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Title:
HIGHLY OPENING FIBER COLLIMATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/234138
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an aspherical fiber collimator (1), comprising an entry (1.1) for feeding in light from an optical fiber and an exit (1.2) for outputting light collimated along an optical axis (A) arranged in the longitudinal direction, comprising a focusing aspherical round-optical element (2), the focal point (F) of which lies on the optical axis (A) on the entry side, and a fiber receptacle (4) for receiving the optical fiber in such a way that the exit surface of the optical fiber lies perpendicularly to the optical axis and comprises the focal point (F) of the aspherical round-optical element (2). The opening angle (α) of the focusing aspherical round-optical element (2) is selected to be at least so large that (1 - 3•10-13)•100 percent of the radiation energy exiting the optical fiber falls in the opening angle (α).

Inventors:
FUCHS ULRIKE (DE)
KIONTKE SVEN (DE)
MORITZ JENS (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/065769
Publication Date:
December 27, 2018
Filing Date:
June 14, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ASPHERICON GMBH (DE)
International Classes:
G02B6/32; G02B7/02; G02B7/04
Foreign References:
US20120134622A12012-05-31
US4844574A1989-07-04
DE102017205590B32017-12-14
Other References:
IINUMA M ET AL: "High-Sensitivity Detection of ATP Using Bioluminescence at an Optical Fiber End", 20090901, vol. 92, no. 9, 1 September 2009 (2009-09-01), pages 53 - 59, XP001549575
Attorney, Agent or Firm:
LIEDTKE & PARTNER (DE)
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Claims:
P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Asphärischer Faserkollimator (1) mit einem Eingang (1.1) zur Einspeisung von Licht aus einer optischen Faser und einem Ausgang (1.2) zur Abgabe von entlang einer in Längsrichtung angeordneten optischen Achse (A)

kollimiertem Licht, umfassend

ein fokussierendes asphärisches rundoptisches Element (2), dessen Brennpunkt (F) eingangsseitig um eine Brennweite (f) versetzt vor dem asphärischen rundoptischen Element (2) auf dessen optischer Achse (A) liegt,

eine Faseraufnahme (4) zur Aufnahme der optischen Faser derart, dass die Austrittsfläche der optischen Faser senkrecht zur optischen Achse liegt und den Brennpunkt (F) des asphärischen rundoptischen Elements (2) umfasst,

dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel ( ) des fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements (2) mindestens so groß gewählt ist, dass (1— 3 · 10-13) · 100 Prozent der von der optischen Faser austretenden optischen Strahlungsenergie in den Öffnungswinkel ( ) des fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements (2) fallen.

2. Asphärischer Faserkollimator (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das asphärische rundoptische Element (2) eine numerische Apertur von mindestens 0,5 aufweist.

3. Asphärischer Faserkollimator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das asphärische rundoptische Element (2) eine Brennweite (f) von mindestens 20mm aufweist.

4. Asphärischer Faserkollimator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das asphärische rundoptische Element (2) als plankonvexe asphärische Linse (2) für eine beugungsbegrenzte Fokussierung kollimierter Strahlen im Brennpunkt (F) ausgebildet ist.

5. Asphärischer Faserkollimator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das asphärische rundoptische Element (2) als bikonvexe asphärische Linse (2) ausgebildet ist und für eine

beugungsbegrenzte Fokussierung kollimierter Strahlen im Brennpunkt (F) vorgesehen ist.

6. Asphärischer Faserkollimator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass das fokussierende asphärische rundoptische Element (2) in einer Fassung (3) mit einem Feingewinde (3.4) gefasst ist,

dass die Faseraufnahme (4) die Fassung (3) konzentrisch aufnimmt und hülsenförmig geformt ist und eine Faserkupplung (4.3) zur Aufnahme der optischen Faser, einen radial nach außen auskragenden

Fixieranschlag (4.6), eine Exzenteraufnahme (4.5) zur drehbaren Aufnahme einer exzentrischen Fixierschraube (5) im Hülsenmantel und ein auf der Innenseite des Hülsenmantels angeordnetes Feingewinde (4.2), das im Feingewinde (3.4) der Fassung (3) geführt ist und das eine Drehbewegung in eine Längsverschiebung der Faseraufnahme (4) relativ zur Fassung (3) umsetzt, umfasst und

- dass der asphärische Faserkollimator eine die Faseraufnahme (4) ringförmig umschließende und hierzu drehbewegliche sowie zur Fassung (3) drehfeste Justageschale (6) umfasst,

wobei die Justageschale (6) eine gegen die Fassung (3) längsbewegliche Fixierhalbschale (6.2) umfasst, die einen entlang des Umfangs ausgenommenen Fixierschlitz (6.2.2) zur Aufnahme des Schraubenkopfes (5.2) der Fixierschraube (5) aufweist, und wobei die Justageschale (6) mittels der Fixierschraube (5) in einer Fixierposition haftreibend gegen den Fixieranschlag (4.6) gepresst und in einer Löseposition von diesem gelöst ist.

7. Asphärischer Faserkollimator (1) nach Anspruch 6, ferner umfassend ein die Faseraufnahme (4) und die Justageschale (6) umgebendes Gehäuse (8) mit einem Bediendurchgriff (8.1) und einer Bohrung (8.2), wobei das Gehäuse (8) drehfest zur Faseraufnahme (4) und die Bohrung (8.2) radial oberhalb der Exzenteraufnahme (4.5) angeordnet sind und wobei der Bediendurchgriff (8.1) für eine Drehung der Justageschale (6) vorgesehen ist.

8. Asphärischer Faserkollimator (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch

gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) ausgangsseitig ein Innengewinde (8.3) sowie einen Anschlag (8.4) aufweist, die so ausgebildet sind, dass ein gefasstes optisches Bauelement mit einem komplementären Außengewinde und mit einem komplementären Anschlag justagefrei mit dem justierbaren Faserkollimator (1) verschraubbar sind.

9. Asphärischer Faserkollimator (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (3) und die Justageschale (6) mittels mindestens eines Mitnehmers (6.1.2) drehfest verbunden sind, welcher durch einen Radialschlitz (4.4) im Mantel der Faseraufnahme (4) geführt ist.

10. Asphärischer Faserkollimator (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Justageschale (6) eine Führungshalbschale (6.1) umfasst, die den mindestens einen Mitnehmer (6.1.2) führt und die mittels eines Gleitlagers 7 drehfest sowie mit einem Längsspiel mit der

Fixierhalbschale (6.2) gekoppelt ist.

11. Asphärischer Faserkollimator (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch

gekennzeichnet, dass Sacklöcher (3.5) zur Aufnahme jeweils eines

Mitnehmers (6.1.2) entlang eines Umfangs im Außenmantel der Fassung (3) so angeordnet sind, dass bei jedem Drehwinkel der Fassung (3) relativ zur Faseraufnahme (4) der Radialschlitz (4.4) jeweils eine Mehrzahl von

Sacklöchern (3.5) überdeckt.

12. Optisches System zur Erzeugung von entlang einer optischen Achse (A) kolhmiertem Licht umfassend einen asphärischen Faserkollimator (1) nach Anspruch 1 und eine in der Faseraufnahme (4) des asphärischen

Faserkollimators (1) aufgenommene optische Faser, wobei die numerische Apertur der optischen Faser höchstens 0,25 beträgt und das rundoptische Element des asphärischen Faserkollimators eine numerische Apertur von mindestens 0,6 aufweist.

Description:
Hochöffnender Faserkollimator

Die Erfindung betrifft einen Faserkollimator zur Erzeugung von kollimiertem Licht aus Licht, das von einer Faser eingespeist wird.

Aus dem Stand der Technik sind Faserkollimatoren bekannt, bei denen eine Sammellinse in einem Gehäuse gefasst ist. Entlang der optischen Achse weist das Gehäuse solcher bekannter Faserkollimatoren der Linse gegenüberliegend eine Faserkupplung zur Aufnahme einer optischen Faser auf. Die Faserkupplung ist so angeordnet, dass die Austrittsfläche der optischen Faser im Brennpunkt der Sammellinse liegt. Aus der Austrittsfläche der optischen Faser treten Strahlen in einer von einem Raumwinkel abhängigen Strahlintensitätsverteilung aus, die durch die numerische Apertur der optischen Faser bestimmt ist.

Die optische Wirkung der Sammellinse herkömmlicher Faserkollimatoren besteht darin, ein in einem Teilraumwinkelbereich | Θ \ < 8 L aus der Faser austretendes Teilbündel von Eingangsstrahlen aufzunehmen und zu kollimieren, wobei dieser Teilraumwinkelbereich von der numerischen Apertur der Sammellinse bestimmt ist. Anstelle der Sammellinse kann auch eine Rundoptikbaugruppe bestehend aus mehreren optischen Elementen eingesetzt sein.

Ferner sind aus dem Stand der Technik Faserkollimatoren bekannt, bei denen die Sammellinse oder mindestens ein Element einer solchen Rundoptikbaugruppe als asphärische Linse ausgebildet ist und die im Folgenden als asphärische

Faserkollimatoren bezeichnet werden. Mittels derartiger asphärischer

Faserkollimatoren können sphärische Aberrationen oder Öffnungsfehler bei der Strahlkollimierung vermieden oder vermindert werden.

Bei Faserkollimatoren nach dem Stand der Technik ist Sammellinse oder die Rundoptikbaugruppe so gewählt, dass deren numerische Apertur der numerischen Apertur der optischen Faser entspricht oder geringfügig darüber liegt, um die Durchmesser solcher Sammellinsen oder Rundoptikbaugruppen zu begrenzen und damit deren Herstellung zu erleichtern.

Unter dieser Bedingung ist somit der Öffnungswinkel der Linse oder der

Rundoptikbaugruppe nach dem Stand der Technik gleich oder geringfügig größer als der der numerischen Apertur der optischen Faser zugeordnete Öffnungswinkel. Dann weist das kollimierte Ausgangsstrahlenbündel näherungsweise ein Gauß- Profil auf, bei welchem die Strahlintensität bezogen auf die zentrale

Strahlintensität entlang der optischen Achse in Abhängigkeit vom Abstand zur optischen Achse nach einer Gauß-Funktion auf einen Wert von näherungsweise 1/e 2 abfällt. Somit wird das aus der optischen Faser austretende Strahlenbündel beim Eintritt in einen solchen Faserkollimator auf diejenigen Strahlen beschnitten, deren Strahlintensität mindestens näherungsweise 13,5% der zentralen

Strahlintensität entlang der optischen Achse beträgt. Als eine Folge dieser

Beschneidung der Strahlintensität weist die tatsächlich am Ausgang des

Faserkollimators erzielte Wellenfront erhebliche Abweichungen von einer ebenen Wellenfront auf, die einer perfekten Kollimierung des Austrittsstrahlenbündels entsprechen würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten asphärischen Faserkollimator anzugeben, mit dem austrittsseitig ein kollimiertes

Austrittsstrahlenbündel erzeugt werden kann, dessen Wellenfront geringere Abweichungen von einer ebenen Wellenfront aufweist als Faserkollimatoren nach dem Stand der Technik. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen solchen verbesserten Faserkollimator für optische Fasern mit besonders hoher numerischer Apertur anzugeben, der zudem den Vorteil einer besonders kurzen Baulänge aufweist. Zudem liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein optisches System anzugeben, mit dem in eine optische Faser eingespeistes Licht in kollimiertes austretendes Licht transformiert werden kann, das eine geringere Abweichung von einer ebenen Wellenfront aufweist als bei bekannten optischen Systemen. Die Aufgabe wird hinsichtlich des asphärischen Faserkollimators

erfindungsgemäß durch einen asphärischen Faserkollimator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des optischen Systems wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein optisches System mit den Merkmalen des

Anspruchs 12 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein asphärischer Faserkollimator weist einen Eingang zur Einspeisung von Licht aus einer optischen Faser und einen Ausgang zur Abgabe von entlang einer in Längsrichtung angeordneten optischen Achse kollimiertem Licht auf. Der asphärische Faserkollimator umfasst ein fokussierendes asphärisches

rundoptisches Element, dessen objektseitiger Brennpunkt eingangsseitig auf der optischen Achse liegt.

Der asphärische Faserkollimator umfasst ferner eine Faseraufnahme zur

Aufnahme der optischen Faser derart, dass die Austrittsfläche der optischen Faser senkrecht zur optischen Achse liegt und den Brennpunkt des asphärischen rundoptischen Elements umfasst, also in der Brennebene des asphärischen rundoptischen Elements liegt.

Erfindungsgemäß ist der Öffnungswinkel a des fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements mindestens so groß gewählt, dass

(1 — 3 · 10 -13 ) · 100 Prozent der von der optischen Faser austretenden optischen Strahlungsenergie in den Öffnungswinkel a des fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements fallen. Der minimale Öffnungswinkel a des

fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements ergibt sich somit aus der numerischen Apertur NA der optischen Faser nach der Beziehung Wenn ein Anteil P > 1— 3 · 10 -13 der aus der optischen Faser austretenden Strahlungsenergie in den Öffnungswinkel a des fokussierenden asphärischen rundoptischen Elements einfallen soll, so ergibt sich der dafür notwendige Öffnungswinkel a allgemein zu

a = 2 - atan tan(asin(N )) ·

In vorteilhafter Weise werden dadurch Randstrahlen des von der Austrittsfläche der optischen Faser emittierten Lichts aufgenommen, die auf Grund der begrenzten Apertur von Faserkollimatoren nach dem Stand der Technik nicht aufgenommen werden können. Damit wird eine verbesserte Güte der Wellenfront des am asphärischen Faserkollimator austretenden kollimierten Lichts bewirkt. Insbesondere wird eine geringere Abweichung von einer ebenen Wellenfront bewirkt, insbesondere werden Abweichungen höherer Ordnung korrespondierend zu Zernike - Polynomen einer höheren Ordnung, verringert.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das rundoptische asphärische Element in einem asphärischen Faserkollimator, der für die Aufnahme von Licht aus einer optischen Faser mit einer numerischen Apertur von höchstens 0,15 vorgesehen ist, eine numerische Apertur von mindestens 0,5 auf. In vorteilhafter Weise ist bei dieser Ausführungsform die Aufnahme aller Randstrahlen durch den asphärischen Faserkollimator möglich, deren Strahlintensität mindestens

5 · 10 _7 % der zentralen Strahlintensität entlang der optischen Achse beträgt. Damit kann eine besonders ebene Wellenfront mit besonders geringen

Abweichungen höherer Ordnung erzielt werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das rundoptische asphärische Element in einem asphärischen Faserkollimator eine numerische Apertur von mindestens 0,6 auf. In vorteilhafter Weise kann damit eine besonders ebene Wellenfront mit besonders geringen Abweichungen höherer Ordnung erzielt werden, wenn Licht aus optischen Fasern mit einer numerischen Apertur von größer als 0,15 eingespeist wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das asphärische rundoptische Element eine Brennweite von mindestens 20mm auf. In vorteilhafter Weise sind damit asphärische rundoptische Elemente verwendbar, die eine geringe

Oberflächenkrümmung aufweisen und sich leicht und genau fertigen lassen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das rundoptische Element als plankonvexe oder bikonvexe asphärische Linse ausgebildet und für eine beugungsbegrenzte Fokussierung kollimierter Strahlen im Brennpunkt vorgesehen. Mittels derartiger Linsen mit mindestens einer asphärischen Fläche ist eine besonders hohe Kollimationswirkung für monochromatisches Licht erzielbar, sofern die Austrittsfläche der Faser korrekt in dem der Wellenlänge entsprechenden Abstand zur Planfläche der asphärischen Linse justiert ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der asphärische Faserkollimator justierbar ausgebildet. Dabei ist das fokussierende asphärische rundoptische Element in einer Fassung mit einem Feingewinde, das koaxial zur optischen Achse des rundoptischen Elements ein Feingewinde angeordnet ist, gefasst.

Dabei ist ferner die Faseraufnahme hülsenförmig geformt und nimmt die Fassung konzentrisch auf. Die Faseraufnahme umfasst eine Faserkupplung zur Aufnahme der optischen Faser.

Die Faserkupplung liegt dem rundoptischen Element entlang der optischen Achse gegenüber. Die hülsenförmige Faseraufnahme weist einen radial nach außen auskragenden Fixieranschlag auf.

Die Faseraufnahme weist ferner eine Exzenteraufnahme zur drehbaren Aufnahme einer exzentrischen Fixierschraube im Hülsenmantel auf, wobei die Schrauben- achse der Fixierschraube in radialer Richtung, also senkrecht zur optischen Achse, verläuft.

Auf der Innenseite des Hülsenmantels der Faseraufnahme ist ein Feingewinde angeordnet, das in das Feingewinde der Fassung eingreift und das eine Drehbewegung der Faseraufnahme relativ zur Fassung in eine Längsverschiebung der Faseraufnahme relativ zur Fassung umsetzt.

Der Faserkollimator umfasst ferner eine Justageschale, die die Faseraufnahme ringförmig konzentrisch zur optischen Achse umschließt und die relativ zur Faseraufnahme drehbeweglich ist und zugleich relativ zur Fassung drehfest ist.

Die Justageschale umfasst eine gegen die Fassung längsbewegliche, also koaxial zur optischen Achse bewegliche, Fixierhalbschale. Die Fixierhalbschale weist einen entlang eines Teils des Umfangs ausgenommenen Fixierschlitz zur

Aufnahme des Schraubenkopfes der Fixierschraube auf.

Aufgrund ihrer Exzentrizität bewirkt die Fixierschraube bei einer Drehung im Fixierschlitz eine Längsbewegung der Fixierhalbschale. Dabei ist die Justageschale in einer Fixierposition haftreibend gegen den Fixieranschlag gepresst und in einer Löseposition von diesem gelöst.

Mittels der Faserkupplung wird eine koaxiale, zentrierte und verkippungsfreie Anordnung der Faseraustrittsfläche einer eingeführten optischen Faser erzielt. Durch Drehung der Faseraufnahme relativ zur Fassung wird bei gelöster

Fixierschraube, vermittelt durch die Feingewinde der Fassung und der

Faseraufnahme, der Abstand zwischen dem rundoptischen Element und der Faseraustrittsfiäche verändert. Somit ist es durch einfache Drehung möglich, eine für die eingespeiste Wellenlänge optimale Position der Faseraustrittsfiäche zu bestimmen und einzustellen. Ist eine solche Position gefunden, ist es durch Anziehen der Fixierschraube in die Fixierposition möglich, eine Haftreibung zwischen der Fixierhalbschale und dem auskragenden Fixieranschlag der Faseraufnahme zu erzeugen, die eine weitere Drehbewegung der Justageschale relativ zur Fassung verhindert. Da die Justageschale drehfest zur Fassung gekoppelt ist, ist somit auch eine Drehung und damit, über die Feingewinde der Fassung und der Faseraufnahme, eine Längsverschiebung zwischen der Faseraufnahme und der Fassung verhindert. Somit verbleibt die Faseraustrittsfläche an der einmal bestimmten optimalen Position entlang der optischen Achse.

In vorteilhafter Weise wirkt dabei die Reibungskraft zur Fixierung in Längsrichtung zwischen der Fixierhalbschale und der Faseraufnahme. Da die

Fixierhalbschale längsbeweglich zur Fassung ist, wird keine Kraft auf die Fassung übertragen. Somit wird vermieden, dass bei der Fixierung unter der Einwirkung einer Fixierkraft die Lage der Fassung mit dem gefassten rundoptischen Element verändert, beispielsweise dezentriert wird oder dass unter Einwirkung der Fixierkraft Spannungen im rundoptischen Element entstehen, die die optische Wirkung beeinflussen könnten.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der justierbare asphärische Faserkollimator ferner ein Gehäuse, das die Faseraufnahme und die Justageschale umgibt. Das Gehäuse weist einen in Umfangsrichtung länglich ausgesparten Bediendurchgriff auf, durch welchen die Justageschale drehbar zugänglich ist. Das Gehäuse weist ferner eine Bohrung auf, die radial oberhalb der

Exzenteraufnahme angeordnet ist und durch welche die Fixierschraube zugänglich ist. Das Gehäuse ist drehfest zur Faseraufnahme angeordnet. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass das Gehäuse eine komfortable Grifffläche bietet, die die Verdrehung der Justageschale erleichtert. Das Gehäuse erleichtert ferner die Handhabung des Faserkollimators und kann zudem staubdicht schließend ausgeführt sein.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung überragt das Gehäuse ausgangsseitig das rundoptische Element, wobei im ausgangsseitigen Überstand ein

Innengewinde angeordnet ist. An dem zum rundoptischen Element weisenden Ende des Innengewindes ist ferner ein Anschlag angeordnet. Das Innengewinde und der Anschlag sind so ausgebildet, dass ein gefasstes optisches Bauelement in einem Gehäuse mit einem komplementären Außengewinde und mit einem komplementären Anschlag justagefrei mit dem justierbaren Faserkollimator verschraubbar ist, wobei der Anschlag als Passfläche wirkt.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass durch den festen Bezug des Anschlags des Faserkollimationsgehäuses zum Anschlag des Gehäuses eines weiteren optischen Bauelements dessen optische Achse zur optischen Achse des Faserkollimators zentriert und kollinear ausgerichtet wird. Somit besteht der einzige Freiheitsgrad bei der Ausrichtung des weiteren optischen Bauelements in der Anpassung des Abstandes zu dem rundoptischen Element entlang der optischen Achse, die leicht mittels Drehung der Justageschale bei gelöster Fixierschraube erfolgen kann. Diese Ausführungsform eignet sich daher besonders gut für den Aufbau zusammengesetzter Optiken. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das weitere optische Bauelement als Strahlaufweiter ausgebildet.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Fassung und die Justageschale mittels mindestens eines Mitnehmers drehfest miteinander verbunden, wobei der Mitnehmer durch einen Radialschlitz im Mantel der Faseraufnahme geführt ist. Mit dieser Ausführungsform lässt sich ein großes Drehspiel, korrespondierend zu einem großen Verstellbereich für die Position der Faseraustrittsfläche längs der optischen Achse, bei einer ausreichenden statischen Festigkeit des Faserkollimators erzielen. Dieses Drehspiel wird durch die Länge des Radialschlitzes in Umfangsrichtung bestimmt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Radialschlitz über ein Viertel bis ein Drittel des Mantelumfangs der Faseraufnahme.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Justageschale eine Führungshalbschale, durch welche der mindestens eine Mitnehmer geführt wird. Die Führungshalbschale ist mittels eines Gleitlagers drehfest mit der Fixierhalbschale gekoppelt, wobei das Gleitlager ein Längsspiel zwischen der Fixierhalbschale und der Führungshalbschale entlang der optischen Achse aufweist.

Durch das Längsspiel des Gleitlagers ist es möglich, die Fixierhalbschale längs der optischen Achse zwischen der Löseposition und der Fixierposition zu bewegen, ohne diese Längsbewegung auf eine Längsbewegung der Führungshalbschale zu übertragen, die somit ortsfest relativ zur Fassung bleibt. Dadurch ist eine besonders einfache Kopplung zwischen der Führungshalbschale und der Fassung ermöglicht. In einer besonders bevorzugten Variante dieser Ausführungsform sind die Mitnehmer als Stifte oder Zapfen ausgebildet, deren radial innen liegendes Ende in einem Sackloch im Außenmantel der Fassung aufgenommen wird und deren radial außenliegendes Ende in einem Sackloch in der Innenfläche der Führungshalbschale aufgenommen wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Sacklöcher zur Aufnahme jeweils eines Mitnehmers entlang eines Umfangs im Außenmantel der Fassung so angeordnet, dass bei jedem Drehwinkel der Fassung relativ zur Faseraufnahme der Radialschlitz jeweils eine Mehrzahl von Sacklöchern überdeckt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass ein Mitnehmer zur drehfesten

Kopplung der Fassung mit der Führungshalbschale so in einem Sackloch angeordnet werden kann, dass ein großes, vorzugsweise symmetrisches Drehspiel erzielt wird, das zu einem großen Justage- oder Verstellbereich für eine

Längsverschiebung der Fassung relativ zur Faseraufnahme korrespondiert.

Ein optisches System zur Erzeugung von entlang einer optischen Achse kollimiertem Licht umfasst einen erfindungsgemäßen asphärischen

Faserkollimator. In der Faseraufnahme des asphärischen Faserkollimators ist eine optische Faser aufgenommen, deren numerische Apertur höchstens 0,25 beträgt. Das rundoptische Element des asphärischen Faserkollimators, das vorzugsweise als asphärische Linse ausgebildet ist, weist eine numerische Apertur von mindestens 0,6 auf. In vorteilhafter Weise ist ein solches System geeignet, Licht mittels aus dem Stand der Technik bekannter optischer Fasern einzukoppeln und austrittsseitig kollimiertes Licht mit einer Wellenfront sehr großer Güte für eine weitere optische Verarbeitung bereitzustellen. Insbesondere ist ein solches System mit optischen Fasern größerer numerischer Apertur herstellbar, wie sie im Bereich der optischen Nachrichtenübertragungstechnik zunehmend eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der

Zeichnungen näher erläutert.

Darin zeigen:

Figur 1 schematisch einen asphärischen Faserkollimator nach dem

Stand der Technik,

Figuren 2 und 3 schematisch den Strahlengang in einem hochöffnenden

asphärischen Faserkollimator,

Figur 4 einen schematischen Längsschnitt durch einen justierbaren asphärischen Faserkollimator,

Figur 5 eine schematische Draufsicht auf eine Faseraufnahme,

geben von einer Justageschale,

Figur 6 eine schematische Ansicht von unten auf einen justierbaren asphärischen Faserkollimator ohne Gehäuse,

Figur 7 eine schematische Ansicht von oben auf einen justierbaren asphärischen Faserkollimator mit Gehäuse und

Figur 8 eine schematische Ansicht von unten auf einen justierbaren asphärischen Faserkollimator mit Gehäuse. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen

Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt schematisch den Strahlengang in einem asphärischen

Faserkollimator 1 nach dem Stand der Technik, der rotationssymmetrisch zu einer optischen Achse A ausgebildet ist. Am optischen Eingang 1.1 des

Faserkollimators 1 wird Licht, vorzugsweise monochromatisches Laserlicht, eines Eintrittsstrahlenbündels ES durch eine nicht näher dargestellte optische Faser eingespeist. Am optischen Ausgang 1.2 des Faserkollimators 1 tritt kollimiertes Licht in einem Austrittsstrahlenbündel AS aus.

Die optische Wirkung wird durch eine plankonvexe asphärische Linse 2 erzielt, deren plane erste Fläche 2.1 auf die Austritts fläche der koaxial zur optischen Achse A angeordneten, nicht näher dargestellten optischen Faser weist und deren gegenüberliegende zweite Fläche zum Ausgang 1.2 des Faserkollimators 1 weist. Die asphärische Linse 2 ist in einer Fassung 3 gefasst und weist einen optisch wirksamen Durchmesser D auf. Die Austrittsfläche der Faser ist im Brennpunkt F der asphärischen Linse 2 angeordnet.

Die konvexe asphärische zweite Fläche 2.2 der asphärischen Linse 2 ist so geformt, dass sich die Austrittsfläche der optischen Faser für eine gewisse, vorgegebene Wellenlänge eingespeisten Lichts im Brennpunkt der asphärischen Linse 2 befindet. Die Brennweite der asphärischen Linse 2 beträgt / = 10,9 mm bei einer numerischen Apertur von 0,25. Aus der optischen Faser austretendes Licht wird unter einem Öffnungswinkel a in die asphärische Linse 2

eingekoppelt.

Wird in einen solchen asphärischen Faserkollimator 1 Licht von einer als Single Mode Faser ausgebildeten optischen Faser mit einer numerischen Apertur von 0,15 eingekoppelt, so ist die Strahlintensität am Rand des kollimierten

Austrittsstrahlenbündels AS auf näherungsweise 0,01% der zentralen Strahlintensität auf der optischen Achse A abgefallen und fällt von dort abrupt auf null ab.

Eine perfekt ebene Wellenfront kann mit einem solchen asphärischen

Faserkollimator 1 nach dem Stand der Technik auch bei Vernachlässigung der sphärischen Aberrationen nicht erreicht werden, da von der optischen Faser Strahlen mit einer Strahlintensität von weniger als etwa 1/e 2 der zentralen Strahlintensität nicht eingekoppelt werden, da sie nicht in den Öffnungswinkel a der Linse 2 fallen. Somit werden nur 100% ·— f „ - e ~r2 r dr άφ =

100% · l— ^ = 86,5% der gesamten aus der optischen Faser austretenden

Energie in den Faserkollimator 1 eingekoppelt. Somit liegen 13,5% der gesamten von der optischen Faser emittierten Strahlungsenergie außerhalb des

Öffnungswinkels a der Linse 2. Dadurch werden Abweichungen höherer Ordnung beziehungsweise eine verminderte Güte der Wellenfront des kollimierten

Austrittsstrahlenbündels AS bewirkt.

Diese Nachteile werden mit einem erfindungsgemäßen asphärischen

Faserkollimator 1 mit vergrößerter numerischer Apertur behoben, für den der Strahlengang in Figur 2 schematisch dargestellt ist. Der asphärische

Faserkollimator 1 weist eine numerische Apertur von 0,5 bei einer gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik unveränderten Brennweite von / = 10mm und einem Linsendurchmesser von D = 9,7mm auf. Nimmt ein solcher asphärischer Faserkollimator 1 Licht von einer als Single Mode Faser ausgebildeten optischen Faser mit einer numerischen Apertur von 0,15 auf, so ist am äußeren Rand des Austrittsstrahlenbündels AS die Strahlintensität auf unter 5 · 10 -7 % der zentralen Strahlintensität abgefallen. Somit liegen nur 3 · 10 -13 % der gesamten von der optischen Faser emittierten Strahlungsenergie außerhalb des Öffnungswinkels a der Linse 2. Somit lässt sich eine verbesserte Güte der Wellenfront des kollimierten Austrittsstrahlenbündels AS erzielen. Figur 3 zeigt schematisch den Strahlengang für ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen asphärischen Faserkollimators 1 mit einer numerischen Apertur von 0,6 bei einer gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik unveränderten Brennweite von / = 10mm und einem

Linsendurchmesser von D = 11,5 mm auf. Der Öffnungswinkel a der asphärischen Linse 2 beträgt somit 74°.

Nimmt ein solcher asphärischer Faserkollimator 1 Licht von einer als Single Mode Faser ausgebildeten optischen Faser mit einer numerischen Apertur von 0,15 auf, so ist am äußeren Rand des durch den Öffnungswinkel a begrenzten Eintrittsstrahlenbündels ES und somit auch am äußeren Rand des

Austrittsstrahlenbündels AS die Strahlintensität auf unter 2 · 10 -10 % der zentralen Strahlintensität abgefallen. Somit liegen nur 1,2 · 10 -15 % der gesamten von der optischen Faser emittierten Strahlungsenergie außerhalb des

Öffnungswinkels a der Linse 2.

In vielen Anwendungsbereichen optischer Fasern, beispielsweise in der

Telekommunikation, werden heute optische Fasern mit einer numerischen Apertur zwischen 0,12 bis 0,15 eingesetzt. Jedoch weisen optische Fasern mit einer größeren numerischen Apertur Vorteile auf, beispielsweise eine verkürzte Baulänge von optischen Anordnungen zur Einkopplung oder Auskopplung von Licht in die oder aus der optischen Faser. Die Verwendung derartiger optischer Fasern mit vergrößerter numerischer Apertur in Faserkollimatoren nach dem Stand der Technik führt zu einem im Verhältnis zum Aperturanstieg

überproportional höheren Verlust an optischem Durchsatz und zu einer verminderten Güte der Wellenfront.

Somit besteht ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer hochöffnender asphärischer Faserkollimatoren 1 darin, dass sie mit optischen Fasern mit vergrößerter numerischer Apertur gekoppelt werden können, wobei der Verlust an optischem Durchsatz und die Verschlechterung der Wellenfrontgüte gegenüber einer Kopplung solcher optischer Fasern mit Faserkollimatoren nach dem Stand der Technik vermindert sind.

Es ist bekannt, dass die Fokuslage einer Linse 2 abhängig von der Wellenlänge des fokussierten Lichts ist. Somit ist es vorteilhaft, den Fokusabstand zwischen der Austrittsfläche der optischen Faser und der Linse 2 in einem Faserkollimator 1 anzupassen. Eine leichte Anpassbarkeit des Fokusabstands ist besonders vorteilhaft für einen hochöffnenden asphärischen Faserkollimator 1 , da bereits bei eine geringe Abweichung der Lage der Austrittsfläche der optischen Faser vom wellenlängenabhängigen Brennpunkt der asphärischen Linse 2 zu Verzerrungen der austrittseitigen Wellenfront führt, welche die durch die Randmodulation der Strahlintensität bei Aperturbegrenzung bewirkten Verzerrungen der Wellenfront dominiert. Die Wirksamkeit eines hochöffnenden asphärischen Faserkollimators 1 kann daher für viele Anwendungen herabgesetzt sein, wenn keine Möglichkeit einer genauen und gut reproduzierbaren Justierung der Faseraustrittsfläche relativ zur asphärischen Linse 2 bereitgestellt wird.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele eines asphärischen

Faserkollimators 1 beschrieben, bei dem die Faseraustrittsfläche relativ zur asphärischen Linse 2 justierbar ist. In vorteilhafter Weise verbessern diese Ausführungsbeispiele die Güte der austrittseitigen Wellenfront insbesondere für Anwendungen, bei denen ein hochöffnender asphärischer Faserkollimator dafür vorgesehen ist, Licht verschiedener Wellenlänge von einer optischen Faser aufzunehmen.

Figur 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen justierbaren asphärischen Faserkollimator 1 , der rotationssymmetrisch zu einer optischen Achse A ausgebildet ist. Am optischen Eingang 1.1 des Faserkollimators 1 wird Licht, vorzugsweise monochromatisches Laserlicht, durch eine nicht näher dargestellte optische Faser eingespeist. Am optischen Ausgang 1.2 des

Faserkollimators 1 tritt kollimiertes Licht aus. Die optische Wirkung wird durch eine asphärische Linse 2 erzielt, deren erste Fläche 2.1 auf die Austritts fläche der koaxial zur optischen Achse A

angeordneten, nicht näher dargestellten optischen Faser weist und deren gegenüberliegende zweite Fläche zum Ausgang 1.2 des Faserkollimators 1 weist. Die asphärische Linse 2 ist so geformt, dass das kollimierte Licht am Ausgang 1.2 eine ebene Wellenfront senkrecht zur optischen Achse A aufweist. Vorliegend ist die asphärische Linse 2 eine plankonvexe Linse, wobei die erste Fläche 2.1 als Planfläche und die gegenüberliegende zweite Fläche als asphärische Fläche ausgebildet sind. Anstelle der plankonvexen Linse 2 kann auch eine bikonvexe Linse verwendet werden, deren erste und/oder die zweite Fläche als asphärische Fläche ausgebildet sein kann. Ebenso kann anstelle der asphärischen Linse 2 auch ein mehrteiliges optisches Element, beispielsweise ein gefasstes optisches Element mit mehreren Teillinsen, verwendet werden.

Die asphärische Linse 2 wird von einer rohrförmigen Fassung 3 gehalten, die sich entlang der optischen Achse A erstreckt und koaxial zu dieser angeordnet ist. An ihrem austrittseitig angeordneten Ende weist die Fassung 3 eine innen liegende Linsenaufnahme 3.1 mit einer ringförmigen Stirnfläche 3.2 auf. Die Plan- fläche 2.1 der Linse 2 liegt entlang eines äußeren Rings auf der Stirnfläche 3.2 senkrecht zur optischen Achse A auf. Die Stirnfläche 3.2 ist so genau gefertigt, dass die durch eine Verkippung der Planfläche 2.1 relativ zur optischen Achse A hervorgerufene Abweichung des kollimierten Lichts am Ausgang 1.2 von einer ebenen Wellenfront vernachlässigbar ist. Vernachlässigbar ist eine

Wellenfrontabweichung für monochromatisches Licht, welche kleiner als 1/10 ist, wobei λ die Wellenlänge des eingespeisten monochromatischen Lichts ist. Die Linse 2 ist in der Linsenaufnahme 3.1 mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren befestigt, beispielsweise gekittet. Die Linse 2 ist zur optischen Achse A zentriert, wobei die Zentrierung ebenfalls nach Verfahren aus dem Stand der Technik erfolgen kann, beispielsweise mittels eines Autokollimationsfernrohrs.

An ihrem eintrittseitigen Ende weist die Fassung 3 an einer äußeren Mantelfläche 3.3 eine Verjüngung des Außendurchmessers auf. Im Bereich der Verjüngung ist ein Fassungsfeingewinde 3.4 in die äußere Mantelfläche 3.3 eingearbeitet.

Auf einem entlang der Längsausdehnung näherungsweise mittig angeordneten Umkreis sind in die äußere Mantelfläche 3.3 äquidistante Sacklöcher eingebracht.

Die Fassung 3 ist längs der optischen Achse A von einer hülsenförmigen

Faseraufnahme 4 umschlossen, die ebenfalls koaxial zur optischen Achse A angeordnet ist. Die Faseraufnahme 4 weist einen inneren Hohlzylinder mit einer inneren Mantelfläche 4.1 zur Aufnahme der hohlzylindrischen Fassung 3 auf. Die innere Mantelfläche 4.1 der Faseraufnahme 4 führt die äußere Mantelfläche 3.3 der Fassung 3 so genau, dass bei einer Verschiebung der Faseraufnahme 4 entlang der optischen Achse A relativ zur Fassung 3 die Verkippung der Faseraufnahme 4 relativ zur Fassung 3 so weit begrenzt wird, dass diese Verkippung keine oder höchstens eine vernachlässigbare Abweichung des kollimierten Lichts am

Ausgang 1.2 von einer ebenen Wellenfront bewirkt.

An ihrem eintrittseitigen Ende weist die innere Mantelfläche 4.1 eine zur

Verjüngung des Außendurchmessers der äußeren Mantelfläche 3.3 der Fassung 3 korrespondierende Verjüngung des Innendurchmessers auf. Im Bereich der Verjüngung ist ein Aufnahmefeingewinde 4.2 eingearbeitet, welches in das Fassungsfeingewinde 3.4 der Fassung 3 eingreift. Die Feingewinde 3.4, 4.2 sind so gefertigt, dass die Gewindesteigung auf die erforderliche Genauigkeit der Verstellung des Längsabstandes entlang der optischen Achse A zwischen der Fassung 3 und der Faseraufnahme 4 abgestimmt ist. Die Gewindesteigung ist ferner darauf abgestimmt, dass ein erforderlicher axialer Verfahrbereich für die Verstellung dieses Längsabstandes mit einer durch ein Drehspiel zwischen der Faseraufnahme 4 und der Fassung 3 begrenzten Drehung erzielt wird, wie nachfolgend noch genauer erläutert.

An ihrem eintrittseitigen Ende weist die Faseraufnahme 4 mittig zur optischen Achse A eine Faserkupplung 4.3 mit einer Aufnahmebuchse 4.3.1 zur Führung des austrittseitigen Faserendes einer optischen Faser und mit einem

Faseranschlags 4.3.2 auf. Die Aufnahmebuchse 4.3.1 bewirkt eine zur optischen Achse A zentrierte, koaxiale Ausrichtung des austrittseitigen Faserendes. Der Faseranschlag 4.3.2 definiert die Lage der Faseraustrittsfläche entlang der optischen Achse A. Faserkupplungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und liegen in verschiedenen Normierungen vor, beispielsweise als verschraubbare fiber connector (FC) Faserkupplungen oder als straight tip (ST) Faserkupplungen mit Bajonettverschluss.

Auf einem Umfang sind in die hülsenförmige Faseraufnahme 4 als radial nach außen auskragend umfasste Öffnungen ein Radialschlitz 4.4 und eine Exzenteraufnahme 4.5 eingebracht. Der Radialschlitz 4.4 erstreckt sich über etwa ein Drittel des Umfangs und überdeckt in der Längsausdehnung die Sacklöcher 3.5 der Fassung 3. Somit sind durch den Radialschlitz 4.4 einige Sacklöcher 3.5 zugänglich.

Die Exzenteraufnahme 4.5 liegt dem Radialschlitz 4.4 auf dem Umfang gegenüber. Die Exzenteraufnahme 4.5 weist ein Exzenterinnengewinde 4.5.1 auf. In die Exzenteraufnahme 4.5 ist eine exzenterförmige Fixierschraube 5 mit einem korrespondierenden Schraubenaußengewinde 5.1 einschraubbar. Alternativ sind auch andere drehbewegliche Befestigungen einer Fixierschraube 5 in der

Exzenteraufnahme 4.5 möglich.

Durch Drehung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 wird mittels der Feingewinde 3.4, 4.2 eine Längsverschiebung entlang der optischen Achse und somit eine Veränderung des Abstands zwischen der Austrittsfläche der optischen Faser und der Planfläche 2.1 der Linse 2 bewirkt. Da die Lage des Brennpunkts F der Linse 2 entlang der optischen Achse A von der Wellenlänge λ abhängt, kann der Faserkollimator 1 somit durch einfache Drehung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 an Laserquellen unterschiedlicher Wellenlänge λ angepasst werden. In einfacher Weise kann eine solche Drehung mittels einer Justageschale 6 umgesetzt werden, die die Faseraufnahme 4 mit der eingeschlossenen Fassung 3 umschließt. Die Justageschale 6 ist in Längsausdehnung von innenliegenden radialen Abschlussringen 6.3, 6.4 begrenzt. Der austrittseitige Abschlussring 6.4 ist in radialen Führungsnuten 4.7 geführt, die von dem radial auskragenden Fixieranschlag 4.6 einerseits und von der radial auskragenden Umfassung der Exzenteraufnahme 4.5 sowie von der radial auskragenden Umfassung des Radialschlitz 4.4 andererseits gebildet werden. Somit ist die Justageschale 6 relativ zur Faseraufnahme 4 drehbeweglich und in den durch das Längsspiel des austrittseitigen Abschlussrings 6.4 in den Führungsnuten 4.7 gegebenen Grenzen auch längsverschiebbar entlang der optischen Achse A.

Die Justageschale 6 wird durch eine Führungshalbschale 6.1 und eine Fixierhalbschale 6.2 gebildet, die sich über jeweils etwa den halben Umfang der

Justageschale 6 erstrecken. Die Halbschalen 6.1, 6.2 sind mittels Gleitlager 7 in Längsrichtung, also parallel zur optischen Achse A, gegeneinander beweglich und in Richtung einer Drehbewegung um die Faseraufnahme 4 beziehungsweise um die optische Achse A aneinander gekoppelt.

Wie in Figur 5 näher dargestellt, weist die Führungshalbschale 6.1 am Ende ihres Umfangs einen Steg 6.1.1 auf. Die Fixierhalbschale 6.2 weist am gegenüberliegenden Ende ihres Umfangs eine Ausnehmung 6.2.1 auf, die den Steg 6.1.1 mit einem Längsspiel entlang der optischen Achse A aufnimmt. Durch eine koaxial zur optischen Achse A angeordnete Führung durch den Steg 6.1.1 ist ein Stift 7.1 geführt. Führung und Stift 7.1 sind als Gleitlager 7 ausgeführt. Die Enden des Stifts 7.1 sind in den gabelförmigen Enden um die Ausnehmung 6.2.1 der Fixierhalbschale 6.2 gehalten.

Wie besser sichtbar in Figur 6 dargestellt, ist in die Fixierhalbschale 6.2 ein entlang ihres Umfangs länglich ausgedehnter Fixierschlitz 6.2.2 eingebracht, in dem die Fixierschraube 5 mit einem Spiel koaxial zur optischen Achse A geführt ist. Die Fixierschraube 5 weist einen exzentrischen Schraubenkopf 5.2 auf, also einen Schraubenkopf 5.2, welcher nicht konzentrisch zur Längsachse des Schraubenaußengewindes 5.1 angeordnet ist. Im Schraubenkopf 5.2 ist konzentrisch zur Längsachse des Schraubenaußengewindes 5.1 ein

Mitnahmeprofil als Innensechskant ausgebildet. Dem Fachmann sind aus seinem Fachwissen andere Mitnahmeprofile bekannt, beispielsweise ein Schlitzprofil, ein sternförmiges Profil mit abgerundeten oder abgeflachten Nocken oder ein Vielzahnprofil, welche hier ebenso eingesetzt werden können. Der Schraubenkopf 5.2 führt den Fixierschlitz 6.2.2 an der austrittseitigen Innenkante 6.2.3.

Die Fixierschraube 5 ist so angeordnet und geformt, dass in einer Fixierposition die Fixierhalbschale 6.2 gegen den Fixieranschlag 4.6 der Faseraufnahme 4 gepresst wird. Dadurch ist die Justageschale 6 aufgrund der Haftreibung zwischen der Fixierhalbschale 6.2 und der Faseraufnahme 4 drehfest mit der

Faseraufnahme 4 gekoppelt. In einer Löseposition der Fixierschraube 5 ist die Fixierhalbschale 6.2 drehbeweglich gegenüber der Faseraufnahme 4.

Der Fixierhalbschale 6.2 radial gegenüberliegend ist die Führungshalbschale 6.1 um die Faseraufnahme 4 angeordnet und mit der in der Faseraufnahme 4 liegenden Fassung 3 gekoppelt, wie aus Figur 4 näher ersichtlich ist. Dazu ist in der Innenwand der Führungshalbschale 6.1 ein bolzen- oder stiftförmiger Mitnehmer 6.1.2 radial nach innen weisend eingebracht. Das radial innenliegende Ende des Mitnehmers 6.1.2 ist passgenau zu den Sacklöchern 3.5 in der äußeren Mantelfläche 3.3 der Fassung 3 ausgeführt.

Vor der Montage der Justageschale 6 wird zunächst mittels eines nicht näher dargestellten Werkzeugs durch Verdrehung der Fassung 3 gegenüber der Faseraufnahme 4 ein wellenlängenabhängig vorbestimmter Abstand des

Faseranschlags 4.3.2 relativ zur Planfläche 2.1 der in der Fassung 3 gefassten Linse 2 hergestellt. Dadurch wird die Austrittsfläche einer in die Faserkupplung 4.3 eingeführten Faser näherungsweise in den Brennpunkt F der Linse 2 gebracht. Die Führungshalbschale 6.1 wird auf die Faseraufnahme 4 aufgesetzt und mittels des Gleitlagers 7 mit der ebenso aufgesetzten Fixierhalbschale 6.2 verbunden. Dabei wird der Mitnehmer 6.1.2 in ein Sackloch 3.5 eingeführt. Vorzugsweise wird dazu ein Sackloch 3.5 ausgewählt, das in Umfangsrichtung mittig im Radialschlitz 4.4 liegt.

Bei gelöster Fixierschraube 5 ist die Justageschale 6 drehbeweglich relativ zur Faseraufnahme 4. Eine Drehbewegung der Justageschale 6 wird über den

Mitnehmer 6.1.2 auf die Fassung 3 übertragen. Die Drehbewegung der Fassung 3 bewirkt über das Fassungsfeingewinde 3.4 und das Aufnahmefeingewinde 4.2 eine Längsbewegung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 und somit auch relativ zur Austrittsfläche der eingeführten Faser. Somit lässt sich in sehr einfacher Weise eine wellenlängenabhängig notwendige Korrektur des Abstands der Faser von der Planfläche 2.1 der Linse 2 vornehmen, so dass die

Austrittsfläche der Faser über einen gewissen justierbaren Wellenlängenbereich stets in den wellenlängenabhängigen Brennpunkt F der Linse 2 gebracht werden kann. Der justierbare Wellenlängenbereich wird durch das Drehspiel der

Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 bestimmt. Dieses Drehspiel wird zum einen durch den Radialschlitz 4.4 in der Faseraufnahme 4 im Zusammenwirken mit dem Mitnehmer 6.1.2 begrenzt. Dieses Drehspiel wird zum anderen durch die Ausnehmung 6.2.1 im Zusammenwirken mit der Fixierschraube 5 begrenzt.

Für eine symmetrische Justierbarkeit um eine vorbestimmte Mittenwellenlänge ist es daher vorteilhaft, die Justierschale 6 so anzuordnen, dass bei der Mittenwellenlänge der Mitnehmer 6.1.2 in Umfangsrichtung näherungsweise mittig im

Radialschlitz 4.4 liegt und die Fixierschraube 5 in Umfangsrichtung näherungsweise mittig in der Ausnehmung 6.2.1 liegt. Besonders vorteilhaft ist daher eine äquidistante ausreichend dichte Anordnung von Sacklöchern 3.5 auf einem Umfang der äußeren Mantelfläche 3.3, so dass stets ein Sackloch 3.5 mit einer nur geringen Abweichung von der bevorzugten Mittenlage relativ zum Radialschlitz 4.4 zur Aufnahme des Mitnehmers 6.1.2 verfügbar ist. Somit wird eine Dreh- oder Justagebewegung ermöglicht, die sich in jedem Richtungssinn etwa über die halbe Länge des Radialschlitzes 4.4 in Umfangsrichtung erstreckt. Die Längsverschiebung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4 entlang der optischen Achse A bewirkt über den Mitnehmer 6.1.2 eine Längsverschiebung auch des Justagerings 6 relativ zur Faseraufnahme 4. Die Führungsnuten 4.7 sowie der Radialschlitz 4.4 und die Ausnehmung 6.2.1 sind in Längsrichtung entlang der optischen Achse so dimensioniert, dass ein Längsspiel bewirkt wird, welches mindestens den mit der Justagebewegung erzeugten

Längsverschiebebereich überdeckt.

Zur verbesserten Bedienbarkeit ist hülsenförmig um die Faseraufnahme 4 ein Gehäuse 8 angeordnet, welches mit der Faseraufnahme 4 drehfest verbunden ist. Wie in den Figuren 7 und 8 erkennbar, weist das Gehäuse 8 einen schlitzförmigen Bediendurchgriff 8.1 sowie radial gegenüberliegend eine Bohrung 8.2 auf. Der Bediendurchgriff 8.1 ist in radialer Richtung über der Führungshalbschale 6.1 angeordnet und ermöglicht das Verdrehen der Führungshalbschale 6.1 relativ zum Gehäuse 8, und somit auch relativ zur Faseraufnahme 4, bei gelöster Fixierschraube 5. Die Bohrung 8.2 ist in radialer Richtung über der Fixierschraube 5 angeordnet, wobei durch die Bohrung 8.2 hindurch das Mitnahmeprofil der Fixierschraube 5 mittels eines korrespondierend zu diesem

Mitnahmeprofil geformten Werkzeugs, vorliegend mittels eines

Sechskantschlüssels zugänglich ist.

Nach einer bei der Montage des Faserkollimators 1 vorgenommenen

Verschiebung der Faseraustrittsfläche in die Nähe des wellenlängenabhängigen Brennpunkts F der Linse 2 kann eine Justage einfach und präzise wie folgt vorgenommen werden. Zunächst wird durch die Bohrung 8.2 hindurch die Fixierschraube 5 in die Löseposition gestellt und somit die Drehbeweglichkeit des Gehäuses 8 und der mit dem Gehäuse 8 verbundenen Faseraufnahme 4 relativ zur Fassung 3 hergestellt. Danach wird durch den Bediendurchgriff 8.1 die

Führungshalbschale 6.1 relativ zum Gehäuse 8 um die optische Achse A gedreht. Über die Mitnehmer 6.1.2 bewirkt diese Drehbewegung eine gleichlaufende Drehbewegung der Fassung 3 relativ zur Faseraufnahme 4. Mittels der ineinander greifenden Feingewinde 3.4, 4.2 wird diese Drehbewegung in eine Verschiebung zwischen der Fassung 3 und der Faseraufnahme 4 entlang der optischen Achse A übersetzt. Somit kann die Faseraustrittsfläche der von der Faseraufnahme 4 gehaltenen Faser relativ zu einem Brennpunkt F der von der Fassung 3 gehaltenen Linse 2 entlang der optischen Achse A verschoben werden. Wenn sich die Faseraustrittsfläche im wellenlängenabhängigen Brennpunkt F der Linse 2 befindet, wird die Fixierschraube 5 in die Fixierposition gedreht und damit eine weitere Drehung zwischen Fassung 3 und Faseraufnahme 4 unterbunden. Infolgedessen bleibt die Faseraustrittsfläche wie justiert im wellenlängenabhängigen Brennpunkt F der Linse 2.

Dabei wird die zur Fixierung erforderliche Reibungskraft zwischen der

Fixierhalbschale 6.2 und dem Fixieranschlag 4.6 in Längsrichtung koaxial zur optischen Achse A aufgebracht. Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Fixiervorrichtungen, bei denen üblicherweise mittels einer Madenschraube eine in radialer Richtung wirkende Reibungskraft aufgebracht wird, weist die

erfindungsgemäße Lösung zur Fixierung den Vorteil auf, dass eine Dezentrierung zwischen der Fassung 3 und der Faseraufnahme 4 infolge einer einseitig aufgebrachten Kraft bei der Fixierung vermieden wird.

Die zur Fixierung erforderliche Reibungskraft wird zwischen der Fixierhalbschale 6.2 und dem Fixieranschlag 4.6 erzeugt. Da die Fassung 3 über die Mitnehmer 6.1.2 mit der Führungshalbschale 6.1 gekoppelt ist, welche wegen des Gleitlagers 7 ein Längsspiel gegenüber der Fixierhalbschale 6.2 aufweist, wird diese Reibungskraft jedoch nicht auf die Fassung 3 und somit nicht auf die Linse 2 übertragen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung zur Fixierung ist daher, dass bei der Fixierung keine mechanischen Spannungen auf die Fassung 3 übertragen werden und die Linse 2 in ihrer Form und in ihren optischen Eigenschaften bei der Fixierung unverändert bleibt.

Wie in Figur 4 erkennbar, weist das Gehäuse 8 am austrittseitigen Ende ein Innengewinde 8.3 sowie einen Gehäuseanschlag 8.4 auf. In das Innengewinde 8.3 kann ein korrespondierendes Außengewinde eines nicht näher dargestellten weiteren optischen Bauelements eingeschraubt werden, wobei der Gehäuseanschlag 8.4 einen definierten Abstand des weiteren optischen Bauelements entlang der optischen Achse A zum Faseranschlag 4.3.2 der Faserkupplung 4.3 bestimmt. Das weitere optische Bauelement kann beispielsweise als

Strahlaufweiter ausgebildet sein. Der Gehäuseanschlag 8.4 sowie ein dazu korrespondierender Anschlag des weiteren optischen Bauelements können sehr präzise gefertigt werden, so dass durch bloßes Zusammenschrauben des Faserkollimators 1 mit dem weiteren optischen Bauelement eine justagefreie Montage ermöglicht ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

Faserkollimator

Eingang

Ausgang

Linse

Planfläche

Fassung

Linsenaufnahme

Stirnfläche

äußere Mantelfläche

Fassungsfeingewinde, Feingewinde

Sackloch

Faseraufnahme

innere Mantelfläche

Aufnahmefeingewinde, Feingewinde

Faserkupplung

Aufnahmebuchse

Faseranschlag

Radialschlitz

Exzenteraufnahme

Exzenterinnengewinde

Fixieranschlag

Führungsnut

Fixierschraube

Schraubenaußengewinde

Schraubenkopf

Justageschale

Führungshalbschale

Steg

Mitnehmer 6.2 Fixierhalbschale

6.2.1 Ausnehmung

6.2.2 Fixierschlitz

6.2.3 Innenkante

6.3 Abschlussring

6.4 Abschlussring

7 Gleitlager

7.1 Stift

8 Gehäuse

8.1 Bediendurchgriff

8.2 Bohrung

8.3 Innengewinde

8.4 Gehäuseanschlag

A optische Achse

AS Austrittsstrahlenbündel

ES Eintrittsstrahlenbündel

F Brennpunkt

/ Brennweite

D Linsendurchmesser a Öffnungswinkel