden Steckerteils 10 dienen.
In Figur 20 sind Lichtleitfasern 12 zu sehen, die in die Aufnahmen 102 eingelegt sind. Auf diese Weise wird eine automatische, präzise Ausrichtung der Lichtleitfasern 12 erzielt. Nachdem die Lichtleitfasern 12 in das Gußformteil 100 eingelegt sind, wird ein Gußmaterial 106 eingebracht, welches das Gußformteil 100 ausfüllt und dabei die
Strukturen wie die Positionierflächen 104 sowie die Aufnahmen 102 abformt. Es ist dabei offensichtlich, daß das Gußmaterial 106 nicht an die Stellen des Gußformteils 100 gelangen kann, an denen die eingelegten Lichtleitfasern 12 anliegen. Somit liegen die eingelegten Lichtleitfasern 12 entlang jeweils linienförmiger Bereiche, die in
Figur 20 mit dem Bezugszeichen 108 angedeutet sind, an der Oberfläche des Steckerteils frei. Dies ist für die spätere Funktion des Steckerteils im wesentlichen ohne Bedeutung, sondern lediglich die Folge des verwendeten Herstellungsverfahrens. Das Herstellungsverfahren selbst bietet gegenüber dem bekannten Verfahren den wesentlichen Vorteil, daß die Positionier- und Justiergestaltung des Steckerteils in demselben Arbeitsgang erhalten werden wie die Positionierung des eingegossenen optischen Bauteils, beispielsweise der entsprechenden Lichtleitfaser. Somit sind die in das Steckerteil eingegossenen optischen Bauteile mit derselben Präzision relativ zu den Justier- und Positioniergestaltungen ausgerichtet, wie diese in dem Gußformteil relativ zueinander angeordnet sind. Da das Gußformteil aber durch Abformen von einem Silizium-Masterteil erhalten wird, das mit extrem hoher Präzision bearbeitet werden kann, ergibt sich dieselbe hohe Präzision auch bei dem fertigen Steckerteil. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber anderen Verfahren dar, bei denen das fertige Steckerteil anschließend mit einem optischen Bauteil versehen werden muß. Weiterhin ergibt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein großer Kostenvorteil, da die in das Steckerteil einzugießenden optischen
Bauteile lediglich in den entsprechenden Aufnahmen angeordnet werden müssen. Beim Ausgießen des Gußform teils werden dann ohne weitere Schritte die Positionier- und Justiergestaltungen ausgebildet und das optische Bauteil in das Steckerteil eingegossen.

Claims

Patentansprüche
1. Steckerteil zum Koppeln mindestens eines in dem Steckerteil (10) aufgenommenen ersten optischen Bauteils (12) mit einem zweiten optischen Bauteil (52), wobei das Steckerteil (10) aus einem
Gußmaterial besteht, in welchem das optische Bauteil (12) so eingebettet ist, daß es zumindest partiell an einer Außenfläche des Steckerteils liegt, und mikrostukturierte Gestaltungen (14, 16, 18, 20) zur seitlichen Positionierung und axialen Justierung des Steckerteils gebildet sind, wobei die Gestaltungen zur seitlichen
Positionierung (14) in Bereichen des Steckerteils (10) angeordnet sind, die nicht zum Einbetten des ersten optischen Bauteils (12) verwendet werden.
2. Steckerteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gußmaterial optisch transparent ist und den Lichtaustrittsbereich des ersten optischen Bauteils (12) zumindest teilweise abdeckt.
3. Steckerteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Bauteil eine Lichtleitfaser (12) ist, die entlang zweier linienförmigcr Bereiche, die parallel zur Längsachse der
Lichtleitfaser verlaufen, an der Außenfläche des Substrates frei liegt.
4. Steckerteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gußmaterial einen Brechungsindex hat, der an den Brechungsindex des Kerns der Lichtleitfaser (12) angepaßt ist.
5. Steckerteil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (90) der Lichtleitfaser (12) schräg zur Längsachse der
Lichtleitfaser (12) verläuft.
6. Steckerteil nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser eine Polymerfaser (12) ist.
7. Steckerteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußmaterial einen Brechungsindex hat, der gleich oder kleiner dem
Brechungsindex des Mantels der Lichtleitfaser (12) ist.
8. Steckerteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steckerteil (10) zur seitlichen Positionierung mit mindestens zwei parallel zur Richtung des Lichtaustritts aus dem ersten Bauteil (12) verlaufenden Positionierflächen (14) versehen ist.
9. Steckerteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierflächen Außenkanten (14) des Steckerteils (10) sind.
10. Steckerteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierflächen nach Art von Einführschrägen (14) schräg zur Richtung des Einsetzens des Steckerteils (10) beim Koppeln mit dem zweiten optischen Bauteil (52) verlaufen.
11. Steckerteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein komplementäres Aufnahmeteil (50) vorgesehen ist, das mit zwei schräg angeordneten Anlageflächen (54) versehen ist, an denen die Positionierflächen (14) des Steckerteils (10) anliegen.
12. Steckerteil nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeteil mit zwei Führungsstiften (80) gemäß MT- Standard versehen ist, so daß das erste optische Bauteil (12) über das Aufnahmeteil (50) an eine MT-Buchse (84) angeschlossen werden kann.
13. Steckerteil nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Steckerteil (10) mit mindestens einer Abstützfläche (22) versehen ist und daß zusätzlich ein Aufnahmeteil (50) vorgesehen ist, an dem die Abstützfläche (22) anliegt.
14. Steckerteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeteil (50) mit mindestens einem Abstützvorsprung (58) versehen ist, an dem die Abstützfläche (22) anliegt.
15. Steckerteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützfläche (22) in der Richtung des Lichtaustritts aus dem ersten optischen Bauteil (12) hinter dem Bereich des Lichtaustritts angeordnet ist und an dem Aufnahmeteil (50) anliegt.
16. Steckerteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steckerteil (10) zur axialen Justierung mit mindestens einer Justierfläche (18, 20) versehen ist, die sich quer zur Richtung des Lichtaustritts aus dem ersten Bauteil (12) erstreckt.
17. Steckerteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierfläche (18, 20) an einem Justiersteg (16) ausgebildet ist und daß zusätzlich ein Aufnahmeteil (50) vorgesehen ist, das mit mindestens einer Justiernut (58) zur Aufnahme des Justiersteges (16) versehen ist.
18. Steckerteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Justiersteg (16) bündig mit einer Außenseite des Steckerteils (10) endet und einen rechteckigen Querschnitt hat.
19. Steckerteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Justiersteg (16) etwa in der Mitte des Steckerteils (10) angeordnet ist und einen dreieckigen Querschnitt hat.
20. Steckerteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das
Aufnahmeteil (50) zwei zu dem Justiersteg (16) komplementäre
Justiernuten (58) aufweist, so daß ein zweites Steckerteil (10') eingesteckt werden kann, das mit dem zweiten optischen Bauteil (52) versehen ist.
21. Steckerteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierflächen Außenkanten (18, 20) des Steckerteils (10) sind.
22. Steckerteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Permanentmagnet (70) in das
Gußmaterial eingebettet ist.
23. Steckerteil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Aufnahmeteil (50) vorgesehen ist, das mindestens teilweise ferromagnetisch ist, so daß das Steckerteil (10) von dem Permanentmagneten (70) in Anlage an das Aufnahmeteil (50) beaufschlagt ist.
24. Steckerteil nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein gleichartiges zweites Steckerteil (10') vorgesehen ist, das ebenfalls mit einem Permanentmagneten (70) versehen ist, so daß die beiden Steckerteile (10, 10') aneinandergezogen werden.
25. Verfahren zur Herstellung eines Steckerteils zum Koppeln mindestens eines in dem Steckerteil (10) aufgenommenen ersten optischen Bauteils (12) mit einem zweiten optischen Bauteil (52), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: es wird ein Gußformteil (100) bereitgestellt, das mit einer Aufnahme (102) für ein einzubettendes optisches Bauteil versehen ist sowie mit Strukturen (104) zur Abformung von Justier- und Positioniergestaltungen versehen ist, das optische Bauteil (12) wird in die Aufnahme (102) eingelegt, das Gußformteil (100) wird mit einem aushärtbaren Material (106) ausgegossen, so daß ein Steckerteil erhalten wird, in welches das optische Bauteil eingegossen ist und das mit Positionier- und Justiergestaltungen versehen ist.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme eine Führungsnut (102) für eine Lichtleitfaser (12) ist.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß als Gußformteil ein Nickelteil verwendet wird, das durch Abformen von einem Silizium-Masterteil erhalten wurde.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Nickelteil durch Umkopieren von einem Silizium-Masterteil erhalten wurde.
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