DE60207173T2

DE60207173T2 - Mikrolinse gebildet an einem optischen Faserende

Info

Publication number: DE60207173T2
Application number: DE60207173T
Authority: DE
Inventors: Timofei N. Piscataway Kroupenkine
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: EP1306702A1; EP1607779A1; DE60207173D1; EP1306702B1; EP1607779B1; US6674940B2; CA2399177A1; US20030081896A1

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Aufbau optischer Fasern und insbesondere die Ausbildung einer optischen Faser mit einer Abschlußlinse.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Photonische Bauelemente verwenden oftmals optische Fasern, um dazwischen oder dadurch verlaufendes Licht effizient zu leiten und zu steuern. Insbesondere können die optischen Fasern Licht zwischen optischen Bauelementen übertragen, Licht zu Komponenten in dem Bauelement leiten, Licht zu anderen optischen Fasern übertragen oder Licht von Komponenten in dem Bauelement oder anderen optischen Fasern empfangen. Solche optischen Fasern weisen in der Regel einen lichtdurchlässigen Kern auf, der von einer lichtbegrenzenden Ummantelung umgeben ist. Der Kern und die Ummantelung weisen Durchmesser in der Größenordnung von 8–150 μm bzw. 100–700 μm auf, je nach der Art der Faser (Einmoden oder Mehrmoden) und des Fasermaterials (Glas oder Kunststoff).
Obwohl Licht direkt in den Kern einer optischen Faser eintreten oder diesen verlassen kann, bedeutet die geringe Größe des Kerns, daß eine präzise Ausrichtung des Kerns und der Quelle oder des Ziels des Lichts erforderlich ist. Eine Möglichkeit, um den Anforderungen einer präzisen Ausrichtung für optische Fasern zu genügen, besteht darin, am Ende der optischen Faser eine kollimierende Linse anzuordnen; die Linse weist optische Eigenschaften auf und ist so positioniert, daß Licht, das ansonsten nicht in den faseroptischen Kern eintreten würde, in die Mitte der optischen Faser gelenkt wird. Das heißt, die Linse leitet Licht in den Kern der optischen Faser.
Ein bekanntes Montageverfahren befestigt eine Mikrolinse an dem Ende der optischen Faser. Wenngleich diese Anordnung den strengen Ausrichtungsanforderungen der optischen Faser genügen kann, macht die Prozedur zum Montieren der Mikrolinse an der optischen Faser selbst den Herstellungsprozeß komplizierter; falls dies nicht ordnungsgemäß erfolgt, werden die optische Faser und die Linse nicht korrekt gekoppelt, wodurch die optische Leistung reduziert wird. Da die effektive Kopplung von Fasern und Linsen bei einem großen Sortiment von photonischen Anwendungen erforderlich ist, wie etwa Detektoren/Lasern, Crossconnect-Einrichtungen usw., muß bei Einsatz dieser Technik, um die Faser und die Linse zu verbinden, sehr sorgfältig vorgegangen werden, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung und Montage sicherzustellen.
Gegenwärtig erfolgt das Koppeln von optischer Faser und Linse von Hand. Aufgrund der beteiligten engen Toleranzen und präzisen Ausrichtungen stellt dies erhebliche Herausforderungen dar. Das manuelle Montieren der Mikrolinse an der optischen Faser ist allgemein eine langsame und aufwendige Prozedur, und zwar teilweise deshalb, weil sie unter Verwendung einer aktiven Ausrichtung der optischen Komponenten erfolgt, und teilweise deshalb, weil jeweils nur eine Mikrolinse und eine Faser verbunden werden können. Zudem ist möglicherweise eine konstante Qualitätskontrollüberwachung und eine Überprüfung jedes Mikrolinsen-Faser-Paars erforderlich, um sicherzustellen, daß die entstehenden Produkte, die individuell hergestellt werden, gleichförmige Qualität aufweisen und alle die erforderlichen optischen Charakteristiken besitzen.
Wenngleich bekannt ist, Linsen an optischen Fasern auszubilden, indem die optischen Fasern in eine Flüssigkeit getaucht werden, ist es schwierig, die auf die Faser aufgetragene Flüssigkeitsmenge präzise zu steuern. Es ist folglich schwierig, einfach durch Tauchen der Faserenden in eine Flüssigkeit an optischen Fasern Linsen auszubilden, die eine gleichbleibende Größe aufweisen und präzise dimensioniert sind.
Es besteht somit ein Bedarf an einem schnellen, präzisen und preiswerten System zum Fixieren von Mikrolinsen an optischen Fasern.
US-B-4,118,270 liefert ein Verfahren zum Formen einer an eine optische Faser gekoppelten Mikrolinse. Bei einer ersten Ausführungsform wird eine Linse ausgebildet, indem eine optische Faser in eine Ätzlösung getaucht wird. Bei einer zweiten Ausführungsform wird eine optische Faser in ein Bad aus Epoxidharz getaucht und herausgezogen, um einen Linsentropfen auszubilden.
US-A-2001/0033712 stellt mehrere faseroptische Körper bereit, die in einer Hülse angeordnet sind, um ausgegebenes Mikrolinsenmaterial aufzunehmen. Die Mikrolinse füllt einen Hohlraum innerhalb der Hülse, um die darin angeordnete Faser zu kontaktieren.
Kurze Darstellung der Erfindung
Ein Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe gemäß der Erfindung ist so, wie in dem unabhängigen Anspruch 1 dargelegt. Bevorzugte Formen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Anordnung und Herstellung einer faseroptischen Baugruppe mit einer optischen Faser und einer mit der Fläche der optischen Faser verbundenen Mikrolinse, wobei die Mikrolinse aus einem im voraus ausgegebenen Flüssigkeitströpfchen hergestellt wird, wobei die Flüssigkeit ihre Tröpfchenform beibehält und an der Fläche haftet. Die Mikrolinse kann so geformt werden, daß sie Licht zwischen ihrer Oberfläche und dem Kern der optischen Faser leitet.
Die faseroptische Baugruppe kann hergestellt werden durch Aufbringen eines im voraus aufgegebenen Flüssigkeitströpfchens auf die optische Faser, wobei die Flüssigkeit Eigenschaften derart aufweist, daß das Tröpfchen stabil ist und seine Form bis zur Kontaktierung durch die optische Faser behält. Die Flüssigkeit haftet an der optischen Faser als ein Tröpfchen an der Fläche der optischen Faser, und das Tröpfchen verfestigt sich, um die Mikrolinse auf der Fläche der optischen Faser auszubilden. Gegebenenfalls kann die Form des Tröpfchens bei seiner Verfestigung beispielsweise durch ein angelegtes elektrisches Feld geändert werden. Eine Änderung der Form des Tröpfchens ändert die optischen Eigenschaften der entstehenden Mikrolinse.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungsfiguren, die nicht maßstabsgetreu sind und die lediglich veranschaulichend sind und in denen in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, zeigen:
1 eine Querschnittsvorderansicht einer gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Mikrolinsenbaugruppe;
2 eine Vorderquerschnittsansicht einer zweiten Mikrolinsenbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine optische Faser von einer Hülse eingefaßt ist;
3 eine Vorderquerschnittsansicht, die den Durchtritt von Licht durch die Mikrolinsenbaugruppe von 2 zeigt;
4A–D Ansichten von Drahtgittermodellen, die zeigen, wie verschiedene Parameter die Mikrolinsenausbildung beeinflussen; und
5 eine Vorderansicht, die eine Reihe von optischen Fasern zeigt, die zur Ausbildung von Mikrolinsen darauf in eine Flüssigkeit getaucht werden.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt eine gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Mikrolinsenbaugruppe 1. Wie unten ausführlicher erläutert wird, beinhaltet die vorliegende Erfindung sowohl den Aufbau als auch die Herstellung einer neuen Art von Mikrolinsenbaugruppe 1.
Die Mikrolinsenbaugruppe 1 enthält eine optische Faser 2, bei der eine Ummantelung 3 einen Kern 5 umgibt. Als ein nicht einschränkendes Beispiel könnte der Kern 5 einen Durchmesser in der Größenordnung von 9 μm und der Durchmesser der Ummantelung 3 in der Größenordnung von 125 µm für eine typische Einmodenglasfaser sein. Ebenfalls als nicht einschränkendes Beispiel könnte bei einer typischen Mehrmodenkunststoffaser (wie etwa der Prototyp Kunststoffaser Lucida^® von Lucent) des Kerns 5 in der Größenordnung von 120 µm und der Durchmesser der Ummantelung 3 in der Größenordnung von 200 µm liegen. Der Kern 5 und die Ummantelung 3 enden an einer Fläche 9, die bevorzugt flach ist und auch senkrecht zu der Achse der Faser orientiert ist. Die flache Fläche 9 kann auf bekannte Weise hergestellt werden. Optische Fasern der gerade beschriebenen Art sind selbst bekannt und im Handel erhältlich, und die vorliegende Erfindung läßt sich auch auf alle geeigneten Fasern anwenden, die bekannt sind oder später entwickelt werden. Da die optische Faser 2 selbst konventionell ist, sind die präzisen optischen Eigenschaften der Ummantelung 3 und des Kerns 5, die die Übertragung von Licht durch die optische Faser 2 ermöglichen, selbst bekannt und brauchen deshalb nicht ausführlich hier erörtert zu werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 wird die Mikrolinse 7, die eine Oberfläche 4 aufweist, an der Fläche 9 mit der optischen Faser 2 verbunden. Die Mikrolinse 7 weist einen Brennpunkt FP auf, der bevorzugt an oder in der Nähe der Fläche 9 in der Mitte des Kerns 5 liegt (wenngleich gegenwärtig davon ausgegangen wird, daß der Brennpunkt bevorzugt genau am Rand der Faser liegt, je nach den optimalen Einkoppelbedingungen für eine bestimmte Faser, könnte der Brennpunkt auch in einer gewissen Entfernung vom Faserrand weg liegen. Als nicht einschränkendes Beispiel könnte die Mikrolinse 7 etwa 2,7 mm lang sein und an ihrem weitesten Punkt einen Durchmesser von etwa 1,4 mm aufweisen, und die Oberfläche 4 der Mikrolinse 7 könnte eine Krümmung von etwa 0,8 mm aufweisen.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Mikrolinsenbaugruppe 101 eine optische Faser 102 mit einem von der Ummantelung 103 umgebenen Kern 105 enthält. Die Ummantelung 103 ist wiederum von einer Hülse 111 umgeben, die dazu dient, die optische Faser 102 zu stützen und zu stärken. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Hülse 111 einen Durchmesser von etwa 1,25 mm aufweisen und etwa 6 mm lang sein. In der Regel werden Hülsen aus Keramik, Glas, Metall oder Kunststoff hergestellt. Die Mikrolinse 107 wird an der Fläche 109 an der optischen Faser 102 angebracht. Wie in 2 gezeigt, weist die Mikrolinse 107 einen auf der Fläche 109 liegenden Brennpunkt FP auf, bevorzugt in der Mitte des Kerns 105 der optischen Faser 102.
Nun unter Bezugnahme auf 3 wird gezeigt, daß ein Lichtstrahl 113 auf die Oberfläche 104 der Mikrolinse 107 auftrifft und in die Mikrolinse 107 hineinläuft. Der Strahl 113 ist bevorzugt kohärent, und die Lichtstrahlen des Strahls 113 sind bevorzugt parallel. Aufgrund der Krümmung und Zusammensetzung der Mikrolinse 107 wird das Licht an der Oberfläche 104 gemäß bekannter Prinzipien der Optik gebrochen und dadurch in Richtung auf den Brennpunkt FP umgelenkt. Da der Brennpunkt FP in der Mitte des Kerns 105 liegt, tritt Licht in den Kern 105 ein und breitet sich auf bekannte Weise entlang der optischen Faser 102 aus. Das sich durch die optische Faser 102 ausbreitende Licht kann kohärent sein, und die Lichtwellen können im wesentlichen parallel sein.
Es versteht sich, daß Licht durch die vorliegende Erfindung auf umgekehrte Weise laufen kann. Bei dem in 3 dargestellten Beispiel läuft durch die optische Faser 102 hindurchtretendes kohärentes Licht entlang dem Kern 105, verläßt den Kern 105 am Brennpunkt FP und tritt in die Mikrolinse 107 ein. Das Licht läuft dann durch die Mikrolinse 107 zu der Oberfläche 104 der Mikrolinse 107, wo das Licht aufgrund der optischen Eigenschaften der Mikrolinse 107 gebrochen wird und als Strahl 113 austritt. Die Mikrolinse 107 kann geeignet dimensioniert sein, so daß der aus der Oberfläche 104 austretende Strahl 113 im allgemeinen kohärent ist und die Lichtwellen parallel sind.
Es versteht sich, daß Licht durch die in 1 gezeigte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf die gleiche Weise läuft, wie in Verbindung mit 3 beschrieben wurde.
Als nächstes werden Verfahren zum Ausbilden von Mikrolinsen an optischen Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Als nicht einschränkendes Beispiel und unter Bezugnahme auf 1 kann eine Mikrolinse 7 aus einem im voraus ausgegebenen Flüssigkeitströpfchen 21 wie etwa der Schmelze eines Polymers oder einer monomeren Flüssigkeit ausgebildet werden. Dieses Material sollte ausreichend stabil sein, damit das ausgegebene Tröpfchen 21 nach der Ausbildung seine Form bis zur Kontaktierung durch die optische Faser 2 beibehalten kann. Zu Beispielen für solche Materialien zählen Polymethylmethacrylat (PMMA) und andere transparente Acrylpolymere. Das im voraus ausgegebene Flüssigkeitströpfchen 21 wird bevorzugt auf die Fläche 9 der optischen Faser 2 dadurch aufgebracht, daß die optische Faser 2 in einer im allgemeinen vertikalen Orientierung positioniert wird, wobei die Fläche 9 der optischen Faser 2 im allgemeinen nach unten weist. Die optische Faser 2 wird dann in der Pfeilrichtung A in Richtung auf eine nicht klebende Oberfläche eines Behälters 17 abgesenkt, der das im voraus ausgegebene Flüssigkeitströpfchen 21 enthält, so daß die Endfläche 9 der optischen Faser 2 das im voraus ausgegebene Flüssigkeitströpfchen 21 kontaktiert. Gegenwärtig wird vermutet, daß die optische Faser 2 bevorzugt direkt nach unten bewegt wird, bis die Endfläche 9 der optischen Faser 2 die Oberfläche des im voraus ausgegebenen Flüssigkeitströpfchen 21 kontaktiert. Die optische Faser wird dann nach oben angehoben, so daß ein Tröpfchen 15 der Flüssigkeit 21 mit der gewünschten Größe und Form an der Endfläche 9 der optischen Faser 2 haftet.
Wie in 1 gezeigt, weist der Behälter 17 einen erhöhten Rand 17' auf, der das im voraus ausgegebene Tröpfchen 21 einzuschließen hilft. Es könnten andere Anordnungen verwendet werden; beispielsweise könnte auch ein konkaver oder "schüsselförmiger" Behälter 17 verwendet werden. Außerdem könnten Ränder 17' mit unterschiedlicher Höhe verwendet werden. Es könnte jede geeignete nicht haftende Oberfläche 18 verwendet werden, die gestattet, daß die im voraus ausgegebenen Tröpfchen ihre Form beibehalten, ohne die Innenseite des Behälters 17 zu benetzen.
Nach der Ausbildung eines Tröpfchens 15 mit der gewünschten Form verfestigt sich das Tröpfchen 15. Als nicht einschränkendes Beispiel kann dies in dem Fall, daß das Tröpfchen 15 aus einer Polymerschmelze besteht, durch Kühlen erfolgen, und in dem Fall, daß das Tröpfchen 15 aus einer monomeren Flüssigkeit besteht, durch eine Polymerisationsreaktion. Es könnte auch jede beliebige andere geeignete Technik zum Härten des Tröpfchens 15 verwendet werden.
Die Form des Tröpfchens 15, das zur Linse 7 wird, wird durch die Wechselwirkung solcher Faktoren wie etwa das Volumen des Flüssigkeitströpfchens 15 bestimmt. Wie in den 4A–D gezeigt, ist es durch entsprechende Auswahl des Volumens des Tröpfchens 15 möglich, die Form der Tröpfchenoberfläche 4 einzustellen, die als Mikrolinse 7 wirkt (4D legt die X-Y-Koordinatenachsen fest, die verwendet werden).
Das Volumen des Tröpfchens 15 kann auf der Basis der folgenden Überlegungen ausgewählt werden: der Durchmesser der optischen Faser 2 oder, falls wie in 2 gezeigt eine Hülse 111 verwendet wird, der Durchmesser sowohl der optischen Faser 102 als auch der Hülse 111, der Brechungsindex der das Tröpfchen 115 bildenden Flüssigkeit; die spezifische Dichte der das Tröpfchen 115 bildenden Flüssigkeit; die Oberflächenspannung der das Tröpfchen 115 bildenden Flüssigkeit; falls eine Polymerschmelze verwendet wird, der Wärmeausdehnungskoeffizient der geschmolzenen Flüssigkeit und die Temperaturabhängigkeit ihres Brechungsindexes, oder, wenn das Tröpfchen aus einer monomeren Flüssigkeit gebildet wird, das Polymerisationsschrumpfen dieser monomeren Flüssigkeit und ihre Brechungsindexänderung aufgrund der Polymerisation; die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, aus der die Mikrolinse 2 oder 102 entsteht; und die Schwerkraft.
Gegebenenfalls kann die Form des Tröpfchens 15 auch unter Verwendung einer elektrostatischen Kraft abgeändert werden, um das Tröpfchen 15 vor oder während des Prozesses seiner Härtung zu der Mikrolinse 7 zu verformen. Die elektrostatische Kraft kann erzeugt werden, indem ein im voraus ausgegebenes Flüssigkeitströpfchen 21 geladen wird. Das angelegte elektrische Feld E übt dann eine elektrostatische Kraft auf das Tröpfchen 15 aus, die proportional zu seiner Ladung ist, und die elektrostatische Kraft ändert die Form des Flüssigkeitströpfchens 15, während es zu der Linse 107 härtet.
Alternativ kann man ein elektrisches Feld E anlegen, ohne das Tröpfchen zu laden. In diesem Fall wird die Tröpfchenverlängerung proportional sein zu der dielektrischen Suszeptibilität (und somit der dielektrischen Permittivität) des Tröpfchenmaterials.
Es versteht sich, daß das Tröpfchen 15 verlängert werden kann, indem die Größe und Richtung des angelegten elektrischen Felds E geeignet geändert wird, und das Ausmaß, in dem das Tröpfchen 15 verformt wird, kann gesteuert werden durch geeignete Auswahl der Größe des angelegten elektrischen Felds E. Wenn genauer gesagt ein angelegtes elektrisches Feld E zum Verformen des Tröpfchens 115 verwendet wird, beeinflussen der Absolutwert und die Richtung des elektrischen Feldvektors, Tröpfchenladung und die dielektrische Permittivität des Tröpfchenmaterials die auf das Tröpfchen 115 wirkende Kraft. Der genaue Wert der das Tröpfchen 115 verformenden Kraft kann entweder über Standardgleichungen der Elektrodynamik berechnet oder in vielen Umgebungen in der Praxis experimentell für eine gegebene Größe, ein gegebenes Material und eine gewünschte Verlängerung des Tröpfchens bestimmt werden.
Wenngleich das in 1 gezeigte angelegte elektrische Feld so dargestellt ist, daß es vertikal orientiert ist und als bevorzugt angesehen wird, werden andere Feldorientierungen in Betracht gezogen und liegen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 2 kann eine Mikrolinse 107 auf die gerade beschriebene Weise an der Endfläche 109 der optischen Faser 102 ausgebildet werden.
Nunmehr unter Bezugnahme auf die 4A–D und zu Zwecken der vorliegenden Erfindung kann die Form eines Flüssigkeitströpfchens 215, 315, 415 unter Verwendung der folgenden Gleichungen modelliert werden, um eine quantitative Analyse der Tröpfchenform durchzuführen:
wobei
wobei γ ein willkürlicher dimensionsloser Parameter ist, der die charakteristische Größe des Tröpfchens bestimmt, ϱ die relative Dichte der Flüssigkeit ist, Γ die Flüssigkeitsoberflächenspannung und g die Erdbeschleunigung ist, mit einem negativen Vorzeichen.
Um die Form des Tröpfchens zu erhalten, sollte Gl. (1) mit den folgenden Randbedingungen gelöst werden:
Die Brennweite des durch Gl. (1) beschriebenen Tröpfchens mit den Randbedingungen (6) wird durch die folgende Gleichung definiert:
wobei n der Brechungsindex des Tröpfchenmaterials ist.
Das Volumen des Tröpfchens, dessen Gesamtlänge genau gleich seiner Brennweite ist, wird bestimmt als:
wobei V ^ = β³ Volumen und Volumen das Tröpfchenvolumen ist.
In den 4A–4C sind mehrere Beispiele für die möglichen Lösungen der Gl. (1)–(8) gezeigt. Jedes der in den 4A–4C dargestellten Tröpfchen 215, 315, 415 weist ein Halsgebiet 221, 321, 421 und ein Auswölbungsgebiet 223, 323, 423 auf. Die Breite der Basis der Tröpfchen 215, 315, 415 ist ŵ, die Gesamtlänge ist l ^ und das Volumen ist V ^. Die Tröpfchen sind in dimensionslosen Koordinaten x ^ und ŷ gezeigt. Um sie in die tatsächlichen Koordinaten x und y umzusetzten, werden die Gl. (2)–(5) benötigt. Für den Fall, daß die Flüssigkeit eine PMMA-Schmelze ist (Γ = 33·10^–3 N m^–1, ϱ = 1,18·10³ kg m^–3, n = 1,49), führt eine derartige Umsetzung zu folgendem:

1. Für γ = –0,15 (4A) haben wir 1/β = 653 µm und somit: l ^ = 6,08 entspricht l = 3977 µm ŵ = 5,21 entspricht w = 3407 µm V ^ = 90,17 entspricht V = 25,2 μl
2. Für γ = –0,10 (4B) haben wir 1/β = 534 µm und somit: l ^ = 6,08 entspricht l = 3247 µm ŵ = 2,68 entspricht w = 1431 µm V ^ = 61,99 entspricht V = 9,4 μl
3. Für γ = –0,07 (4C) haben wir 1/β = 447 µm und somit: l ^ = 6,08 entspricht l = 2717 µm ŵ = 1,41 entspricht w = 630 µm V ^ = 49,36 entspricht V = 4,4 μl

Bei Vergleich der 4A–C kann man anhand der gezeigten Tröpfchen sehen, daß die Tröpfchen 215, 315, 415 zunehmend konturierter werden; der Hals 421 des Tröpfchens 415 ist viel ausgeprägter als der Hals 221 des Tröpfchens 215. Das Tröpfchen 415 könnte sich für den Einsatz mit der optischen Kunststoffaser wie der oben beschriebenen Faser Lucida^® eignen. Andererseits könnte das Tröpfchen 315, das einen größeren Hals aufweist, möglicherweise für den Einsatz mit der in einer Hülse ähnlich der oben beschriebenen eingeschlossenen Faser geeignet sein.
Die vorliegende Erfindung bietet sich für die Massenproduktion von Mikrolinsenbaugruppen an. Eine Ausführungsform zum Herstellen mehrerer optischer Fasern mit daran montierten Mikrolinsen ist in 5 dargestellt (der Klarheit halber sind nur Abschnitte der optischen Fasern gezeigt). Wie hier gezeigt, ist eine Gruppe optischer Fasern 502, 502', 502'' ... 502ⁿ jeweils derart an einem Rahmen 519 befestigt, daß die Flächen 509, 509', 509'' ... 509ⁿ der optischen Fasern 502, 502', 502'' ... 502ⁿ nach unten unter den Rahmen 519 vorstehen. Der Rahmen 519 wird dann in Pfeilrichtung B abgesenkt, so daß die Flächen 509, 509', 509'' ... 509ⁿ in Kontakt mit den im voraus ausgegebenen Flüssigkeitströpfchen 521 gebracht werden, die bei Verfestigung die nicht gezeigten Mikrolinsen bilden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann bei der in 5 dargestellten Ausführungsform der Rahmen 519 abgesenkt werden, bis die Flächen 509, 509', 509'' ... 509ⁿ der optischen Fasern 502, 502', 502'' ... 502ⁿ gerade die Oberfläche der im voraus ausgegebenen Flüssigkeitströpfchen 521 berühren.
Auf die gleiche Weise wie die in 1 dargestellte Ausführungsform weist der in 5 gezeigte Behälter 517 einen erhöhten Rand 517' auf, der die im voraus ausgegebenen Tröpfchen 521 einschließen hilft. Es könnten andere Anordnungen verwendet werden; beispielsweise könnte auch ein konkaver oder "schüsselförmiger" nicht gezeigter Behälter 517 verwendet werden. Außerdem könnten Ränder 517' mit unterschiedlicher Höhe verwendet werden. Es könnte jede geeignete nicht haftende Oberfläche 518 verwendet werden, die gestattet, daß die im voraus ausgegebenen Tröpfchen 521 ihre Form beibehalten, ohne die Innenseite des Behälters 517 zu benetzen, wie etwa eine nicht haftende Oberfläche.
Die vorliegende Erfindung liefert die folgenden Vorteile bei Vergleich mit existierenden Techniken zum Anbringen von Mikrolinsen an optischen Fasern.
Während der Ausbildung gemäß der vorliegenden Erfindung bewirkt die Oberflächenspannung der auf die optische Faser aufgebrachten Flüssigkeit, daß die Mikrolinse automatisch auf die Mitte des Faserkerns ausgerichtet wird und die Brennweite der Linse auf den Rand (Endfläche) der Faser eingestellt wird. Somit können die teuren Geräte und die langsame Ausrichtungsprozedur der traditionellen Bearbeitung, die erforderlich sind, um eine derartige Positionierung zu erzielen, vermieden werden.
Ein weiterer Vorzug der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Oberfläche des Linsenmaterials keine fremden Objekte kontaktiert, wodurch sichergestellt wird, daß die Linsenoberfläche sehr glatt ist. Dies sollte Streuverluste der Linse reduzieren.
Die vorliegende Erfindung ist inhärent parallel, was eine gleichzeitige Ausbildung vieler Mikrolinsen auf einem Faserarray oder einem Faserband gestattet.
Die vorliegende Erfindung kann sehr kosteneffektiv sein und sollte keine teuren Geräte oder Materialien erfordern.
Wenngleich fundamentale neue Merkmale der Erfindung bei Anwendung auf Ausführungsbeispiele davon gezeigt und beschrieben und hervorgehoben worden sind, versteht es sich somit, daß verschiedene Unterlassungen und Substitutionen und Änderungen hinsichtlich Form und Details der offenbarten Erfindung von dem Fachmann vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Sie soll deshalb nur wie durch den Schutzbereich des hier beigefügten Anspruchs beschränkt werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe (1) mit den Schritten des Aufbringens eines Flüssigkeitströpfchens (15) auf eine optische Faser (2) mit einer Fläche (9), wobei das Tröpfchen (15) an der optischen Faser (2) an der Fläche (9) haftet, und Verfestigen des Tröpfchens (15) unter Ausbildung einer mit der Fläche (9) der optischen Faser (2) verbundenen Mikrolinse (7), wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Abändern einer Form des Tröpfchens (15) zumindest vor oder während des Schritts des Verfestigens durch Erzeugen eines elektrischen Felds um das Tröpfchen (15) herum, wodurch das elektrische Feld mit dem Tröpfchen (15) interagiert, um auf das Tröpfchen (15) eine Kraft auszuüben und dadurch die Form des Tröpfchens (15) abzuändern.
Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Form des Tröpfchens derart abgeändert wird, daß die Mikrolinse einen Brennpunkt an einem vorbestimmten Punkt auf oder in einer gewählten Entfernung von der Fläche aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe nach Anspruch 2, wobei die optische Faser einen Kern umfaßt und die Mikrolinse den Brennpunkt an dem Kern festlegt.
Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abänderungsschritt weiterhin den Schritt des Anlegens einer Ladung an das Flüssigkeitströpfchen umfaßt.
Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Abschnitt der optischen Faser von einer Hülse (111) umgeben ist, wobei die optische Faser und die Hülse eine gemeinsame Fläche (109) aufweisen und wobei die Mikrolinse mit der gemeinsamen Fläche (109) der optischen Faser und Hülse (111) verbunden ist und diese direkt kontaktiert.
Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrolinse mindestens ein Material der Menge von Materialien umfaßt, die besteht aus: einem transparenten polymeren Material, einem Acrylpolymer und Polymethylmethacrylat (PMMA).
Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flüssigkeitströpfchen aus einem im voraus ausgegebenen Flüssigkeitströpfchen aufgebracht wird, das in einem Volumen im voraus ausgegeben wurde, das ausgewählt ist zum Ausbilden einer Mikrolinse bei Verfestigung davon mit einem Brennpunkt, der an einem ausgewählten Punkt auf oder in einer ausgewählten Entfernung von der Fläche liegt.
Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe nach Anspruch 7, wobei die optische Faser eine Eigenschaft aufweist, die eine Form des Tröpfchens während des Schritts des Verfestigens beeinflußt, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt des Bestimmens des Volumens auf der Basis zumindest teilweise der Eigenschaft umfaßt.
Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe nach Anspruch 8, wobei die Eigenschaft mindestens einen Durchmesser der optischen Faser oder einen Durchmesser einer mindestens einen Abschnitt der optischen Faser umgebenden Hülse beinhaltet.
Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe nach Anspruch 7, wobei die Flüssigkeit mindestens eine Eigenschaft aufweist, die eine Form des Tröpfchens während des Schritts des Verfestigens beeinflußt, wobei das Verfahren weiterhin gekennzeichnet ist durch den Schritt des Bestimmens des Volumens auf der Basis zumindest teilweise der mindestens einen Eigenschaft.
Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine Eigenschaft mindestens einen Brechungsindex der Flüssigkeit, eine spezifische Dichte der Flüssigkeit oder eine Oberflächenspannung der Flüssigkeit beinhaltet.
Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe nach Anspruch 7, wobei die Flüssigkeit eine monomere Flüssigkeit ist und die Form des Tröpfchens durch eine Oberflächenspannung der Flüssigkeit beeinflußt wird.
Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe nach Anspruch 7, wobei die optische Faser eine von mehreren optischen Fasern ist, die von einem beweglichen Rahmen getragen werden.
Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Baugruppe nach Anspruch 7, wobei die optische Faser eine Eigenschaft aufweist, die eine Form des Tröpfchens während des Schritts des Verfestigens beeinflußt, und wobei die Flüssigkeit mindestens eine Eigenschaft aufweist, die eine Form des Tröpfchens während des Schritts des Verfestigens beeinflußt, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt des Bestimmens des Volumens auf der Basis zumindest teilweise der mindestens einen Eigenschaft der optischen Faser und der mindestens einen Eigenschaft der Flüssigkeit umfaßt.