DE3005647C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Strahlteilers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 28 40 824 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtauskopplung an Lichtleitfasern bekannt. Dabei ist eine Halterungsvorrichtung mit einer gekrümmten V-förmigen Nut vorgesehen, in welche eine auf der Länge der Nut von ihrer (Kunststoff-)Ummantelung befreite Lichtleitfaser eingelegt und mit Gießharz befestigt wird. Anschließend erfolgt im Krümmungsbereich der Lichtleitfaser ein definierter Materialabtrag des Befestigungsmaterials sowie des Glasmantels der Lichtleitfaser bis an oder in den Kernbereich, so daß ein definierter Lichtaustritt ermöglicht wird. Es entsteht ein Strahlenteilerbereich, der zur Herstellung eines optischen Strahlenteilers verwendbar ist.

In der nichtvorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 29 42 664.0 wurde weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Strahlteilers, vorzugsweise für Fasern mit kleinem Kerndurchmesser, vorgeschlagen. Gemäß diesem Vorschlag wird zur Herstellung des Strahlteilers die Lichtleitfaser 1 in einer Halterungsvorrichtung befestigt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Ein plattenförmiges Zwischenteil 2, z. B. aus Glas ist zwischen zwei Seitenteilen 3 und 4, z. B. ebenfalls aus Glas, eingespannt. Die obere Kante der Glasplatte weist eine genau definierte Krümmung auf, welche z. B. durch Schleifen und Polieren hergestellt werden kann.

Vorteilhaft ist eine kreiszylinderförmige Krümmung, beispielsweise in der Größenordnung von 100 mm. Die Dicke des Glasplättchens wird gleich der Dicke der verwendeten Glasfaser gewählt. Zur Befestigung der Faser wird diese in die Nut zwischen den beiden Seitenteilen eingeklebt, derart, daß die Lichtleitfaser über einen Bereich von z. B. einigen Zentimetern in der Mitte (rechts und links von Schnitt A-B) die obere Kante der Glasplatte 2 berührt. Damit ist die Lichtleitfaser ebenfalls nach einer vorgegebenen Form gekrümmt. Die Lichtleitfaser wird nun von oben her bearbeitet, z. B. geschliffen und poliert bis der Faserquerschnitt in der Ebene A-B eine etwa halbkreisförmige Form besitzt.

Für Single-Mode-Fasern muß die abgetragene Faserdicke exakt auf 1 bis 2 µm vorgegeben werden können. Die Faserrestdicke selbst kann nicht ausgemessen werden, da der Querschnitt nicht zugänglich ist. Zur Erläuterung der Präzisionsdickenmessung dient Fig. 2. Sie zeigt einen Querschnitt senkrecht zu Ebene A-B durch die Fasermitte. Die Faser liegt unmittelbar auf der Glasplatte 2 auf. Die Messung der Tiefe T erfolgt über die Breite B. Setzt man eine kreiszylinderförmige Krümmung der Glasplatte mit dem Radius R voraus, so wird

Beispiel

Es sei
R= 100 mm = 10⁵ µm, dann erhält man für B= 7 mm = 7000 µm; T = 61,2 µm und für B= 7,05 mm = 7050 µm; T = 62,1 µm.

Eine Zunahme von 50 µm bei B hat also eine Zunahme von 1 µm bei T zur Folge.

B kann unter dem Mikroskop auf ±10 µm vermessen werden, so daß T sehr genau bestimmt werden kann.

Das oben beschriebene Verfahren liefert brauchbare optische Strahlteiler für Fasern auch mit geringem Kerndurchmesser. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch die Verwendung von Klebern. Diese haben einen von Glas wesentlich verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten. Bei Temperaturschwankungen dehnt sich daher der Kleber wesentlich stärker aus als das Glas. Die dadurch entstehenden Spannungen werden zwar durch die Elastizität des Klebers aufgefangen; bei Durchfahren von Temperaturzyklen können jedoch Verschiebungen im Bereich von einigen Zehntel µm auftreten, die für Strahlteiler mit Monomodefasern zu einer Erhöhung der Verluste führen können.

Die Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlteilers für Lichtleitfasern, insbesondere einwellige Fasern anzugeben, bei dem weitgehend auf den Einsatz von Klebern verzichtet werden kann.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens.

Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert.

Ausgehend von Lichtleitfasern aus Glas oder Quarzglas wird zunächst die Plastikschutzschicht entfernt. Die Faser wird dann in eine Kapillare aus Glas oder Quarzglas eingeschmolzen, wobei die Faser im allgemeinen länger ist als die Kapillare. Durch das Einschmelzen in ein identisches Glasmaterial oder ein Glasmaterial mit relativ geringen Unterschieden im thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist die Faser nahezu spannungsfrei und alterungsbeständig eingebettet. Dieser Glasstab mit lichtleitendem Kern wird dann mit einer definierten Krümmung gebogen, etwa durch Erhitzen und Anlegen beispielsweise an ein Graphitrohr mit vorgegebenem Durchmesser. Danach wird der Glasstab nach Fig. 3 von oben (Pfeil) her bearbeitet, zum Beispiel geschliffen und poliert, bis der Faserquerschnitt in der Mitte der angeschliffenen Fläche eine etwa halbkreisförmige Form besitzt. Die Präzisionsdickenmessung kann analog dem oben beschriebenen Verfahren nach der deutschen Patentanmeldung P 29 42 664.0 vorgenommen werden.

Um aus den fertig geschliffenen Glasstäben mit lichtleitendem Kern einen optischen Strahlteiler zu erhalten, gibt es im wesentlichen zwei Möglichkeiten. Man kann z. B. einen Oberflächenkoppler herstellen. Hierzu werden zwei Glasstäbe (Kapillaren) bis etwa zur Mitte des Faserkerns (oder bis zu einer Restdicke des Mantels von wenigen µm über dem Faserkern) geschliffen und poliert und so zusammengefügt, daß die Faserkerne in minimalem Abstand zueinanderliegen. Durch die enge Berührung kann Licht aus einem Laser in die andere übergekoppelt werden. Außerdem ist die Herstellung eines Stirnflächenkopplers möglich. Hierbei wird zunächst ein angeschliffener Glasstab (Kapillare) hergestellt, der einige µm tiefer als im vorher genannten Beispiel, d. h. also bis über die Kernmitte hinaus geschliffen und poliert wird. Anschließend wird der Glasstab (die Kapillare) in der Mitte des anpolierten Bereichs senkrecht zum Faserverlauf durchgesägt und werden die beiden Teile so zusammengefügt, daß sich die halbkreisförmigen Faserendflächen etwa zu einer Kreisfläche ergänzen.

Diese Endfläche wird anschließend so geschliffen und poliert, daß die Faserkerne sich etwa zu einer Kreisfläche ergänzen. Anschließend wird die vorzugsweise polierte Endfläche einer dritten Faser vor die gemeinsame Endfläche der beiden anderen Fasern justiert und fixiert. Dabei kann diese dritte Faser ebenfalls in eine Kapillare eingeschmolzen sein. Werden die Fasern in den Kapillaren eingeschmolzen, dann können auch die nachfolgenden Verbindungen der polierten Flächen der Glasstäbe mit lichtleitenden Kernen als Schmelzverbindungen ausgeführt werden, wobei die Verbindungsflächen entweder teilweise oder ganzflächig verschmolzen werden. Damit ist eine hohe Stabilität des Strahlteilers gegen Umwelteinflüsse, wie Temperaturzyklen, Vibrationen, Chemikalien usw. sichergestellt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Strahlteilers für Lichtleitfasern, insbesondere für Fasern mit geringem Kerndurchmesser, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtleitfaser (1) in eine gebogene Kapillare (5) eingebettet wird, und daß der gekrümmte Bereich der Kapillare (5) samt Lichtleitfaser (1) so bearbeitet wird, daß ein Materialabtrag der Kapillare und der Mantelfläche bis an oder in den Kernbereich der Lichtleitfaser (1) erfolgt und daß schließlich die derart bearbeitete Kapillare in zwei Teilstücke getrennt wird, die beiden Teilstücke längs ihrer bearbeiteten Bereiche verbunden und mit einer Lichtleitfaser optisch gekoppelt werden, oder daß zwei derart bearbeitete Kapillaren längs ihrer bearbeiteten Bereiche miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1) in die Kapillare (5) eingeschmolzen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1) in eine kreisförmig gebogene Kapillare (5) eingebettet wird.