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DE3630795A1 - Method for coupling an optical waveguide to an optoelectronic transmitting or receiving element - Google Patents

Method for coupling an optical waveguide to an optoelectronic transmitting or receiving element

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DE3630795A1
DE3630795A1 DE19863630795 DE3630795A DE3630795A1 DE 3630795 A1 DE3630795 A1 DE 3630795A1 DE 19863630795 DE19863630795 DE 19863630795 DE 3630795 A DE3630795 A DE 3630795A DE 3630795 A1 DE3630795 A1 DE 3630795A1
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Abstract

A method for coupling an optical waveguide to an optoelectronic transmitting or receiving element (3) consists in a capillary (5) which receives the optical waveguide (6) being inserted into a depression which is present in a holder (4) and, in a first adjustment process, the capillary being displaced, together with the holder (4), in at least one coordinate direction on a carrier (1) which holds the transmitting or receiving element (3), the holder (4) then being simultaneously welded on both sides of the depression (7) which receives the capillary (5) to the carrier (1) with the aid of two laser beams, the capillary (5) being displaced, in a second adjustment process, inside the depression (7) of the holder (4) into the final adjustment position, and subsequently the capillary (5) being simultaneously welded on two opposite longitudinal sides to the side walls of the depression (7) of the holder (4) with the aid of two laser beams (Fig. 1). <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ankop­ peln eines Lichtwellenleiters an ein optoelektronisches Sende- oder Empfangselement, wobei der in einer Kapillare gehaltene Lichtwellenleiter mit Hilfe eines an die Kapillare angreifen­ den Manipulators so auf das fest positionierte Sende- oder Empfangselement ausgerichtet wird, daß vom Lichtwellenleiter zum Empfangselement bzw. vom Sendeelement zum Lichtwellenlei­ ter maximale Lichtleistung überkoppelt wird, und dann die Kapillare in dieser Justierposition an einem Halter, der auf einem auch das Sende- oder Empfangselement aufnehmenden Trä­ ger angeordnet ist, fixiert wird.The present invention relates to a method for coupling an optical fiber to an optoelectronic transmitter or receiving element, the one held in a capillary Use a fiber optic to attack the capillary the manipulator so on the firmly positioned transmit or Receiving element is aligned that of the optical fiber to the receiving element or from the transmitting element to the optical waveguide ter maximum light output is coupled, and then the Capillary in this adjustment position on a holder that is on a carrier also receiving the transmitting or receiving element ger is arranged, is fixed.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-A-34 11 896 bekannt. Hierbei ist der Halter als Kammer ausgebildet, welche zur Fixierung der darin liegenden Kapillare mit einem Lot oder einem Kleber ausgefüllt wird.Such a method is known from DE-A-34 11 896. Here, the holder is designed as a chamber which for Fix the capillary inside with a plumb line or filled with an adhesive.

Um eine sehr dämpfungsarme Ankopplung einer Monomodefaser an ein optoelektronisches Sende- oder Empfangselement zu er­ reichen, ist eine extrem genaue Justierung der Monomodefaser erforderlich. Dies bedeutet, daß schon geringe Dejustierun­ gen, die gerade beim Erstarren oder durch Altern der üblichen Fixiermittel Lot und Kleber auftreten, zu sehr hohen Koppel­ dämpfungen führen. Deshalb sind insbesondere bei Monomode­ fasern sehr hohe Anforderungen an die Justierung und die an­ schließende Fixierung der Fasern in der Justierposition zu stellen.A very low-loss coupling of a single-mode fiber to an optoelectronic transmitting or receiving element is an extremely precise adjustment of the single-mode fiber required. This means that even slight misalignment gene, especially when solidifying or by aging the usual Fixative solder and glue occur at very high coupling lead damping. That is why especially in single mode make very high demands on the adjustment and the  closing fixation of the fibers in the adjustment position put.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, nach dem eine sehr dämp­ fungsarme Kopplung zwischen einem Lichtwellenleiter und ei­ nem optoelektronischen Sende- oder Empfangselement herge­ stellt werden kann.The invention has for its object a method of Specify the type mentioned, after which a very damp Low coupling between an optical fiber and egg nem optoelectronic transmitting or receiving element can be put.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved through the features of Claim 1 solved.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 1 und einige vorteilhafte Anordnungen zum Durchführen des Ver­ fahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.An expedient development of the method according to claim 1 and some advantageous arrangements for performing the ver driving result from the subclaims.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie­ len wird nachfolgend die Erfindung erläutert. Es zeigtBased on exemplary embodiments shown in the drawing len the invention is explained below. It shows

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Anordnung zum Ankoppeln eines Lichtwellenleiters an ein Sende- oder Empfangselement, Fig. 1 is a perspective view of an arrangement for coupling an optical waveguide to a transmitting or receiving element,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer in einem Halter fixierten Lichtwellenleiter-Kapillare und Fig. 2 is a cross-sectional view of an optical fiber capillary fixed in a holder and

Fig. 3 eine Klemmvorrichtung für die Lichtwellenleiter- Kapillare. Fig. 3 shows a clamping device for the optical fiber capillary.

Die in Fig. 1 dargestellte Koppelanordnung besteht im wesent­ lichen aus einem Träger 1, einem auf diesem Träger angeordne­ ten, auf einer Wärmesenke 2 sitzenden optoelektronischen Sende- oder Empfangselement 3 und einem ebenfalls auf dem Träger 1 installierten Halter 4 für einen in einer Kapillare 5 untergebrachten Lichtwellenleiter 6. The coupling arrangement shown in FIG. 1 consists essentially of a carrier 1 , an arranged on this carrier th, seated on a heat sink 2 optoelectronic transmitting or receiving element 3 and a holder 4 also installed on the carrier 1 for a in a capillary 5th housed optical fiber 6 .

Speziell den Halter 4 für die Kapillare 5 zeigt in einer Quer­ schnittsansicht die Fig. 2. Er besteht aus einem mäanderför­ mig gebogenen Blech mit einer Vertiefung 7 zur Aufnahme der Kapillare 5 und zwei zu beiden Seiten der Vertiefung verlau­ fenden Füßen 8 und 9, mit denen der Halter 4 auf dem Träger 1 aufliegt.Specifically, the holder 4 for the capillary 5 shows in a cross-sectional view of Fig. 2. It consists of a meander-shaped sheet with a recess 7 for receiving the capillary 5 and two on both sides of the recess duri fenden feet 8 and 9 , with which the holder 4 rests on the carrier 1 .

In die Vertiefung 7 des Halters 4 wird zunächst die Kapillare 5 eingelegt. Dabei hat die Vertiefung 7 eine dem Kapillaren­ durchmesser entsprechende Breite, so daß die Kapillare 5 in einer lateralen Richtung, hier der x-Koordinaten-Richtung, in der Vertiefung nahezu nicht verschiebbar ist. Allerdings kann die Kapillare 5 darin noch in der anderen lateralen Richtung, der y-Koordinaten-Richtung, und in Longitudinal­ richtung, der z-Koordinaten-Richtung, verschoben werden.The capillary 5 is first inserted into the recess 7 of the holder 4 . The recess 7 has a width corresponding to the capillary diameter, so that the capillary 5 is almost not displaceable in a lateral direction, here the x coordinate direction. However, the capillary 5 can still be shifted therein in the other lateral direction, the y coordinate direction, and in the longitudinal direction, the z coordinate direction.

Nun wird in einem ersten Justiervorgang mit Hilfe eines xyz- Manipulators die Kapillare 5 zusammen mit dem Halter 4 auf den Träger 1 in der lateralen x-Richtung in die bzgl. die­ ser Richtung optimale Justierposition geschoben. Der xyz- Manipulator greift nur an die Kapillare 5 an und zwar vor­ zugsweise an deren über den Halter 4 hinausstehendes, dem optoelektronischen Sende- oder Empfangselement 3 zugewandtes Ende.Now, in a first adjustment process using an xyz manipulator, the capillary 5 together with the holder 4 is pushed onto the carrier 1 in the lateral x direction in the optimal adjustment position with respect to this water. The xyz manipulator only engages the capillary 5 , preferably before the end thereof, which projects beyond the holder 4 and faces the optoelectronic transmitting or receiving element 3 .

Nachdem die Kapillare 5 zusammen mit ihrem Halter 4 in die gesuchte x-Koordinaten-Position gebracht worden ist, wird der Halter 4 mit seinen beiden Füßen 8 und 9 auf dem Träger 1 fixiert. Dazu werden die beiden Füße 8 und 9 gleichzeitig an einander gegenüberliegenden Punkten 10 und 11 mit Hilfe zweier Laserstrahlen gleicher Strahlungsintensität und gleicher Strahlgeometrie auf dem Träger 1 angeschweißt. Durch das gleichzeitige Verschweißen an zwei Punkten 10 und 11 mit gleichwirkenden Laserstrahlen ist gewährleistet, daß sich der Halter 4 beim Abkühlen der Schweißpunkte 10 und 11 nicht ver­ schiebt. Zur ausreichenden Fixierung des Halters 4 sollten in Längsrichtung verteilt mehrere solcher Schweißpunkte 10 und 11 vorgesehen werden.After the capillary 5, together with its holder 4, has been brought into the desired x coordinate position, the holder 4 is fixed on the carrier 1 with its two feet 8 and 9 . For this purpose, the two feet 8 and 9 are simultaneously welded onto the carrier 1 at points 10 and 11 located opposite one another with the aid of two laser beams of the same radiation intensity and the same beam geometry. The simultaneous welding at two points 10 and 11 with laser beams having the same effect ensures that the holder 4 does not slide ver when the welding points 10 and 11 cool down. To adequately fix the holder 4 , several such welding spots 10 and 11 should be provided distributed in the longitudinal direction.

Nach der Fixierung des Halters 4 wird die Kapillare 5 inner­ halb der Vertiefung 7 des Halters 4 auch bezüglich der y- und der z-Koordinate in die eine optimale Lichtüberkopplung gewährleistende Justierposition bewegt. Jetzt wird die Ka­ pillare 5 in der Vertiefung 7 des Halters 4 nach dem glei­ chen Verfahren fixiert wie der Halter 4 auf dem Träger 1. Die Kapillare 5 wird nämlich an zwei gegenüberliegenden Punkten 12 und 13 mit den Seitenwänden der Vertiefung 7 gleichzeitig mit Hilfe zweier Laserstrahlen gleicher Strah­ lungsintensität und Strahlgeometrie verschweißt.After fixation of the holder 4 , the capillary 5 is moved within the recess 7 of the holder 4 also with respect to the y and z coordinates into the adjustment position ensuring optimal light coupling. Now the Ka pillare 5 is fixed in the recess 7 of the holder 4 by the same method as the holder 4 on the carrier 1 . The capillary 5 is namely welded at two opposite points 12 and 13 to the side walls of the recess 7 simultaneously with the aid of two laser beams of the same radiation intensity and beam geometry.

Wie die Fig. 1 zeigt, sind entlang der Kapillare 5 mehrere Schweißpunktpaare 12, 13 vorhanden, um eine sichere Verbin­ dung zwischen Kapillare und Halter herzustellen. Die beim Schweißen entstehende Materialschmelze erfährt beim Erstar­ ren eine Volumenverringerung, welche in Halter und Kapillare Kräfte verursacht. Wegen der Gleichzeitigkeit und Gleich­ artigkeit des Schweißens an zwei Punkten 12 und 13 kompen­ sieren sich die dort entstehenden Kräfte in ihrer Wirkungs­ richtung und rufen deshalb keine Verschiebung der Kapillare 5 aus der Justierposition hervor.As shown in FIG. 1, there are several pairs of welding points 12 , 13 along the capillary 5 in order to produce a secure connection between the capillary and the holder. The material melt that occurs during welding is reduced in volume when solidified, which causes forces in the holder and capillary. Because of the simultaneity and similarity of welding at two points 12 and 13 , the forces arising there compensate in their direction of action and therefore do not cause any displacement of the capillary 5 from the adjustment position.

Der Halter 4 weist eine zu einer Längsschnittebene (in Fig. 2 durch strichpunktierte Linie angedeutet), welche senkrecht zu der Auflagefläche der Füße 8, 9 orientiert ist und durch die Achse der in der Vertiefung 7 liegenden Kapillare 5 ver­ läuft, symmetrische Querschnittsgeometrie auf. Eine solche Querschnittsgeometrie begünstigt die Kompensation von Wärme­ dehnungen im Halter, die durch die Wärmeeinwirkung an den Schweißstellen hervorgerufen werden. The holder 4 has a to a longitudinal sectional plane (indicated by the dash-dotted line in Fig. 2), which is oriented perpendicular to the support surface of the feet 8 , 9 and runs through the axis of the capillary 5 lying in the recess 7 , symmetrical cross-sectional geometry. Such a cross-sectional geometry favors the compensation of thermal expansions in the holder, which are caused by the heat at the welds.

Die Kapillare sollte während des Laserschweißens nach Mög­ lichkeit spielfrei in ihrer justierten Position gehalten werden. Denn jeder Laserpuls auf die Kapillare und den Halter bewirkt einen gewissen Werkstoffaustrieb, welcher eine Impulsänderung erzeugt, die einen Kraftstoß in Laser­ strahlrichtung verursacht. Eine Klemmvorrichtung, mit der eine Justierung der Kapillare 5 in lateraler Richtung vor­ genommen werden kann und die eine spielfreie Halterung der Kapillare 5 während des Schweißens gewährleistet, ist in Fig. 3 dargestellt. In diese Klemmvorrichtung wird die Ka­ pillare eingesetzt, nachdem mit einem üblichen xyz-Manipu­ lator eine Vorjustierung durchgeführt worden ist. Die Klemm­ vorrichtung besteht aus zwei keilförmigen, von entgegenge­ setzten Seiten her unter die Kapillare 5 greifenden Schie­ bern 14 und 15, die auf einer feststehenden Unterlage 16 lateral zur Kapillare bewegbar gelagert sind und einem die Kapillare mit Federkraft auf die Schieber 14, 15 drüc­ kenden Niederhalter 17. Durch Betätigen eines oder beider keilförmigen Schieber 14 und 15 wird die Kapillare 5 einer Feinjustage in lateraler Richtung unterzogen, bevor dann die Fixierung der Kapillare 5 vorgenommen wird.The capillary should be kept in its adjusted position as far as possible without play during laser welding. Because each laser pulse on the capillary and the holder causes a certain material expulsion, which generates a change in momentum that causes a power surge in the laser beam direction. A clamping device with which an adjustment of the capillary 5 in the lateral direction can be carried out and which ensures that the capillary 5 is held without play during welding is shown in FIG. 3. In this clamping device the capillary is inserted after a pre-adjustment has been carried out with a conventional xyz manipulator. The clamping device consists of two wedge-shaped, from opposite sides under the capillary 5 cross slide bern 14 and 15 , which are movably mounted laterally to the capillary on a fixed base 16 and one of the capillaries with spring force on the slide 14 , 15 presses kend Hold-down device 17 . By actuating one or both wedge-shaped slides 14 and 15 , the capillary 5 is subjected to a fine adjustment in the lateral direction before the capillary 5 is then fixed.

Claims (5)

1. Verfahren zum Ankoppeln eines Lichtwellenleiters an ein optoelektronisches Sende- oder Empfangselement, wobei der in einer Kapillare gehaltene Lichtwellenleiter mit Hilfe eines an die Kapillare angreifenden Manipulators so auf das fest positionierte Sende- oder Empfangselement aus­ gerichtet wird, daß vom Lichtwellenleiter zum Empfangs­ element bzw. vom Sendeelement zum Lichtwellenleiter maxi­ male Lichtleistung überkoppelt wird, und dann die Kapil­ lare in dieser Justierposition in einem Halter, der auf einem auch das Sende- oder Empfangselement aufnehmenden Träger angeordnet ist, fixiert wird, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kapillare (5) in eine im Halter (4) vorhande­ ne Vertiefung (7) eingelegt und in einem ersten Justier­ vorgang die Kapillare (5) zusammen mit dem Halter (4) auf dem Träger (1) in mindestens einer Koordinaten-Richtung verschoben wird, daß dann der Halter (4) zu beiden Seiten der die Kapillare (5) aufnehmenden Vertiefung (7) gleich­ zeitig mit Hilfe zweier Laserstrahlen mit dem Träger (1) verschweißt wird, daß darauf in einem zweiten Justiervor­ gang die Kapillare (5) innerhalb der Vertiefung (7) des Halters (4) in die endgültige Justierposition geschoben wird und daß danach die Kapillare (5) an zwei gegenüber­ liegenden Längsseiten gleichzeitig mit Hilfe zweier Laserstrahlen mit den Seitenwänden der Vertiefung (7) des Halters (4) verschweißt wird.1. A method for coupling an optical waveguide to an optoelectronic transmitting or receiving element, wherein the optical waveguide held in a capillary is directed onto the fixedly positioned transmitting or receiving element with the aid of a manipulator acting on the capillary so that the optical waveguide to the receiving element or maximum light output is coupled from the transmitting element to the optical waveguide, and then the capillary is fixed in this adjustment position in a holder which is arranged on a carrier also receiving the transmitting or receiving element, characterized in that the capillary ( 5 ) in an existing in the holder ( 4 ) ne recess ( 7 ) and in a first adjustment process the capillary ( 5 ) together with the holder ( 4 ) on the carrier ( 1 ) is moved in at least one coordinate direction, that then Holders ( 4 ) on both sides of the recess ( 7 ) receiving the capillary ( 5 ) at the same time with the help is two laser beams with the support (1) is welded, that it, the capillary (5) in a second Justiervor transition of the holder (4) is pushed into the final adjustment position within the recess (7) and that subsequently the capillary (5) at two opposite longitudinal sides is simultaneously welded to the side walls of the recess ( 7 ) of the holder ( 4 ) with the aid of two laser beams. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Laserstrahlen, mit denen gleichzeitig an zwei verschiedenen Stellen (10, 11, 12, 13) geschweißt wird, gleiche Strahlungsintensität und gleiche Strahlgeometrie aufweisen. 2. The method according to claim 1, characterized in that the two laser beams, with which welding is carried out simultaneously at two different locations ( 10 , 11 , 12 , 13 ), have the same radiation intensity and the same beam geometry. 3. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (4) zu beiden Seiten der Vertiefung (7) einen auf dem Trä­ ger (1) aufliegenden Fuß (10, 11) hat und daß er eine Querschnittsform aufweist, die symmetrisch ist bezüg­ lich einer senkrecht zur Auflagefläche der beiden Füße (10, 11) orientierten und durch die Achse der in der Vertiefung (7) liegenden Kapillare (5) verlaufenden Längsschnittebene.3. Arrangement for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that the holder ( 4 ) on both sides of the recess ( 7 ) on the carrier ( 1 ) resting foot ( 10 , 11 ) and that he Has cross-sectional shape, which is symmetrical bezüg Lich a perpendicular to the support surface of the two feet ( 10 , 11 ) oriented and through the axis of the in the recess ( 7 ) lying capillary ( 5 ) extending longitudinal section plane. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (7) im Halter (4) eine dem Durchmesser der Kapillare (5) entsprechende Breite hat.4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the recess ( 7 ) in the holder ( 4 ) has a width corresponding to the diameter of the capillary ( 5 ). 5. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (5), um an ihr eine Justierung in lateraler Richtung vornehmen zu können, in eine Klemmvorrichtung eingesetzt ist, be­ stehend aus zwei keilförmigen, von entgegengesetzten Seiten her unter die Kapillare (5) greifenden Schie­ bern (14, 15), die lateral zur Kapillare (5) bewegbar gelagert sind, und einem die Kapillare (5) auf die keilförmigen Schieber (14, 15) drückenden, federnd gelagerten Niederhalter (17).5. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that the capillary ( 5 ), in order to be able to make an adjustment in the lateral direction, is inserted into a clamping device, consisting of two wedge-shaped, from opposite sides below the capillary ( 5 ) engaging slide bern ( 14 , 15 ) which are movably mounted laterally to the capillary ( 5 ), and one, the capillary ( 5 ) on the wedge-shaped slide ( 14 , 15 ) pressing, spring-loaded hold-down device ( 17 ).
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