DE2626243C2

DE2626243C2 - Justierung von optischen Fasern in Koppelelementen

Info

Publication number: DE2626243C2
Application number: DE19762626243
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Phys. 4330 Mülheim Hillerich; Peter Dipl.-Ing. 4052 Korschenbroich Schlang
Original assignee: AEG Telefunken AG
Current assignee: Kabel Rheydt AG
Priority date: 1976-06-10
Filing date: 1976-06-10
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE2626243A1

Description

aufweist, wobei d\ der Kerndurchmesser der exzentrischen optischen Faser (9) und d₂ der Kerndurchmesser der zu justierenden ortischen Faser (1) ist

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (5) zur Erzeugung eines zur Längsachse des Koppelelements (3) konzentrischen parallelen Lichtstrahlers (11) vorgesehen ist, daß im Strahlengang des Lichtstrahls (11) eine um die Längsachse des Koppelelements (3) rotierende planparallele Platte (12) angeordnet ist, daß im Strahlengang des aus der planparallelen Platte versetzt austretenden, rotierenden Lichtstrahls (10) die Stirnfläche (13) des Koppelelements verschiebbar angeordnet ist und daß das ferne Ende der optischen Faser (1) mit einer Einrichtung zum Nachweis der Intensität des übertragenen Lichts verbunden ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (5) zur Erzeugung eines zur Längsachse des Koppelelements (3) konzentrischen, parallelen Lichtstrahls ein Laser ist

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des rotierenden Lichtstrahls (10) zwischen der planparallelen Platte (12) und der Stirnfläche (13) des Koppelelements (3) eine gemeinsam mit der planparallelen Platte (12) rotierende Einrichtung (20) zum Divergieren des rotierenden Lichtstrahls (10) angeordnet ist. und daß die Stirnfläche (13) des Koppelelements in der zu seiner Längsachse senkrechten Ebene (A) liegt, in der der Aufweitkegel (14) des Lichtstrahls die Achse des Koppelelements (3) schneidet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur zentrischen Justierung der Lichteintrittsfläche einer optischen Faser oder eines anderen optischen Bauelements, in einem Koppelelement, in dem die Faser nach dem Justiervorgang fixiert wird, wobei stirnseitig vor dem Koppelelement eine exzentrisch rotierbare Lichtführung angeordnet ist und in die zu justierende optische Faser Licht eingekoppelt und die Intensität des aus der Lichtführung austretenden Lichts gemessen wird oder umgekehrt in die Lichtführung Licht eingespeist und die Intensität des aus der Faser wieder austretenden Lichts gemessen wird.

Unter optischen Fasern sind in dem hier vorliegender Zusammenhang Fasern aus einem Material zu verste

hen, das zur Übertragung von Licht im infraroten.

sichtbaren und ultravioletten elektromagnetischen

Spektralbereich für Nachrichtenzwecke geeignet ist. Solche Materialien sind beispielsweise Glas oder Quarz. Die Lichteintrittsfläche eines optischen Bauelements

ist der Teil seiner stirnseitigen Querschnittsfläche, in den das Licht mit den geringsten Koppelverlusten eintreten kann. Bei optischen Fasern, die aus einem Kern und einem Mantelbereich bestehen, ist die Lichteintrittsflä-

ehe der Kernquersciniiii, bei Gradienten-Fasern ist es der innere Bereich minimaler Leitungsdämpfung.

Bei der Herstellung von Faserverbindungen ist es notwendig, die lichtführenden Teile der Fasern genau einander gegenüber anzuordnen, um möglichst geringe Verluste beim Übergang von einer Faser in die andere zu gewährleisten. Das kann durch Vor- oder Nachjustierung der Verbindungselemente erreicht werden.

Der DE-OS 21 59 327 ist ein Beispiel für das Nachjustieren von optischen Bauelementen in Verbindungselementen zu entnehmen. Die optischen Bauelemente sind danach exzentrisch in zylindrischen Führungsstiften angeordnet, die gemeinsam in einem Gehäuse liegen. Um die optischen Bauelemente einander genau gegenüber zu justieren, werden die Führungsstifte so verdreht, daß maximaler Lichtdurchgang durch die Verbindungsstelle erreicht wird. Es gibt eine ganze Reihe von Möglichkeiten, Faserenden oder optische Bauelemente in Koppelelementen nachträglich zu justieren. Allen gemeinsam ist der Nachteil, daß sie entweder nicht lösbar sind oder nach der Lösung neu justiert werden müssen, wozu jedesmal ein rncßtechnischer Aufwand erforderlich ist.

Die optischen Fasern können in den Koppe'elementen auch vor der Herstellung der Verbindung so angeordnet sein, daß sie beim Zusammenführen der Koppelelemente einander immer genau gegenüber liegen, so daß der Lichtübergang optimal ist. Ein solcher Lichtleiteranschluß ist in der DE-OS 25 10 618 beschrieben. Er besteht aus Stahlhülsen, in denen die Lichtleiterenden koaxial ausgerichtet festgelegt sind. Zur Herstellung dieses Lichtleiteranschlusses bedient man sich einer Halterung, in der die Stahlhülse und der abgemantelte Lichtleiter koaxial zueinander ausgerichtet werden. Die Halterung besteht aus zwei Platten mit V-förmigen Nuten, die in zwei parallelen, den Durchmesserunterschieden der Stahlhülse und des Lichtleiters entsprechenden Ebenen liegen. Diese Art der Herstellung eines Lichtleiteranschlusses ist recht aufwendig, da insbesondere bei Fasern sehr kleinen Durchmesser die genaueste Einhaltung der Abmessungen erforderlich ist. Darüber hinaus ist keine Gewährleistung dafür gegeben, daß der lichtführendc Kern der optischen Faser auch tatsächlich konzentrisch in der Stahlhülse sitzt, wenn er exzentrisch in der Faser liegt. Optische Fasern unterschiedlicher Durchmesser können ohne eine vorherige genaue Justierung nicht konzentrisch in der Stahlhülse angebracht werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen eine äubcrst genaue Zentrierung der Lichteinirittsflächen von Lichtleitfasern oder anderen optischen bauelementen in Koppelelementen hülsenartiger Bauart möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß während des Justiervorganges die Lichtführung um die Achse des Koppeielements in Rotation versetzt wird und dabei die F .iser im Koppelelement so lange verschoben wird, bis eine gleichbleibende Intensität des übertragenen Lichts während eines ganzen Umlaufs der Lichtführung um die Achse des Koppelelements gemessen wird.

Als rotierbare Lichtführung kann gemäß der Erfindung das Ende einer optischen Faser vorgesehen sein. In diesem Falle wird die Achse ihres lichtführenden Kerns konzentrisch um die Längsachse des Koppelelements bewegt. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich srfindungsgemäß dadurch aus, daß das Koppelelement, in dem das zentrisch zu justierende Faserende in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Koppelelements verschiabbar angeordnet ist, und eine Extrahülse, die um ihre Längsachse rotierbar ist und in welcher das Ende einer zweiten optischen Faser exzentrisch befestigt ist, in kurzem Abstand hintereinander auf einer Halterung so angebracht sind, daß ihre Längsachsen auf einer Geraden liegen und daß die eine der optischen Fasern an ihrem fernen Ende mit einer Lichtquelle und die andere mit einer Einrichtung zum Nachweis der Intensität des übertragenen Lichts verbunden ist

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das Koppelelement und die Exzenterhülse zylindrisch

'S gestaltet Beide haben denselben Querschnitt und liegen sich auf einer Halterung in einer V-förmigen Nut stirnseitig gegenüber. Die Lichtleitfaser ist in der Exzenterhülse so befestigt daß ihr lichtführender Kern bezüglich der Achse des Koppelelements eine Exzentri zität

«ι ' "2

aufweist. d\ ist der Kerndurchmesser der exzentrischen und di der der zu justierenden optischen Faser.

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit zur Justierung der Lichteintrittsfläche einer optischen Faser oder eines anderen optischen Bauelements in einem Koppelelement besteht darin, daß als rotierbare Lichtführung ein Lichtstrahl verwendet wird, der durch Parallelverschiebung eines zur Längsachse des Koppelelements konzentrischen, parallelen Lichtstrahls beim Durchtritt durch eine um die Achse des Koppelelements rotierende planparallele Platte erzeugt wird.

Als paralleler Lichtstrahl wird vorzugsweise ein Laserstrahl verwendet. Nach dem Durchtritt durch die planparallele Platte wird er divergiert Die Lichteintrittsfläche der optischen Faser wird in de'jenigi-n zur Achse des Koppelelements senkrechten Ebene justiert in der der Aufweitungskegel des Lichtstrahls die Achse sch :eidet. Die optische Faser oder das optische Bauelement können nach ihrer Justierung durch Aushärten eines vorher eingebrachten Klebstoffs in dem Koppelelement fixiert werden. Die zuletzt beschriebene Ausführungsform des erfinJungsgemäßen Verfahrens läßt sich durchführen mit einer Vorrichtung, die sich dadurch auszeichnet, daß eine Lichtquelle zur Erzeugung eines zur Längsachse des Koppelelements konzentrischen, parallelen Lichtstrahls vorgesehen ist, daß im Strahlengang des Lichtstrahls eine um die Längsachse des Koppelelements rotierende planparallele Place angeordnet ist, daß im Strahlengang des au» der planparallelen Platte versetzt austretenden, rotierenden Lichtstrahls die Stirnfläche des Koppelelement^ liegt, daß in diesem Koppelelement das /entriscn zu justierende Faserende in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Koppelelements verschiebbar angeordnet ist und daß das ferne Ende der optischen Faser mit einer Einrichtung mm Nachweis der Intensität des übertragenen Lichts verbunden ist.

Als Lichtquelle ist vorzugsweise ein Laser vorgesehen. Im Strahlengang des rotierenden Lichtstrahls zwischen der planparallelen Platte und der Stirnfläche des Koppelelements ist gemäß der Erfindung eine gemeinsam mit der planp?rallelen Platte rotierende Einrichtung zum Divergieren des rotierenden Lichtstrahls angeordnet. In diesem Falle liegt die Stirnfläche

des Koppelelements in der zu seiner Achse senkrechten F,bene, in der der Aufweitungskegel des Lichtstrahls seine Achse schneidet. Die Einrichtung zum Divergieren des Lichtstrahls ist eine Linse, wobei es nicht darauf ankommt, ob sie konvex oder konkav ist. Bei einer konvexen Linse divergiert der Strahl erst hinter dem Brennpunkt.

Die Koppelelemente mit den gemäß der Erfindung justierten Faserenden bzw. optischen Bauelementen erlauben die Verwirklichung lösbarer Steckverbindungen, bei deren Zusammenfügung kein Justieren mehr erforderlich ist. Die Lichteintrittsflächen der optischen Bauelemente liegen genau koaxial in der Stirnfläche der Koppelelemente. Als Koppelelemente eignen sich vor allem zylindrische Hülsen. Aber auch andere Hülsen mit symmetrischen Querschnitten, die eine definierte Längsachse aufweisen, wie z. B. gleichseitige Dreiecke, Quadrate, Sechsecke usw. sind als Koppelelement geeignet. Auch kommerzielle Hochfrequenzstecker sind justierende Faserende, dessen Projektion mit dem Bezugszeichen 21 in den Fig. 2 und 3 erscheint. In Fig. 2 ist der Fall dargestellt, daß der Kern der optischen Fasern exzentrisch zur Achse des Koppelelements liegt. Bei der Rotation der Lichtführung um die Achse des Koppclelements findet daher in Abhängigkeit von der momentanen Stellung ein unterschiedlicher Lichtübergang statt. Die Überschneidungsflächen 22 der Projektion 21 der Lichteintrittsfläche 13 auf die Stirnebene der Lichtführung mit der Querschnittsfläche der Lichtführung sind ein Maß für die Intensität des übertragenen Lichts. Die am Ende der Lichtleitfaser gemessene Intensität schwankt während eines jeden Umlaufs zwischen einem Maximum und einem Minimum. Die Lichteintrittsfläche 13 der zu justierenden optischen Faser wird nun so lange verschoben, bis sie die in F i g. 3 gezeigte Position erreicht hat. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Überschneidungsflächen 22 während des ganzen Umlaufs der Lichtführung konstant

für diesen Zweck verwendbar. Aüe diese Koppelele- ^}" bleib¹.. Demzufolge bleibt auch dip miitpls der

mente erlauben die Wiederzusammenführung in einer Verbindungsanordnung ohne neuerliche Justierung, wenn die Faserenden vorher gemäß dem Verfahren nach der Erfindung justiert wurden. Ein groCer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch darin zu sehen, daß mit den so justierten Koppelelementen auf einfache Weise Mehrfachsteckverbindungen hergestellt werden können. Auch konfektionierte Leitungen mit optischen Elementen und Steckern können hergestellt werden, was sowohl die Arbeit beim Spleißen auf der Strecke auf ein Minimum reduziert als auch die Verbindung selbst sehr einfach und damit auch billig machen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei alledem sehr einfach durchzuführen, sehr zuverlässig und höchst genau.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Koppelelement mit eingebetteter optischer Faser;

Fig. 2 und 3 dienen der Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Justierverfahrens,

Fig.4 ist eine schematische Darstellung einer Justiervorrichtung mit Exzenterhülse und

Fig. 5 eine Justiervorrichtung mittels rotierenden Lichtstrahls.

In F i g. 1 ist die optische Faser mit 1 bezeichnet. 2 ist der Kern der optischen Faser und 4 ihr Mantel. Die optische Faser ist von einer Schutzhülle 16, die beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, umgeben. Die so ausgebildete optische Faser soll im Koppelelement 3 so zentriert werden, daß der Kern 2 der optischen Faser konzentrisch im Koppelelement liegt Zur Fixierung der Faser ist der freie Raum innerhalb des Koppelelements mit einem Klebstoff 15 gefüllt, der zunächst noch ein Verschieben des Faserendes erlaubt und nach der Justierung ausgehärtet wird.

Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der F i g. 2 und 3 erläutert Um die Achse 26 des Koppelelements 3 wird die rotierbare Lichtführung in ^f Rotation versetzt Der Querschnitt durch diese Lichtführung, die gemäß der Erfindung ein Lichtleitfaserende 9 oder ein rotierender Lichtstrahl 10 sein kann, beschreibt bei der Rotation eine kreis- oder eine kreisringförmige Fläche 8. Die Figuren zeigen verschie- ^b dene Positionen der Lichtführung während ihres Umlaufs um die Achse des Koppelelements. Der rotierenden Lichtführung gegenüber liegt das zu Meßeinrichtung am Ende der Lichtleitfaser nachgewiesene, übertragene Lichtintensität konstant. Die Konstanz der Lichtintensität während des Umlaufs der Lichtführung ist ein Zeichen für die koaxiale Anordnung -' der Lichteintrittsfläche in dem Koppelelement.

Die Fig.4 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf einer Halterung Ί8 mit V-förmiger Nut 19 liegen hintereinander eine E:.:enterhülse 17 und das Koppelelement 3. Die w Exzenterhülse und das Koppelelement haben denselben Querschnitt. In der Exzenterhülse 17 ist eine Lichtleitfaser 9 exzentrisch zur Längsachs? des Koppelelements angeordnet. Die Exzenterhülse i7 ist um die Achse des Koppelelements drehbar. Die zu justierende optische ^ Faser 1 ist im Koppelelement 3 so angeordnet, daß ihr Lichteintrittsende in einer zur Achse senkrechten Ebene verschoben werden kann. Zur Verschiebung ist die optische Faser in einem Justierelement 25 gehaltert, das mittels Mikrometerschrauben 23 und 24 in zwei Richtungen verschiebbar ist. Ii die optische Faser wird mittels einer Lichtquelle 5 Licht eingekoppelt, dessen Durchgang am anderen Ende durch die Justiervorrichtung mit Hilfe eines Fotodetektors 6 und einer Meßeinrichtung 7 nachgewiesen wird. Die Justierung ι > der optischen Faser in dem Koppelelement 3 erfolgt wie im Zusammenhang mit der Erläuterung der F i g. 2 und 3 beschrieben.

Die F i g. 5 zeigt eine weitere Gestaltungsmöglichkeit einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit der Lichtquelle 5. welche vorzugsweise ein Laser ist, wird ein zur Längsachse 26 des Koppelelements 3 konzentrischer paralleler lichtstrahl 11 erzeugt Dieser Lichtstrahl wird in der planparallelen Platte 12 entsprechend den optischen Gesetzmäßigkeiten parallel verschoben. Durch Rotation der planparallelen Platte 12 wird der verschobene Lichtstrahl 10 in Rotation versetzt. Im Strahlengang dieses rotierenden Lichtstrahls befindet sich eine Linse 20, mit der der Lichtstrahl divergiert wird. In der Ebene A, in der der Aufweitungskegel 14 des Licntstrahls die Längsachse des Koppelelements 3 schneidet, ist die Stirnfläche 13 der optischen Faser angeordnet In dieser Ebene beschreibt der rotierende Lichtstrahl eine kreisförmige Fläche, Die optische Faser befindet sich ■ wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 und wie in F i g. 1 gezeigt in einem Koppelelement 3 und ist darin verschiebbar. Die Justierung erfolgt wieder wie zuvor beschrieben.

Die gemäß der Erfindung vorbereiteten Koppelelemente werden zur Herstellung von Steckern lediglich noch in Steckergehäuse eingesetzt. Die Gestaltung der Steckergehäuse ist dabei dem jeweiligen Verwendungszweck anzupassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur zentrischen justierung der Lichteintrittsfläche einer optischen Faser oder eines anderen optischen Bauelements, in einem Koppelelement, in dem die Faser nach dem Justiervorgang fixiert wird, wobei stirnseitig vor dem Koppelelement eine exzentrisch rotierbare Lichtführung angeordnet ist und in die zu justierende optische Faser Licht eingekoppelt und die Intensität des aus der Lichtführung austretenden Lichts gemessen wird oder umgekehrt in die Lichtführung Licht eingespeist und die Intensität des aus der Faser wieder austretenden Lichts gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Justiervorganges die Lichtführung um die Achse des Koppelelements (3) in Rotation versetzt wird und dabei die Faser (1) im Koppelelement so lange verschoben wird, bis eine gleichbleibende Intensität des übertr3«»enen Lichts während eines ganzen Umlaufs der Lichfführung um die Achse des Koppelelements gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurcii gekennzeichnet, daß als rotierbare Lichtführung das Ende einer optischen Faser (9) vorgesehen ist und daß die Achse ihres lichtführenden Kerns konzentrisch um die I ängsachse des Koppelelenients (3) bewegt wird

3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als rotierbare Lichtfühning ein Lichtstrahl (10) verwendet wird, der durch Parallelverschiebung eines zur Längsachse des Koppelelements (3) Konzentrischen, parallelen Lichtstrahls (11) beim Durchtritt d;rch ei. .· um die Achse des Koppelelements rotierecie planparallele Platte (12) erzeugt wird

4. Verfahren nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichent, daß als paralleler Lichtstrahl ein Laserstrahl verwendet wird, der nach dem Durchtritt durch die planparallele Platte (12) divergiert wird und daß die Lichteintrittsfläche (13) der zu justierenden optischen Faser (1) in der zur Achse des Koppelelements senkrechter Ebene (A). in der der Aufweitungskegel (14) des Lichtstrahls (10) die Achse schneidet, justier ι wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (3), in dem das zentrisch zu justierende Faserende in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Koppelelements verschiebbar angeordnet ist. und eine Exzenterhülse (17), die um ihre Längsachse rotierbar ist und in welcher das Ende einer zweiten optischen Faser (9) exzentrisch befestigt ist, in kurzem Abstand hintereinander auf einer Halterung (18) so angebracht sind, daß ihre Längsachsen auf einer Geraden liegen und daß die e>ne der optischen Fasern an ihrem fernen Ende mit einer Lichtquelle (S) und die andere mit einer Einrichtung (7) zum Nachweis der Intensität des übertragenen Lichts verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (3) und die Exzenterhülse (17) zylindrisch gestaltet sind, daß beide denselben Querschnitt haben und daß sie sich auf einer Halterung (18) in einer V-förmigen Nut (19) stirnseitig gegenüber liegen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (9) in der

Exzenterhülse (17) so befestigt ist, daß ihr lichtführender Kern bezüglich der Achse des Koppelelements eine Exzentrizität