Die Erfindung betrifft das thermische Spleißen von Lichtwellenleitern. Heutige Spleißgeräte benutzen in der Regel eine elektrische Glimmentladung als Energiequelle für den Spleißvorgang. Während des Spleißvorgangs befinden sich die zu verspleißenden Lichtwellenleiter in einer Einflusszone dieser Glimmentladung und werden dadurch auf Schmelztemperatur erwärmt. Für die Qualität der erreichten Spleißverbindung sind, neben anderen Parametern, sowohl die Intensität der Erwärmung der Lichtwellenleiter als auch die Größe der Erwärmungszone von Bedeutung. Diese beiden Parameter können jedoch bei auf dem Prinzip der Glimmentladung beruhenden Spleißgeräten nicht unabhängig voneinander gesteuert werden. Als wesentliche Steuerparameter stehen nämlich bei diesen Spleißgeräten der Strom, mit dem die Glimmentladung betrieben wird, und der Abstand der Spleißelektroden zur Verfügung. Ein höherer Strom hat zwangsläufig eine größere Ausdehnung der Glimmentladung zur Folge. Somit vergrößert sich auch die Erwärmungszone.

Durch Variation des Elektrodenabstandes kann die Ausdehnung der Erwärmungszone nur geringfügig beeinflusst werden.

Aus dem Dokument US-A-4,263, 495 ist ein Verfahren bekannt, bei dem anstelle der Glimmentladung ein Laser als Energiequelle verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird eine Fokussierung des Laserstrahls vorgenommen, um eine ausreichende Leistungsdichte zu erhalten. Die Ausdehnung der Erwärmungszone ist bei diesem Verfahren durch die Fokussierungseinstellung vorgegeben.

Bei heutigen Spleißanwendungen ist es häufig erforderlich, zwei unterschiedliche Fasern miteinander zu verschweißen. Wenn die zu verschweißenden Fasern zum Beispiel stark unterschiedliche Modenfelddurchmesser aufweisen, kommt es-wenn man keine weiteren Maßnahmen ergreift-zu erheblichen Zusatzdämpfungen. Als Gegenmaßnahme kann man bei den aus dem Stand der Technik gekannten Verfahren eine relativ lange Spleißzeit verwenden, um durch Diffusion des Kernmaterials der Lichtwellenleiter eine Angleichung der Modenfelddurchmesser zu erreichen. Dadurch lässt sich zwar eine gewisse Verbesserung erzielen, diese Vorgehensweise bietet aber nicht genügend Freiheitsgrade, um optimale Ergebnisse zu erreichen. Um einen optimalen Spleißprozess zu gewährleisten, muss die Form der Erwärmungszone bzw. das Temperaturprofil entlang der Lichtwellenleiterachse, unabhängig von der aufgebrachten Wärmeleistung völlig frei wählbar sein. Dies ist beim Stand der Technik nicht möglich.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Spleißen von Lichtwellenleitern zu schaffen, das es ermöglicht, das Leistungsdichteprofil der Lichtwellenleitererwärmung beliebig zu beeinflussen und damit optimal an die Anforderungen anzupassen. Weiterhin soll eine entsprechende Vorrichtung bereitgestellt werden.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Mit Hilfe der Erfindung lassen sich beim Spleißen die Diffusionsvorgänge in den Lichtwellenleitern gezielt steuern. Somit wird ein optimaler Spleißprozess mit Dämpfungswerten nahe des theoretisch erreichbaren Minimums ermöglicht.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt : Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 Kurven zur Verdeutlichung der Bewegung eines Laserstrahl- Auftreffpunkts auf zu verspleißenden Lichtwellenleitern und Kurven zur Verdeutlichung des sich auf den zu verspleißenden Lichtwellenleitern einstellenden Leistungsdichteprofils der Lichtwellenleitererwärmung, Fig. 3 eine Kurve zur Verdeutlichung der Bewegung eines Laserstrahl- Auftreffpunkts mit mehreren Kurven zur Verdeutlichung der Steuerung der Laserleistung und Kurven zur Verdeutlichung des sich auf den zu verspleißenden Lichtwellenleitern einstellenden Leistungsdichteprofils der Lichtwellenleitererwärmung, Fig. 4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und Fig. 5 einen Auftreffpunkt eines Laserstahis auf zwei miteinander zu verspleißende Lichtwellenleiter in Draufsicht.

Zunächst wird unter Bezugnahme auf Figuren 4 und 1 der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Spleißen von Lichtwellenleitern erläutert.

Gemäß Figur 4 sind zwei miteinander zu verspleißende Lichtwellenleiter 10,11 auf Positionierelementen 12,13, 14 angeordnet, die eine räumliche Ausrichtung

der Lichtwellenleiter 10,11 in drei jeweils senkrecht zueinander verlaufenden Achsen ermöglichen. Der Lichtwellenleiter 11 ist auf den Positionierelementen 13,14 angeordnet, die den Lichtwellenleiter 11 in einer in etwa horizontal verlaufenden, von der x-Achse sowie z-Achse aufgespannten Ebene verschieben können. Der andere Lichtwellenleiter 10 ist auf dem Positionierelement 12 angeordnet. Über das Positionierelement 12 ist der Lichtwellenleiter 10 in der y-Achse verschiebbar, die senkrecht zu der x-Achse und z-Achse verläuft. Hierdurch lassen sich die miteinander zu verspleißenden Lichtwellenleiter 10,11 für den Spleißvorgang exakt zueinander ausrichten.

Als Energiequelle für den Spleißvorgang ist ein Laser 15 vorgesehen, der einen Laserstrahl 16 ausstrahlt. Der Laserstrahl 16 trifft auf einen Spiegel 17 und wird so in Richtung auf die zu verspleißenden Lichtwellenleiter 10,11 gelenkt. An Stelle des Spiegels 17 können auch andere bewegliche optische Komponenten verwendet werden. Es kommen nicht-rotationssymmetrische optische Bauteile, wie zum Beispiel transparente Prismen oder Quader, in Betracht.

Zur Fokussierung des Laserstrahls 16 ist eine Linse 18 vorgesehen, die im Strahlengang des Laserstrahls entweder dem Spiegel 17 nachgeordnet (Figur 4) oder dem Spiegel vorgeordnet ist (Figur1). Als Laser 15 kommt vorzugsweise ein C02-Laser zum Einsatz.

Die Position der miteinander zu verspleißenden Lichtwellenleiter 10,11 und der Spleißvorgang werden von Kameras 19,20 überwacht. Die Kameras 19,20 leiten die ermittelten Signale an eine Erfassungseinrichtung 21 weiter, welche die Signale auswertet und an eine Zentralsteuereinrichtung 22 weiterleitet. Die Zentralsteuereinrichtung 22 ist ihrerseits mit einer Bedien-und Anzeigeeinrichtung 23 verbunden, damit der Benutzer den Spleißvorgang überwachen und durch Eingabe von Steuerbefehlen bzw. Spleißparametern ggf. beeinflussen kann.

Die Zentralsteuereinrichtung 22 dient der Steuerung bzw. Regelung des gesamten Spleißvorgangs. Sie verarbeitet die von der Erfassungseinrichtung 21 weitergeleiteten Daten. Ist zum Beispiel eine Veränderung der räumlichen Ausrichtung der miteinander zu verspleißenden Lichtwellenleiter 10,11 erforderlich, so gibt die Zentralsteuereinrichtung 22 Steuersignale an eine Lagesteuereinrichtung 24 weiter, die mit allen drei Positionierelementen 12,13, 14 verschaltet ist. Hierdurch erfolgt dann eine Veränderung der räumlichen Ausrichtung der miteinander zu verspleißenden Lichtwellenleiter 10,11.

Zur Gewährleistung eines optimalen Spleißprozesses muss das Temperaturprofil bzw. das Leistungsdichteprofil entlang der Achse der Lichtwellenleiter 10,11, unabhängig von der aufgebrachten Leistung des Lasers 15 völlig frei wählbar sein. Hierzu ist dem Spiegel 17 eine Antriebseinrichtung 25 zugeordnet, mit Hilfe derer der Spiegel 17 in seiner Position verändert werden kann. Gemäß Figuren 1 und 4 ist der Spiegel 17 schwenkbar. Zur Steuerung der Schwenkbewegung des Spiegels 17 ist der Antriebseinrichtung 25 eine Antriebsteuerungseinrichtung 26 zugeordnet. Die Antriebsteuerungseinrichtung 26 ist mit der Zentralsteuereinrichtung 22 verschaltet. Weiterhin ist eine Lasersteuereinrichtung 27 vorhanden, mit Hilfe derer die Leistung des Lasers 15 beeinflusst werden kann. Die Lasersteuereinrichtung 27 ist einerseits mit der Zentralsteuereinrichtung 22 und andererseits mit dem Laser 15 verschaltet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Spleißen der Lichtwellenleiter 10,11 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen 1 bis 3 in größerem Detail beschrieben : Erfindungsgemäß wird ein Auftreffpunkt 28 des Laserstrahls 16 auf die zu verspleißenden Lichtwellenleiter 10,11 in Längsrichtung der zu verspleißenden Lichtwellenleiter 10,11 verändert. Dies ist insbesondere in Figur 1 verdeutlicht.

Der Auftreffpunkt 28 wird dabei in einem vorbestimmten Bereich 29 um eine Spleißstelle 30 der zu verspleißenden Lichtwellenleiter 10,11 herum

verschoben. Vorzugsweise wird der Auftreffpunkt 28 in dem vorbestimmten Bereich 29 periodisch verschoben, wobei eine Frequenz für das Verschieben des Auftreffpunkts 28 auf den zu verspleißenden Lichtwellenleiter 10,11 derart bemessen ist, dass eine Periodendauer für das Verschieben des Auftreffpunkts 28 wesentlich kürzer ist als die thermische Zeitkonstante der zu verspleißenden Lichtwellenleiter 10,11.

In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass die Fokussierung des Laserstrahls 16 derart erfolgt, dass sich ein relativ schmaler Auftreffpunkt 28 und damit eine relativ schmale Erhitzungszone auf den Lichtwellenleitern 10,11 einstellt. Der Auftreffpunkt 28 darf nicht breiter als die kleinste zum Spleißen zweckmäßige Erhitzungszone sein. Eine zweckmäßige Breite des Auftreffpunkts 28 liegt zwischen 20um und 100um. Weiterhin erfolgt die Fokussierung vorzugsweise derart, dass sich in der Lichtwellenleiterebene ein länglicher Auftreffpunkt 28 ergibt, der quer zur Achse der Lichtwellenleiter 10, 11 eine größere Ausdehnung als längs zur Achse aufweist (siehe Figur 5).

Anstelle eines runden Auftreffpunkts 28 ergibt sich so beispielsweise ein linienförmiger oder elliptischer Auftreffpunkt 28. Hierdurch wird eine übermäßige lokale Erwärmung der Lichtwellenleiter 10,11 vermieden. Weiterhin können Toleranzen zwischen der Position der Lichtwellenleiter 10,11 und der Lage des Auftreffpunkts 28 ausgeglichen werden. Die gewünschte Form des Auftreffpunkts 28 kann durch Verwendung von Zylinderlinsen oder entsprechende Linsenkombinationen erreicht werden. Die optimale Breite des Auftreffpunkts 28 ergibt sich aus den o. g. Forderungen bezüglich der Breite der Erwärmungszone. Die Höhe des Auftreffpunkts 28 sollte so gewählt werden, dass die zu erwartenden mechanischen Toleranzen sicher abgedeckt werden, d. h. es muss vermieden werden, dass die Lichtwellenleiter 10,11 am Rand des Auftreffpunkts 28 oder gar außerhalb liegen.

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Bewegung des Spiegels 17 periodisch und mit einer Periodendauer, die weit kürzer ist als die thermische Zeitkonstante der Faser. Dadurch wird sichergestellt, dass die Lichtwellenleiter im gesamten

Bewegungsbereich des Auftreffpunktes quasi gleichzeitig erwärmt wird. Eine bevorzugte Frequenz für die Bewegung des Spiegels 17 liegt zwischen 50Hz und 500Hz. Zur Steuerung des Leistungsdichteprofils wird die Bewegung des Spiegels 17 bzw. des Auftreffpunkts 28 und/oder die Leistung des Lasers 15 bzw. des Laserstrahls 16 moduliert.

Zur Modulation der Bewegung bzw. der Geschwindigkeit der Bewegung des Spiegels 17 bzw. des Auftreffpunkts 28 wird die Antriebseinrichtung 25 des Spiegels 17 mit einer Kurvenform angesteuert, die für das gewünschte Erwärmungsprofil bzw. Leistungsdichteprofil sorgt. Die Leistung des Lasers 15 wird dabei vorzugsweise konstant gehalten. In Bereichen mit langsamer Bewegung des Spiegels 17 wirkt im Mittel ein höherer Anteil der Laserleistung als in Bereichen mit schneller Bewegung desselben. Daher werden in diesen Bereichen die Lichtwellenleiter stärker erwärmt. Figur 2 zeigt dies anhand von drei Beispielen. Bei einer sinusförmigen Bewegung Q des Spiegels 17 über der Zeit T gemäß Kurve 31 ist bei konstanter Leistung des Lasers 15 die Leistungsdichte an den Rändern der Bewegung im Bereich 29 am größten, weil dort wegen der Umkehr der Bewegungsrichtung die Bewegung des Spiegels 17 am langsamsten ist. Als Intensitätsprofil I der mittleren Laserleistung ergibt sich die in der Kurve 32 dargestellte"Badewannenkurve". Das zweite Beispiel zeigt in der Kurve 33 eine dreiecksförmige Bewegung Q des Spiegels 17. Dies führt bei wiederum konstanter Leistung des Lasers 15 zu einem gleichmäßigen Intensitätsprofil I über der Achse der miteinander zu verspleißenden Lichtwellenleiter 10,11-siehe Kurve 34 in Figur 2. Im dritten Beispiel-siehe Kurven 35 und 36-ist gezeigt, wie durch eine entsprechende Modulation der Spiegelbewegung Q ein willkürlich gewähltes Intensitätsprofil I erreicht wird. Ein linker Lichtwellenleiter wird hier deutlich stärker erwärmt als der rechte Lichtwellenleiter, weil in diesem Bereich die Spiegelbewegung langsamer ist.

Ein solches unsymmetrisches Intensitätsprofil I ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die beiden miteinander zu verspleißenden Lichtwellenleiter 10, 11 unterschiedliche Eigenschaften, z. B. stark unterschiedliche Außendurchmesser, aufweisen. Zur Modulation der Bewegung des

Auftreffpunkts 38 wird demnach bei einer vorgegebenen konstanten Frequenz für das Verschieben des Auftreffpunkts 38 ein Kurvenverlauf der Bewegung des Auftreffpunkts 38 bzw. des Spiegels 17 verändert.

Zur Modulation der Intensität des Laserstrahls 16 wird die Leistung L des Lasers 15 verändert. Die Modulation des Lasers 15 erfolgt hierbei synchron zur Bewegung n des Spiegels. Die Antriebseinrichtung 25 des Spiegels 17 wird mit einer konstanten Kurvenform (z. B. Sinus) und der oben genannten Grundfrequenz betrieben. Die Leistung L des Lasers 15 wird synchron dazu gesteuert bzw. geregelt, so dass sich das gewünschte Leistungsdichteprofil I ergibt. Figur 3 zeigt hierzu wieder drei Beispiele. Der Spiegel 17 wird in diesen Beispielen gemäß Kurven 31 sinusförmig bewegt, da dies technisch am einfachsten zu realisieren ist. In den Beispielen gemäß Figur 3 werden die gleichen Leistungsdichteprofile 32,34, 36 realisiert wie in den Beispielen gemäß Figur 2. Bei konstanter Laserleistung L-Kurve 37-ergibt sich für das Leistungsdichteprofil I wieder die o. g."Badewannenkurve". Im zweiten Beispiel wird die Laserleistung L gemäß Kurve 38 so moduliert, dass sie gerade die Geschwindigkeitsunterschiede der Bewegung n des Spiegels 17 kompensiert.

Hierdurch ergibt sich wieder ein konstantes Leistungsdichteprofil I. Im dritten Beispiel ist dies genauso, jedoch wird zusätzlich im linken Teil der Spiegelbewegung eine höhere Laserleistung L-Kurve 39-gewählt als im rechten Teil. Dadurch wird der linke Lichtwellenleiter stärker erwärmt als die rechte Lichtwellenleiter.

Durch die gezeigte Anordnung ist es demnach möglich, das Leistungsdichteprofil I der auf die Lichtwellenleiter 10, 11 auftreffenden Laserstrahlung nahezu beliebig zu steuern. Dadurch kann das Temperaturprofil während des Spleißvorgangs so eingestellt werden, wie dies für optimale Dämpfung erforderlich ist. So wird ein optimaler Spleißprozess mit geringst möglichen Dämpfungswerten erreicht. Die Steuerung des Temperaturprofils über die Modulation der Intensität des Laserstrahls bietet gegenüber der Steuerung über die Kurvenform der Bewegung den Vorteil, dass an die

Antriebseinrichtung 25 des Spiegels 17 sehr viel geringere Anforderungen gestellt werden können. So ist beispielsweise eine dreieckförmige Spiegelbewegung gemäß Kurve 33 technisch schwierig und nur näherungsweise realisierbar.

Es wird demzufolge entweder die Kurvenform der Spiegelbewegung Q oder die Laserleistung L moduliert. Selbstverständlich kann auch beides miteinander kombiniert werden.

Die Bewegung des Laserstrahls 16 wird in den gezeigten Beispielen mit einem periodisch bewegten Spiegel 17-einem sogenannten Galvanometerscanner- bewerkstelligt. Stattdessen kann auch ein Polygonscanner verwendet werden.

Dabei handelt es sich um einen rotierenden Spiegel mit mehreren, regelmäßig angeordneten Spiegelflächen (z. B. Seitenkanten eines Sechsecks). Dieses ermöglicht eine hohe Geschwindigkeit der Bewegung des Laserstrahls 16, da keine Bewegungsumkehr erforderlich ist. In diesem Fall kann dann die Steuerung des Intensitätsprofils ! vorzugsweise über die Modulation der Laserleistung L bewerkstelligt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in gleicher Weise auch zum gleichzeitigen Spleißen mehrerer zu einem Bändchen zusammengefasster Lichtwellenleiter (sogenannte ribbon) verwendet werden. In diesem Fall ist der Leuchtfleck so gestaltet, dass derselbe die Breite des gesamten Bändchens abdeckt. Hierzu gibt es zwei Möglichkeiten : Nach einer ersten Möglichkeit wird ein zusätzliches Hin-und Herbewegen des Laserstahls quer zur Achse der Lichtwellenleiter durchgeführt. Hierzu ist im einfachsten Fall ein zweiter beweglicher Spiegel, vorzugsweise ein Polygonscanner, vorgesehen. Dadurch kann die Bewegungsfrequenz für eine zweite Bewegungsachse sehr viel höher gewählt werden als für eine erste Achse. Dadurch wird vermieden, dass die Überlagerung der beiden Bewegungen zu einer unerwünscht ungleichförmigen Wärmeverteilung führt. Nach einer zweiten Möglichkeit wird der Laserstrahl durch eine oder mehrere Zylinderlinsen zu einer Linie aufgeweitet. Der

hierdurch erzeugte linienförmige Leuchtfleck muss dann quer zur Faserachse so groß sein, dass im gesamten Bändchen alle Verbindungsstellen gleichmäßig erwärmt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch besonders gut zum Spleißen von Lichtwellenleitern mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere unterschiedlichen Außendurchmessern. In diesem Fall ist die Anwendung eines unsymmetrischen Intensitätsprofils i gemäß Kurve 36 besonderes vorteilhaft.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum Spleißen von Lichtwellenleitern an optische Bauteile ("Chips", z. B. Wellenlängenmultiplexer, Koppler etc. ) verwendet werden.

Beim Spleißen von Lichtwellenleitern an optische Bauteile ist sozusagen einer der zu verspleißenden Lichtwellenleiter ein Lichtwellenleiter im optischen Bauteil. Da dieser eine wesentlich größere Wärmekapazität und Wärmeableitung aufweist als der andere Lichtwellenleiter, ist in diesem Fall die Anwendung eines unsymmetrischen Intensitätsprofils (gemäß Kurve 36 von besonderem Interesse. Daher bietet das erfindungsgemäße Verfahren hier besondere Vorteile.

Es ist grundsätzlich möglich, anstelle eines Laserstrahls auch mehrere Laserstrahlen zu verwenden. Hierzu kann beispielsweise der Laserstrahl mittels eines Strahlteilers in zwei Teilstrahlen aufgeteilt werden, die beide auf die Lichtwellenleiter gelenkt werden. In diesem Fall kann die Erfindung in gleicher Weise angewendet werden.

Bezugszeichenliste 10 Lichtwellenleiter 11 Lichtwellenleiter 12 Positionierelement 13 Positionierelement 14 Positionierelement 15 Laser 16 Laserstrahl 17 Spiegel 18 Linse 19 Kamera 20 Kamera 21 Erfassungseinrichtung 22 Zentralsteuereinrichtung 23 Bedien-und Anzeigeinrichtung 24 Lagesteuereinrichtung 25 Antriebseinrichtung 26 Antriebssteuereinrichtung 27 Lasersteuereinrichtung 28 Auftreffpunkt 29 Bereich 30 Spleißstelle 31 Kurve 32 Kurve 33 Kurve 34 Kurve 35 Kurve 36 Kurve 37 Kurve 38 Kurve 39 Kurve