NL7811279A

NL7811279A - Element to couple laser beam to optical fibre - is made from two types of glass with core and sheath having different viscosity

Info

Publication number: NL7811279A
Application number: NL7811279A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1978-11-15
Filing date: 1978-11-15
Publication date: 1980-05-19

Abstract

The coupling element is used to couple a radiation source such as a diode laser, with a symmetrical light beam of a mono-mode of an optical transmission fibre. It uses a lens and an adaptor. A fibre is produced from one glass as a core material and another glass as the sheathing material. The fibre is first mounted with the axis vertical and heated from a distance five times the diameter of the core for a sufficiently long period. The temperature is such that the viscosity of the core will be given range. The glass chosen for the sheathing has a viscosity of a higher value for the same temp. condition.

Description

ι · \ \ PHN 9285 N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.PH \ 9285 N.V. Philips * Incandescent light factories in Eindhoven.

Werkwijze voor de vervaardiging van een koppelelement.Method for the production of a coupling element.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een koppelelement, dat dient voor het koppelen van een stralingsbron in de vorm van een laser, in het bijzonder een diode-laser 5 met symmetrische lichtbundel, aan een monomode optische transmissievezel met behulp van een lens en een verloopstuk.The invention relates to a method for manufacturing a coupling element, which serves for coupling a radiation source in the form of a laser, in particular a diode laser 5 with symmetrical light beam, to a mono-mode optical transmission fiber by means of a lens and reducer.

Uit de ter visie gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 750451 is een dergelijke inrichting 10 bekend, waarbij het aan de laser grenzende uiteinde van de afgeplatte monomode optische, transmissievezel ter plaatse van de kern is bedekt met een semi-ellipsoide i lens.Such a device 10 is known from Dutch Patent Application 750451, which has been laid open to inspection, in which the laser-bordering end of the flattened monomode optical transmission fiber at the core is covered with a semi-ellipsoidal lens.

Een z.g. "stripe-geometrie" halfgeleiderlaser 15 levert een asymmetrische en astigmatische lichtbundel.A so-called "stripe geometry" semiconductor laser 15 provides an asymmetric and astigmatic light beam.

De breedte van het elektrische kontakt ("stripe”) op de laser en de dikte van de aktieve laag in de laser bepaalt min of meer ook de breedte en de dikte van het werkzame aktieve gebied van de laser.The width of the electrical contact ("stripe") on the laser and the thickness of the active layer in the laser more or less also determine the width and thickness of the active active area of the laser.

20 De breedte van dit gebied ligt bijvoorbeeld tussen 5 en 10yUm en de dikte tussen 0,5 en 1^um. Dit heeft tot. gevolg, dat het uittredende laserlicht niet symmetrisch van doorsnede is. De divergentie van de openingshoek loodrecht op de aktieve laag ligt meestal tussen 40° 25 en 60° en parallel aan de aktieve laag slechts tussen 10° en 30°.The width of this region is, for example, between 5 and 10 µm and the thickness between 0.5 and 1 µm. This has until. the result that the emerging laser light is not symmetrical in cross-section. The divergence of the opening angle perpendicular to the active layer is usually between 40 ° 25 and 60 ° and parallel to the active layer only between 10 ° and 30 °.

Teneinde op efficiënte wijze een direkte koppeling tussen de laser en de monomode vezel te realiseren is het noodzakelijk een cylindervormige lens 30 te gebruiken. Het koppelrendement kan worden vergroot Q 7811279 4 PHN 9285 -a- door de fiber na verhitting enigszins af te platten zodanig dat het uiteinde van de kern elliptisch -wordt. Hierdoor wordt de fiber beter aangepast aan de elliptische' doorsnede van de laserbundel in de grondmode. 5 In de nog niet gepubliceerde Nederlandse octrooiaanvrage 7706379 is een werkwijze ter vervaardiging van een koppelelement met een dergelijke cylinder-vormige lens beschreven. Volgens deze oudere aanvrage wordt een fiber getrokken uitgaande van een lichaam, 10 dat een glassoort als kernmateriaal en een glassoort als mantelmateriaal omvat en waarbij de fiber aan het uiteinde monotoon is afgeplat, zodat het uiteinde van de kern een elliptische doorsnede heeft. De werkwijze wordt zodanig uitgevoerd, dat de temperatuur waarbij het 15 afplatten plaatsvindt ongeveer die is waarbij het 7 materiaal van de kern een viscositeit tussen 10 en 8 5 10 poises bezit, terwijl bij de gekozen glassoort van de kern een glassoort voor de mantel wordt gekozen waarvan bij de afplattemperatuur de viscositeit tussen 20 ongeveer 10^ en 10^ poises ligt, waardoor gedurende het afplatten het kernglas naar buiten treedt en het uitgetreden gedeelte onder invloed van de oppervlaktespanning een semi-ellipsoidale vorm aanneemt, die bij afkoeling tot onder de transformatietemperatuur van 25 het kernglas wordt gefixeerd.In order to efficiently realize a direct coupling between the laser and the mono-mode fiber, it is necessary to use a cylindrical lens 30. The coupling efficiency can be increased Q 7811279 4 PHN 9285 - by flattening the fiber slightly after heating so that the end of the core becomes elliptical. As a result, the fiber is better adapted to the elliptical cross section of the laser beam in the ground mode. Dutch patent application 7706379, not yet published, describes a method for manufacturing a coupling element with such a cylindrical lens. According to this earlier application, a fiber is drawn starting from a body, which comprises a glass type as core material and a glass type as jacket material and wherein the fiber is monotonously flattened at the end, so that the end of the core has an elliptical cross-section. The process is carried out such that the temperature at which the flattening takes place is approximately that at which the core 7 material has a viscosity between 10 and 8 5 poises, while the core glass type selected is a jacket glass type. whose viscosity is between about 10 ^ and 10 ^ poises at the flattening temperature, as a result of which the core glass exits during flattening and the exiting portion takes on a semi-ellipsoidal shape under the influence of the surface tension, which upon cooling falls below the transformation temperature of The core glass is fixed.

Hiernaast gelden de gebruikelijke eisen ten aanzien van kern- en mantelglazen, te weten niet te zeer uiteenlopende uifczettingscoëfficienten en de brekingsindex van het kernglas ongeveer 1$ hoger dan 30 die van het mantelglas.In addition, the usual requirements with regard to core and cladding glasses apply, namely not too widely differing expansion coefficients and the refractive index of the core glass about 1 $ higher than that of the cladding glass.

Voor de koppeling tussen diode lasers met nagenoeg symmetrische lichtbundel, bijvoorbeeld de zogenaamde "buried-heterostructure lasers1', beschreven in een artikel van Toshihisa Tsukada in de 35 J. Appl. Physics 4j5, 4899-4906 (1974), dient men echter te beschikken over een ronde lens om bij koppeling W 7811279 •1 Λ 9However, the coupling between diode lasers with a nearly symmetrical light beam, for example the so-called "buried-heterostructure lasers1", described in an article by Toshihisa Tsukada in the 35 J. Appl. Physics 4j5, 4899-4906 (1974), should be available. around a round lens at coupling W 7811279 • 1 Λ 9

VV

• ς "'N• ς "'N

* - 3 - ΡΗΝ 9285 met een vezel het koppelingsrendement te verhogen.* - 3 - ΡΗΝ 9285 with a fiber to increase the coupling efficiency.

De uitvinding verschaft nu een eenvoudige werkwijze voor de vervaardiging van een dergelijk koppelstuk met ronde lens.The invention now provides a simple method of manufacturing such a round lens connector.

5 De werkwijze ter vervaardiging van een koppelstuk met een dergelijke ronde lens, waarbij een fiber wordt getrokken uitgaande van een lichaam, dat een glassoort als kernmateriaal een glassoort als mantel- materiaal omvat, is daardoor gekenmerkt, dat de fiber 10 met ongeveer verticale as aan het ondereinde over een afstand die tenminste ongeveer 5x de diameter van de kern bedraagt gedurende voldoende lange tijd wordt verhit op een temperatuur waarbij de kern een viscosi- 6 8 teit tussen 10 en 10 poises bezit en dat bij de 15 gekozen glassoort van de kern een glassoort van de mantel wordt gekozen, waarvan bij de verhittingstempe- 11 13 ratuur de viscositeit tussen ongeveer 10 en 10 poises ligt, waardoor het kernglas naar buiten treedt in de vorm van een ronde lens, die bij afkoeling tot 20 onder de transformatietemperatuur van het kernglas wordt gefixeerd.The method of manufacturing a coupling piece with such a round lens, in which a fiber is drawn from a body, which comprises a glass type as core material and a glass type as jacket material, is characterized in that the fiber 10 has an approximately vertical axis the bottom end is heated over a distance which is at least about 5x the diameter of the core for a sufficiently long time at a temperature at which the core has a viscosity between 10 and 10 poises and that for the selected glass type of the core a glass type of the jacket is selected, the heating temperature of which has a viscosity between about 10 and 10 poises, through which the core glass emerges in the form of a round lens, which, when cooled to 20, is below the transformation temperature of the core glass is fixed.

De werkwijze leent zich ook tot de vervaardiging van een ronde lens aan het uiteinde van een fiber op basis van kwartsglas. Kernglassamenstellingen 25 die het nodige verschil in viscositeit hebben ten opzichte van de kwartsglazen mantel zijn op zichzelf bekend (C.R. Hammond*Fusion temperatures of SiO^-P^O^. binary glasses, Physics and Chemistry of Glasses 19.The method also lends itself to the manufacture of a round lens on the end of a quartz glass fiber. Core glass compositions that have the necessary difference in viscosity with respect to the quartz glass mantle are known per se (C.R. Hammond * Fusion temperatures or SiO ^ -P ^ O ^. Binary glasses, Physics and Chemistry of Glasses 19.

41-42 (1978).41-42 (1978).

30 In figuur 1 van bijgaande tekening is de werkwijze volgens de uitvinding schematisch weergegeven.Figure 1 of the accompanying drawing schematically shows the method according to the invention.

Het uitgangsprodukt is met a) weergegeven; de verhitting door middel van een rond de fiber geplaatste verwarmings-spiraal wordt als b) vertoond, terwijl c) het verkregen 35 eindprodukt voorstelt.The starting product is indicated by a); the heating by means of a heating coil placed around the fiber is shown as b), while c) represents the end product obtained.

Figuur 2 vertoont de werkwijze, die in het 7811279 \ \Figure 2 shows the method described in 7811279 \\

Claims

15 SiO2 35.95 68.3 B203 52.0 21.0 A1203 2.0 2.5 BaO 5.0 Na20 5.7 20 K20 5.0 1.9 As2o3 0.05. 0.05 Nb205 0.55 “So-300 ° C 66 * 10” 7 50 x, 0'7 25 T, * _ -600¾ T-t, „„ „600 ° C logiJ = 7.5 l ° g ^ = 11.5 CONCLUSIONS;

1. A method of manufacturing a coupling element which serves to couple a radiation source in the form of a diode laser with a symmetrical light beam to a monomode optical transmission fiber by means of a lens and an adapter, whereby a fiber is drawn starting from a body, comprising a glass type as core material and a glass type as jacket material, characterized in that ........................... ............ PHN 9285-5 - that the fiber with approximately vertical axis at the bottom end is heated for a sufficiently long time over a distance that is at least about 5 times the diameter of the core. a temperature at which the core 6 8 5 has a viscosity between 10 and 10 poises and that for a selected glass type for the core a glass type is selected for the jacket, of which at the heating temperature 11 13 the viscosity is between about 10 and 10 poises through which the core glass emerges into; 10 the shape of a round lens, which is fixed on cooling below the transformation temperature of the core glass.

2. Coupling element obtained according to claim 1.% M ·, 78 1> '\