DE3138197A1

DE3138197A1 - Verfahren zur justierung des abstandes eines lichtwellenleiters zu einem optischen sende- oder empfangselement

Info

Publication number: DE3138197A1
Application number: DE19813138197
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dipl.-Phys. Dr. 7151 Auenwald Kuke; Eberhard Dipl.-Ing. 7150 Backnang Möss
Original assignee: AEG Telefunken Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1981-09-25
Filing date: 1981-09-25
Publication date: 1983-06-01

Description

Verfahren zur Justierung des Abstandes eines Lichtwellenleiters
zu einem optischen Sende- oder Empfangselement Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Justieren eines Lichtwellenleiters auf optimalen Abstand zu einem optischen Sende- oder Empfangselement, wobei unter visueller Beobachtung der Abstand mittels eines Mikromanipulators eingestellt wird, in dem eine den Lichtwellenleiter tragende Kapillare eingespannt ist, welche ihrerseits innerhalb einer, eine waagerechte Bezugsebene aufweisenden Aufnahme gehalten wird, die nach der Justage auf einer ebenfalls waagerechten Bezugsebene eines Gehäuses befestigt wird, in dem das Sende- oder Empfangselement mit einem fest vorgegebenen Abstand zur Bezugsebene angeordnet ist.
Ein derartiges Justierverfahren ist aus der DE-OS 29 30 317 bekannt. Und zwar soll nach diesem Verfahren der Lichtwellenleiter mit seiner Stirnfläche sehr dicht an das optische Empfangs- oder Sendeelement herangebracht werden ohne aber einen störenden, mechanischen Kontakt zwischen beiden herzustellen.
Dazu wird durch ein seitlich der Koppelstelle zwischen dem Lichtwellenleiter und dem Empfangs- oder Sendeelement angeordneten Mikroskop beobachtet, wieweit der Lichtwellenleiter mittels des Mikromanipulators auf das Sende- oder Empfangselement zubewegt werden kann, so daß beide einander gerade nicht berühren.
In den meisten Fällen ist aber der minimale Abstand zwischen der Lichtwellenleiterstirnfläche und dem optischen Empfangs-oder Sendeelement, nicht der günstigste für eine optimale optische Kopplung. Wie groß der optimale Abstand ist, läßt sich experimentell bzw. rechnerisch ermitteln.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem sich auf sehr einfache Weise genauestens der ermittelte optimale Abstand zwischen der Lichtwellenleiterstirnfläche und dem optischen Sende- oder Empfangselement einstellen läßt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Aufnahme mit der Kapillare auf dem mit einer geeichten Höheneinstellung versehenen Objekttisch eines Mikroskops arretiert wird, -wobei die Bezugsebene der Aufnahme und die Stirnfläche des Lichtwellenleiters in Richtung des Objektivs weisen, und daß der vorher experimentell bzw. rechnerisch ermittelte Soll-Abstand zwischen der Lichtwellenleiterstirnfläche und der Bezugsebene der Aufnahme eingestellt wird, indem zunächst das Objektiv auf die Bezugsebene der Aufnahme gerichtet und die Objekttischhöhe so eingestellt wird, daß im Okular des Mikroskops ein scharfes Abbild der Bezugsebene erscheint, und danach das Objektiv auf die Stirnfläche des Lichtwellenleiters gerichtet, die Höhe des Objekttisches entsprechend dem Soll-Abstand verändert und die Kapillare in der Aufnahme soweit axial verschoben wird, bis die Lichtwellenleiterstirnfläche scharf im Okular erscheint, worauf in dieser Position die Kapillare in der Aufnahme befestigt wird.
Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht aus dem Unteranspruch hervor.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nun die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen: Fig n 1 eine Vorrichtung, in der ein Lichtwellenleiter mit einem optischen Empfangs- oder Sendeelement gekoppelt ist, und Fig. 2 eine Vorrichtung für die Justierung des Lichtwellenleiters Die in der Fig. 1 dargestellte Koppelvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1, in dem ein optisches Sende- oder Empfangselement 2 angeordnet ist, und einer Aufnahme 3, die einen Lichtwellenleiter gegenüber dem Sende- oder Empfangselement in einem für eine optimale optische Kopplung geeigneten Abstand hält. Der Lichtwellenleiter 4 ist in einer Kapillare 5 fixiert, die in der Aufnahme 3 axial verschiebbar gelagert ist. Das Gehäuse 1 besitzt eine waagerechte Bezugsebene 6, die eine Auflagefläche für die ebenfalls waagerechte Bezugsebene 7 der Aufnahme 3 bietet. Beide Bezugsebenen werden, nachdem der weiter unten beschriebene Justiervorgang abgeschlossen ist, mittels eines Kapillarklebers 8 zusammengeklebt. Der Kapillarkleber hat den Vorteil, daß er in einer sehr dünnen Schicht zwischen die Bezugsebenen 6, 7 einfließen kann.
Es besteht die Möglichkeit entweder den Lichtwellenleiter über eine plane Stirnfläche mit dem Sende- oder Empfangselement optisch zu koppeln oder über eine am Lichtwellenleiterende angeordnete Abbildungsoptik. Als Abbildungsoptik kommt z.B. eine Gradientenindex-Linse oder eine in der Stirnfläche integrierte oder dort aufgeklebte Mikrolinse (siehe 9 in Fig. 1) in Frage.
Es gibt zwischen der Stirnfläche des Lichtwellenleiters und dem Sende- oder Empfangselement einen Abstand d, bei welchem ein optimaler Koppelwirkungsgrad erzielt wird. Dieser Abstand d kann experimentell ermittelt oder berechnet werden.
Nun kommt es darauf an, den einmal ermittelten Abstand d bei allen nach dem gleichen Muster aufgebauten Koppelvorrichtungen in einem präzisen und einfach durchführbaren Justierverfahren herzustellen. Der Abstand 1 zwischen der Bezugsebene 6 des Gehäuses 1 und der Oberfläche des optischen Sende- oder Empfangselements 2 ist fest vorgegeben, genauso wie die Dicke k der Klebeschicht 8. Nach Messung der Grösse 1 und Kenntnis der ungefähren Dicke k der sehr dünnen Klebeschicht kann der Soll-Abstand f zwischen der Lichtwellenleiterstirnfläche und der Bezugsebene 7 der Aufnahme 3 bestimmt werden aus: f =1 -dk Mit Hilfe der in der Fig. 2 gezeigten Vorrichtung kann der Abstand f nach dem folgenden Justierverfahren eingestellt werden.
Die als Mikromanipulator aufgebaute Vorrichtung hat eine waagerechte Tragplatte 10 und einen mittels einer Mikrometerschraube 11 in senkrechter Richtung relativ zur Tragplatte verschiebbaren Schlitten 12.
Durch eine Öffnung 13 in der Tragplatte 10 wird die Aufnahme 3 mit der den Lichtwellenleiter 4 haltenden Kapillare 5 in den Mikromanipulator eingesetzt. Dabei kommt der waagerechte flanschartige Teil 14 der Aufnahme, dessen Frontseite die Bezugsebene 7 darstellt, auf der Tragplatte 10 zu liegen und wird darauf mittels Federn 15 gehalten. Die Kapillare 5 mit dem Lichtwellenleiter 4 wird auf dem Schlitten 12 mit einer Klammer 16 festgeklemmt.
Nun wird der Mikromanipulator mit seiner Tragplatte 10 auf den mit einer Höheneinstellung und -anzeige versehenen Objekttisch 17 eines Mikroskops aufgebracht und zwar so, daß die Bezugsebene 7 der Aufnahme und die Stirnfläche des aus der Kapillare herausragenden Lichtwellenleiters 4 nach oben auf das Objektiv 18, 18', 18" des Mikroskops weist.
Für die Einstellung des Soll-Abstandes f zwischen der Bezugsebene 7 der Aufnahme 14 und der Stirnfläche des Lichtwellenleiters läuft jetzt folgender Justiervorgang ab.
Zunächst wird das Objektiv auf die Bezugsebene der Aufnahme gerichtet (Position 18' oder 18") und der Objekttisch 17 in seiner Höhe so eingestellt, daß die Bezugsebene im Okular scharf erscheint. Um den Soll-Abstand f exakter einstellen zu können, wird eine mittlere Objekttischhöhe ermittelt, indem obiger Einstellvorgang für mehrere Stellen (Positionen 18' und 18") der Bezugsebene 7 wiederholt wird.
Ausgehend von der auf die Ebene 7 bezogenen Höhe des Objekttisches wird dieser dann um genau den Soll-Abstand f verstellt, das Objektiv auf den Lichtwellenleiter gerichtet (Position 18) und schließlich die Kapillare 5 mit dem Schlitten 12 in axialer Richtung soweit verfahren bis die Stirnfläche des Lichtwellenleiters scharf im Okular abgebildet ist. Darauf wird die Kapillare in dieser Stellung fixiert, indem durch seitliche Bohrungen 19 und 20 der Aufnahme in den Raum zwischen der Kapillare und der Aufnahme ein Kleber eingebracht wird.
Die soeben beschriebene Distanzmessung mit Hilfe des Mikroskops kann auch verwendet werden bei der Ermittlung von 1, des Abstandes zwischen dem optischen Sende- oder Empfangselement 2 und der Bezugsebene 6 des Gehäuses 1.
Nachdem die Abstandsjustage (in z-Richtung) erfolgt ist, wird die Aufnahme 3 auf dem Gehäuse 1 in x- und y-Rich- tung verschoben bis der Lichtwellenleiter 4 mittig der aktiven Fläche des Sende- oder Empfangselements 2 gegenübersteht.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Justieren eines Lichtwellenleiters auf optimalen Abstand zu einem optischen Sende- oder Empfangselement, wobei unter visueller Beobachtung der Abstand mittels eines Mikromanipulators eingestellt wird, in dem eine den Lichtwellenleiter tragende Kapillare eingespannt ist, welche ihrerseits innerhalb einer eine waagerechte Bezugsebene aufweisenden Aufnahme gehalten wird, die nach der Justage auf einer ebenfalls waagerechten Bezugsebene eines Gehäuses befestigt wird, in dem das Sende- oder Empfangselement mit einem fest vorgegebenen Abstand zur Bezugsebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (3) mit der Kapillare (5) auf dem mit einer geeichten Höheneinstellung versehenen Objekttisch (17) eines Mikroskops arretiert wird, wobei die Bezugsebene (7) der Aufnahme und die Stirnfläche des Lichtwellenleiters (4) in Richtung des Objektivs (18, 18', 18") weisen, und daß der vorher experimentell bzw. rechnerisch ermittelte Soll-Abstand (f) zwischen der Lichtwellenleiterstirnfläche und der Bezugsebene der Aufnahme eingestellt wird, indem zunächst das Objektiv (18', 18") auf die Bezugsebene (7) der Aufnahme gerichtet und die Objekttischhöhe so eingestellt wird, daß im Okular des Mikroskops ein scharfes Abbild der Bezugsebene erscheint, und danach das Objektiv (18) auf die Stirnfläche des Lichtwellenleiters (4) gerichtet, die Höhe des Objekttisches (17) entsprechend dem Soll-Abstand (f) verändert und die Kapillare (5) in der Aufnahme (3) soweit axial verschoben wird bis die Lichtwellenleiterstirnfläche scharf im Okular erscheint, worauf in dieser Position die Kapillare in der Aufnahme befestigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (18', 18't) des Mikroskops auf mehrere Stellen der Aufnahme-Bezugsebene (7) rings um den Lichtwellenleiter (4) gerichtet wird, um eine mittlere Objekttischhöhe für die Bezugsebene zu ermitteln.