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Dokumentenidentifikation DE102004026498B4 21.06.2007
Titel Mikrooptisches System
Anmelder Schleifring und Apparatebau GmbH, 82256 Fürstenfeldbruck, DE
Erfinder Stark, Markus, 96135 Stegaurach, DE;
Poisel, Hans, 91227 Leinburg, DE;
Popp, Gregor, 80636 München, DE
Vertreter Lohr, G., Dipl.-Ing. Univ. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 82178 Puchheim
DE-Anmeldedatum 27.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004026498
Offenlegungstag 22.12.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2007
IPC-Hauptklasse G02B 6/26(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G02B 6/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein mikrooptisches System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Zur Weiterverarbeitung der in Glasfasern geführten optischen Signale werden vielfach mikrooptische Systeme eingesetzt. Derartige mikrooptische Systeme können beispielsweise Linsenarrays sowie weitere passive optische, mechanische und auch Halbleiterbauelemente umfassen.

Die üblicherweise eingesetzten optischen Leistungen in einer Größenordnung von 0 dBm, entsprechend 1 mW führen in Singlemode-Glasfasern mit einem Kerndurchmesser von 9 &mgr;m zu einer Leistungsdichte von größer als 15 MW/m2 bzw. 1.5 kW/cm2. Mit der Anforderung gleichzeitig eine Vielzahl von Kanälen zu übertragen, werden wie WDM oder DWDM-Systeme mit zunehmend höherer Bandbreite bei gleichbleibender spektraler Leistungsdichte und somit zunehmender optischer Gesamtleistung eingesetzt. Auch in speziellen Anwendungen, in denen die optische Übertragungsstrecke mit einer hohen Streckendämpfung beaufschlagt ist, werden vorzugsweise höhere Leistungen eingesetzt. Typische Applikationen hierfür sind beispielsweise optische Drehübertrager.

Mit zunehmender optischer Leistungsdichte steigt auch die Gefahr der thermischen Überlastung bzw. Zerstörung von Komponenten im optischen Pfad. Besonders anfällig sind hier die Verbindungsstellen zwischen unterschiedlichen optischen Komponenten wie zwischen Glasfasern und mikrooptischen Systemen, welche häufig als Epoxy-Verbindungen ausgeführt werden.

In der US 6,587,618 B2 sind derartige Epoxy-Verbindungen zwischen Glasfasern und einem Mikrolinsen-Array offenbart. Zur mechanischen Befestigung und zum Ausgleich von Längen- bzw. Winkeltoleranzen ist ein dünner Epoxy-Film zwischen Glasfasern und Mikrolinsen-Array vorgesehen. Es werden hier gezielt die günstigen optischen Eigenschaften des Epoxy zur Strahlführung eingesetzt.

Auch in der US 6,328,482 B1 ist die Verbindung einer Glasfaser mit einem optischen Gerät offenbart. Die Glasfaser wird durch Bohrungen einer Halteplatte geführt und vollständig mit Epoxy umgeben in diese eingeklebt.

Ein wesentlicher Nachteil dieser beiden Anordnungen beim Einsatz hoher optische Leistungen ist, dass sich Epoxy im optischen Pfad befindet, welches durch die hohe optische Leistungsdichte beschädigt werden kann. Dies kann zu einer erhöhten Durchgangsdämpfung, erhöhten Reflexionen sowie im schlimmsten Falle zur völligen Unbrauchbarkeit der Verbindung und damit der gesamten optischen Einheit führen.

In der DE 198 21 294 A1 ist eine Anordnung zum festen verbinden einer lichtleitenden Faser mit einer optischen Baugruppe offenbart. Ein Ferrulenkörper weist Vertiefungen auf, die ein Eindringen von Klebstoff in den optischen Pfad vermeiden. Optional kann die Faser auch gegenüber der Baugruppe zurückgesetzt sein.

Die DE 199 27 167 A1 offenbart ein Koppelelement zur Verbindung zweier Lichtleiter für hochintensive Lichtstrahlung. Die Verbindung erfolgt über einen Luftspalt. An der Koppelstelle erfolgt eine Aufweitung des Strahles durch Gradienten-Multimode-Fasern.

Die DE 199 04 445 A1 offenbart einen Linsenstecker, bei dem die Ankopplung an die Glasfasern durch einen freien Strahl erfolgt.

Die US 6,328,482 B1 offenbart einen mehrlagigen Faserkoppler, bei dem die Faser unmittelbar in eine Haltevorrichtung eingeklebt ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung zwischen Glasfasern und mikrooptischen Systemen derart weiterzubilden, dass diese in der Lage ist, möglichst hohe optische Leistungen zu übertragen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Das erfindungsgemäße mikrooptische System umfasst wenigstens eine mikrooptische Komponente 4, vorzugsweise ein Mikrolinsen-Array, und wenigstens eine Glasfaser 1zur Einkopplung bzw. Auskopplung von Licht in diese mikrooptische Komponente. Vorteilhafterweise ist eine größere Anzahl von Glasfasern, beispielsweise in einem Bereich zwischen 10 und 100 Glasfasern vorgesehen. Weiterhin ist wenigstens ein Mittel 2 zur Aufnahme wenigstens einer Glasfaser 1 vorgesehen. Dieses Mittel ist vorzugsweise als Ferrule ausgebildet. Weiterhin ist dieses Mittel vorzugsweise mittels eines Klebers 3, vorzugsweise Epoxydharz (Epoxy) mit der mikrooptischen Komponente verbunden. Erfindungsgemäß ist nun das wenigstens eine Mittel 2 zur Aufnahme wenigstens einer Glasfaser 1 derart ausgebildet, dass das der mikrooptischen Komponente zugewandte Ende der Glasfaser in einem vorgegebenen Abstand zum Kleber 3 angeordnet ist. Hierbei ist dieser Abstand vorzugsweise größer als der Kerndurchmesser der wenigstens einen Glasfaser und besonders bevorzugt größer als der zehnfache Kerndurchmesser.

Das von der Glasfaser austretende Licht divergiert mit dem Austrittwinkel innerhalb des Abstandes, wobei der Abstand vorzugsweise maximal so lang gewählt wird, dass der Lichtstrahl die Innenfläche einer Befestigung oder einer Ferrule nicht berührt. Das nun in das mikrooptische Systemen eintretende Licht ist gegenüber dem ursprünglichen aus der Faser austretenden Lichtstrahl deutlich aufgeweitet mit einer entsprechend größeren Querschnittsfläche und demzufolge einer geringeren Leistungsdichte an der Eintrittsfläche in das mikrooptische System. Dieser Übergang kann nun problemlos unter Zuhilfenahme von Epoxy ausgeführt werden, da hier die übertragene Leistungsdichte wesentlich geringer ist. Durch die Erfindung kann nun mit einem mikrooptischen System eine wesentlich höhere optische Leistung übertragen werden, wobei das mikrooptische System selbst nicht modifiziert werden muss. Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Anordnung auch auf Grund der Reziprozität zur Lichteinkopplung in die Glasfaser geeignet. Dies gilt auch für die nachfolgend aufgeführten Varianten und weiteren Gegenstände der Erfindung.

Weiterhin weist das erfindungsgemäßes mikrooptisches System einen Glasstab 6 auf, welcher zwischen dem der mikrooptischen Komponente 4 zugewandte Ende der Glasfaser 1 und der mikrooptischen Komponente 4 selbst angeordnet ist. Dieser Glasstab weist eine Brechzahl auf, die vorzugsweise der Brechzahl des Kerns der Glasfaser entspricht. Weiterhin wird dieser Glasstab vorzugsweise an das Faserende angespleißt. Diese Spleißverbindung selbst ist stabil gegenüber hohen Leistungsdichten. Das von der Glasfaser austretende Licht divergiert mit dem Austrittwinkel innerhalb des vorzugsweise zylinderförmigen Glasstabs, wobei es weiter in dem Glasstab geführt wird, ohne dessen Außenfläche zu berühren oder zu durchdringen. Am Ende des Glasstabes tritt nun ein gegenüber dem ursprünglichen aus der Faser austretenden Lichtstrahl deutlich aufgeweiteter Lichtstrahl mit einer entsprechend größeren Querschnittsfläche und demzufolge einer geringeren Leistungsdichte in das mikrooptische System über. Dieser Übergang kann nun problemlos unter Zuhilfenahme von Epoxy ausgeführt werden, da hier die übertragene Leistungsdichte wesentlich geringer ist. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann das mikrooptische System praktisch unverändert beibehalten werden, da an diesem keine Änderungen notwendig sind. Der Glasstab übernimmt gleichzeitig die Funktion des Abstandshalters, so dass auf einen zusätzlichen Abstandshalter verzichtet werden kann. Somit sind die Fertigungskosten einer erfindungsgemäßen Anordnung geringer, aber zumindest nicht höher als die einer Anordnung entsprechend dem Stand der Technik. Schließlich kann mit einer solchen erfindungsgemäßen Anordnung auch noch ein Anschluss mit geringeren Reflexionen realisiert werden, da der Spleiß nahezu reflexionsfrei ist und der Lichtstrahl an der mit Epoxy ausgeführten Klebestelle bereits aufgeweitet wurde.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Grenzfläche, an der das Licht in ein anderes Medium übertritt schräg angeschliffen. Derartige Grenzflächen sind beispielsweise das der mikrooptischen Komponente 4 zugewandte Ende der Glasfaser 1, oder die der Glasfaser 1 zugewandte Seite der mikrooptischen Komponente 4, oder die der Glasfaser zugewandte Seite des Abstandshalters. Durch eine solche schräge Ausbildung einer Grenzfläche kann die Reflexion des Übergangs wesentlich verringert werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft eine Anpassung der Brechzahl der Glasfaser 1 und der mikrooptischen Komponente 4. Vorteilhafterweise erfolgt die Anpassung der Brechzahl auf < 0.005 genau. Weist beispielsweise die mikrooptische Komponente eine Brechzahl von x auf, dann sollte die Brechzahl der Glasfaser in einem Bereich von x ±0.005 liegen. Durch diese Ausgestaltung ist ebenfalls eine besonders reflexionsarme Übertragung möglich.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Mittel 2 zur Aufnahme wenigstens einer Glasfaser 1 als Komponente mit wenigstens einer V-Nut ausgebildet.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.

1 zeigt in schematischer Form eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

2 zeigt in schematischer Form eine alternative Ausführungsform der Erfindung, mit einem Glasstab zwischen Glasfaser und der mikrooptischen Komponente.

1 zeigt in allgemeiner Form schematisch ein erfindungsgemäßes mikrooptisches System, welches eine mikrooptische Komponente 4, hier beispielhaft ein Mikrolinsen-Array, sowie eine mit dieser verbundene Glasfaser 1 zeigt. Eine Ferrule 2 dient zur Aufnahme und mechanischen Fixierung der Glasfaser 1. Diese Ferrule ist mittels eines Klebers 3 an die mikrooptische Komponente 4 geklebt. Um nun die optische Leistungsdichte im Kleber 3 zu verringern, ist zwischen dem Ende der Glasfaser 1 und dem Kleber ein Glasstab 6 vorgesehen. In diesem wird der aus der Glasfaser 1 austretende Lichtstrahl in seinem Querschnitt aufgeweitet.

2 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung mit einem Glasstab 6, welcher zwischen der Glasfaser und dem Kleber angeordnet ist. In diesem Glasstab divergiert der Lichtstrahl, so dass die optische Leistungsdichte an der Oberfläche des Klebers wesentlich reduziert wird. Aufgrund der nahezu gleichen Brechzahlen von Glasfaser 1, Glasstab 6 und der mikrooptischen Komponente 4 tritt auch keine Brechung im Strahlengang auf.

1
Glasfaser
2
Ferrule
3
Kleber
4
Mikrooptische Komponente
6
Glasstab


Anspruch[de]
Mikrooptisches System umfassend

– eine mikrooptische Komponente (4)

– wenigstens eine Glasfaser (1) zur Einkopplung bzw. Auskopplung von Licht in die mikrooptische Komponente (4), und

– wenigstens ein Mittel (2) zur Aufnahme der wenigstens einen Glasfaser (1), welches mittels eines Klebers (3) mit der mikrooptischen Komponente (4) oder einem mit dieser verbundenen Abstandshalter verbunden ist, wobei das wenigstens eine Mittel (2) zur Aufnahme der wenigstens einen Glasfaser (1) derart ausgebildet ist, dass das der mikrooptischen Komponente (4) zugewandte Ende der wenigstens einen Glasfaser (1) in einem vorgegebenen Abstand zum Kleber (3) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

innerhalb des zwischen dem der mikrooptischen Komponente (4) zugewandten Ende der wenigstens einen Glasfaser (1) und der mikrooptischen Komponente (4) selbst vorgesehenen Abstands ein Glasstab (6) mit einer im Glasstab konstanten Brechzahl vorgesehen ist, der als der Abstandshalter fungiert.
Mikrooptisches System nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das der mikrooptischen Komponente (4) zugewandte Ende der wenigstens einen Glasfaser (1) und/oder die der wenigstens einen Glasfaser (1) zugewandte Seite der mikrooptischen Komponente (4) und/oder die der wenigstens einen Glasfaser (1) zugewandte Seite des Abstandshalters schräg geschliffen ist/sind. Mikrooptisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechzahl der wenigstens einen Glasfaser (1) und der mikrooptischen Komponente (4) auf <0.005 genau aneinander angepasst sind. Mikrooptisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mittel (2) zur Aufnahme der wenigstens einen Glasfaser (1) eine oder mehrere V-Nuten aufweist.






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