SE514805C2 - Anordning för optisk anslutning av ett optiskt element till en sfärisk lins - Google Patents

Description

25 "m 5124 805 fiber, till en sfärisk lins, där anslutningen mellan det optiska elementet och den sfäriska linsen sker under tvångsmässig bestämning av det korrekta inbördes läget utan krav på justeringsoperationer vid anslutningstillfället.

För tillgodoseende av detta ändamål har enligt uppfinningen åstadkommits en anordning av det nämnda slaget, vilken innefattar en hållare för fixering av det optiska elementet i ett med avseende på en yttre referensyta på hållaren förutbestämt läge och ett med ytor för bestämning av det relativa läget mellan det optiska elementet och den sfäriska linsen försett kopplingselement, varvid anordningen kännetecknas av att kopplingselementets ytor för bestämning av det relativa läget mellan det optiska elementet och den sfäriska linsen utgöres av två på axiellt avstånd från varandra på samma geometriska axel belägna och i riktning mot varandra avsmalnande, koniska ytor, av vilka den ena är anordnad att ingripa med hållarens referensyta och den andra är anordnad att ingripa med den sfäriska linsen i och för inställning av det optiska elementet och linsen på samma optiska axel och inställning av det optiska elementet i linsens brännpunkt.

I det fall att det optiska elementet utgöres av en optisk fiber är det enligt uppfinningen föredraget att hållaren utgöres av en hylsa med en som en konisk yta utformad referensyta och med en plan ändyta, till vilken den koniska referensytan ansluter sig och med vilken en ändyta av den optiska' fibern sammanfaller.

Det är vid en utföringsform av uppfinningen möjligt att utforma hâllaren som en spännhylsa med en central öppning för upptagande av det optiska elementet, varvid spännhylsan är anordnad att pressas in i kopplingselementets koniska yta, vilket medför en reduktion av den centrala öppningens storlek till ett läge, i vilket spännhylsan fast omsluter och fixerar det optiska elementet.

Vid en anordning enligt uppfinningen erhålles tvångsmässigt och på ett enkelt sätt, som inte kräver några inställningsoperationer vid anslutnings- tillfället, ett korrekt inbördes läge mellan det optiska elementet och den sfäriska linsen.

Anordningen enligt uppfinningen kan utnyttjas vid olika kombinationer av optiska element och sfärisk lins, t ex för överföring av en ljusstråle från en diod till en optisk fiber via två sfäriska linser, varvid sålunda utnyttjas två anordningar enligt uppfinningen, en anordning för anslutning av dioden till den sfäriska linsen och en anordning för anslutning av den optiska fibern .fwïaf 10 15 20 25 / / ._ . .. . i: u U m- i r . .« .. . . .- f . i. i r en t v. « -. i» .~ . . .- < < fo - <0 c -rl _ u, L., ,. . .-, .. .Ck . aa» - l . . .. . , . .. a . 1 < . 3 e. t . . .. ..f». .. f. f. .i :o - « till en annan sfärisk lins. Det korrekta inbördes läget mellan de båda kopplingselementen för överföring av ljusstrâlen mellan de sfäriska linserna âstadkommes på i och för sig känt sätt med hjälp av styrtappar eller andra på kopplingselementen utformade styrytor. Det inses, att det relativa läget mellan de sfäriska linserna inte erfordrar inställning med så stor noggrannhet som det relativa läget mellan respektive lins och optiskt element.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas under hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. 1, 2 oöh 3 visar schematiskt och i sektion olika utföringsformer av i enlighet med uppfinningen utformade anordningar för optisk anslutning av ett optiskt element till en sfärisk lins.

Fig. 4, 5 och 6 visar schematiskt en sektion genom två med varandra förbundna anordningar enligt uppfinningen för att via två sfäriska linser optiskt ansluta två optiska element till varandra.

Fig. 7 och 8 visar i sektion två olika utföringsformer av anordningar för fixering av den sfäriska linsen i anslutningsanordningar enligt uppfinningen.

Fig. 9 visar en mot fig. 4, 5 och 6 svarande sektion genom en anslutnings- anordning enligt uppfinningen, vilken är optiskt förbunden med en annan typ av anslutningsanordning mellan en sfärisk lins och en optisk lins.

Anordningen enligt uppfinningen är avsedd att ingå i ett sådant system för anslutning av ett första optiskt element, t ex en optisk fiber, till ett annat optiskt element, t ex en annan optisk fiber, där de optiska elementen är anslutna till var sin lins. så att ljusövergängen mellan de optiska elementen sker via linserna. Den i fig. 1 schematiskt och i sektion visade utföringsformen av en anordning enligt uppfinningen utnyttjas för anslutning av en optisk fiber 2 till en sfärisk lins 4. Den optiska fiberns 2 ändparti är inneslutet i en fiberhâllare 6 i form av en hylsa. Fiberhâllaren 6 är cylindrisk över huvuddelen av sin ytteryta, och uppvisar vid sin i figuren högra ände en konisk referens- yta 8, vilken ansluter sig till en plan ändyta 10 på fiberhållaren 6. Vid det i fig. 1 visade utförandet är huvuddelen av fiberhållaren 6 bildad av metall, medan den plana ändytan 10 är bildad av en i fiberhållaren ingjuten insats 12 av keramiskt material.

Den optiska fibern 2 är fixerad i fiberhållaren på något i och för sig känt sätt, t ex på det i den svenska patentskriften nr 7901398-3 visade sättet- och/eller genom limning, varvid den optiska fiberns 2 ändyta är belägen i samma plan som insatsens 12 plana ändyta 10. Ett riktigt läge hos den optiska 10 15 20 25 - 30 ,/ i? 0 Fm 514 805 åïfgilï 4 __. fiberns 2 ändyta kan åstadkommas genom att fibern fixeras med fibern utskjutande något utanför den plana ändytan 10, varefter fibern slipas ner till planet för ändytan 10. Fiberhållarens plana ändyta 10 intar ett exakt förutbestämt läge relativt fiberhållarens koniska referensyta 8, och då fiberns 2 ändyta befinner sig i ändytans 10 plan, kommer följaktligen fiberns 2 ändyta att vara relaterad på ett förutbestämt sätt till den koniska referensytan 8.

Anordningen för optisk anslutning av den optiska fibern 2 till den sfäriska linsen 4 innefattar förutom fiberhâllaren 6 ett kopplingselement 14. Kopplings- elementet 14 är försett med ytor för bestämning av det relativa läget mellan fiberhâllaren 6 och därmed den optiska fibern 2 och den sfäriska linsen 4.

Kopplingselementets 14 ytor för bestämning av det relativa läget mellan fiber- hâllaren 6 och därmed den optiska fibern 2 och den sfäriska linsen 4 utgöres av två på axiellt avstånd från varandra, på samma geometriska axel belägna och i riktning mot varandra avsmalnande, koniska ytor 16 och 18. Härvid är den koniska ytan 16 anordnad att ingripa med fiberhållarens 6 koniska referensyta 8 och är den koniska ytan 18 anordnad att ingripa med den sfäriska linsen 4.

Mellan de koniska ytorna 16 och 18 förefinnes ett cylindriskt ytparti 20, som således ansluter sig till de koniska ytornas 16 och 18 respektive smalände.

Fiberhâllaren 6 och den sfäriska linsen 4 hâlles i fast ingrepp med de koniska ytorna 16 respektive 18 medelst i fig. 1 inte närmare visade medel. Vad gäller fiberhållaren 6 kan dessa medel utgöras av en konventionell hylsmutter, som ingriper med en i figuren icke visad ansats på fiberhâllaren 6, medan nämnda medel vad gäller den sfäriska linsen 4 kan utgöras av anordningar av det i fig. 5 och 6 visade slaget.

De koniska ytorna 16 och 18 är så utformade och belägna i förhållande till varandra, att den optiska fibern 2 och den sfäriska linsen 4, då den koniska referensytan 8 och den sfäriska linsen 4 ingriper med respektive koniska yta, befinner sig på samma optiska axel och på sådant axiellt avstånd från varandra, att den optiska fiberns 2 ändyta befinner sig i den sfäriska linsens 4 brännpunkt.

För att säkerställa att fiberhållaren 6.är så inriktad, att det i fiberhâllarenx upptagna partiet av den optiska fibern över hela sin längd befinner sig på den med den sfäriska linsen gemensamma, optiska axeln kan kopplingselementet 14 vara försett med stödytor 22, anordnade att ingripa med fiberhållaren 6 vid den relativt den koniska referensytan 8 motsatta änden av fiberhållaren. 10 15 20 25 (7 f age? 514 805 :g,,_ 5 I ett plan utanför den sfäriska linsen 4 har kopplingselementet en anligg- ningsyta 24. Anliggningsytan 24 är avsedd att anligga mot en motsvarande yta på ett annat kopplingselement, till vilket kopplingselementet 14 skall anslutas för att åstadkomma optisk anslutning av den optiska fibern 2 till ett annat, i det andra kopplingselementet ingående, optiskt element, t ex en annan optisk fiber, en diod eller någon ljusavkännande anordning.

Det är härvid viktigt att anliggningsytan 24 är exakt vinkelrät mot den geometriska axeln för de koniska ytorna 16 och 18, och detta åstadkomnes lämpligen genom att de koniska ytorna 16 och 18 och anliggningsytan 24 framställes i en och samma maskin i ett sammanhang. Även den i fig. 2 i sektion och schematiskt visade anordningen enligt uppfinningen är avsedd för optisk anslutning av en optisk fiber 2a till en sfärisk lins 4a. Anordningen enligt fig. 2 innefattar liksom anordningen enligt fig. 1 ett kopplingselement 14a med koniska ytor 16a och 18a, vilka är belägna på samma geometriska axel på akiellt avstånd från varandra och avsmalnar i riktning mot varandra. Mellan de koniska ytorna 16a och l8a finns ett cylindriskt ytparti 20a.

Anordningen enligt fig. 2 skiljer sig från anordningen enligt fig. 1 med avseende på utformningen av hållaren för den optiska fibern. Vid utförings- formen enligt fig. 2 utgöres hållaren för den optiska fibern av en spännhylsa 26, vilken liksom hållaren 6 vid utföringsformen enligt fig. 1 har en konisk referensyta 8a. Spännhylsan 26 har ett axiellt förlöpande hål, i vilket den optiska fiberns 2a ändparti är upptaget. Spännhylsan 26 är så utformad, att hâlets tvärsektionsstorlek kan förändras genom utövande av yttre tryck på spännhylsan 26. Detta medför att den optiska fibern 2a efter införandet i hålet i spännhylsan 26 kan låsas i detta genom att spännhylsan 26 utsättes för en yttre kraft. Detta åstadkommas vid den i fig. 2 visade utföringsformen genom att spännhylsan 26 pressas mot den smalare delen av den koniska ytan l6a med hjälp av en hylsmutter 28. Den radiella sammanpressningen av spännhylsan 26, som i sin tur medför att den optiska fibern 2a låses i hålet i spännhylsan, kan åstadkommas genom att spännhylsan består av två eller flera mer eller mindre fast sammanhâllna sektorer. Vid denna utföringsform måste den korrekta lägesbestämningen av den optiska fiberns 2a ändyta i förhållande till spännhylsan 26 och därmed i förhållande till den sfäriska linsen 4a bestämmas före och/eller efter anbringandet av fibern i spännhylsan genom mer eller mindre manuella åtgärder.

Utföringsformen enligt fig. 2 kan sägas representera en anordning där kraven 10 15 20 25 30 40 sig eos på noggrannhet är mindre än vid utföringsformen enligt fig. 1 men där den minskade noggrannheten kompenseras av enklare utförande och enklare montering av fibern.i fiberhâllaren.

Den i fig. 3 visade utföringsformen av anordningen enligt uppfinningen är avsedd för anslutning av en diod 30 till en sfärisk lins 4b. Anordningen innefattar liksom anordningarna enligt fig. 1 och 2 ett kopplingselement l4b med två på axiellt avstånd från varandra på samma geometriska axel belägna och i riktning mot varandra avsmalnande, koniska ytor 16 b och 18b. Förutom kopplingselementet l4b innefattar anordningen vid utföringsformen enligt fig. 3 en hållare för dioden 30 i form av en spännhylsa 32. Spännhylsan 32 har enkonisk referensyta 8b, anordnad att ingripa med den koniska ytan 16b för att lägesbestämma dioden i förhållande till den sfäriska linsen 4b, som ingriper med den koniska ytan 18b. Även vid denna utföringsform åstadkommer de koniska ytorna 16b och 18b ett korrekt inbördes läge mellan dioden 30 och den sfäriska linsen 4b, så att dioden 30 och linsen 4b befinner sig på samma optiska axel och på korrekt axiellt avstånd från varandra, Vid en modifierad utföringsform av anordningen enligt fig, 3 är dioden i stället för spännhylsan 32 försedd med en fast yttre hylsa. Denna fasta hylsa erhåller sin slutliga form först efter det att hylsan förbundits med dioden, t ex genom att dess koniska referensyta åstadkommes genom svarvning.

Läget av referensytan bestämmes härvid så, att dioden erhåller det korrekta axiella avståndet frân den sfäriska linsen.

I fig. 4 åskådliggöres schematiskt anslutningen av två optiska fibrer 2 till varandra med hjälp av anordningar enligt uppfinningen. Anordningarna är således tvâ anordningar av det i fig. 1 visade slaget, vilka är anslutna till varandra med anliggningsytorna 24 i ingrepp och anordningarna centrerade relativt varandra med hjälp av styrpinnar 34. Ljusstrålen från den ena optiska fibern förstöras av den till fibern optiskt anslutna, sfäriska linsen och lämnar linsed som ett parallellt strålknippe med flera gånger större sektion än den optiska fiber, vilket strålknippe mottages av den andra sfäriska linsen, som förminskar strålknippet till den till ifrågavarande linsen optiskt anslutna, optiska fibern. Genom förstoringen av strâlknippet i övergången mellan de optiska fibrerna nedbringas förlusterna i övergången.

I fig. 5 visas anslutningen av tvâ anordningar av det i fig. 1 visade slaget, där anordningarna är centrerade i förhållande till varandra med hjälp av en yttre hylsa 35 i stället för med hjälp av styrpinnar. Hylsan 35 gör det möjligt 10 15 20 25 30 5147 805 att erhålla korrekt läge av anordningarna på linje med varandra utan ingrepp mellan anordningarnas ändytor 24, som därvid inte behöver utformas med särskild precision. Det axiella avståndet mellan anordningarna kan bestämmas på konventionellt, i figuren icke visat sätt.

I fig. 6 âskådliggöres schematiskt anslutningen av en diod till en optisk fiber med hjälp av anordningar av det i fig. 3 respektive fig. 1 visade slaget. Även här anligger anordningarna mot varandra vid anliggningsytor 24 och är anordningarna centrerade i förhållande till varandra med hjälp av styrpinnar 34a.

I fig. 7 och 8 åskådliggöres lämpliga anordningar för att hälla den sfäriska linsen 4 i ingrepp med den koniska ytan 18, Vid utföringsformen enligt fig. 7 hålles den sfäriska linsen 4 i ingrepp med den koniska ytan med hjälp av en utvändigt gängad plugg 36, vilken är inskruvad i ett hål 38, som ansluter sig till den koniska ytan 18. Pluggen 36 har vid sin för anliggning mot den sfäriska linsen 4 avsedda ände en av elastiskt material bildad ring 40, som elastiskt pressar den sfäriska linsen 4 mot den koniska ytan 18.

Vid utföringsformen enligt fig. 8 hålles den sfäriska linsen 4 på plats i ingrepp med den koniska ytan 18 med hjälp av en fjäderring 42, vilken är infäst i ett spår 44 i ett hål 46, som ansluter sig till den koniska ytan 18.

Mellan fjäderringen 42 och den sfäriska linsen är anordnad en ring 48 av ' elastiskt material, som elastiskt pressar den sfäriska linsen 4 mot den koniska ytan 18.

Uppfinningen kan modifieras inom ramen för de följande patentkraven och kan tillämpas vid olika kombinationer av anslutningar mellan optiska fibrer och andra optiska element. I fig. 9 åskädliggöres en anslutning mellan en anordning av det i fig. 3 visade slaget, vari en diod 30 och en till denna optiskt ansluten, sfärisk lins ingår, och en modifierad anordning, vari en optisk fiber och en sfärisk lins ingår. Vid anordningen för anslutning av den optiska fibern till den sfäriska linsen utnyttjas ett kopplingselement 50 och en fiberhâllare 52. Den optiska fibern 2 är fixerad i fiberhällaren 52 med den optiska fiberns 2 ändyta i plan med en ändyta 54 på fiberhållaren 52. Fiber- hâllaren 52 har en cylindrisk ytteryta, vilken är lägesbestämd i ett cylindriskt häl 56 i kopplingselementet 50, varvid fiberhâllarens 52 axiella läge är bestämt av en yttre fläns 58 på fiberhållaren 52, vilken fläns anligger mot ett ytparti av kopplingselementet, som omger kopplingselementets öppning 56. 514 8¿D5 Läget av den sfäriska linsen 4 vid kopplingselementet 50 är liksom vid de ovan beskrivna utföringsformerna av uppfinningen bestämt av en konisk yta 18c.

Det inbördes läget mellan anordningarna, vari dioden och den optiska fibern ingår, kan även vid utföringsformen enligt fig. 9 ske genom ingrepp mellan anliggningsytor och med hjälp av icke visade styrpinnar.

Vid en modifierad utföringsform av uppfinningen utformas anordningarnas frontyta med snedslipning för att hindra äterreflexer av de optiska signalerna. '

Claims (13)

io 15 20 25 30 40 ' i -eg.f> PFA T.E N T k R A v

1. Anordning för optisk anslutning av ett optiskt element (2;30), t ex ett ändparti av en optisk fiber, till en sfärisk lins (4), innefattande en hållare (6) för fixering av det optiska elementet i ett med avseende på en yttre referensyta (8) på hållaren förutbestämt läge och ett med ytor för bestämning av det relativa läget mellan det optiska elementet och den sfäriska linsen försett kopplingselement (14), k ä n n e t e c k n a d av att kopplings- elementets (14) ytor för bestämning av det relativa läget mellan det optiska elementet (2;30) och den sfäriska linsen (4) utgöres av tvâ på axiellt avstånd från varandra på samma geometriska axel belägna och i riktning mot varandra avsmalnande, koniska ytor (16, 18), av vilka den ena är anordnad att ingripa med hållarens referensyta (8) och den andra är anordnad att ingripa med den sfäriska iinsen (4)1 aan för inscaiining av det optiska elementet 1 linsens brännpunkt.

2. Anordning enligt krav 1, varvid det optiska elementet utgöres av en optisk fiber (2), k ä n n e t e c k n a d av att hållaren (6) utgöres av en hylsa med en plan ändyta (10), till vilken hållarens referensyta (8) ansluter sig och med vilken en ändyta av den optiska fibern (2) sammanfaller.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att kopplingselementet (14) på avstånd från den med hållarens (6) koniska yta ingripande, koniska ytan (16) är försedd med stödytor (22), anordnade att ingripa med hållaren för säkerställande av dennas riktiga läge.

4. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att hållaren utgöres av en till det optiska elementet fast ansluten hylsa, vars referensyta är bildad efter anslutningen till det optiska elementet.

5. Anordning enligt något av 1-3 krav, k ä n n e t e c k n a d av att 10 15 20 25 t. 370,7 (i) f/ ' _- _: hâllaren utgöres av en spännhylsa (26) med en central öppning för upptagande av det optiska elementet (2; 30). A

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att spännnylsan (26) är anordnad att vid inpressning i kopplingselementets (14) koniska yta (16) minska storleken av den centrala öppningen till ett läge, i vilket spännhylsan fast omsluter det optiska elementet (2; 30).

7. Anordning enligt något av krav 5 och 6, k ä n n e t e c k n a d av att spännhylsan (26) är anordnad att i sin centrala öppning anligga mot skyddshöljet av eller direkt mot en optisk fiber (2),

8. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av ett fixeringselement (36, 40; 42, 48) för fixering av den sfäriska linsen (4) i ett mot den tillhörande koniska ytan (18) av kopplingselementet (14) anliggande läge.

9. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att fixerings- elementet innefattar ett med kopplingselementet ingripande lâsorgan (36; 42) av stelt material och ett mellan låsorganet och den sfäriska linsen anordnat element (40; 48) av elastiskt material.

10. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a dl av att kopplingselementet (14) är anordnat att samverka med fixeringsorgan (34; 35), som i sin tur är inrättade att samverka med ett annat kopplings- element, vilket innefattar ett till en lins anslutet, optiskt element, i och för optisk anslutning av kopplingselementens optiska element till varandra via kopplingselementens linser.

11. ll. Anordning enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av att kopplings- elementet (14) har en mot de koniska ytornas geometriska axel vinkelrät anliggningsyta (24), vilken är anordnad att ingripa med en motsvarande anligg- ningsyta på det andra kopplingsselementet.

12. Anordning enligt krav 10 eller 11, k ä n n e t e c k n a d av att fixeringsorganen utgöres av en hylsa (35), vilken omsluter varandra närliggande _ partier av kopplingselementen.

13. Anordning enligt krav 10 eller ll, k ä n n e t e c k n a d av att fixeringsorganen utgöres av styrpinnar (34).