DE4201769C1

DE4201769C1 - Optical fibre coupling device for connection to laser - has coaxial plug-socket arrangement with support body whose front surface has high optical reflection characteristics

Info

Publication number: DE4201769C1
Application number: DE19924201769
Authority: DE
Inventors: Anton 8263 Burghausen De Pautz
Original assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1992-01-23
Filing date: 1992-01-23
Publication date: 1993-04-15
Anticipated expiration: 2012-01-24

Abstract

The optical fibre is arranged in a plug casing. This is insertable in a socket associated with the laser optics so that the laser beam is focused on the back face of the end of the optical fibre. The end of the fibre is held in a support body. This is arranged in the plug casing opposite the casing end so that the end of the fibre is free-standing in the mouth of the casing. The back face of the support body has high optical reflection characteristics. The cylindrical inner surface of the casing surrounding the free-standing fibre end may have relatively smaller optical reflection. ADVANTAGE - High laser power can be transmitted without danger of thermal damage to the coupling point.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung laut Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a device according to the preamble of the main claim.

Eine Einrichtung dieser Art ist bekannt (G 90 10 419 bzw. US-PS 47 62 385). Durch die freistehende Halterung des Lichtwellenleiterendes wird zwar die unmittelbare Beschädigung der Befestigungsstelle des Lichtwellenleiters im Stecherstift weitgehendst vermieden, es besteht jedoch weiterhin die Gefahr, daß durch am Stützkörper reflek tiertes Laserlicht vor allem bei hoher Laserleistung die Befestigungsstelle thermisch beschädigt wird.A device of this type is known (G 90 10 419 or US-PS 47 62 385). Thanks to the free-standing bracket the end of the optical fiber becomes the immediate one Damage to the attachment point of the optical fiber largely avoided in the stylus, but it does exist furthermore the danger that by reflecting on the support body tated laser light, especially with high laser power the attachment point is thermally damaged.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der ein gangs erwähnten Art zu schaffen, mit der auch hohe Laser leistungen ohne der Gefahr einer thermischen Beschädigung der Ankoppelstelle übertragen werden können.It is an object of the invention to provide a device to create the type mentioned above, with which even high lasers services without the risk of thermal damage the coupling point can be transmitted.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeich nende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is based on a facility Preamble of the main claim characterized by its characteristics solved. Advantageous further training result from the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Befesti gungsstelle für die Lichtleiterfaser nicht nur axial in relativ weitem Abstand hinter der eigentlichen Ein strahlstelle des Laserstrahles angeordnet, sondern der Reflexionsfaktor der Stützkörperstirnfläche ist außerdem groß gewählt, so daß eventuell in den Spalt zwischen freistehender Lichtleiterfaser und Stiftinnenwand eingestrahltes Laserlicht vollständig reflektiert wird und zwar in Richtung Innenwand des das Faserende umge benden Steckerstiftes. Das reflektierte Licht wird auf diese Weise auf eine relativ große Fläche verteilt, die Leistungsdichte damit stark herabgesetzt, so daß Beschä digungen durch thermische Überlastung auch bei hohen Laserleistungen vermieden werden. Als besonders vorteil haft hat es sich erwiesen, diese Stirnfläche des Stütz körpers kegelförmig auszubilden, wie dies bei einer Lichtleiter-Steckverbindung an sich bekannt ist, bei welcher die beiden miteinander zu verbindenden Licht wellenleiter in Stützkörpern gehalten sind, die jeweils entgegengesetzt kegelförmig ausgebildet sind und im gekuppelten Zustand zusammenpassen (DE-OS 28 46 773). Durch die kegelförmige Ausbildung der Stirnfläche und zwar mit der Kegelspitze in Richtung nach außen wird das Streulicht am Boden des Luftringspaltes des Stecker stiftes radial nach außen auf die vorzugsweise weniger reflektierende Innenfläche des Steckerstiftes reflektiert. Die unterschiedlichen Reflexionsfaktoren können ent sprechend der Wellenlänge des Laserlichts auf verschiedene Art und Weise erzeugt werden, der Stützkörper kann beispielsweise ganz aus einem gut optisch reflektierenden Material bestehen, es kann aber auch nur die vorzugsweise kegelförmige Stirnfläche dieses Stützkörpers mit einer entsprechend dicken Schicht aus einem gut reflektierenden Material wie Gold überzogen sein, wobei der Stützkörper selbst dann aus einem anderen preiswerteren Material besteht. Auf der Stirnfläche des Stützkörpers könnte auch ein aus mehreren Metallschichten bestehender dielektrischer optischer Spiegel aufgebracht sein.In the device according to the invention is the fastening not only axially at a relatively large distance behind the actual one Beam location of the laser beam arranged, but the The reflection factor of the end face of the support body is also chosen large, so that possibly in the gap between free-standing fiber optic and pin inner wall radiated laser light is completely reflected namely in the direction of the inner wall of the fiber end plug pin. The reflected light turns on spread over a relatively large area that Power density thus greatly reduced, so that dam damage due to thermal overload even at high Laser powers can be avoided. As a special advantage this end face of the support has proven to be imprisonment to form a conical body, as is the case with a Optical fiber connector is known per se at which the two light to be connected waveguides are held in support bodies, each are of opposite conical shape and in match coupled state (DE-OS 28 46 773). Due to the conical design of the front surface and with the tip of the cone pointing outwards the stray light at the bottom of the air ring gap of the connector pin radially outwards on the preferably less reflective inner surface of the connector pin is reflected. The different reflection factors can ent speaking of the wavelength of the laser light to different Way can be generated, the support body for example entirely from a well optically reflective Material exist, but it can only be preferred conical end face of this support body with a correspondingly thick layer of a well reflective Material like gold plated, the support body even then from another cheaper material consists. Could be on the end face of the support body also one consisting of several metal layers dielectric optical mirror can be applied.

Der Lichtwellenleiter ist in der Bohrung des Stützkörpers frei geführt und nicht eingeklebt, seine Befestigung erfolgt erst im hinteren Bereich des Steckerkörpers dort ist der Lichtwellenleiter beispielsweise fest eingeklebt. Da diese Klebestelle sehr weit axial entfernt von der Einstrahlstelle des Laserlichtes liegt, sind dort keine Beschädigungen des Klebers mehr zu befürchten. Vorzugs weise wird der Lichtwellenleiter in diesem hinteren Bereich in einer Gewindehülse eingeklebt, die im Steckerkörper eingeschraubt ist. Durch Verdrehen dieser Gewindehülse kann das freie Ende der Lichtleiterfaser axial verstellt und so dessen Stirnfläche genau auf den Fokuspunkt der Laserlinse justiert werden. Die Stirnfläche des Lichtwellenleiters wird dabei vorzugsweise gegenüber der Stirnfläche des Steckerstiftes um einen geringen Betrag axial zurückgesetzt, sodaß das freistehend gehal tene Faserende gegen Verschmutzungen und Berührungen weitgehendst geschützt ist.The optical fiber is in the bore of the support body freely guided and not glued, its attachment takes place only in the rear area of the connector body there for example, the optical fiber is firmly glued in place. Since this glue point is very far from the axial The point of incidence of the laser light is not there More fear of damage to the adhesive. Preferential the optical fiber in this rear Area glued in a threaded sleeve, which in the The plug body is screwed in. By twisting this Threaded sleeve can be the free end of the optical fiber axially adjusted and so its end face exactly on the Focus point of the laser lens can be adjusted. The face the optical waveguide is preferably compared the end face of the connector pin by a small Axially reset amount, so that the freestanding end of the fiber against dirt and contact is largely protected.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist sowohl für Licht wellenleiter mit nur einer Lichtleiterfaser als auch für Lichtwellenleiter mit mehreren Lichtleiterfasern geeignet, bei mehreren Fasern werden diese in einer ent sprechenden Bohrung des Stützkörpers gebündelt gehal ten. Durch Schleifen und Polieren der Stirnflächen dieser einzelnen Fasern wird eine einheitliche Stirnfläche hergestellt, bei einer einzigen Faser wird eine Stirn fläche von guter optischer Qualität bereits durch Ritzen und Brechen der Faser erreicht.The device according to the invention is both for light waveguide with only one optical fiber as well for optical fibers with multiple optical fibers suitable, in the case of several fibers, these are ent speaking bore of the support body bundled By grinding and polishing the end faces of these individual fibers becomes a uniform face produced, with a single fiber is a forehead surface of good optical quality through scratches and breaking the fiber.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will now be described more schematically Drawings explained in more detail using an exemplary embodiment.

Fig. 1 zeigt schematisch die Ankoppelstelle eines Licht wellenleiters 1 an eine Laserlichtquelle 2. Das Ankop pelende des Lichtwellenleiters 1 endet in einem Stecker 3, der in einer am Lasergehäuse 4 befestigte Steckerbuchse 5 einsteckbar und über eine Mutter 6 mit dieser ver schraubbar ist. Das andere Ende des Lichtwellenleiters 1 ist mit einem durch den Laser zu betreibenden Gerät verbunden, beispielsweise einer medizinischen Sonde, einem Katheder oder einem Laserskalpell. Das Ende 7 der Lichtleiterfaser des Lichtweilenleiters 1 ist koaxial in dem hohlen Steckerstift 8 des Steckers 3 so angeordnet, daß das über die justierbare Fokuslinse 9 des Lasers gebündelte Laserlicht auf die Stirnfläche 10 der Faser fokussiert ist. Einzelheiten der Steckerkonstruktion und der Halterung der Lichtleiterfaser im Steckerkörper ergeben sich aus der im Maßstab 1:10 vergrößert gezeich neten Darstellung nach Fig. 2, die einen Längsschnitt dieses Steckers 3 zeigt. Fig. 1 shows schematically the coupling point of a light waveguide 1 to a laser light source 2nd The Ankop pelende of the optical waveguide 1 ends in a plug 3 , which can be inserted into a plug socket 5 fastened to the laser housing 4 and screwed with a nut 6 to this ver. The other end of the optical waveguide 1 is connected to a device to be operated by the laser, for example a medical probe, a catheter or a laser scalpel. The end 7 of the optical fiber of the optical fiber 1 is arranged coaxially in the hollow connector pin 8 of the connector 3 so that the laser light bundled via the adjustable focus lens 9 of the laser is focused on the end face 10 of the fiber. Details of the connector construction and the mounting of the optical fiber in the connector body result from the enlarged drawing 1:10 scale shown in FIG. 2, which shows a longitudinal section of this connector 3 .

Das eigentliche Steckergehäuse entspricht der Bauform FSMA, wie sie zwischenzeitlich nach DIN 47258 genormt ist. Der vom Steckerkörper 11 axial nach vorne abstehende hohle Steckerstift 8 ist in die Steckbuchse 5 einsteckbar. Die außen am Steckergehäuse 11 verdrehbar befestigte Überwurfmutter 6 ist mit ihrem Innengewinde mit dem Außengewinde der Steckbuchse 5 verschraubbar. Das von hinten durch einen elastischen Knickschutz 12 zugeführte Lichtwellenleiter-Kabel 1 ist in der Axialbohrung einer Justierschraube 13 über Klebstoff 14 befestigt. Die aus dem Kabel austretende Lichtleiterfaser 15 ist in ihrem Austrittsbereich ebenfalls über den Klebstoff 14 in der Justierschraube 13 eingeklebt. Die Justierschraube 13 ist über ein Gewinde 16 im Steckerkörper 11 axial ver stellbar eingeschraubt. Die aus der Justierschraube austretende Lichtleiterfaser 15 ist anschließend in einer Axialbohrung 17 des Steckerkörpers 11 koaxial frei geführt bis zu einem Stützkörper 18, der in der Axialbohrung des Steckerstiftes 8 eingesetzt ist. Die Faser 15 wird im Stützkörper 18 in einer Axialbohrung 19 vorzugsweise mit geringem radialen Spiel geführt. Das Faserende 7 steht über die Stirnfläche 21 des Stützkörpers 18 hinaus, sie ist also im Bereich der Mündung 20 des Steckerstiftes 8 in dieser freistehend gehalten. Die Länge des frei stehenden Faserendes 7 hängt von der Art und dem Durch messer der Faser 15 ab, das Faserende soll aus thermischen Gründen möglichst lange freistehend sein, andererseits kann aus rein mechanischen Gründen die Länge dieses Faserendes nicht beliebig groß sein, da sonst die zent rische Führung des Faserendes nicht mehr gewährleistet ist. In der Praxis hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das freistehende Faserende etwa 5 bis 10 mal so groß wie den Durchmesser der Faser zu wählen.The actual connector housing corresponds to the FSMA design, which has meanwhile been standardized according to DIN 47258. The hollow plug pin 8 projecting axially forward from the plug body 11 can be inserted into the socket 5 . The union nut 6, which is rotatably fastened on the outside of the plug housing 11, can be screwed with its internal thread to the external thread of the socket 5 . The optical waveguide cable 1 fed from behind through an elastic kink protection 12 is fastened in the axial bore of an adjusting screw 13 by means of adhesive 14 . The optical fiber 15 emerging from the cable is also glued into the adjustment screw 13 in its exit area via the adhesive 14 . The adjusting screw 13 is screwed axially adjustable via a thread 16 in the connector body 11 . The optical fiber 15 emerging from the adjusting screw is then guided coaxially freely in an axial bore 17 of the plug body 11 up to a support body 18 which is inserted into the axial bore of the plug pin 8 . The fiber 15 is guided in the support body 18 in an axial bore 19, preferably with little radial play. The fiber end 7 protrudes beyond the end face 21 of the support body 18 , that is to say it is kept free-standing in the region of the mouth 20 of the plug pin 8 . The length of the free-standing fiber end 7 depends on the type and diameter of the fiber 15 , the fiber end should be free-standing for thermal reasons as long as possible, on the other hand, the length of this fiber end cannot be arbitrarily large for purely mechanical reasons, otherwise the cent guiding the fiber end is no longer guaranteed. In practice, it has proven expedient to choose the free-standing fiber end about 5 to 10 times as large as the diameter of the fiber.

Die Stirnfläche 21 des Stützkörpers 18 ist vorzugsweise kegelförmig ausgebildet und sie besitzt einen hohen optischen Reflexionsfaktor, so daß sie seitlich an der Stirnfläche 10 der Faser vorbeistrahlendes Laserlicht reflektiert und zwar in Richtung auf die zylindrische Innenwand 22 des Stiftes 8, der aus Kostengründen vor zugsweise aus einem Material von geringerem optischen Reflexionsfaktor besteht. Licht, das nicht von der Faser aufgenommen wird, wird also auf eine relativ große Fläche verteilt und zwar von dem freistehenden Faserende 7 weg nach außen, damit ist die Eintrittsstelle der Faser in den Stützkörper 18 frei von thermischen Belastungen. Da im Bereich des Stützkörpers 18 kein Klebstoff nötig ist und die Leistungsdichte auf eine relativ große Gesamtfläche aufgeteilt wird, ist diese Art von Stecker zur Einkopplung von sehr hohen Laserleistungen geeignet.The end face 21 of the support body 18 is preferably conical and it has a high optical reflection factor, so that it reflects laterally past the end face 10 of the fiber laser light and in the direction of the cylindrical inner wall 22 of the pin 8 , which for cost reasons before from a material of lower optical reflection factor. Light that is not absorbed by the fiber is thus distributed over a relatively large area, namely outwards from the free-standing fiber end 7 , so that the point of entry of the fiber into the support body 18 is free of thermal loads. Since no adhesive is required in the region of the support body 18 and the power density is divided over a relatively large total area, this type of connector is suitable for coupling in very high laser powers.

Die Faser 15 ist im Stützkörper 18 vorzugsweise mit radialem Spiel geführt, so daß eventuelle thermische Belastungen auch die Führung der Faser im Stützkörper 18 nicht beeinträchtigen und durch Verdrehen der Justier schraube 13 die Stirnfläche 10 der Faser 15 axial verstellt werden kann.The fiber 15 is guided in the support body 18, preferably with radial play, so that any thermal loads also do not impair the guidance of the fiber in the support body 18 and the end face 10 of the fiber 15 can be axially adjusted by turning the adjusting screw 13 .

Claims

1. Device for coupling an optical waveguide to a laser light source, in which the optical waveguide is arranged coaxially in a hollow plug pin which can be used in a socket assigned to the laser optics so that the laser beam is focused on the end face of the optical waveguide end, whereby the end of the optical waveguide is held in a support body which is arranged axially recessed in the plug pin relative to the pin end, so that the end of the optical waveguide is held free-standing in the plug pin mouth, characterized in that the end face of the support body has high optical reflection properties.

2. Device according to claim 1, characterized records that the end face of the support body as a conical surface with white towards the plug end transmitter cone tip is formed.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized characterized that the end face of the support body made of a material of high optical Reflection factor and the cylindrical inner surface the connector pin from a material of the other lower optical reflection factor.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Fiber of the fiber optic end in a central Bore of the support body performed with radial play is.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the End face of the fiber optic end opposite the End face of the connector pin axially reset is.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Fiber optic cable facing away from the connector pin end rear area of the connector body is attached and its protruding fiber up to Support body is kept unsupported.

7. Device according to claim 6, characterized records that the optical fiber in a Threaded sleeve is attached axially in the connector body is screwed in adjustable.