DE9308714U1

DE9308714U1 - Optical coupler with an optical fiber

Info

Publication number: DE9308714U1
Application number: DE9308714U
Authority: DE
Original assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1993-07-22
Anticipated expiration: 2003-06-12

Description

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft einen optischen Koppler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optical coupler according to the preamble of claim 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.Couplers are optical components that can be used to couple light out of a light-carrying optical fiber or to couple it into an optical fiber. The most common form of coupler is the so-called fusion coupler, which is made by fusing two optical fibers arranged parallel to each other and pulling them at the same time. Such factory-made couplers are spliced into the fiber optic networks.

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.Wherever cutting the optical fiber is undesirable or not possible, so-called bending couplers are used, in which the optical fiber is bent or curved so much that the light leaves the leading core. The emitted light component can be detected by a photodiode.

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 UnterteilFrom EP 0212877A2 a bending coupler is known which consists of a lower part made of transparent material. A semicircular recess is provided in the lower part, which has a groove on its peripheral surface. Furthermore, an upper part is provided which is shaped in such a way that it corresponds to the recess. A groove is also made in the surface of the upper part. Between the upper part and the lower part

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.is the glass fiber guided through the grooves, which is bent so strongly when the upper and lower parts are joined together that part of the light output is emitted in the curved area and detected by a photodiode arranged in the transparent lower part.

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.The ratio between the light output detected at the blunt fiber end and the light output measured with the bending coupler can be defined as the output efficiency. The bending couplers available on the market achieve output efficiencies of 5 to 10%, depending on the radius of curvature used and the active area of the photodiode. However, they only have moderate long-term stability, which fluctuates by around 5 to 10% from the average value.

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.The materials of an optical fiber have very different moduli of elasticity. The modulus of elasticity of the optical glass fiber is significantly higher than the modulus of elasticity of the protective layer (coating) that surrounds the glass fiber, which usually consists of a cross-linked acrylic resin. As a result, when the fiber is bent, flow processes occur in which the position of the glass fiber, the acrylic protective layer and the photodiode constantly change relative to one another. This means a change in the coupling-out condition and leads to a drift in the measured value.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, einen Biegekoppler anzugeben, der eine hohe Auskoppeleffizienz sowie eine hohe Langzeitstabilität der ausgekoppelten Lichtleistung gewährleistet.The present invention is therefore based on the object of specifying a bending coupler that ensures high output efficiency and high long-term stability of the output light output.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the characterizing features of claim 1.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Aufgabe durch eine definierte Druckkrafteinstellung sowieThe main advantage of the invention is that the task can be achieved by a defined pressure force setting and

die Justierung der Photodiode zur optischen Faser in einfacher Weise gelöst wird.the alignment of the photodiode to the optical fiber is solved in a simple manner.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.Further advantageous embodiments of the invention are covered in the subclaims.

Die Erfindung ist anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the embodiment shown schematically in the figure.

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 entsprechendThe bending coupler according to the teaching of the invention consists of a base plate 1, which is made of metal, preferably of aluminum. This base plate has a recess 2 with a circular arc in cross section, which has a radius of curvature of approximately 2 mm. The recess extends over an arc of less than 180 °. A slot 3 is made in the base plate 1, which allows the optical fiber 4 to be easily inserted. A cylindrical rod 5, preferably made of brass, whose diameter is approximately 4 mm, is located in the recess 2. The rod 5 has a circumferential groove (not visible in the figure) in which the optical fiber 4 is housed. The shape and depth of the groove are designed so that the optical fiber 4 protrudes beyond the groove. Two fiber holders 6 and 7 are also provided, which fix the optical fiber 4 motionlessly on either side of the rod 5. Above the base plate 1 there is a component 8 which also has a recess 9 with a circular arc in cross section, the radius of curvature of which is also approximately 2 mm. The arc of the recess 9 encloses an angle of less than 180°, preferably approximately 150°. The material from which the component 8 is made must be transparent in the optical range under consideration. Polymethacrylate glass is preferred for this. A blind hole 10 is made in the component 8 from the rear side, in which a photodiode 11 is housed. The rear side of the component 8 is designed in the shape of a circular arc and is surrounded by the corresponding

kreisbogenförmig ausgestalteten Seite einer Platte 12 aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, bestehenden Oberteils gestützt. Das Oberteil 12 ist in einer Führung 13 gelagert.The upper part 12 is supported on the circular-arc-shaped side of a plate 12 made of metal, preferably aluminum. The upper part 12 is mounted in a guide 13.

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.By applying a force F to the back of the upper part 12, the optical fiber 4 between the rod 5 and the recess 9 is bent according to the radii of curvature of the recess and the rod 5 - in the exemplary embodiment 2 mm. A portion of the light fed into one end of the glass fiber 4 is then emitted in the curved region of the optical fiber 4 and detected by the photodiode 11.

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.An optimal adjustment of the optical fiber 4 to the photodiode 11 can be achieved by making the component 8 movable in the direction of its longitudinal axis, i.e. perpendicular to the plane of the drawing. In addition, the angle of the component 8 can be adjusted in a range of approximately ± 5 degrees by means of adjusting screws 14 and 15 threaded into the base plate 1.

Die Herstellung des dargestellten Biegekopplers geschieht wie folgt:The bending coupler shown is manufactured as follows:

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 derFirst, the optical fiber is inserted into the groove of the rod 5 and the rod 5 is inserted into the recess 2. The vertically running area of the optical fiber 4 passes through the slot 3. The optical fiber 4 is then clamped in the fiber fixations 6 and 7. Now the component 8 is placed on the rod 5 as shown in the figure and the upper part 12 is placed on top. One end of the optical fiber 4 is connected to a light source, e.g. a laser diode (not shown). Using an adjusting screw (not shown) that acts in the direction of the force F, the component 8 is pressed onto the optical fiber 4 until no significant change in the light output detected by the photodiode 11 is detected. Using the

Stellschrauben 14 und 15 und Längsverschiebung des Bauteils 8 kann die eingestrahlte Leistung optimiert werden, d.h. die Auskoppeleffizienz maximiert werden.By adjusting screws 14 and 15 and longitudinal displacement of component 8, the radiated power can be optimized, i.e. the output efficiency can be maximized.

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.Another advantage is that the active area of the photodiode 11 is chosen to be as large as possible. A diameter of the active areas of 2 - 5 mm has proven to be advantageous.

Mit dem erfindungsgemäßen Biegekoppler konnten folgende Leistungsdaten erzielt werden.The following performance data could be achieved with the bending coupler according to the invention.

Langzeitstabilität: Drift < 0,1 % innerhalb von 10 Min Auskoppeleffizienz: 30 - 50 % der Gesamtleistung.Long-term stability: Drift < 0.1 % within 10 min. Output efficiency: 30 - 50 % of the total power.

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.The bending coupler according to the invention can be used with particular advantage in the production of splice-free ring resonators, as described, for example, in DE-PS 42 01 068. In this method, it is necessary that the light output remains constant during the drawing process of about 10 minutes so that the production of the coupler can be monitored by measurement.

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.The invention is not limited to bending couplers with a coated glass fiber, but is equally applicable for optical fibers made of plastic material. The specified dimensions regarding the curvature radii and the depth of the groove must then be adjusted accordingly.

Claims

Protection claims

1. Optical coupler with an optical fiber (4) which has a transparent coating, consisting of a first component (8) made of transparent material with a semicircular recess (9) and a second component (5) located in the semicircular recess (9), wherein in the surface of the second component (5) there is a groove for receiving the optical fiber (4), which adapts to the curvature of the semicircular recess (9) when the first (8) and the second component (5) are brought together under the action of a force, and wherein a photodiode (11) is embedded in the first component (8), characterized by the following features

a) the second component (5) is a cylindrical metal rod which is mounted in a recess (2) in a base plate (1) made of metal and has a groove extending over the entire circumference

b) the first component (8) is supported with its surface facing away from the second component (5) on an upper part (12) made of metal in such a way that the first component (8) can pivot about an axis

c) in the base plate (1) on both sides of the recess (2) receiving the metal rod (5) there are set screws (14, 15) which enable the first component (8) to be pivoted and locked around the longitudinal axis of the metal rod (5).

2. Optical coupler according to claim 1, characterized in that the optical fiber (4) is clamped in fiber fixations (6,7) on both sides of the cylindrical metal rod (5).

3. Optical coupler according to claim 1 or 2, characterized in that the photodiode (11) has an active area with a diameter of more than 2-5 mm.

4. Optical coupler according to one of claims 1 to 3, characterized in that the contact surface between the first component (8) and the upper part (12) is circular in shape.

5. Optical coupler according to one of claims 1 to 4, characterized in that the upper part (12) is guided in a fixed holder (13).

6. Optical coupler according to one of claims 1 to 5, characterized in that the lower part (1) is fixedly mounted.

7. Optical coupler according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cylindrical metal rod (5) is a brass rod with a diameter of 2 - 4 mm and that the groove has a depth of 100 - 200 μm.

8. Optical coupler according to one of claims 1 to ₁₁ , characterized in that the radius of curvature of the semicircular recess (9) located in the first component (8) is almost equal to the radius of curvature of the cylindrical metal rod (5).

9. Optical coupler according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first component (8) is displaceable in the longitudinal direction.