DE3906532C2

DE3906532C2 -

Info

Publication number: DE3906532C2
Application number: DE19893906532
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr. 6500 Mainz De Schoenborn
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1989-03-02
Filing date: 1989-03-02
Publication date: 1991-03-14
Also published as: DE3906532A1

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Justieren von Steckverbindungen bei der Einkopplung von Laserlicht in Lichtwellenleiter.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der US-PS 47 46 195 bekannt geworden. Eine Vorrichtung der besagten Art ist aus der US-PS 43 87 956 bekannt. Wird ein Laserstrahl in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt, so muß in der Regel der Laserstrahl auf die Größe der effektiven Lichtkoppelfläche an der Stirnseite der Glasfaser verkleinert werden. Dies geschieht mit optischen Systemen, im einfachsten Fall mit einer Linse.

Soll die Verbindung steckbar ausgeführt werden, so ist ein trennbares Koppelelement notwendig. Der Lichtwellenleiter wird dabei gewöhnlich in einem zylindrischen Lichtwellenleiter-Stecker gefaßt, wie sie bei gängigen Stirnflächenkupplungen üblich sind, oder es werden Linsenstecker verwendet.

Die dazu komplementäre Steckbuchse ist im Lasergerät integriert. Die Justierung hat so zu erfolgen, daß zum einen die Stirnfläche der Lichtwellenleiter-Faser genau in den Fokus der Optik zu liegen kommt, zum andern muß das System aus Lichtwellenleiter-Stirnfläche, Optik und Laserstrahl genau auf der optischen Achse ausgerichtet sein.

Justiervorgänge für Steckverbindungen bei der Einkopplung von Laserlicht im Lichtwellenleiter werden nach dem bisherigen Stand der Technik, der aus der Praxis bekannt ist, im wesentlichen nach zwei Verfahren durchgeführt. Beide sind mit erheblichen Nachteilen behaftet. Bei dem einen Verfahren wird der Strahl des als Arbeitslaser dienenden Hochleistungslasers direkt auf die Arbeitsfaser eingestellt. Ein Nachteil bei dieser Methode ist, daß der Fokus der Optik während des Justiervorgangs über den Faserstecker bewegt wird, wobei infolge der hohen Leistungskapazität des Arbeitslasers und der Tatsache, daß sich der Laser nicht beliebig in seiner Leistung reduzieren läßt, Beschädigungen an Metall - oder Kunststoffteilen des Steckers (insbesondere auch bei Klebstoffen) auftreten können.

In einem anderen Verfahren wird mittels einer Vorjustage der Strahl des Hilfslasers in die Arbeitsfaser justiert. Ein Nachteil besteht darin, daß die für den fokussierten Hilfslaserstrahl vergleichsweise zu große Stirnfläche der Arbeitsfaser eine genaue Zentrierung auf den Stirnflächenmittelpunkt unter Beibehaltung der optischen Achse des Kopplungssystems erschwert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in einfacher Weise schnell und ohne Schädigung von Bauteilen eine optimale Justierung der Lichtwellenleiter-Kopplung zum Laserstrahl zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Voraussetzung für die Justierung der Steckverbindungen ist ein im Lasergerät 1 integrierter oder für die Justage anzubringender Hilfslaser. Üblicherweise verwendet man dazu einen Helium-Neon-Gas-Lser, dessen Leistung sich im Bereich von ca. 0,1 bis 10 Milliwatt bewegt. Ein solcher Hilfslaser arbeitet gewöhnlich im transversalen Grundmode TEM₀₀.

Der Hilfslaser wird anstelle des Arbeitslasers dazu verwendet, einen Lichtwellenleiter-Hilfsstecker 2, der eine Justierfaser 3 faßt, genau auf den Laserstrahl und die optische Achse 4 auszurichten. Der Hilfsstecker 2 muß dabei genau dieselben Abmessungen haben wie der Arbeitsstecker mit dem Lichtwellenleiter. Die Justierung der Lasereinkopplung geschieht über Justierelemente 5-9, die sowohl eine Verstellung des optischen Systems 10, das den Laserstrahl fokussiert, als auch eine Verstellung der räumlichen Ausrichtung der im Laser integrierten Steckbuchse 11 erlauben. Die Justierelemente sind dabei so angeordnet, daß im Falle eines Stirnflächenkopplers entweder die Optik 10 in drei und die Steckbuchse 11 in zwei Achsrichtungen verstellt werden kann oder, alternativ dazu, die Steckbuchse in drei und die Optik in zwei Achsrichtungen. Im Falle eines Linsensteckers werden zwei Winkelverstellungen entweder allein oder mit einer zweiachsigen Lateralverstellung zusammen angewandt.

Austrittseitig kann die Justierfaser in ein zylindrisches Gehäuse münden, an dem gegenüber der Fasereintrittsseite ein Bildschirm angebracht ist, dem ein wellenlängenselektives Laserschutzfilter vormontiert ist, welches das Arbeitslaserlicht absorbiert und nur das Hilfslaserlicht durchläßt. Durch den Bildschirm kann man die Ausleuchtung der austrittseitigen Stirnfläche der Justierfaser beobachten. Das vorgeschaltete Schutzfilter dient dazu, die Augen des Beobachters bei Fehlbedienung, insbesondere bei noch eingeschaltetem Arbeitslaser zu schützen.

Der Justiervorgang wird anhand der Fig. 1, einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, in der das optische System 10 in drei Achsrichtungen und die Fasersteckbuchse 11 in zwei Achsrichtungen verstellt werden können.

Um den Hilfslaser parallel und zentrisch zum Arbeitslaserstrahl ausrichten zu können, muß zunächst entweder die Einkoppeleinheit, bestehend aus Kopplungskopf 12 und Einkoppelmechanik 13, am Lasergerät 1 durch Lösen der Schraube 14 entfernt werden oder der Laserstrahl wird vor der Einkoppeloptik 10 herausreflektiert. Bei ausgebauter Einkoppeleinheit wird der Laser nun auf maximale Leistung und Strahlsymmetrie eingestellt. Der Hilfslaser wird sodann auf den Hauptstrahl zentriert und genau parallel dazu ausgerichtet.

Nach erfolgter Vorjustierung des Hilfslasers wird die Koppelvorrichtung wieder eingesetzt und der mit der Justierfaser verbundene Lichtwellenleiter-Hilfsstecker 2 in die Buchse 11 gesteckt. Bei abgeschaltetem Arbeitslaser wird nun der Hilfslaserstrahl auf die im Stecker gefaßte Stirnseite 15 der Justierfaser fokussiert.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Justierfaser einen Kerndurchmesser von ca. 10 µm und eine numerische Apertur von nur etwa 0,15 was bedeutet, daß sie für den Justierlaser nur in geringem Maße multimodig ist. Dadurch kann man die einzelnen Moden am austrittsseitigen Ende im Fernfeld auf dem Bildschirm gut erkennen. Nun wird an den Justierelementen 5, 6 der Steckbuchse 11 und 7 bis 9 des optischen Systems 10 die Ausrichtung der Steckbuchse 11 und die Lage des Fokus so ausgerichtet, bis das auf dem Bildschirm projizierte Modenbild am austrittsseitigen Ende maximale Helligkeit aufweist und symmetrisch ausgerichtet ist. Dann hat man bei zentraler Einstrahlung des Justierlaserstrahls in die Stirnseite 15 der Justierfaser 3 diese auf maximale Transmission des Laserlichts eingestellt. Der eigentliche Justiervorgang ist nun abgeschlossen. Der Stecker 2 des Justierkabels wird gegen den Arbeitsstecker des Lichtwellenleiters ausgetauscht, der sich aufgrund identischer Abmessungen bereits in optimaler Position befindet.

In einer anderen Ausführungsform werden als Hilfs- und Arbeitsstecker Linsenstecker verwendet, in denen die Stirnfläche der Justierfaser beziehungsweise des Lichtwellenleiters bereits im Fokus der im Stecker integrierten Linse lokalisiert ist. Man benötigt dann zur Justierung der laserseitigen Steckbuchse Justierelemente, die diese mit 2 Winkelverstellern oder mit 2 Winkelverstellern und 2 Linearverstellern verstellen können.

Claims

1. Verfahren zur Justierung von Steckverbindungen bei der Einkopplung von Laserlicht im Lichtwellenleiter, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Verfahrensschritt eine mit einem Justierkabel (3) verbundene Hilfssteckvorrichtung (2) mit einem Justierlaser und mit im Laser eingebauten Justierelementen (5-9) genau justiert wird und in einem zweiten Verfahrensschritt die Hilfssteckvorrichtung (2) und das Justierkabel (3) durch die mit dem Arbeitskabel verbundene Arbeitssteckvorrichtung ausgetauscht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Justierlaserstrahl parallel und zentrisch zum Arbeitslaserstrahl ausgerichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Justierkabel verbundene Hilfssteckvorrichtung (2) so ausgerichtet wird, daß die im Justierkabel befindliche Faser (3) auf maximale Transmission des Justierlaserlichts justiert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genaue Justierung der Hilfssteckverbindung (2) direkt über einen fest mit dem austrittsseitigen Ende des Justierkabels verbundenen Bildschirm beobachtet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei das lichwellenleiterseitige Kopplungselement der Steckverbindung aus einem Lichtwellenleiter-Stecker (2) und das laserseitige Kopplungselement aus einer in den Laser (1) eingelassene Buchse (11) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das laserseitige Einkopplungselement mit mechanischen Einsteckelementen versehen ist, die über Justierelemente (5, 6) zusammen mit den justierbaren Halteelementen des optischen Systems die genaue Ausrichtung des Lichtwellenleitersteckers so ermöglichen, daß die Faserstirnfläche (15) des Hilfskabels genau in den Fokus des Laserstrahls zu liegen kommt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß lichtwellenleiterseitig ein Linsenstecker verwendet wird, wobei das laserseitige Ende des Lichtwellenleiters genau im Fokus der in dem Stecker integrierten Linse liegt und das Einkopplungselement mit mechanischen Einsteckelementen versehen ist, die über Justierelemente die genaue Ausrichtung des in der Buchse gehaltenen Linsensteckers zum Laserstrahl ermöglichen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierelemente (5-9) so angeordnet sind, daß sie eine Verstellung des optischen Systems (10) in 3 Achsrichtungen und eine Verstellung der Fasersteckbuchse (11) in 2 Achsrichtungen erlauben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierelemente so angeordnet sind, daß sie eine Verstellung des optischen Systems in 2 Achsrichtungen und eine Verstellung der Steckbuchse in 3 Achsrichtungen erlauben.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierelemente der Fasersteckbuchse so angeordnet sind, daß sie eine zweiachsige Winkelverstellung der Fasersteckbuchse erlauben.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierelemente der Fasersteckbuchse so angeordnet sind, daß sie eine zweiachsige Winkelverstellung und eine Transversalverschiebung in zwei Achsrichtungen erlauben.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierfaser (3) laserseitig in ein Steckelement (2) mündet, dessen Abmessungen exakt dem bei Leistungsübertragung verwendeten Lichtwellenleiter-Stecker entsprechen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierfaser (3) laserseitig in einen Linsenstecker mündet, dessen Abmessungen exakt dem bei Leistungsübertragung verwendeten Lichtwellenleiter-Linsenstecker entsprechen.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierfaser (3) einen Kerndurchmesser in der Größenordnung vom 10 µm besitzt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierfaser (3) bei einer rechnerischen numerischen Apertur von ca. 0,15 schwach mehrmodig ist.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das austrittsseitige Justierfaserende in ein zylindrisches Gehäuse mündet, an welchem an dem der Faser gegenüberliegenden Ende ein transparenter Bildschirm angebracht ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Justierfaseraustrittsende und Bildschirm ein Laserschutzfilter montiert ist, der das Arbeitslaserlicht absorbiert und das Justierlaserlicht durchläßt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Bildschirm und Beobachter ein Laserschutzfilter montiert ist, der das Arbeitslaserlicht absorbiert und das Justierlaserlicht durchläßt.