WO2008077624A1 - Optischer drehübertrager mit hoher rückflussdämpfung - Google Patents

Optischer drehübertrager mit hoher rückflussdämpfung Download PDF

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WO2008077624A1
WO2008077624A1 PCT/EP2007/011373 EP2007011373W WO2008077624A1 WO 2008077624 A1 WO2008077624 A1 WO 2008077624A1 EP 2007011373 W EP2007011373 W EP 2007011373W WO 2008077624 A1 WO2008077624 A1 WO 2008077624A1
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WO
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Prior art keywords
refractive index
optical
collimator
medium
intermediate layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/011373
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gregor Popp
Josef BRAÜ
Matthias Rank
Original Assignee
Schleifring Und Apparatebau Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to JP2009541915A priority patent/JP2010513961A/ja
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Priority to US12/488,688 priority patent/US7936954B2/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/3604—Rotary joints allowing relative rotational movement between opposing fibre or fibre bundle ends
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms

Definitions

  • the invention relates to an optical rotary transformer and a micro-optical system, such as a collimator for optical beam guidance or beam shaping.
  • US 2005/0036735 discloses a multi-channel optical rotary joint with a Dove prism as derotating element.
  • Light is coupled into a Dove prism by feeding optical fibers via collimators, derotated by means of this and fed via further collimators into leading-out optical waveguides.
  • the prism is provided with attachments, which provide a vertical light entrance. Due to this vertical light incidence no refraction occurs at the transition surface.
  • a disadvantage of this is the partial reflection of the light at the vertical transition surface, so that at least a part of the light back in the light guide is coupled. This results in a relatively low return loss.
  • WO 01/98801 A2 Another type of optical rotary transformer is disclosed in WO 01/98801 A2.
  • WO 01/98801 A2 specifies a micro-optical system which has optical and mechanical components as a one-piece component.
  • This embodiment makes it possible to achieve a significantly higher packing density of the individual glass fibers.
  • Another disadvantage is again the parallel light entry and exit surfaces, which cause a relatively low return loss.
  • a disadvantage of the known state of the art is that relatively strong reflections of the transmitted light occur in the interior of the rotary transformer or on the collimators.
  • An improvement can be achieved by vapor-deposited intermediate layers whose refractive index lies between the refractive index of the optical components and the environment.
  • the intermediate layers must be adjusted.
  • the object of the invention is to improve a rotary transmitter for multichannel transmission of optical signals and in particular to design such that the optical return loss of the arrangement is improved.
  • a micro-optical system for example a collimator, as it is advantageously used in a generic rotary transformer is, be developed such that it has a higher return loss.
  • the rotary transformer or the micro-optical system should be used in various ambient media.
  • the rotary transformer according to the invention has two Kollimatoran glovesen 4, 5, which are arranged rotatably about a rotation axis 6 against each other.
  • this optical path there is at least one derotating element, for example a Dove prism 1, which is used to image the light emitted by the first collimator arrangement 4 onto the second collimator arrangement 5, as well as in the opposite direction, independently of the rotational movement between the two provides both collimators.
  • the dove prism is rotated at half the angular speed of the rotation of the first collimator arrangement 4 and the second collimator arrangement 5.
  • the interior of the assembly is filled with a medium, such as a gas or oil.
  • Each of the collimator arrangements 4, 5 comprises at least one collimator and at least one means for holding the at least one collimator.
  • Collimator stands here in the broadest sense for a beam-guiding or beam-forming element. The object of such a collimator is to convert the light guided in an optical waveguide, for example a singlemode fiber or else a multimode fiber, into a beam path which can be guided through the rotary transformer and in particular through the derotating element. This corresponds to a beam path in the free space or in an optical medium, such as glass or oil.
  • a collimator a conversion in the opposite direction, ie from the beam path in the rotary transformer in an optical waveguide, take place.
  • the collimators are lenses, more preferably gradient index (GRIN) lenses.
  • GRIN gradient index
  • a collimator can also be designed as a micro-optical system.
  • the collimator arrangements 4, 5 as well as the derotating optical element 1 are also referred to here in each case with the summary term as optical components.
  • the intermediate layer preferably comprises a nanostructure. Furthermore, the intermediate layer has a refractive index gradient which is in the range between the refractive index of the material and the refractive index of the medium Surrounding area. Alternatively, the intermediate layer has an average refractive index which is between the refractive index of the material and the refractive index of the medium of the environment.
  • material refers to the optical material of the component. By the refractive index of the material is meant the refractive index in the area of the exit surface, but still outside the intermediate layer.
  • the refractive index of the material has a value of 1.65
  • the refractive index of the medium of the environment is 1.45
  • the refractive index gradient could be from 1.65 to 1.45.
  • the average refractive index of the intermediate layer is preferably 1.55.
  • the transition between the material and the medium of the environment takes place with a reduced refractive index jump. This reduces the reflections.
  • Due to the nanostructure of the intermediate layer results in a mixture of the two media, so that sets a mean refractive index. If the nanostructure consists of a large number of cones or pyramids, a relatively high refractive index results in the area due to the large base area and a low refractive index in the area of the peaks due to the small cross section of the tips. This applies to the case where the refractive index of the nanostructure is greater than the refractive index of the medium. The same principle is of course applicable to the opposite case. Likewise, a porous structure with outwardly increasing cavities can also be used.
  • the arrangement is also independent. gig of the refractive index of the environment. Since the medium of the environment can penetrate or diffuse into the nanostructure, a mean refractive index always sets in. Thus, an inventive arrangement can be operated without modification with different ambient media.
  • the interior of the rotary transformer can be filled with a liquid such as water or oil. Likewise, this may contain a gas. It is essential in the dimensioning of the nanostructure that the signal propagation perpendicular to the layer is not appreciably affected. The structure must therefore have an extension far below a wavelength in order to avoid diffraction effects.
  • nanostructure refers to a structure whose elements as well as the spacings of the elements among each other are on the order of less than or equal to the wavelength of light to be transmitted.
  • the thickness of the nanostructure or the material of the intermediate layer should preferably be greater than the wavelength of the light to be transmitted.
  • the known interference layers which are also used to reduce the reflections, typically have layer thicknesses of the order of a quarter wavelength. The effect of these layers is wavelength dependent. It is particularly favorable to carry out the layer thickness according to the invention with> 2, better> 5 and substantially better> 10 light wavelengths. With large layer thicknesses, interference effects, as in the case of the known interference layers, take a back seat. The essential effect is achieved here by adjusting the refractive index.
  • D 20ps * c0 / (nl-n2), where c ⁇ is the vacuum light velocity and nl is the refractive index of the material and n2 is the refractive index of the medium is.
  • reflection attenuations greater than 55 dB can be achieved, corresponding to 0.0003%.
  • surface reflections of only 1.5% can be achieved.
  • An intermediate layer according to the invention can be designed in such a way that it can at least partially accommodate the medium and thus be able to adapt its properties to the medium. This results in an automatic adaptation to the respective surrounding medium.
  • the previously known methods are designed for a fixed predetermined surrounding medium.
  • a medium can also be firmly introduced into the structure of the intermediate layer.
  • an intermediate layer according to the invention can also be composed of several parts of layers with different refractive indices.
  • the intermediate layer according to the invention can be produced, for example, by one of the following methods:
  • Plasma etching - mechanical grinding such as sandblasting or grinding with bound or loose grain (abrasive paste, emulsion)
  • Etching by fluid-bonded etching media such as fluorine-hydrogen-acid - in this case it may also be inhomogeneous medium and comprise, for example, a mixture of an etching medium and a non-aggressive carrier.
  • the etching process can be carried out with or without a mask.
  • a mask a defined structured and exposed photoresist or a defined applied medium (spray, condensation) can be used.
  • the invention is fundamentally executable for all derotating optical elements.
  • reference is here made to a Dove prism.
  • derotierendes element
  • At least one collimator has at least one intermediate layer according to the invention at an interface to a surrounding medium.
  • a micro-optical system comprises an intermediate layer according to the invention at an interface to a surrounding medium.
  • FIG. 1 shows, in a general form, schematically an arrangement according to the invention.
  • Figure 2 shows an exemplary arrangement according to the prior art.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of an arrangement according to the invention with a micro-optical system.
  • FIG. 4 shows the intermediate layer according to the invention in detail.
  • Figure 5 shows an intermediate layer with conical tips.
  • FIG. 6 shows an intermediate layer with an irregular surface.
  • FIG. 7 shows a multilayer structure of the intermediate layer of the reflection wire as a function of the number of layers.
  • Figure 1 shows in schematic form an inventive arrangement in section along the axis of rotation 6.
  • Der Optical rotary transformer according to the invention comprises a first collimator 4 for coupling optical waveguides 2, and a second collimator 5 for coupling further optical waveguide 3, and a derotierendes optical element 1.
  • the light exit surfaces of the first collimator 4 comprises a first intermediate layer 10.
  • the light exit surfaces of the derotating optical element 1 have a second intermediate layer 11 and a third intermediate layer 12.
  • the light exit surface of the second collimator arrangement 5 has a fourth intermediate layer 13.
  • FIG. 2 shows, in a schematic form, an arrangement according to the prior art.
  • the optical rotary transformer comprises a first collimator arrangement 4 for coupling first optical waveguides 2, and a second collimator arrangement 5 for coupling second optical waveguides 3.
  • the second collimator arrangement 5 is rotatably mounted about the axis of rotation 6 in relation to the first collimator arrangement 4.
  • a derotierendes element in the form of a Dove prism 1.
  • Light beam 9 is shown starting from first optical waveguides 2 via the first collimator arrangement 4, through the dove prism 1, via the second collimator arrangement 5 into the second optical waveguide 3.
  • FIG. 3 shows an example of a schematic form
  • This component is here a micro-optical system. It comprises a carrier plate 34 for coupling optical waveguides 35. On the other side of the carrier plate 34 there is a material 32 with a second refractive index. Above this, a material 30 having a first refractive index is arranged. Between these two materials lenses 33 are designed for focusing. At the light exit surface, that is, in this case at the top of the material 30 having the first refractive index, an intermediate layer 31 is attached.
  • FIG. 4 shows a detail of the surface of an optical component 20 according to the invention. To the right of this, the corresponding refractive index is plotted graphically.
  • recesses 21 and elevations 22 are provided at the transition surface to the medium 23. The medium penetrates into the recesses 21. This results in a mean refractive index 25 which lies between the refractive index 24 of the optical component 20 and the refractive index 26 of the medium 23.
  • the arrow 27 points in the direction of an increasing refractive index.
  • the elevations can also be carried out in the shape of a pyramid or conical, so that a continuous transition of the refractive index results.
  • Figure 5 shows an arrangement similar to Figure 4, but with conical peaks on the surface. This results in a nearly linear transition of the refractive index.
  • Figure 6 shows an arrangement similar to Figure 4, but with an irregularly distributed surface. This results in a continuous transition of the refractive index.
  • FIG. 7 shows the reflectance (vertical axis) as a function of the number of layers (horizontal axis) of a multilayer structure of the intermediate layer using the example of a refractive index transition from 1.45 to 1.65. It can clearly be seen that a higher reflectance can be achieved with a higher number of layers.

Abstract

Beschrieben wird ein Optischer Drehübertrager umfassend eine erste Kollimatoranordnung zur Ankopplung von ersten Lichtwellenleitern sowie eine zweite Kollimatoranordnung zur Ankopplung von zweiten Lichtwellenleitern, wobei diese gegenüber der ersten Kollimatoranordnung um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Zwischen den Kollimatoranordnungen ist als derotierendes Element ein Dove-Prisma vorgesehen. An wenigstens einer Grenzfläche eines optischen Elements zur Umgebung ist eine Zwischenschicht vorgesehen, welche eine Nanostruktur umfasst, die eine mittlere Brechzahl aufweist, die zwischen der Brechzahl des Materials des mikrooptischen Systems und der Brechzahl des Mediums der Umgebung liegt.

Description

OPTISCHER DREHUBERTRAGER MIT HOHER RUCKFLUßDÄMPFUNG
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen optischen Drehübertrager sowie ein Mikrooptisches System, wie einen Kollimator zur optischen Strahlführung beziehungsweise Strahlformung.
Stand der Technik Zur Übertragung optischer Signale zwischen gegeneinander drehbaren Einheiten sind verschiedene Übertragungs- systeme bekannt.
In der US 2005/0036735 ist ein optischer Drehübertrager für mehrere Kanäle mit einem Dove-Prisma als derotierendes Element offenbart. Licht wird von zuführenden Lichtwellenleitern über Kollimatoren in ein Dove-Prisma eingekoppelt, mittels diesem derotiert und über weitere Kollimatoren in wegführende Lichtwellenleiter einge- speist. Um die Anordnung unabhängig von der Brechzahl eines Mediums im Umfeld des Dove-Prismas zu machen, wird das Prisma mit Vorsatzstücken versehen, die für einen senkrechten Lichteintritt sorgen. Durch diesen senkrechten Lichteintritt tritt keine Brechung an der Übergangsfläche auf. Nachteilig daran ist die teilweise Reflexion des Lichts an der senkrechten Übergangsfläche, so dass zumindest ein Teil des Lichts wieder in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Hieraus ergibt sich eine relativ geringe Rückflussdämpfung.
Eine andere Art eines optischen Drehübertragers ist in der WO 01/98801 A2 offenbart. So ist darin ein mikrooptisches System angegeben, welches optische und mechanische Komponenten als einstückiges Bauteil aufweist. Durch diese Ausgestaltung lässt sich eine wesentlich höhere Packungsdichte der einzelnen Glasfasern errei- chen. Nachteilig an sind ebenfalls wieder die parallelen Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen, die eine relativ geringe Rückflussdämpfung bewirken.
Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist, dass im inneren der Drehübertrager beziehungsweise an den Kollimatoren relativ starke Reflexionen des übertragenen Lichtes auftreten. Eine Verbesserung kann durch aufgedampfte Zwischenschichten erreicht werden, deren Brechungsindex zwischen dem Brechungsindex der opti- sehen Komponenten und der Umgebung liegen. Allerdings müssen bei unterschiedlichen Umgebungsmedien, wie Luft oder Öl auch die Zwischenschichten angepasst werden.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehübertrager zur Mehrkanal-Übertragung optischer Signale zu verbessern und insbesondere derart auszugestalten, dass die optische Rückflußdämpfung der Anordnung ver- bessert wird. Weiterhin soll ein mikrooptisches System, beispielsweise ein Kollimator, wie er vorteilhafterwei- se in einem gattungsgemäßen Drehübertragers eingesetzt wird, derart weitergebildet werden, dass er eine höhere Rückflussdämpfung aufweist. Weiterhin soll der Drehübertrager beziehungsweise das mikrooptische System bei verschiedenen Umgebungsmedien einsetzbar sein.
Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Der erfindungsgemäße Drehübertrager weist zwei Kollimatoranordnungen 4, 5 auf, welche um eine Drehachse 6 gegeneinander drehbar angeordnet sind. Zwischen der ersten Kollimatoranordnung 4 und der gegenüber dieser drehbar angeordneten zweiten Kollimatoranordnung 5 besteht ein optischer Pfad zur Übertragung von Licht. In diesem optischen Pfad befindet sich wenigstens ein derotierendes Element, beispielsweise ein Dove-Prisma 1, welches für eine Abbildung des von der ersten Kolli- matoranordnung 4 ausgesendeten Lichtes auf die zweiten Kollimatoranordnung 5, ebenso auch in umgekehrter Richtung, unabhängig von der Rotationsbewegung zwischen den beiden Kollimatoren sorgt. Das Dove-Prisma wird hierzu mit der halben Winkelgeschwindigkeit der Drehung der ersten Kollimatoranordnung 4 und der zweiten Kollimatoranordnung 5 gedreht . Der Innenraum der Anordnung ist mit einem Medium, beispielsweise einem Gas oder Öl gefüllt.
Jede der Kollimatoranordnungen 4, 5 umfasst wenigstens einen Kollimator sowie wenigstens ein Mittel zur Halte- rung des wenigstens einen Kollimators. Der Begriff Kollimator steht hier im weitesten Sinne für ein strahlführendes beziehungsweise strahlformendes Element. Die Aufgabe eines solchen Kollimators besteht in der Umsetzung des in einem Lichtwellenleiter, bei- spielsweise einer Singlemode-Faser oder auch einer Multimode-Faser geführten Lichtes in einen Strahlengang, welcher durch den Drehübertrager und insbesondere durch das derotierende Element geführt werden kann. Dieser entspricht einem Strahlengang im Freiraum bezie- hungsweise in einem optischen Medium, wie beispielsweise Glas oder Öl. Ebenso kann durch einen Kollimator auch eine Umsetzung in umgekehrter Richtung, d.h. vom Strahlengang im Drehübertrager in einen Lichtwellenleiter, erfolgen. Selbstverständlich sind innerhalb eines Kollimators auch Umsetzungen in beide Richtungen denkbar, so dass bidirektionale Signale übertragen werden können. Typischerweise sind die Kollimatoren Linsen, besonders bevorzugt Gradienten-Index-Linsen (GRIN- Linsen) . Ebenso kann ein Kollimator auch als mikroopti- sches System ausgeführt sein. Die Kollimatoranordnungen 4,5 sowie das derotierende optische Element 1 werden hier jeweils auch mit dem summarischen Begriff als optische Bauteile bezeichnet.
Entsprechend der Erfindung weist wenigstens eine der
Kollimatoranordnungen 4, 5 und/oder das Prisma an einer optischen Lichteintrittsfläche und/oder Lichtaustrittfläche wenigstens eine Zwischenschicht auf. Die Zwischenschicht umfasst vorzugsweise eine Nanostruktur . Weiterhin weist die Zwischenschicht einen Brechungsindexgradienten auf, der im Bereich zwischen der Brechzahl des Materials und der Brechzahl des Mediums der Umgebung liegt. Alternativ weist die Zwischenschicht eine mittlere Brechzahl auf, die zwischen der Brechzahl des Materials und der Brechzahl des Mediums der Umgebung liegt. Der Begriff Material bezieht sich auf das optische Material des Bauteils. Mit der Brechzahl des Materials ist die Brechzahl im Bereich der Austrittsfläche, aber noch außerhalb der Zwischenschicht gemeint. Weist beispielsweise die Brechzahl des Materials einen Wert von 1,65 auf, und die Brechzahl des Mediums der Umgebung einen Wert von 1,45, so könnte der Brechungsindexgradient von 1.65 bis 1.45 verlaufen. Die die mittlere Brechzahl der Zwischenschicht liegt vorzugsweise bei einem Wert von 1,55.
Durch eine erfindungsgemäße Anordnung erfolgt der Übergang zwischen dem Material und dem Medium der Umgebung mit einem reduzierten Brechungsindexsprung. Dadurch werden die Reflexionen verringert. Aufgrund der Nanostruktur der Zwischenschicht ergibt sich eine Mischung der beiden Medien, so dass sich ein mittlerer Brechungsindex einstellt. Besteht die Nanostruktur aus einer Vielzahl von Kegeln oder Pyramiden, so ergibt sich aufgrund der großen Basisfläche in deren Bereich eine relativ hohe Brechzahl und im Bereich der Spitzen aufgrund des kleinen Querschnitts der Spitzen eine niedrige Brechzahl. Dies gilt für den Fall, dass die Brechzahl der Nanostruktur größer als die Brechzahl des Mediums ist. Das gleiche Prinzip ist selbstverständlich für den umgekehrten Fall entsprechend anwendbar. Ebenso kann auch eine poröse Struktur mit nach außen zunehmenden Hohlräumen verwendet werden. Durch die Ausführung mit einer Nanostruktur ist die Anordnung auch unabhän- gig von dem Brechungsindex der Umgebung. Da das Medium der Umgebung in die Nanostruktur eindringen beziehungsweise eindiffundieren kann, stellt sich immer ein mittlerer Brechungsindex ein. Somit kann eine erfin- dungsgemäße Anordnung ohne Modifikation mit unterschiedlichen Umgebungsmedien betrieben werden. So kann das Innere des Drehübertragers beispielsweise mit einer Flüssigkeit wie Wasser oder Öl gefüllt sein. Ebenso kann dieses ein Gas enthalten. Wesentlich bei der Dimensionierung der Nanostruktur ist, dass die Signal- ausbreitung senkrecht zur Schicht nicht nennenswert beeinflusst wird. Die Struktur muss somit eine Ausdehnung weit unter einer Wellenlänge besitzen, um Beugungseffekte zu vermeiden. Der Begriff der Nanostruktur bezieht sich auf eine Struktur, deren Elemente sowie die Abstände der Elemente untereinander in einer Größenordnung kleiner oder gleich der zu übertragenden Lichtwellenlänge sind. Dagegen sollte die Dicke der Nanostruktur beziehungsweise des Materials der Zwi- schenschicht größer vorzugsweise deutlich größer als die Wellenlänge des zu übertragenden Lichts sein. Die bekannten Interferenzschichten, welche auch zur Reduzierung der Reflexionen eingesetzt werden, haben typischerweise Schichtdicken in der Größenordnung einer viertel Wellenlänge. Die Wirkung dieser Schichten ist wellenlängenabhängig. Besonders günstig ist es, die erfindungsgemäße Schichtdicke mit >2 , besser >5 und wesentlich besser >10 Lichtwellenlängen auszuführen. Bei großen Schichtdicken treten Interferenzeffekte wie bei den bekannten Interferenzschichten in den Hintergrund. Die wesentliche Wirkung wird hier durch die Anpassung des Brechungsindex erreicht. Bei sehr großen Schichtdicken können Laufzeitverzerrungen des übertragenen Signals auftreten. So kann die maximale Laufzeitdifferenz über die maximale Differenz der Brechungsindizes abgeschätzt werden. Ist beispielsweise bei einer 10 Gb/s Strecke ein maximaler Jitter von 20 ps erlaubt, so beträgt die maximale Schichtdicke D=20ps*c0/ (nl-n2) , wobei cθ die Vakuumslichtgeschwindigkeit und nl die Brechzahl des Materials und n2 die Brechzahl des Mediums ist. Mit einem erfindungsgemäßen System lassen sich Reflexion Dämpfungen größer 55 dB entsprechend 0,0003% erreichen. Mit konventionellen Interferenzschichten sind Grenzflächenreflexionen von nur 1,5% erreichbar.
Eine erfindungsgemäße Zwischenschicht kann derart ausgestaltet sein, dass sie das Medium zumindest teilweise aufnehmen kann und sich somit in den Eigenschaften an das Medium anpassen kann. Dadurch erfolgt eine automatische Anpassung an das jeweilige Umgebungsmedium. Im Gegensatz hierzu sind die bisher bekannten Verfahren für ein fest vorgegebenes Umgebungsmedium ausgelegt. Ebenso kann in die Struktur der Zwischenschicht auch ein Medium fest eingebracht sein.
Weiterhin kann eine erfindungsgemäße Zwischenschicht auch aus mehreren Teilen Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufgebaut sein.
Die erfindungsgemäße Zwischenschicht kann beispielsweise mit einem der folgenden Verfahren hergestellt wer- den:
- Plasmaätzen - mechanische Schleifverfahren wie Sandstrahlen oder Schleifen mit gebundenem oder losem Korn (Schleifpaste, Emulsion)
- Aufrauhen des Substrats oder einer aufgebrach- ten Schicht
- Ätzen durch fluidgebundene Ätzmedien wie Fluor- Wasserstoff-Säure - hierbei kann es Medium auch inhomogenen sein und beispielsweise ein Gemenge aus einem Ätzmedium und einem nicht angreifen- den Trägerstoff umfassen. Hierbei kann der Ätz- prozess mit oder ohne Maske durchgeführt werden. Als Maske kann ein definiert strukturierter und belichteter Photolack oder ein definiert aufgetragenes Medium (Sprühnebel, Konden- sation) verwendet werden.
- Schichtauftrag durch ein 2-Phasensystem, bei dem eine Phase flüchtig ist und durch das im Anwendungsfall verwendete Medium ausgetauscht werden kann.
Die Erfindung ist grundsätzlich für alle derotierenden optischen Elemente ausführbar. Der Anschaulichkeit halber wird hier auf ein Dove-Prisma Bezug genommen. Ebenso ist aber auch als derotierendes Element ein
Abbe-König-Prisma einsetzbar. Besonders günstig ist der Einsatz eines Prismas mit Vorsatzelementen, wie es beispielsweise in der DE 102005041547B3 offenbart ist, so dass die äußeren Lichteintrittsflächen senkrecht zum Strahlengang sind. Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung weist wenigstens ein Kollimator wenigstens eine erfindungsgemäße Zwischenschicht an einer Grenzfläche zu einem umgebenden Medium auf .
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein Mikrooptisches System eine erfindungsgemäße Zwischenschicht an einer Grenzfläche zu einem umgebenden Medium auf .
Wegen einer verständlichen Darstellung wird hier auf den Begriff der Lichtaustrittfläche Bezug genommen. Selbstverständlich bezieht sich dieser Begriff auch auf Lichteintrittsflächen, da die hier vorgestellten opti- sehen Systeme reziprok sind.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs- beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
Figur 1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung.
Figur 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung entsprechend dem Stand der Technik.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführung einer erfindungs- gemäßen Anordnung mit einem mikrooptischen System.
Figur 4 zeigt erfindungsgemäße Zwischenschicht im Detail .
Figur 5 zeigt eine Zwischenschicht mit kegelförmigen Spitzen.
Figur 6 zeigt eine Zwischenschicht mit unregelmäßiger Oberfläche .
Figur 7 zeigt einem mehrschichtigen Aufbau der Zwischenschicht den Reflexionsdraht in Abhängigkeit von der Anzahl der Schichten.
Figur 1 zeigt in schematischer Form eine erfindungsgemäße Anordnung im Schnitt längs der Drehachse 6. Der erfindungsgemäße optische Drehübertrager umfasst eine erste Kollimatoranordnung 4 zur Ankopplung von Lichtwellenleitern 2, sowie eine zweite Kollimatoranordnung 5 zur Ankopplung weiterer Lichtwellenleiter 3, sowie ein derotierendes optisches Element 1. Die Lichtaustrittflächen der ersten Kollimatoranordnung 4 weist eine erste Zwischenschicht 10 auf. Die Lichtaustrittsflächen des derotierenden optischen Elementes 1 weisen eine zweite Zwischenschicht 11 sowie eine dritte Zwi- schenschicht 12 auf. Die Lichtaustrittfläche der zweiten Kollimatoranordnung 5 weist eine vierte Zwischenschicht 13 auf.
Figur 2 zeigt in schematischer Form Anordnung entspre- chend dem Stand der Technik. Der optische Drehübertrager umfasst eine erste Kollimatoranordnung 4 zur Ankopplung von ersten Lichtwellenleitern 2, sowie eine zweite Kollimatoranordnung 5 zur Ankopplung von zweiten Lichtwellenleitern 3. Die zweite Kollimatoranordnung 5 ist gegenüber der ersten Kollimatoranordnung 4 um die Drehachse 6 drehbar gelagert . Zur Kompensation der Drehbewegung befindet sich im Strahlengang zwischen der ersten Kollimatoranordnung 4 und der zweiten Kollimatoranordnung 5 ein derotierendes Element in Form eines Dove-Prismas 1. Der beispielhafte Strahlengangs eines
Lichtstrahls 9 ist ausgehend von ersten Lichtwellenleitern 2 über die erste Kollimatoranordnung 4, durch das Dove-Prisma 1, über die zweite Kollimatoranordnung 5 bis in die zweiten Lichtwellenleiter 3 dargestellt.
Figur 3 zeigt in schematischer Form beispielhafte
Ausführungsform eines weiteres erfindungsgemäßen opti- sches Bauteils im Schnitt. Dieses Bauteil ist hier ein Mikrooptisches System. Es umfasst eine Trägerplatte 34 zur Ankopplung von Lichtwellenleitern 35. auf der anderen Seite der Trägerplatte 34 befindet sich ein Material 32 mit einem zweiten Brechungsindex. Darüber ist ein Material 30 mit einem ersten Brechungsindex angeordnet. Zwischen diesen beiden Materialien sind Linsen 33 zur Fokussierung ausgebildet. An der Lichtaustrittsfläche, das heißt, in diesem Falle an der Oberseite des Materials 30 mit dem ersten Brechungsindex ist eine Zwischenschicht 31 angebracht.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt aus der Oberfläche eines erfindungsgemäßen optischen Bauteils 20. Rechts davon ist der entsprechende Brechungsindex grafisch aufgetragen. Zur Ausbildung der Zwischenschicht sind an der Übergangsfläche zu dem Medium 23 Vertiefungen 21 und Erhöhungen 22 vorgesehen. Das Medium dringt in die Vertiefungen 21 ein. Dadurch ergibt sich ein mittlerer Brechungsindex 25, der zwischen dem Brechungsindex 24 des optischen Bauteils 20 und dem Brechungsindex 26 des Mediums 23 liegt. Der Pfeil 27 zeigt in Richtung eines zunehmenden Brechungsindex. Vorteilhafterweise können die Erhöhungen auch pyramidenförmig oder kegelförmig ausgeführt werden, so dass sich ein kontinuierlicher Übergang des Brechungsindex ergibt .
Figur 5 zeigt eine Anordnung ähnlich der Figur 4, jedoch mit kegelförmigen Spitzen auf der Oberfläche. Hierbei ergibt sich ein nahezu linearer Übergang des Brechungsindex . Figur 6 zeigt eine Anordnung ähnlich der Figur 4, jedoch mit einer unregelmäßig verteilten Oberfläche. Hierbei ergibt sich ein kontinuierlicher Übergang des Brechungsindex.
Figur 7 zeigt den Reflexionsgrad (senkrechte Achse) in Abhängigkeit von der Anzahl der Schichten (waagrechte Achse) einen mehrschichtigen Aufbau der Zwischenschicht am Beispiel eines Brechzahlübergangs von 1,45 auf 1,65. Es ist deutlich zu erkennen dass mit höherer Anzahl der Schichten ein niedrigerer Reflexionsgrad erreicht werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Derotierendes optisches Element
2 Erste Lichtwellenleiter 3 Zweite Lichtwellenleiter
4 Erste Kollimatoranordnung
5 Zweite Kollimatoranordnung
6 Drehachse
9 Lichtstrahl 10 Erste Zwischenschicht
11 Zweite Zwischenschicht
12 Dritte Zwischenschicht
13 Vierte Zwischenschicht 20 Optisches Bauteil 21 Vertiefungen
22 Erhöhungen
23 Medium
24 Brechungsindex des optischen Bauteils
25 Brechungsindex an der Zwischenschicht 26 Brechungsindex des Mediums
27 Richtung eines zunehmenden Brechungsindex
30 Material mit einem ersten Brechungsindex
31 Zwischenschicht
32 Material mit einem zweiten Brechungsindex 33 Linse
34 Trägerplatte
35 Lichtwellenleiter

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Optischer Drehübertrager umfassend die optischen Bauteile:
— eine erste Kollimatoranordnung (4) zur Ankopp- lung von ersten Lichtwellenleitern (2),
— eine zweite Kollimatoranordnung (5) zur Ankopp- lung von zweiten Lichtwellenleitern (3), wel- eher gegenüber der ersten Kollimatoranordnung
(4) um eine Drehachse (6) drehbar gelagert ist, sowie
— ein derotierendes optisches Element (1), welches sich im Lichtpfad zwischen der ersten KoI- limatoranordnung (4) und der zweiten Kollimatoranordnung (5) befindet, wobei der Innenraum der Anordnung zwischen den optischen Bauteilen mit einem Medium gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der optischen Bauteile an einer Grenzfläche zu dem Medium eine Zwischenschicht (10, 11, 12, 13) aufweist, die einen Brechzahlverlauf zwischen der Brechzahl des wenigstens einen optischen Bauteils und der Brechzahl des Mediums aufweist.
2. Kollimator zur optischen Strahlführung und/oder Strahlformung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator ein optisches Bauteil ist, welches an einer Grenzfläche zwischen dem Kollimator und einem Medium eine Zwischenschicht aufweist, die einen Brechzahlverlauf zwischen der Brechzahl des Kollimators und der Brechzahl eines den Kollimator umgebenden Mediums liegt.
3. Mikrooptisches System, dadurch gekennzeichnet, dass das mikrooptische System ein optisches Bauteil ist, welches an einer Grenzfläche zwischen dem Mikrooptisches System und einem Medium eine Zwi- schenschicht aufweist, die einen Brechzahlverlauf zwischen der Brechzahl des Brechzahl des mikrooptischen Systems und der Brechzahl eines das Mikrooptisches System umgebenden Mediums liegt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht eine Nanostruktur umfasst, deren einzelne Elemente Dimensionen sowie Abstände untereinander aufweisen, die kleiner, bevorzugt wesentlich kleiner, insbesondere kleiner als 1/10 der Wellenlänge des zu übertragenen Lichtes sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht eine Dicke aufweist, welche größer als die Wellenlänge des zu übertragenen Lichtes ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur eine mittlere Brechzahl aufweist, die dem Mittelwert der Brechzahl des optischen Bauteils und des Mediums entspricht.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur Erhöhungen (22) und Vertiefungen (21) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen 50% der Oberfläche der Zwischen- schicht umfassen.
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