DE9308714U1 - Optischer Koppler mit einer optischen Faser - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen optischen Koppler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Koppler sind optische Bauelemente, mit deren Hilfe Licht aus einer lichtführenden optischen Faser ausgekoppelt bzw. in eine optische Faser eingekoppelt werden kann. Die am weitesten verbreitete Form von Kopplern sind die sogenannten Schmelzkoppler, die durch Verschmelzen von zwei parallel zueinander angeordneten optischen Fasern und gleichzeitiges Ziehen hergestellt werden. Solche fabrikseitig hergestellten Koppler werden in die Glasfasernetze eingespleißt.

Überall dort, wo ein Schneiden der optischen Faser unerwünscht oder nicht möglich ist, werden sogenannte Biegekoppler eingesetzt, bei welchem die optische Faser so stark gekrümmt bzw. gebogen wird, daß das Licht den führenden Kern verläßt. Der abgestrahlte Lichtanteil kann von einer Photodiode detektiert werden.

Aus der EP 0212877A2 ist ein Biegekoppler bekannt, der aus einem Unterteil aus transparentem Material besteht. In dem Unterteil ist eine halbkreisförmige Ausnehmung vorgesehen, die eine Nut an ihrer Umfangsflache aufweist. Weiterhin ist ein Oberteil vorgesehen, welches derart geformt ist, daß es der Ausnehmung entspricht. Auch in die Oberfläche des Oberteils ist eine Nut eingebracht. Zwischen Oberteil und Unterteil

befindet sich die durch die Nuten geführte Glasfaser, die beim Zusammenfügen von Oberteil und Unterteil derart stark gekrümmt ist, daß ein Teil der Lichtleistung im Krümmungsbereich abgestrahlt und von einer in dem transparenten Unterteil angeordneten Photodiode detektiert wird.

Das Verhältnis zwischen der am stumpf abgesetzten Faserende detektierten Lichtleistung zu der mit dem Biegekoppler gemessenen Lichtleistung kann als Auskoppeleffizienz definiert werden. Die auf dem Markt erhältlichen Biegekoppler erreichen in Abhängigkeit vom verwendeten Krümmungsradius und der aktiven Fläche der Photodiode Auskoppeleffizienzen von 5 bis 10 %. Sie haben dabei aber nur eine mäßige Langzeitstabilität, die um etwa 5 bis 10 % vom Mittelwert schwankt.

Die Materialien eines Lichtwellenleiters weisen sehr unterschiedliche Elastizitätsmodule auf. So ist der Elastizitätsmodul der optischen Glasfaser wesentlich höher als der Elastizitätsmodul der die Glasfaser umhüllenden Schutzschicht (Coating), die üblicherweise aus einem vernetzten Acrylatharz besteht. Demzufolge kommt es bei der Biegung der Faser zu Fließprozessen, bei denen sich die Position von Glasfaser, Acrylat-Schutzschicht und Photodiode ständig zueinander ändert. Dies bedeutet eine Änderung der Auskoppelbedingung und führt zu einer Drift des Meßwertes.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, einen Biegekoppler anzugeben, der eine hohe Auskoppeleffizienz sowie eine hohe Langzeitstabilität der ausgekoppelten Lichtleistung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Aufgabe durch eine definierte Druckkrafteinstellung sowie

die Justierung der Photodiode zur optischen Faser in einfacher Weise gelöst wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.

Die Erfindung ist anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Der Biegekoppler gemäß der Lehre der Erfindung besteht aus einer Grundplatte 1, die aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium besteht. Diese Grundplatte weist eine im Querschnitt kreisbogenförmige Ausnehmung 2 auf, welche einen Krümmungsradius von in etwa 2 mm aufweist. Die Ausnehmung erstreckt sich über einen Bogen von weniger als 180 °. In die Grundplatte 1 ist ein Schlitz 3 eingebracht, der ein einfaches Einbringen der optischen Faser 4 ermöglicht. In der Ausnehmung 2 lagert ein zylindrischer Stab 5, vorzugsweise aus Messing, dessen Durchmesser in etwa 4 mm beträgt. Der Stab 5 hat eine in der Figur nicht erkennbare umlaufende Nut, in welcher die optische Faser 4 untergebracht ist. Form und Tiefe der Nut sind so ausgestaltet, daß die optische Faser 4 die Nut überragt. Es sind noch zwei Faserhalterungen 6 und 7 vorgesehen, welche die optische Faser 4 diesseits und jenseits des Stabes 5 bewegungslos fixieren. Oberhalb von der Grundplatte 1 befindet sich ein Bauteil 8, welches ebenfalls eine im Querschnitt kreisbogenförmige Ausnehmung 9 aufweist, deren Krümmungsradius ebenfalls in etwa 2 mm beträgt. Der Bogen der Ausnehmung 9 umschließt einen Winkel von weniger als 180 °, vorzugsweise in etwa 150 °. Das Material, aus welchem das Bauteil 8 gefertigt ist, muß transparent im betrachteten optischen Bereich sein. Polymethacrylatglas wird hierfür bevorzugt. Von der Rückseite aus ist in das Bauteil 8 eine Sackbohrung 10 eingebracht, in welcher eine Photodiode 11 untergebracht ist. Die Rückseite des Bauteils 8 ist kreisbogenförmig ausgestaltet und wird von der entsprechend

kreisbogenförmig ausgestalteten Seite einer Platte 12 aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, bestehenden Oberteils gestützt. Das Oberteil 12 ist in einer Führung 13 gelagert.

Durch Aufbringen einer Kraft F auf die Rückseite des Oberteils 12 wird die optische Faser 4 zwischen dem Stab 5 und der Ausnehmung 9 entsprechend den Krümmungsradien der Ausnehmung und des Stabes 5 - im Ausführungsbeispiel 2 mm - gekrümmt. Ein Teil des in ein Ende der Glasfaser 4 eingespeisten Lichtes wird dann im gekrümmten Bereich der optischen Faser 4 abgestrahlt und von der Photodiode 11 detektiert.

Eine optimale Justierung der optischen Faser 4 zur Photodiode 11 kann dadurch erzielt werden, daß das Bauteil 8 in Richtung seiner Längsachse, also senkrecht zur Zeichenebene, verschiebbar ist. Außerdem kann durch in der Grundplatte 1 gewindemäßig geführten Stellschrauben 14 und 15 der Winkel des Bauteils 8 in einem Bereich von etwa ± 5 Grad verstellt werden.

Die Herstellung des dargestellten Biegekopplers geschieht wie folgt:

Zunächst wird die optische Faser in die Nut des Stabes 5 eingelegt und der Stab 5 in die Ausnehmung 2 eingelegt. Der senkrecht verlaufende Bereich der optischen Faser 4 durchläuft dabei den Schlitz 3. Die optische Faser 4 wird dann in den Faserfixierungen 6 und 7 eingespannt. Nun wird das Bauteil 8 wie in der Figur dargestellt auf den Stab 5 aufgelegt und das Oberteil 12 aufgelegt. Ein Ende der optischen Faser 4 wird an eine Lichtquelle, z.B. eine nicht dargestellte Laserdiode, angeschlossen. Mittels einer nicht dargestellten Stellschraube, die in Richtung der Kraft F wirkt, wird das Bauteil 8 auf die optische Faser 4 gedrückt, bis keine nennenswerte Veränderung der von der Photodiode 11 detektierten Lichtleistung festgestellt wird. Mittels der

Stellschrauben 14 und 15 und Längsverschiebung des Bauteils 8 kann die eingestrahlte Leistung optimiert werden, d.h. die Auskoppeleffizienz maximiert werden.

Von Vorteil ist noch, daß die aktive Fläche der Photodiode 11 möglichst groß gewählt wird. Ein Durchmesser der aktiven Flächen von 2 - 5 mm hat sich als vorteilhaft erwiesen.

Mit dem erfindungsgemäßen Biegekoppler konnten folgende Leistungsdaten erzielt werden.

Langzeitstabilität: Drift < 0,1 % innerhalb von 10 Min Auskoppeleffizienz: 30 - 50 % der Gesamtleistung.

Der erfindungsgemäße Biegekoppler läßt sich mit besonderem Vorteil bei der Herstellung von spleißlosen Ringresonatoren verwenden, wie es z.B. in der DE-PS 42 01 068 beschrieben ist. Bei diesem Verfahren ist es erforderlich, daß die Lichtauskopplung während des Ziehprozesses von etwa 10 Min konstant bleibt, damit die Herstellung des Kopplers meßtechnisch überwacht werden kann.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Biegekoppler mit einer beschichteten Glasfaser, sondern ist gleichermaßen anwendbar für optische Fasern aus Kunststoffmaterial. Die angegebenen Maße bezüglich der Krümmungsradien sowie der Tiefe der Nut müssen dann entsprechend angepaßt werden.

Claims (9)

Schutzansprüche

1. Optischer Koppler mit einer optischen Faser (4) , die eine transparente Beschichtung aufweist, bestehend aus einem aus transparentem Material hergestellten ersten Bauteil (8) mit einer halbkreisförmigen Ausnehmung (9) sowie einem in der halbkreisförmigen Ausnehmung (9) befindlichen zweiten Bauteil (5), wobei in der Oberfläche des zweiten Bauteils (5) eine Nut zur Aufnahme der optischen Faser (4) vorhanden ist, die sich beim Zusammenführen des ersten (8) und des zweiten Bauteils (5) unter Einwirkung einer Kraft der Krümmung der halbkreisförmigen Ausnehmung (9) anpaßt, und wobei in dem ersten Bauteil (8) eine Photodiode (11) eingelassen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale

a) das zweite Bauteil (5) ist ein zylindrischer Metallstab, der in einer Ausnehmung (2) in einer Grundplatte (1) aus Metall gelagert ist und eine sich über den ganzen Umfang erstreckende Nut aufweist

b) das erste Bauteil (8) stützt sich mit seiner dem zweiten Bauteil (5) abgekehrten Oberfläche an einem aus Metall bestehenden Oberteil (12) derart ab, daß das erste Bauteil (8) um eine Achse schwenkbar ist

c) in der Grundplatte (1) sind beiderseits der den Metallstab (5) aufnehmenden Ausnehmung (2) Stellschrauben (14,15) vorgesehen, die eine Schwenkung und Arretierung des ersten Bauteils (8) um die Längsachse des Metallstabes (5) ermöglichen.

2. Optischer Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (4) beiderseits des zylindrischen Metallstabes (5) in Faserfixierungen (6,7) eingespannt sind.

3. Optischer Koppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodiode (11) eine aktive Fläche mit einem Durchmesser von mehr als 2-5 mm aufweist.

4. Optischer Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche zwischen dem ersten Bauteil (8) und dem Oberteil (12) kreisbogenförmig verläuft.

5. Optischer Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (12) in einer feststehenden Halterung (13) geführt ist.

6. Optischer Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (1) feststehend gelagert ist.

7. Optischer Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Metallstab (5) ein Messingstab mit einem Durchmesser von 2 - 4 mm ist und daß die Nut eine Tiefe von 100 - 200 &mgr;&eegr;&igr; aufweist.

8. Optischer Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der in dem ersten Bauteil (8) befindlichen halbkreisförmigen Ausnehmung ((9) nahezu gleich dem Krümmungsradius des zylindrischen Metallstabes (5) ist.

9. Optischer Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (8) in Längsrichtung verschiebbar ist.