CH639496A5

CH639496A5 - End piece for optical fibres

Info

Publication number: CH639496A5
Application number: CH722278A
Authority: CH
Inventors: Martin Chown
Original assignee: Int Standard Electric Corp
Priority date: 1977-07-05
Filing date: 1978-07-03
Publication date: 1983-11-15
Also published as: FR2396982A1; JPS5649331B2; NL7806775A; DE2828989A1; GB1599885A; AU3761578A; JPS5445148A; AU522394B2; FR2396982B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein strahlenaufweitendes Endstück für eine einen Gradienten-Brechungsindex aufweisende Lichtleitfaser. Ferner wird auch ein Verfahren zur Herstellung dieses Endstücks und dessen Verwendung in einem optischen Koppler angegeben. The present invention relates to a radiation-expanding end piece for an optical fiber having a gradient refractive index. A method for producing this end piece and its use in an optical coupler is also specified.

Lichtleitfasern werden durch ein stumpfes Aneinander-stossen ihrer Enden optisch zusammengekoppelt. Hierbei ist die Genauigkeit der seitlichen Ausrichtung der zu koppelnden Fasern von grosser Wichtigkeit, da von ihr die optische Qualität der Kopplung abhängt. Optical fibers are optically coupled by butting their ends together. The accuracy of the lateral alignment of the fibers to be coupled is of great importance, since the optical quality of the coupling depends on it.

Der eigentliche Kopplungsvorgang gestaltet sich schwierig, insbesondere wenn die diesbezüglichen Arbeiten im Felde durchgeführt werden müssen. The actual coupling process is difficult, especially when the related work has to be carried out in the field.

Eine Strahlenaufweitung macht den Kopplungsvorgang weniger abhängig von der Genauigkeit der seitlichen Ausrichtung. Bei Faserverbindungen im Feld tritt noch ein weiterer Vorteil der Verwendung strahlenaufweitender Endstücke hinzu, indem der Einfluss von kleinen Schmutzpartikeln, die an den zu koppelnden Endflächen der Fasern haften könnten, 5 auf die optische Dämpfung der Kopplung wegen des aufgeweiteten Strahls verringert wird. Beam expansion makes the coupling process less dependent on the accuracy of the lateral alignment. In the case of fiber connections in the field, there is a further advantage of using radiation-expanding end pieces, in that the influence of small dirt particles, which could adhere to the end faces of the fibers to be coupled, 5 is reduced on the optical attenuation of the coupling because of the expanded beam.

Endstücke mit Strahlenaufweitung sind bereits bekannt, siehe beispielsweise das GB-Patent Nr. 1429843. Der spezifische Vorteil der Verwendung von Gradientenindex-Linsen für io die Strahlaufweitung in Faserendstücken liegt jedoch in der Tatsache, dass die Faserendflächen flach sind. Dies bedeutet, dass es verhältnismässig einfach ist, durch Fresnelreflexionen verursachte Verluste an der Glas/Luft-Trennfläche zu unterdrücken, indem Techniken zur Indexanpassung verwendet 15 werden; bei herkömmlichen Linsen müssen hingegen diese Endflächen mit Antireflexionsschichten versehen werden. End pieces with beam expansion are already known, see for example GB Patent No. 1429843. However, the specific advantage of using gradient index lenses for beam expansion in fiber end pieces lies in the fact that the fiber end faces are flat. This means that it is relatively easy to suppress losses at the glass / air interface caused by Fresnel reflections using index matching techniques 15; With conventional lenses, however, these end faces must be provided with anti-reflection layers.

Die charakteristischen Merkmale der erfindungsgemässen Ausbildung des Faserendstückes sind dem Wortlaut des Patentanspruchs 1 zu entnehmen. The characteristic features of the design of the fiber end piece according to the invention can be found in the wording of patent claim 1.

20 Die erwähnte, erfindungsgemässe Ausbildungsform macht sich die Tatsache zu eigen, dass in einem Medium mit einem Gradienten-Brechungsindex, dessen Wert parabolisch mit der Distanz von der Achse abnimmt, Strahlen, die aus einem Punkt auf der Achse des Mediums ausgesandt wurden, sich 25 entlang einem sinusförmigen Pfad fortpflanzen, welcher die Achse in regelmässigen Abständen schneidet. Ein derartiges Medium wirkt dann als Linse. Wenn die Länge dieser Linse gleich einer ungeraden, ganzzahligen Anzahl von Vierteln der charakteristischen, sinusförmigen Wellenlänge ist, wirkt die 30 Linse für jene zwei Punkte, in welchen die Achse die Endflächen der Linse durchstösst, kollimierend. (Als «charakteristische, sinusförmige Wellenlänge» einer Gradienten-Linse wird die Distanz entlang der Achse zwischen zwei nacheinanderfoi-genden Punkten bezeichnet, in welchen ein Lichtstrahl die Linsenachse in gleichmässigen Intervallen schneidet. Dieses Intervall, wie gesagt, ist die charakteristische Wellenlänge und ist unabhängig vom Winkel, unter welchem der Strahl der Achse schneidet, allerdings unter der Voraussetzung, dass dieser Winkel klein genug ist, um in der numerischen Apertur der 40 Linse enthalten zu sein, d.h. klein genug, um Wiederholungen der Achsenschneidung zu gewährleisten.) Diese Erkenntnis wird ausgenützt, um ein strahlenaufweitendes Lichtleitfaser-Endstück zu bilden; hier wirkt ein entsprechend langes Gra-dientenfaserstück (d.h. ein Faserstück, welches den bereits 45 erwähnten radialen Gradient-Brechungsindex aufweist) als Linse, wobei dieses Stück stumpf gegen das Ende einer Lichtleitfaser stösst und den aus dieser Faser austretenden divergierenden Lichtstrahl in einen kollimierten Lichtstrahl umwandelt. Wenn man nun zwei Fasern optisch koppeln will, wird 5o das Licht aus der Linse auf eine ähnliche Linse geworfen, die das gesammelte Licht, d.h. den kollimierten Strahl, auf die Stirnfläche einer weitern Faser fokussiert. Die zwei Fasern sind also optisch gekoppelt, wobei, wie bereits erwähnt, diese Art von Kopplung weniger empfindlich auf kleine seitliche 55 Fluchtungsfehler der zwei Linsenendstücke versehenen Fasern ist als dies für den Fall zweier direkt stumpf aneinanderstos-sender Fasern wäre. Wichtig ist jedoch eine genaue Ausrichtung der Linsen mit den entsprechenden Fasern. The mentioned embodiment of the invention takes on the fact that in a medium with a gradient refractive index, the value of which decreases parabolically with the distance from the axis, rays emitted from a point on the axis of the medium 25 Propagate along a sinusoidal path that intersects the axis at regular intervals. Such a medium then acts as a lens. If the length of this lens is equal to an odd integer number of quarters of the characteristic sinusoidal wavelength, the lens will have a collimating effect for those two points where the axis pierces the end faces of the lens. (The "characteristic, sinusoidal wavelength" of a gradient lens is the distance along the axis between two successive points at which a light beam intersects the lens axis at regular intervals. This interval, as I said, is the characteristic wavelength and is independent of the angle at which the beam of the axis intersects, provided that this angle is small enough to be contained in the numerical aperture of the lens, ie small enough to ensure repetitions of the axis intersection.) This knowledge becomes exploited to form a beam expanding optical fiber tail; here a correspondingly long gradient fiber piece (i.e. a piece of fiber which has the radial gradient refractive index already mentioned 45) acts as a lens, this piece abutting the end of an optical fiber and converting the diverging light beam emerging from this fiber into a collimated light beam . If you now want to optically couple two fibers, the light is thrown out of the lens onto a similar lens, which the collected light, i. the collimated beam, focused on the face of another fiber. The two fibers are thus optically coupled, whereby, as already mentioned, this type of coupling is less sensitive to small lateral misalignment of the fibers provided with the two lens end pieces than would be the case in the case of two directly butting fibers. However, it is important to align the lenses with the appropriate fibers.

Die Änderung (d.h. die Staffelung) des Brechungsindexes 60 der Linse erstreckt sich radial von ihrer Achse mindestens bis oder sogar über die radialen Dimensionen des Blindlochs hinaus. The change (i.e., the staggering) of the refractive index 60 of the lens extends radially from its axis at least to or even beyond the radial dimensions of the blind hole.

Vorzugsweise können derartige Endstücke unter Verwen-, dung der bekannten «Zusammenfalltechnik» hergestellt wer-65 den, bei welcher z.B. ein Teil einer Hülle durch Wärmeeinwirkung über einer in der Hüllenbohrung vorhandenen Gradientenlinse zum Zusammenfallen gebracht wird, oder aber in sich selbst zusammenfällt; in diesem zweiten Falle weist die Hülle Such end pieces can preferably be produced using the known «collapse technique», in which e.g. a part of a shell is caused to collapse by the action of heat over a gradient lens provided in the shell bore, or else collapse in itself; in this second case, the envelope

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eine Indexänderung (bzw. -Staffelung) auf, welche dem zusammengefallenen Teil die Eigenschaften einer Gradientenlinse verleiht. an index change (or gradation), which gives the collapsed part the properties of a gradient lens.

So wie bei Endstücken ähnlicher Konstruktion kann auch das vorliegende Endstück in einem Strahlenspalter oder -koppler verwendet werden. As with end pieces of similar construction, the present end piece can also be used in a beam splitter or coupler.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nun anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: Embodiments of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 schematisch ein mit Gradientenlinsen-Endstücken versehenes, optisch gekoppeltes Lichtleitfaserpaar, 1 schematically shows an optically coupled optical fiber pair provided with gradient lens end pieces,

Fig. 2 eine schematische Abbildung zur Erläuterung der Zusammenfalltechnik, 2 is a schematic illustration to explain the collapse technique,

Fig. 3, 4, 5 zwei verschiedene Ausführungsformen von Faserendstücken mit Gradientenlinsen. 3, 4, 5 two different embodiments of fiber end pieces with gradient lenses.

Fig. 1 zeigt eine Lichtleitfaser 10, die in einem buchsenför-migen Glied 11 endet. Der Endteil dieses Glieds ist als Gradientenlinse ausgebildet, deren vorausgesetzte Länge ein Viertel der charakteristischen sinusförmigen Wellenlänge der Linse beträgt. Aus diesem Grunde wandelt die Linse den aus der Lichtleitfaser austretenden, divergierenden Lichtstrahl in einen kollimierten Lichtstrahl um. Dieser Strahl wird durch ein weiteres buchsenförmiges Glied 12 aufgefangen, dessen Gradientenlinse das gesammelte Licht auf das Ende einer zweiten Lichtleitfaser 13 fokussiert. Fig. 1 shows an optical fiber 10, which ends in a socket-shaped member 11. The end part of this link is designed as a gradient lens, the presupposed length of which is a quarter of the characteristic sinusoidal wavelength of the lens. For this reason, the lens converts the diverging light beam emerging from the optical fiber into a collimated light beam. This beam is caught by a further socket-shaped member 12, the gradient lens of which focuses the collected light onto the end of a second optical fiber 13.

Die parabolisch verlaufende Änderung des Brechungsindexes n in der Faser bzw. in der Linse kann durch die nachfolgende Gleichung definiert werden: The parabolic change in the refractive index n in the fiber or in the lens can be defined by the following equation:

n = n„ ( 1 -1 -ß:r2) , n = n „(1 -1 -ß: r2),

in welcher n = der Brechungsindex, in which n = the refractive index,

n(i = eine Konstante gleich dem Brechungsindex-Höchst-wert (d.h. gleich dem Brechungsindex in einem beliebigen Punkt der Faserachse), n (i = a constant equal to the maximum refractive index value (i.e. equal to the refractive index at any point on the fiber axis),

r = die radiale Distanz des Punktes von der Achse und ß = eine die Grösse der Indexänderung bestimmende Konstante (und 2ji/ß folglich die charakteristische, sinusförmige Wellenlänge der Linse angebender Ausdruck) ist. r = the radial distance of the point from the axis and ß = a constant determining the size of the index change (and 2ji / ß consequently the characteristic expression, indicating the sinusoidal wavelength of the lens).

Der Radius des durch einen auf der Achse liegenden Punkt, unter einem Winkel a zur Achse ausgesandten Strahls kann durch folgende Gleichung beschrieben werden: The radius of the beam emitted by a point lying on the axis at an angle a to the axis can be described by the following equation:

r = h sin ßz , r = h sin ßz,

in welcher z die Distanz entlang der Achse und h den maximalen Radius des Strahls angeben. in which z is the distance along the axis and h is the maximum radius of the beam.

Durch Differenzierung dieser zweiten Gleichung stellt man die Beziehung zwischen h und a fest: By differentiating this second equation one finds the relationship between h and a:

tga = (dr/dz)z=ü = ßh . tga = (dr / dz) z = ü = ßh.

Bei einer üblichen Faser mit einer numerischen Apertur von 0,18 (a = 0,12) kann eine Durchmessergrösse des aufgeweiteten Strahls von ungefähr 400 u (2h = 400 ,u) gewünscht werden, in welchem Falle ß ^ 0,6 mm-1 ist und ein Viertel der charakteristischen Wellenlänge ungefähr 2,6 mm beträgt. Typische Toleranzen in der Linsenlänge bewegen sich hier zwischen 10 und 20 um, 4 ^m beträgt der seitliche Fluchtungsfehler jeder Faser in bezug auf seine Linsenachse, 0,l c der Winkelfehler und 25 um der seitliche Fluchtungsfehler zwischen den Achsen der zwei Linsen. For a common fiber with a numerical aperture of 0.18 (a = 0.12), a diameter size of the expanded beam of approximately 400 u (2h = 400 u) may be desired, in which case β ^ 0.6 mm-1 and a quarter of the characteristic wavelength is approximately 2.6 mm. Typical tolerances in the lens length range between 10 and 20 µm, 4 ^ m is the lateral misalignment of each fiber with respect to its lens axis, 0, l c the angular error and 25 µm the lateral misalignment between the axes of the two lenses.

Anhand de Fig. 2 wird nun die bereits erwähnte Zusammenfalltechnik erläutert. Eine Hülse 20 weist einen rohrförmi-gen Substratteil 20a auf, dessen Innenwand mit einer einen Gradientenindex aufweisenden Schicht 20b versehen ist. Diese Hülse kann in einem Verfahren hergestellt werden, welches z.B. im Schweizer Patent Nr. 586165 beschrieben wurde: Eine nacheinanderfolgende Reihe von Schichten, deren Zusammensetzung kontinuierlich geändert wird, wird durch eine wasserstoffreie chemische Dampfreaktion auf der Innenwand eines Substratrohrs abgelagert. Für die Herstellung gemäss der erwähnten chemischen Dampfreaktion ist es von Vorteil, wenn die Hülse aus einem ähnlichen Material besteht wie die mit dem Endstück zu versehende Faser, weil dann deren numerischen Aperturen angepasst sind. Der Durchmesser der Hülse ist normalerweise kleiner als jener des ursprünglichen, rohr-förmigen Rohlings, aus welchem sie durch Erhitzen dieses hergestellt wurde; während der Erhitzung schrumpft die Bohrung als Folge der Oberflächenspannung. Im Verlaufe dieses Vorgangs wird der Rohling um seine Längsachse gedreht, was zur Erhaltung der Symmetrie beiträgt. The collapse technique already mentioned will now be explained with reference to FIG. 2. A sleeve 20 has a tubular substrate part 20a, the inner wall of which is provided with a layer 20b having a gradient index. This sleeve can be manufactured in a process which e.g. in Swiss Patent No. 586165: A successive series of layers, the composition of which is continuously changed, is deposited on the inner wall of a substrate tube by a hydrogen-free chemical vapor reaction. For the production according to the chemical vapor reaction mentioned, it is advantageous if the sleeve consists of a similar material to the fiber to be provided with the end piece, because the numerical apertures of the sleeve are then adapted. The diameter of the sleeve is usually smaller than that of the original tubular blank from which it was made by heating it; during heating, the hole shrinks as a result of surface tension. In the course of this process, the blank is rotated about its longitudinal axis, which contributes to maintaining the symmetry.

In einem bevorzugten Beispiel wurde ein Endstück mit Gradientenlinse eines Durchmessers von ungefähr 400 um für eine Gradientenindex-Lichtleitfaser aus Siliciumdioxid mit einem Aussendurchmesser von 110 um und einem Gradienten-indexkern, dessen Durchmesser 30 um aufwies, verwendet. Die hierzu benötigte Hülse weist eine Bohrung mit einem Durchmesser von 120 um auf, um die Hülse über das Faserende ziehen zu können, und eine ungefähr 150 Lim dicke Beschichtung. Wenn Hülse und Faser aus demselben Roh-lings-Ausgangsmaterial bestehen, dann misst der Hülsen-Aussendurchmesser ungefähr 1,47 mm. In a preferred example, a gradient lens tail about 400 µm in diameter was used for a gradient index optical fiber made of silica with an outside diameter of 110 µm and a gradient index core, the diameter of which was 30 µm. The sleeve required for this has a bore with a diameter of 120 μm in order to be able to pull the sleeve over the fiber end and an approximately 150 lim thick coating. If the core and fiber are made from the same raw stock material, then the core outer diameter measures approximately 1.47 mm.

Üblicherweise wird ein Ziehvorgang benötigt, um das buchsenförmige Glied 12 aus einem rohrförmigen Rohling herzustellen, da lediglich ein teilweises Zusammenfallen der Innenbohrung entlang einer konstanten Länge nicht zu den . erwünschten Dimensionen führt. A pulling process is usually required to produce the bush-shaped member 12 from a tubular blank, since only a partial collapse of the inner bore along a constant length does not. leads to the desired dimensions.

Nun wird ein derart kurzer Faserstumpf 41 (Fig. 3) in die Hülse 20 eingeführt, dass keines seiner Enden aus der Hülse hinausragt. Nachfolgend wird die Hülse einerseits über dem Faserstumpf und andererseits über eines der Stumpfenden hinaus durch Erhitzung zum Zusammenfallen gebracht (in der Fig. 3 das rechte Hülsenende), so dass eine Buchse 43 am anderen, nicht zusammengefallenen Ende des Stumpfes entsteht, in welche eine nicht gezeigte Faser nachfolgend hineingeschoben und dann durch einen entsprechenden Klebstoff gesichert wird. Vorzugsweise verwendet man einen indexange-passten Klebstoff, der bei ultraviolettem Licht aushärtet; anstatt zu kleben, kann man auch die Hülse zum Zusammenfallen über der eingeschobenen Faser bringen. Now such a short fiber stump 41 (FIG. 3) is inserted into the sleeve 20 that none of its ends protrudes from the sleeve. Subsequently, the sleeve is collapsed on the one hand over the fiber stump and on the other hand over one of the stump ends by heating (in FIG. 3 the right end of the sleeve), so that a bushing 43 is formed at the other, not collapsed end of the stump, into which one does not shown fiber is then pushed in and then secured by an appropriate adhesive. It is preferred to use an index-matched adhesive that cures under ultraviolet light; instead of gluing, you can also make the sleeve collapse over the inserted fiber.

Um einen Lichtleiterfaser-Koppler herzustellen, können entweder zwei Vorrichtungen gemäss Fig. 3 verwendet werden, wobei ihre Endflächen ausgerichtet sind; oder aber verwendet man lediglich eine Vorrichtung mit zwei in dieser Vorrichtung ausgerichteten Fasern. Die Distanz zwischen den Faserenden nach dem Zusammenfallen entspricht einer geraden Anzahl einer Viertelwellenlänge. To make an optical fiber coupler, either two devices as shown in FIG. 3 can be used with their end faces aligned; or one only uses a device with two fibers aligned in this device. The distance between the fiber ends after collapse corresponds to an even number of a quarter wavelength.

In der Anordnung gemäss Fig. 4 wurde auf den Stumpf verzichtet. Anstatt dessen kam es zum Zusammenfallen der Hülse über einem nicht gezeigten Dorn, z.B. aus Metall, welcher nachfolgend herausgezogen wurde und so eine Buchse 53 hinterliess. Diese Buchse dient demselben Zweck wie die bereits erwähnte Buchse 43. In the arrangement according to FIG. 4, the stump has been dispensed with. Instead, the sleeve collapsed over a mandrel, not shown, e.g. made of metal, which was subsequently pulled out and thus left a socket 53. This socket serves the same purpose as the socket 43 already mentioned.

Es wurde bereits vorher über Siliciumdioxid-Hülsen gesprochen. Hülsen können jedoch auch aus üblicheren, Mehrkomponentengläsern hergestellt werden. Da die Länge der Linse im Vergleich zur Faserlänge kurz ist, kommt es auf den optischen Dämpfungswert pro Längeneinheit nicht so sehr an, wie dies beim Fasermaterial der Fall ist. Eine Hülse aus Siliciumdioxid zur Verbindung von Siliciumdioxid-Fasern hat den Vorteil der gleichen Wärmeausdehnung, der Stabilität und eines hohen Erweichungspunktes zur Erleichterung der Ablagerung der Gradientenschicht 20b durch eine direkte, chemische Oxidationsdampfreaktion. Die hohe Temperatur des Erweichungspunktes erschwert jedoch das Zusammenfal- Silicon dioxide sleeves have already been discussed. However, sleeves can also be made from more common, multi-component glasses. Since the length of the lens is short in comparison to the fiber length, the optical attenuation value per unit length is not as important as is the case with the fiber material. A silicon dioxide sleeve for connecting silicon dioxide fibers has the advantage of the same thermal expansion, stability and a high softening point to facilitate the deposition of the gradient layer 20b by a direct chemical oxidation vapor reaction. However, the high temperature of the softening point makes it difficult to collapse

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Ien der Hülse insbesondere, sollten die Arbeiten im Feld stattfinden. Da jedoch die optische Dämpfung pro Längeneinheit höher sein kann als jene der Faser, ist es nicht nötig, eine was-serstoffreie Ablagerungsreaktion anzuwenden; vielmehr kann eine Reaktion bei niedrigerer Temperatur gewählt werden als 5 jene bei einer direkten Oxidationsreaktion, welche bei der Herstellung der Faser bevorzugt wird. In particular, the work should take place in the field. However, since the optical attenuation per unit length can be higher than that of the fiber, it is not necessary to use a hydrogen-free deposition reaction; rather, a reaction at a lower temperature can be chosen than that of a direct oxidation reaction, which is preferred in the manufacture of the fiber.

In den bisherigen Ausführungsbeispielen wurde die Gradientenlinse aus einem Teil der Hülse gebildet. Eine weitere Möglichkeit ergibt sich, indem die Linse ein diskreter Bestand-10 teil des Endstücks ist, der in die Hülsenbohrung eingeführt und dort durch das Zusammenfallen des diese Linse umgebenden Hülsenteils auf die gekrümmte Linsenoberfläche gesichert wird. Es entstreht eine Ausführungsform gemäss der Fig. 5, in welcher die Gradientenlinse 60 an einem Ende einer Glashülse15 62 befestigt ist. Der Linsendurchmesser kann leicht kleiner oder grösser sein als jener der Faser, muss jedoch genauer angepasst sein, als es in den vorher erwähnten Ausführungsbeispielen der Fall war. In the previous exemplary embodiments, the gradient lens was formed from part of the sleeve. Another possibility arises if the lens is a discrete component of the end piece, which is inserted into the sleeve bore and secured there by the collapse of the sleeve part surrounding this lens onto the curved lens surface. An embodiment according to FIG. 5 arises in which the gradient lens 60 is attached to one end of a glass sleeve 15 62. The lens diameter may be slightly smaller or larger than that of the fiber, but must be adjusted more precisely than was the case in the previously mentioned exemplary embodiments.

Die beschränktere Strahlaufweitung erfordert eine steilere 20 Indexabstufung und folglich eine kürzere charakteristische Wellenlänge der Linse, um dieselbe numerische Apertur zu erhalten. Eine Gradientenlinse eines Durchmessers von lediglich 120 um muss folglich so verstärkt werden, dass ein Viertel ihrer charakteristischen Wellenlänge von ungefähr 2,6 mm auf 25 ungefähr 0,8 mm reduziert wird. Dies mag sehr kurz erscheinen, um die Winkelausrichtung der Linse im zusammengefallenen Hülsenteil sichern zu können; folglich wird es vorgezogen, eine Linse zu verwenden, deren Länge eine kleine, ungerade, ganzzahlige Anzahl von Vierteln der charakteristischen 30 Wellenlänge ist, wodurch das Schlankkheitsverhältnis der Linse erhöht wird. The more limited beam expansion requires a steeper index gradation and consequently a shorter characteristic wavelength of the lens in order to obtain the same numerical aperture. A gradient lens with a diameter of only 120 µm must therefore be amplified in such a way that a quarter of its characteristic wavelength is reduced from approximately 2.6 mm to approximately 0.8 mm. This may seem very short in order to be able to secure the angular alignment of the lens in the collapsed sleeve part; consequently, it is preferred to use a lens whose length is a small, odd, integer number of quarters of the characteristic wavelength, thereby increasing the slenderness ratio of the lens.

In einer typischen, beispielsweisen Ausführung eines Endstücks für eine Faser mit einem Aussendurchmesser von 100 In a typical, exemplary embodiment of an end piece for a fiber with an outer diameter of 100

Um, einem Gradientenkern-Durchmesser von 30 um und einer numerischen Apertur von 0,18 kann die Hülse ungefähr 15 mm lang sein, während die Linse % oder 3/-i der charakteristischen Wellenlänge des Brechungsindexprofils lang ist. Die Toleranzen dieser Abmessungen müsssen sehr streng eingehalten werden, um dieselbe Qualität der Strahlabbildung aufrechterhalten zu können. Μm, a gradient core diameter of 30 µm and a numerical aperture of 0.18, the sleeve can be approximately 15 mm long, while the lens is long% or 3 / -i of the characteristic wavelength of the refractive index profile. The tolerances of these dimensions must be adhered to very strictly in order to be able to maintain the same quality of the beam image.

Die Reflexionsdämpfung an der Endfläche des Endstücks kann reduziert werden, indem sie mit einer reflexionsreduzie-renden Interferenzschicht versehen wird; diese Vorkehrung ist jedoch nicht nötig, falls es sich um eine optische Kopplung durch stumpfes Aneinanderfügen der mit Endstücken versehenen Fasern handelt. Sollten jedoch die Endflächen der Fasern bei ihrem optischen Zusammenkoppeln eine gewisse Distanz voneinander aufweisen, kann der Zwischenraum durch ein indexangepasstes Medium gefüllt werden. The reflection attenuation at the end face of the end piece can be reduced by providing it with a reflection-reducing interference layer; however, this precaution is not necessary if there is an optical coupling by butting together the fibers provided with end pieces. However, if the end faces of the fibers are at a certain distance from one another when they are optically coupled, the intermediate space can be filled with an index-adapted medium.

Bei Steckverbindern zur optischen Kopplung eines oder mehrerer Paare dieser mit Endstücken versehener Fasern kann irgendeine bekannte Herstellungsmethode für Faserstumpfverbindungen verwendet werden. Die Aufweitung des Strahldurchmessers verringert die Notwendigkeit einer strengen Toleranz der seitlichen Ausrichung auf Kosten der strengeren Winkelausrichtungstoleranzen. Unter der Voraussetzung, dass die Endflächen der Endstücke genau senkrecht zu ihren Achsen sind, wird die nötige Winkelausrichtung lediglich durch das stumpfe Aneinanderstossen dererwähnten Endflächen erreicht. Es entsteht ein qualitativ hoher Interferenzsitz. Any known method of making fiber butt connections can be used with connectors for optically coupling one or more pairs of these end-end fibers. The widening of the beam diameter reduces the need for a strict tolerance for the lateral alignment at the expense of the tighter angular alignment tolerances. Assuming that the end faces of the end pieces are exactly perpendicular to their axes, the necessary angular alignment is achieved only by the butting of the mentioned end faces. A high-quality interference seat is created.

In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen war die numerische Apertur jedes Linsenendstücks jener der Faser angepasst. Bei manchen Verwendungsarten ist es jedoch wünschenswert, eine kleinere numerische Apertur für die Linse zu wählen, um diese als Filter wirken zu lassen, welches gewisse Wellenlängen höherer Ordnung zurückweist, die sonst in die weitere Faser übertragen werden könnten. In the exemplary embodiments described so far, the numerical aperture of each lens end piece was matched to that of the fiber. For some types of use, however, it is desirable to choose a smaller numerical aperture for the lens to act as a filter that rejects certain higher order wavelengths that might otherwise be transmitted into the further fiber.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. A beam-widening end piece for an optical fiber having a gradient refractive index, characterized in that a member (11, 12) with a receptacle receiving the end of the optical fiber (10, 13, 21) and a collimator lens (20b, 60) is present. that the longitudinal axis of the recording is aligned with that of the lens, and that the length of the lens is equal to an odd, integer number of quarters of the wavelength of the sinusoidal light propagation in the lens defined by the gradient, all to meet the requirements for accuracy to reduce the lateral alignment with an optical coupling.

2. End piece according to claim 1, characterized in that the link is formed from a cylindrical sleeve (20) made of transparent material, that the fiber end receptacle consists of a bushing (43, 53) formed in this sleeve, and that the lens (20b) forms an integral part of the sleeve, which extends from the inner sleeve end to the sleeve entrance opposite and perpendicular to the sleeve axis, such that the light emerging from the fiber at the inner end of the sleeve enters the lens and the radiation collimation still takes place within the sleeve.

2nd

PATENT CLAIMS

3. End piece according to claim 1, characterized in that the link is formed from a cylindrical glass sleeve (61), that the fiber end receptacle consists of a sleeve formed in this sleeve, and that the gradient index collimator lens (60) as an independent element in the sleeve is fastened in such a way that it - the lens - extends from the sleeve end inside the sleeve to the sleeve end surface opposite the socket entrance (FIG. 5).

4. A method for producing an end piece according to claim 1, characterized in that in the bore of a cylindrical sleeve (20) which is formed from a tubular substrate part (20a), the inner wall of which is provided with a gradient index layer (20b) , a glass fiber stump (41) is inserted in such a way that the structure is heated such that the bore section of the sleeve collapses over the inserted stump and - beyond this - over one of the sleeve ends in such a way that the layer (20b ) forms the lens (20b) on the inner wall of the self-collapsing bore part, and that the remaining bore section is not brought to collapse so as to form the receptacle (43) for the optical fiber, the axis of the receptacle being that of the stump is aligned (Fig. 3).

5. Use of the end piece according to claim 1 in an optical coupler.