專利名稱：用于傳遞輻射的光導以及制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于傳遞輻射，尤其是高功率二極管激光器的輻射的光導，以及用于制造該光導的方法。
背景技術：
高功率二極管激光器通常由一個或多個所謂的激光棒組成，其中，每個激光棒具有多個帶有呈狹縫狀的光耦出面的發(fā)射極，所述發(fā)射極沿著半導體結并排布置在激光棒上。單個的發(fā)射極沿半導體結方向，即沿所謂的快軸線方向，具有很小的僅約為Iym并且平行于半導體結的膨脹，沿所謂的慢軸線，具有典型為100 μ m至200 μ m的膨脹。發(fā)射的輻射就半角而言沿快軸線具有典型為20°至30°的發(fā)散角，沿慢軸線則具有明顯更小的、典型為5°的發(fā)散角。有廣泛的現有技術用于將半導體激光耦入光導內。所有方案都是為了如下目標， 即，以盡可能小的耦合損失以及在盡可能好地保持光束質量的情況下，將半導體激光器發(fā)出的輻射耦入到一根或多根纖維中，其中，光束質量可以通過光束直徑和發(fā)散度的乘積，即所謂的光束參數乘積來描述。光束質量描述了激光器的輻射可以聚焦得有多好以及對大多數應用起著關鍵作用。光束質量越高，光束參數乘積就越小，反之亦然。按照基本的物理學定律，光束參數乘積從不會變小，即使通過光學元件或其它器具也不會變小。與此相應地，光束質量無法得到改善。但尤其在光束導引和光束成形時，利用非成像的光學元件可以降低光束質量。基于發(fā)射極的呈狹縫狀的形狀以及沿慢軸線和快軸線的不同的光束發(fā)散度，在盡可能好地保持光束質量的情況下將發(fā)射的輻射耦入到光學纖維中是一項高要求的任務，尤其是光學纖維通常具有圓形的橫截面形狀。在將半導體激光器的發(fā)散的輻射耦入到光學纖維中時，選用帶有足夠大的數值孔徑(NA)的纖維類型，該纖維類型可以吸收所有輻射。在此，NA說明將由纖維傳遞的光束相對于纖維軸線的最大半角的正弦。激光輻射沿快軸線為20° -30°的半角對應于0.34至 0. 5的NA，慢軸線的半角對應于0. 09的NA。在將激光輻射耦入到光學纖維(這些光學纖維沿快軸線具有比激光輻射的NA小的NA)中時，例如耦入到帶有0. 22的NA的標準石英纖維中時，在耦入前，需要沿快軸線對激光輻射準直，這例如通過引入微透鏡尤其是柱面透鏡，或可以通過非成像的透鏡，例如通過帶有沿光傳播方向加寬的橫截面例如呈錐形的橫截面的光導棒來進行。若沒有沿快軸線對輻射進行準直，那么僅激光輻射的一部分在纖維的NA內導引。激光輻射的以較大的孔徑角耦入到纖維內的那部分從纖維中耦出并且可能導致光學耦入端的熱損傷進而損毀。作為備選，也可以使用帶有足夠高的NA的纖維，這些纖維可以吸收所有的激光光束。在這種情況下，容忍了半導體激光器的大發(fā)散度。這種解決方案的有利之處在于，在這種情況下可以舍棄昂貴的微透鏡和微透鏡的定位，并且纖維可以直接聯接到發(fā)射極上。在這種情況下，也可以考慮對接聯接(stumpfer Kopplung)。例如在DE 102005057617A1中可找到相應的實施方案，其中，這種解決方案此外特征在于，為每個發(fā)射極分配多根纖維。除了對接聯接外，這種實施方案的特征還在于，將輻射耦入到融合的纖維束中，也就是說，光學纖維在耦入面中形狀鎖合地(formschlilssig)相互連接。通過纖維的融合，一方面提高了耦合效率，因為去除了纖維之間的纖維間隙的面部分，另一方面則避免了在耦入面區(qū)域內使用粘合物質，粘合物質由于高功率半導體激光器的高功率密度而被禁用。此外，為了不非必要地降低光束質量而重要的是，引導帶有盡可能小的光束直徑激光光束，也就是說，耦入到帶有盡可能小的導光橫截面面積的光導中。例如在US 4，763，975中存在一種方案，在該方案中，將唯一一個耦合元件定位在帶有多個發(fā)射極的整個激光棒之前，該耦合元件具有長的橢圓形的光耦入面和圓形的耦出面。在這個方案中，激光光束的橫截面面積被明顯且不可逆轉地擴大，因為涉及一種非成像的透鏡。由此，光束質量大幅下降。此外，還存在如下方案，在該方案中，為每個發(fā)射極分配帶有圓形的橫截面造型的單根纖維。因為纖維直徑在這種情況下必須對應于發(fā)射極寬度選擇為相對較大，所以這種方案的特征在于，合計的纖維橫截面面積相對于所有發(fā)射極的橫截面面積而大幅擴大，進而其特征同樣在于光束質量的下降。在另一種就橫截面積而言有所改進的實施方式中，為每個發(fā)射極分配一個矩形單根纖維(US 5, 629, 997) 0但在這種矩形單根纖維的情況下，帶有足夠大的NA的矩形纖維的可用性是個問題，此外，單根纖維在發(fā)射極前的定位與很大的費用相聯系。DE 102004006932B3中的另一個變型方案作如下設置，S卩，帶有圓形橫截面的單根纖維在單層中緊挨地(btodig)并排布置并且該單層在熱壓工藝中融合成矩形橫截面，其中，單層的單根纖維設定為矩形的橫截面。接著，利用磨光工具在磨光過程中將光學元件 (例如由現有技術公知的內在的柱面透鏡或圓錐)成型到已融合的纖維的自由端上。在此， 兩個元件都滿足沿快軸線的角準直功能。在此，單根纖維直徑以如下方式選擇，即，使在對接聯接時，為棒的每個發(fā)射極分配多個變形的單根纖維。然而，根據在DE 102004006932B3中介紹的耦入端以及尤其是該耦入端的制造， 在可轉換性上具有諸多缺陷和疑慮。根據經驗，光學纖維在與擠壓工具直接接觸時的變形會導致很大的問題。在使用沒有特殊表面質量的擠壓工具時，纖維通常會通過光學分界面的變形而強烈受損，使得導光性極其受限并且激光輻射的大部分從纖維中耦出。此外，本領域技術人員公知的是，可預料到光學纖維在擠壓工具上的粘附或甚至金屬與玻璃的附接， 此外，從該公開文本中無法得知用于阻止這些效應的器具。此外，光學纖維在熱改形過程后，機械強度大幅下降，因此無法在不出現斷裂的情況下，將磨光工藝應用于單層融合的纖維帶，如在公開文本中描述的那樣，以及無法進行必要的拋光過程。因此，可以由此假設，在該文本中介紹的構件以所介紹的方式無法或無法經濟廉價地制造。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的任務是，提供一種尤其是用于將高功率二極管激光器的輻射耦入的光導，該光導帶有盡可能小的、呈狹縫狀的耦入面，該耦入面幾乎完全由融合后的纖維填滿，其中，耦入端應為了整個制造過程而具有足夠的穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明的任務是，提供一種用于制造相應的光導的合適的方法，其中，尤其應實現以盡可能小的纖維損傷以及纖維光傳遞特性影響來融合纖維的單層。該任務通過獨立權利要求來解決。優(yōu)選的實施方式由從屬權利要求得出。
本發(fā)明的任務通過一種包括多根光學纖維的光導解決，該光導具有耦入端和一個或多個耦出端，其中，耦入端具有融合區(qū)、接著融合區(qū)的過渡區(qū)和接著過渡區(qū)的引出區(qū)，在所述融合區(qū)內，纖維至少部分地彼此形狀鎖合地連接，在所述過渡區(qū)中，光學纖維的橫截面從基本上多邊形的形狀過渡到基本上呈圓形的形狀，在所述引出區(qū)中，纖維具有基本上呈圓形的橫截面形狀，其特征在于，纖維以單層或多層布置在承載板上，并且最下層的纖維在融合區(qū)范圍內與承載板形狀鎖合地連接。一方面，通過將纖維布置在平坦的承載板上實現了耦入端的呈狹縫狀的橫截面。另一方面，通過將纖維布置在承載板上，其中纖維與所述承載板形狀鎖合地連接，實現了耦入端的足夠的機械穩(wěn)定性，這使得對耦入端的相應的最終表面處理成為可能。在此，形狀鎖合的連接可以更準確地理解為，纖維彼此間并且與承載板平面地連接，并且在改形過程前存在的纖維間的空氣填充的間隙(也稱為楔)在改形過程之后僅還剩相對很小的、與形狀鎖合地連接的橫截面區(qū)域相比小于5%的部分。此外，形狀鎖合地連接也可以是物料鎖合的(stoffschlilssig)，其中，于是可以是指纖維的熔合。然而，對依據本發(fā)明的光導而言，纖維的形狀鎖合地連接通常提供了對后續(xù)的過程步驟而言足夠的穩(wěn)定性。最終表面處理通常屬于這些過程步驟。最終表面處理通常包括磨光和拋光過程，所述磨光和拋光過程表現出纖維的高機械負荷，并且因此以相應的穩(wěn)定性為前提，由此不會造成在纖維端面上的貝紋起皺(Ausmuschelimg)和碎裂。纖維的機械穩(wěn)定性在變形的、非圓形的纖維橫截面的區(qū)域內通常較小，因為光學纖維通過為了制造依據本發(fā)明的光導而優(yōu)選使用的熱壓工藝而極度地減少。所以單根纖維在熱壓工藝中失去了纖維的預應力，預應力是單根纖維從纖維的纖維拉伸過程中由于極快的冷卻而帶來的。此外，在纖維表面中會出現大量微裂紋和微損傷，從而使得變形的纖維相對于拉伸的纖維是非常易碎的， 并且在低機械負荷下斷裂。因此必須避免已變形的纖維的每種機械負荷，這在本發(fā)明中通過與承載板的形狀鎖合的連接來實現。纖維在未變形區(qū)域內具有基本上為圓形的橫截面形狀。但受生產的限制，可能會與圓形的橫截面形狀存在偏差，例如是橢圓形。在融合區(qū)中，單根纖維相反地在纖維形狀鎖合地連接的范圍內具有基本上多邊形的橫截面形狀。則纖維可以在單層的布置方式中在融合區(qū)中優(yōu)選形成帶有圓角的四邊形的、矩形的橫截面，這些橫截面近似具有矩形形狀。反之，在多層纖維帶中，在融合區(qū)中形成了優(yōu)選為六邊的和五邊的橫截面形狀。纖維彼此間的連接通常是形狀鎖合的，但不一定是材料鎖合的(materialschlilssig)或者說物料鎖合的。也就是說，纖維通常不是彼此牢固地融合，而是形成了一種牢固粘附在一起的并且粘附在承載板上的形成物(Gebilde)。承載板不必強制性地是呈板狀的。基本的是有至少一個帶有平坦區(qū)域的表面，該區(qū)域與纖維形狀鎖合地連接。因此，承載板通常理解為帶有至少一個平坦的面區(qū)段的任意成形的承載元件。在一種優(yōu)選的實施方式中，光學纖維是帶有統(tǒng)一的纖維直徑D的階躍折射率多模玻璃纖維，其中，光學纖維的包層厚度相對于計劃的應用波長的比例小于5，尤其優(yōu)選在 0.5和3之間。依據本發(fā)明的光導原則上能以多種光學的纖維類型來制造。則可以考慮使用結合承載板適用材料的石英纖維，以及同樣可以考慮使用合成材料纖維，其中，可以涉及單?；蚨嗄Ｐ偷睦w維。優(yōu)選使用由至少兩種多組分玻璃構成的階躍折射率多模玻璃纖維， 就應用波長而言，通常包括帶有折射率nk的芯玻璃和帶有較小的折射率nM的包層玻璃。利用這幾種纖維可以實現約300°C -400°C的高耐熱性，以及對于半導體激光器的對接聯接而言所需的數值孔徑。此外，優(yōu)選使用帶有盡可能大的核芯包層比例的階躍折射率多模玻璃纖維，也就是說，就纖維橫截面面積而言，光學核芯的面積份額最大，光學包層的面積份額最小。光學包層的厚度的比例也稱為包層厚度，在此為了計劃的應用波長而優(yōu)選小于5，尤其優(yōu)選在0. 5至3之間。由此，使得在光導耦入面上的包層面積進而光學耦入損耗保持盡可能小。同樣，耦入端的熱損傷危險也保持得小。反之，在包層厚度低于一般光波長時，通過包層的光學損耗如此大，即，使得輻射的不可忽視的一部分能通過包層離開纖維(光學通道)，這同樣可能會造成光導的熱損傷。依據本發(fā)明優(yōu)選的纖維直徑處于30 μ m至100 μ m 的范圍內，但也可以使用有更大或更小的纖維直徑的纖維。優(yōu)選使用帶有統(tǒng)一的纖維直徑的纖維。在此，統(tǒng)一的直徑例如意味著，單根纖維的纖維直徑的偏差基本上在通常不可避免的制造公差內變動，所述制造公差典型地不超過纖維直徑D的10%。在一種優(yōu)選的實施方式中，承載板在溫度范圍20°C至300°C內的線性熱膨脹與光學纖維的包層玻璃的線性熱膨脹相比最多小3 · 10_6/K，但優(yōu)選大于光學纖維的包層玻璃的線性熱膨脹。在其上擠壓纖維的承載板起著重要作用。因為纖維與承載板形狀鎖合地連接， 所以承載板的熱膨脹必須與纖維的熱膨脹相匹配。尤其是不應由于纖維和承載板的不同的熱膨脹而造成在已擠壓的纖維束內形成機械拉應力，所述機械拉應力可能會導致纖維斷裂。當承載板、包層玻璃和芯玻璃的熱膨脹彼此相似時，也就是說彼此偏差最多為2 · ΙΟ"6/ K時，得到最穩(wěn)定的融合。當僅纖維的包層玻璃的熱膨脹明顯小于承載板的熱膨脹時，同樣獲得穩(wěn)定的融合，因為在這種配置中，在纖維表面，亦即在包層玻璃中僅產生壓應力，所述壓應力不會造成纖維斷裂。但不期望的是以下情況，在這種情況下包層玻璃的熱膨脹明顯超出承載板的熱膨脹，因為接著可能會在纖維內形成拉應力。在嘗試各種纖維和承載板后， 需要一種穩(wěn)定的融合，使得承載板在溫度范圍20°C至300°C內的熱膨脹與光學纖維的包層玻璃的熱膨脹相比最多小3 · 10_6/K，但優(yōu)選大于光學纖維的包層玻璃的熱膨脹。通過這個條件避免了在與承載板形狀鎖合地連接的光學纖維的表面上的拉應力。若存在遮蓋板，相應的條件也適用于該遮蓋板。在一種優(yōu)選的實施方式中，纖維在引出區(qū)和/或過渡區(qū)范圍內通過合適的器具相對承載板固定，優(yōu)選通過粘合物質。通過附加于在融合區(qū)內的形狀鎖合的連接的、纖維相對承載板在引出區(qū)和/或過渡區(qū)內的固定，排除了在耦入端內的纖維的機械負荷，因而可靠地排除了損傷。在另一種優(yōu)選實施方式中，承載板的朝向纖維的表面具有平均表面粗糙度Rz < lym，特別優(yōu)選民<0.2 4!11。因為承載板和假設存在的遮蓋板在熱壓工藝中與纖維的一部分形狀鎖合地連接，所以承載板和假設存在的遮蓋板的表面?zhèn)鞑嫉嚼w維的光學分界面上，也就是傳布到芯玻璃和包層玻璃的分界面上。若承載板或遮蓋板具有粗糙度或波度，那么光學分界面通常以如下方式變形，即，使得纖維的導光特性大幅變差。因此，承載板和遮蓋板優(yōu)選在朝向纖維的側上具有平整的和拋光的表面。為此，平均表面粗糙度的值Rz按照 DIN EN ISO 4287 :1998要小于1 μ m，優(yōu)選小于0. 2 μ m。相應的表面質量可以例如針對承載板的金屬原料通過磨光和拋光過程產生，在半導體材料如硅的情形下，例如浸蝕過程也是可行的。使用這樣的半導體原料作為承載板是可以想象的，并且由本發(fā)明所包括。但在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，使用玻璃板，尤其是浮法玻璃板，所述浮法玻璃板既滿足對熱膨脹的要求，也滿足對高表面質量的要求。在另一優(yōu)選實施方式中，承載板由一種玻璃類型構成，這玻璃類型的軟化溫度~ 高于在光學纖維中使用的玻璃類型的最高~，優(yōu)選比在光學纖維中使用的玻璃類型的最高軟化溫度~高出至少50K。纖維應在優(yōu)選使用的熱壓工藝中不被模制到承載板內，以便構造成盡可能精確的呈狹縫狀耦入表面。因為熱壓工藝大約在相應于使用在光學纖維內的玻璃類型的軟化溫度的溫度下執(zhí)行，所以承載板的玻璃類型的軟化溫度~必須高于使用在光學纖維內的玻璃類型的軟化溫度~，優(yōu)選高出至少50K。這種要求同樣可以通過市場上常用的浮法玻璃得到保證。倘若纖維是石英纖維，那么同樣可以優(yōu)選使用石英玻璃作為承載板材料，因為沒有合適的帶有相應較高的軟化溫度的玻璃類型可供使用。在一種優(yōu)選的實施方式中，光學纖維在過渡區(qū)和融合區(qū)范圍內單層地、平行地且緊挨地布置，并且在融合區(qū)范圍內具有近似矩形的橫截面，此外還形狀鎖合地布置在該處， 并且共同構成呈狹縫狀的耦入面，所述耦入面的高度在纖維直徑D的60%和90%之間。這種實施方式在圖1以及在圖4中示意性地示出。該實施方式在按權利要求11的邊界條件下由單層地、平行地和緊挨地布置的纖維帶的改形得出。在這種實施方式中，呈狹縫狀的耦入面的高度已通過纖維直徑預定，并且在理論上是纖維直徑的78. 5%。實際上可以通過纖維直徑公差、纖維束的過度壓縮或壓縮不足達到耦入面的更大或更小的高度。這種實施方式相比接下來的其它實施方式是優(yōu)選的變形方案，因為這種實施方式在制造技術上最容易實現。另一種優(yōu)選實施方式的特征在于，光學纖維在引出區(qū)和過渡區(qū)的過渡范圍內單層地、平行地并且以均勻的間距平行布置，其中，兩根纖維每每具有纖維直徑D的0至5倍的間距，并且在融合區(qū)的范圍內形狀鎖合地布置并且共同構成呈狹縫狀的耦入面，耦入面的高度在纖維直徑D的15%和90%之間。這種實施方式在圖5中在下部分圖解中示意性地示出。這種實施方式在纖維直徑給定時實現了耦入表面的較小的高度，因為單根纖維僅當明顯更強烈地變形后才撞到鄰近纖維上。這種變型方案在制造技術方面需要更高的費用， 因為纖維在融合前必須精確地定位。另一種優(yōu)選實施方式的特征在于，在光導聯接到帶有多個發(fā)射極和在發(fā)射極之間的不發(fā)射區(qū)域的激光二極管棒上后，僅那些有激光輻射耦入其中的纖維在耦出端內集束， 而沒有激光功率耦入其中的纖維則不供給耦出端。依據本發(fā)明的光導優(yōu)選聯接到帶有多個發(fā)射極的半導體激光器上，其中，光導的呈狹縫狀的耦入面對接地或經由光學元件聯接到發(fā)射極列上。在此，依賴于發(fā)射極寬度、發(fā)射極間距、纖維直徑和耦入面高度，為發(fā)射極以及也為在兩個發(fā)射極之間的不發(fā)射的區(qū)域在耦入面上分配一根或多根纖維。沒有激光功率耦入其中的纖維，可以在半導體激光器聯接后以及耦入端和半導體激光器持久固定后得到識別，并且從纖維束中引出和/或分離出。由此使纖維束的整個橫截面面積在耦出側上降低， 并且相應地優(yōu)化光束質量。另一種優(yōu)選的實施方式的特征在于，光學纖維在引出區(qū)和過渡區(qū)的過渡范圍內單層地、平行地且以各有1至5根纖維的組布置，并且在融合區(qū)的范圍內，每組的纖維都形狀鎖合地布置，其中，在稍后光導與激光二極管棒聯接時為發(fā)射極各分配一組纖維，并且其中，在稍后光導與激光二極管棒聯接時被分配給兩個發(fā)射極之間的面的耦入面區(qū)域內不布置纖維。這種實施方式在圖6中在下部分圖解中示意性地示出。在這種實施方式中，取消了在前面的實施方式中示出的將那些在聯接到半導體激光器之后沒有輻射必須耦入其中的纖維從束中移除。但纖維組必須精確地以發(fā)射極間距布置。另一種優(yōu)選的實施方式的特征在于，耦入面形狀鎖合地以光學纖維填滿，并且單根纖維在融合區(qū)內的合計的橫截面面積基本上對應于單根纖維在引出區(qū)中的合計的橫截面面積，或與單根纖維在引出區(qū)中的合計的橫截面面積相比最多小25%。這種優(yōu)選的實施方式包括，光學纖維在熱壓工藝中既不能壓縮得太小，也不能壓縮得太過劇烈。這種優(yōu)選的實施方式也可以這樣解釋，即，通過熱壓工藝消除恰好在熱壓前存在的、在纖維之間的空氣填充的間隙，但此外不再執(zhí)行進一步的壓縮。既不進行壓縮不足，也不進行壓縮過度。若橫截面面積在壓縮不足的情況下不是形狀鎖合地以光學纖維填滿，那么由于輻射耦入到纖維間隙中而產生耦入損耗。此外，耦入端還具有較低的機械穩(wěn)定性。反之，當束橫截面在過度壓縮的情況下壓縮得較劇烈時，會造成纖維帶導光特性的強烈損害，因為由于之后在融合期間沿纖維軸線方向出現的材料流造成纖維在軸向上的鐓粗 (Aufstauchung)。通過纖維的鐓粗，纖維的光學分界面也可能會變形，這就意味著對導光特性的所描述的不利影響。但在個別情況下以及依賴于材料組合可能為有利的是，單根纖維在融合區(qū)的總橫截面面積略微小于單根纖維在未融合的纖維束中的總橫截面面積，或與單根纖維在未融合的纖維束中的總橫截面面積相比最多低25%，亦即實現了輕微的過度壓縮。由此可以例如補償單根纖維直徑的波動，或改善形狀鎖合的連接或融合。另一種優(yōu)選的實施方式的特征在于，纖維在融合區(qū)中在其上側與遮蓋板形狀鎖合地連接。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，纖維至少在為融合區(qū)設置的區(qū)域內在熱壓前以遮蓋板蓋住，從而使得在熱壓后產生由承載板、一個或多個纖維層和遮蓋板構成的三層結構。耦入面的高度相符于承載板和遮蓋板之間的間距。遮蓋板在熱壓工藝之后完成進一步穩(wěn)定化耦入端的任務。此外，通過使用遮蓋板，避免了上擠壓?；蛎撃┡c光學纖維的直接接觸。但遮蓋板不必強制性存在。遮蓋板不必強制為呈板形的?；镜氖瞧秸摹⑴c纖維接觸的表面。因此，通常遮蓋板也理解為帶有至少一個平整表面的任意成形的遮蓋元件。另一 種優(yōu)選的實施方式的特征在于，遮蓋板的朝向纖維的表面具有平均表面粗糙度Rz < 1 μ m，優(yōu)選Rz < 0. 2 μ m,并且遮蓋板在溫度范圍20°C至300°C內的線性熱膨脹與光學纖維的包層玻璃的線性熱膨脹相比最多小3 · 10_6/K，但優(yōu)選大于光學纖維的包層玻璃的線性熱膨脹，并且遮蓋板(3)由如下玻璃類型構成，這種玻璃的軟化溫度~高于在光學纖維中使用的玻璃的最高~，優(yōu)選比在光學纖維中使用的玻璃類型的最高軟化溫度~高出至少50Κ。所提及的特性已結合承載板闡釋。承載板和遮蓋板可以既由相同的材料構成，也可以具有相同的尺寸。依據本發(fā)明的光導的另一種優(yōu)選實施方式的特征在于，在進入面之前安裝其它光學器具，如輔助透鏡或內在柱面透鏡，或耦入面設有抗反射覆層。這些光學元件可以提高尤其是將激光輻射耦入到耦入端內的耦入效率。本發(fā)明的主題還在于提供一種用來制造依據本發(fā)明的光導的方法。依據本發(fā)明的用于制造包括多根帶有在初始狀態(tài)中基本上呈圓形的橫截面的光學纖維的光導的光學耦入端的方法的特征在于，光學纖維單層或多層地布置和固定在承載板上，然后纖維在熱壓工藝中在引入力和熱時至少在承載板的部分區(qū)域內以如下方式改形，即，使得光學纖維至少分組地彼此形狀鎖合地連接，以及纖維的最下層形狀鎖合地與承載板連接，由此產生融合區(qū)、接著融合區(qū)的過渡區(qū)和接著過渡區(qū)的引出區(qū)，在所述融合區(qū)內，纖維至少分組地形狀鎖合地相互連接，并且纖維的最下層形狀鎖合地與承載板連接，在所述過渡區(qū)中，光學纖維的橫截面形狀從基本上多邊形的形狀過渡到基本上呈圓形的形狀，在所述引出區(qū)中，光學纖維具有基本上呈圓形的橫截面形狀。該方法在接下來的說明中在方法步驟預組裝、熱壓和組裝中說明。預組裝包括提供纖維和承載板以及纖維在承載板上的布置和固定。纖維在承載板上單層或多層地優(yōu)選以一定的寬度布置，這個寬度相符于稍后應耦入到光導內的激光光束的寬度。承載板不必強制性地是板狀的。基本的是有與纖維接觸的平整的表面。因此，通常承載板可理解為帶有至少一個平整的表面的任意成形的承載元件。在多層布置的情況下， 在承載板上的纖維優(yōu)選形成至少部分為六邊形的布置方式。此外，預組裝還包括將纖維在熱壓工藝前固定在承載板的區(qū)域中或固定在伸出超過承載板的纖維突出部區(qū)域中。熱壓工藝以一種優(yōu)選的實施方式在圖3中示意性地示出。優(yōu)選沿著垂直軸線進行。接下來的說明接著以此垂直取向為出發(fā)點，即使這種垂直取向不是強制性需要的。使用于所述方法的熱壓機優(yōu)選包括兩個擠壓模，這兩個擠壓模在垂直軸線上彼此重疊并且以彼此相對的擠壓面布置在垂直軸線上，從而使得存在帶有位于上方的擠壓面的下擠壓模和帶有位于下方的擠壓面的上擠壓模。兩個擠壓模中的至少一個能在垂直軸線上移動。這優(yōu)選是上擠壓模，從而使得存在帶有優(yōu)選固定位置的下擠壓模和能沿垂直軸線移動的上擠壓模。擠壓?？梢约訜?。預組裝的多層裝置通常在擠壓模之間在預熱步驟中加熱，其中，不以力作用或僅以最大為20N的小支承力就能套裝上擠壓模，以便改善熱傳遞。在預組裝的多層裝置內的均勻的溫度分布可由以下方式實現，即，使擠壓模大約伸出超過計劃的融合范圍，如圖3中所示。接下來的改形步驟要求光學纖維有足夠小的粘度。按照經驗，這個溫度大約相符于纖維的所使用的玻璃原料的軟化點~，在該軟化點時，玻璃具有107 6dPa · s的粘度。如果光學纖維由多種玻璃類型組成，那么溫度相應于帶有更高的~的玻璃類型來確定。改形優(yōu)選在盡可能低的溫度下進行。在改形步驟中，上擠壓模從起始位置移動到最終位置上，其中，實際的以之進行變形的改形行程就是壓縮行程。在維持改形溫度的保持時間之后，通過冷卻步驟結束熱壓工藝，所述冷卻步驟或通過在閉合擠壓模時擠壓模溫度的降低來實現，或通過擠壓模的緩慢打開來實現。在此重要的是，融合的多層裝置不會冷卻得太快，以便將機械應力保持得小。緊接著熱壓工藝進行其它后處理步驟，用于接著組裝耦入端和所有的光導。組裝包括在一側移除在耦入側上的纖維突出部、其它用于固定和穩(wěn)定化已擠壓的纖維的措施、 以磨光和拋光過程對耦入面進行最終表面處理以及通常的插塞器和/或管件安裝。則例如能通過以合成材料，優(yōu)選可能以粘合物質填充在至少局部融合的纖維帶內的剩余的空氣間隙來保護機械敏感的過渡區(qū)。作為備選，也能以硅進行澆注。優(yōu)選使用膠粘劑，膠粘劑的折射率大約相符于光學纖維的折射率，尤其是相符于光導芯玻璃的折射率。由此可以光學地粘接各個纖維內的斷裂部位，至少可以明顯減少在相關纖維內的反射。此外，可以移除間隔件，或者也可以將間隔件保留在構件內并以粘合物質加以固定。接著，耦入端就具有了用于機械磨光和拋光過程的足夠的強度。在組裝耦入側后，進行其它用于組裝光導的步驟，這些步驟通常包括管件裝配以及耦出端組裝。承載板和遮蓋板的材料優(yōu)選以如下方式選擇，即，使遮蓋板和承載板在改形溫度下還具有足夠的強度，并且光學纖維在熱壓時不會模制到遮蓋板和承載板中。遮蓋板和承載板是玻璃板，則玻璃的軟化點~應比在光學纖維中使用的玻璃的最高~高出至少50K， 以便確保這一點。光學纖維優(yōu)選是帶有統(tǒng)一的纖維直徑D的階躍折射率多模玻璃纖維，其中，包層厚度相對于計劃的應用波長的比例小于5，特別優(yōu)選在0. 5和3之間。在所述方法的一種優(yōu)選實施方式中，光學纖維在單層地、平行地且緊挨地布置承載板上，從而使得纖維呈帶有寬度和高度的帶狀地布置。纖維帶在此優(yōu)選通過側向的界定元件來界定和壓實，從而使得纖維至少在纖維帶的為融合區(qū)設置的部分區(qū)段中沿著光學纖維的方向幾乎最佳地，亦即以盡可能高的封裝密度來填滿橫截面。在單層布置的情況下，單根纖維在該范圍內緊挨地并排布置，并且纖維帶的高度相符于纖維直徑D。在纖維帶的為融合區(qū)設置的部分區(qū)域之外，纖維不需要強制性地緊挨或平行地布置。纖維帶可以在這個范圍內劃分成例如由一根或多根纖維構成的多個部分區(qū)域，這些部分區(qū)域同樣可以彼此疊置和交叉。單根纖維或上述部分區(qū)域的混合或限定的重組同樣是可行的。用于側向界定纖維帶的元件可以在纖維帶固定之后再次移除。但在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，這些元件可以保留在纖維帶的側向上并且在熱壓工藝期間執(zhí)行間隔件的功能，也就是說，這些元件結合熱壓機的力控制的行程控制來界定熱壓機的移動行程，如以下進一步介紹的。其它在固定的纖維帶的一側或雙側上帶有單件式間隔件的實施方式也是可行的。間隔件同樣可以實施成與承載板或遮蓋板連接。在熱壓時纖維優(yōu)選以如下程度變形，S卩，使得纖維形狀鎖合地彼此貼靠，但單根纖維的橫截面面積基本上不減小。那么單根纖維優(yōu)選構造為近似矩形的橫截面，如圖4所示， 其中，單根纖維的寬度相符于纖維直徑D，并且高度在理論上減小到約79% ( π /4)。但在實踐中與這種理論形狀有偏差。在所述方法的另一種優(yōu)選實施方式中，光學纖維單層地、平行地且以均勻的間距布置在承載板上，其中，兩根纖維每每具有纖維直徑D的0到5倍的間距。這種實施方式在圖5中示意性地示出，其中，在上部分圖中示出了布置在承載板上的纖維，且在下部分圖中示出了已擠壓的纖維。在這種情況下，纖維在熱壓時同樣優(yōu)選以如下程度變形，即，使得纖維形狀鎖合地彼此貼靠，但單根纖維的橫截面面積基本上不減小。由此，相比纖維的緊挨布置，在纖維直徑不變的情況下可以達到耦入狹縫的更小的狹縫高度，由此減小耦入表面并提高光束質量。所述方法的另一種實施方式的特征在于，在光導聯接到帶有多個發(fā)射極和在發(fā)射極之間的不發(fā)射區(qū)域的激光器二極管棒后，僅那些有激光輻射耦入其中的纖維在耦出端集束，而沒有激光功率耦入其中的纖維不輸入給耦出端。依據本發(fā)明的光導優(yōu)選聯接到帶有多個發(fā)射極的半導體激光器上，其中，光導的呈狹縫狀的耦入面對接地或經由光學元件聯接到發(fā)射極列上。在此，依賴于發(fā)射極寬度、發(fā)射極間距、纖維直徑和耦入面的高度，為發(fā)射極以及在兩個發(fā)射極之間的不發(fā)射區(qū)域在耦入面上分配一根或多根纖維。沒有激光功率耦入其中的纖維可以在半導體激光器聯接后以及耦入端和半導體激光器持久固定后得到識別，并且從纖維束中引出和/或分離出。由此，使在耦出側上的纖維束的總橫截面面積減小并且光束質量相應提高。所述方法的另一種實施方式的特征在于，光學纖維單層地、平行地且以各有2至5 根纖維的組布置在承載板上，其中，在稍后將光導的耦入面與激光二極管棒聯接時，為發(fā)射極各分配一組纖維，且其中，在稍后將光導的耦入面與激光二極管棒聯接時被分配給兩個發(fā)射極之間的面的區(qū)域內不布置纖維。這種實施方式在圖6中示意性地示出，其中，在上部分圖中示出了布置在承載板上的纖維，且在下部分圖中示出了已擠壓的纖維。在這種實施方式中，取消了在前述實施方式中所述的將那些在聯接到半導體激光器后沒有輻射必須耦入其中的纖維從束中移除。但纖維組必須精確地以發(fā)射極間距來布置。所述方法的另一種實施方式的特征在于，纖維以至少一側突出的方式布置在承載板上，并且在熱壓工藝前至少在一側上在該突出的區(qū)域內通過合適的器具，如膠粘帶或粘合物質而暫時或持久地固定。固定可以在單側或優(yōu)選在雙側進行。在后一種情況下，纖維以雙側突出超過承載板的方式布置。在突出的區(qū)域內對纖維布置的固定例如可以通過粘合物質或粘接帶進行。在稍后的耦入面的一側上可以進行暫時或持久的固定，在反置的一側上優(yōu)選使用暫時的固定，例如膠粘帶，所述膠粘帶可以在光導的最終組裝之前再次移除，而不會對纖維造成損傷。所述方法的另一種實施方式的特征在于，纖維在熱壓工藝之前在承載板上固定在在熱壓工藝中不受擠壓的區(qū)域內。為此，承載板優(yōu)選除了為融合區(qū)和過渡區(qū)而設置的區(qū)域外還包括如下區(qū)段，即，纖維在該區(qū)段中優(yōu)選在熱壓工藝之前相對承載板固定。由此確保的是，纖維在過渡區(qū)中在熱壓工藝后不再承受任何機械負荷。在此，可以涉及直接的固定，例如將纖維粘接在承載板上，但固著也可以間接地通過如下元件實現，所述元件本身直接或間接地與承載板連接，例如與遮蓋板連接。但基本的是，纖維也在非擠壓區(qū)域內通過合適的器具直接或間接地相對承載板固定進而受到防斷裂保護。已證實特別有利的尤其是，結合透明的遮蓋板和/或承載板使用光固化的粘合物質。在這種變型方案中，可以將光固化的粘合物質置入承載板和遮蓋板之間，并且該粘合物質的擴散范圍可以有針對性地由通過遮蓋板和/或承載板的光耦入來控制。由此可以尤其避免粘合物質到達為融合區(qū)設置的區(qū)域內。不言而喻地，同樣可以在不存在遮蓋板的情況下執(zhí)行承載板上的粘接。所述方法的另一種實施方式的特征在于，纖維在融合區(qū)內以如下程度受擠壓，即， 使得在融合區(qū)內耦入端的有效橫截面面積形狀鎖合地以光學纖維填滿，并且單根纖維在融合區(qū)內的總橫截面面積基本上相符于單根纖維在融合前的總橫截面面積，或與在融合前的總橫截面面積相比最多小25%。這意味著，纖維優(yōu)選以如下程度變形，即，使得纖維形狀鎖合地彼此貼靠，但單根纖維的橫截面面積最多減少了 25 %，但優(yōu)選不減小。在狹縫高度大幅下降時，可能會造成纖維帶導光特性的強烈損害，因為基于在融合期間沿纖維軸線方向的不可避免的材料流，可能會將纖維在軸向上鐓粗。通過纖維的鐓粗，纖維的光學分界面也可能會變形，這可能會引起所述的導光特性的損害。但在個別情況下以及依賴于材料組合可能有利的是，單根纖維在融合區(qū)的總橫截面面積略微低于單根纖維在未融合的纖維束中的總橫截面面積，或與單根纖維在未融合的纖維束中的總橫截面面積相比最多低25%。由此可以例如補償單根纖維直徑的波動，或改善形狀鎖合的連接或融合。反之，在狹縫高度明顯更小地下降時，變形的纖維不形狀鎖合地相互貼靠，這可能會造成耦入損耗以及造成耦入端機械強度的降低。同樣可能會在最終處理時導致纖維端部的碎裂。所述方法的另一種實施方式的特征在于，為了界定熱壓機的移動行程，在纖維束的側向上將至少一個間隔件安裝到承載板上，或者間隔件作為承載板或遮蓋板的一部分而存在。所力求達到的狹縫高度減小很小，因為狹縫高度在單層融合的情況下僅是單根纖維直徑的約20%，且因此，對于典型的從50 μ m至100 μ m之間的單根纖維直徑而言，狹縫高度減小僅為IOym至20μπι。這種非常小的狹縫高度減小很難轉化作為熱壓機的壓縮行程， 因為所力求達到的壓縮行程已處在熱壓機的結構元件的熱膨脹范圍內。間隔件優(yōu)選結合最終位置的力控制的移動來使用。為此，在擠壓模共同移動時，測量壓縮所需的力。當纖維帶以如下程度壓縮，即，使得上擠壓模或位于上擠壓模上的遮蓋板能夠到間隔件時，力突然上升，這充當上擠壓模移動的中止信號。最終位置的力控制的移動也可以在不使用間隔件的情況下實現，因為一旦纖維形狀鎖合地融合并且不再存在空氣間隙，改形力也可以在沒有間隔件的情況下上升。但也可以通過使用間隔件來實現更為明顯的力上升進而移動行程更精確的界定。因此，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中作如下設置，S卩，為了保持這種很小的壓縮行程，在纖維的一側或優(yōu)選兩側上，將至少一個，優(yōu)選兩個或多個間隔件安裝到承載板上， 間隔件的厚度相符于融合后的耦入面的額定高度。所述間隔件可以優(yōu)選同時是纖維的側向界定元件，這些界定元件執(zhí)行雙重功能。但間隔件也可以構造為承載板或遮蓋板的組成部分。所述方法的另一種實施方式的特征在于，利用一對對置的擠壓模來執(zhí)行熱壓工藝，這一對擠壓模具有其中擠壓面平整且彼此平行的部分區(qū)域，和接著的、其中擠壓面的間距均勻擴大的部分區(qū)域，由此影響過渡區(qū)的膨脹。發(fā)明人已認識到，過渡區(qū)沿纖維方向的膨脹具有重大意義，在所述過渡區(qū)內，纖維的橫截面形狀從已擠壓的形狀過渡到最初的形狀。 一方面在相符于少量纖維直徑的長度內的光學纖維的橫截面形狀的變換導致了光耦出，因為在芯玻璃和包層玻璃之間的光學分界面強制性地相對纖維軸線具有大的角。另一方面， 長度過小的過渡區(qū)在機械上同樣是十分敏感的。那么已得到證實的是，纖維帶在彼此相疊平齊并且全面融合的、相同形狀和尺寸的承載板和遮蓋板之間的融合是不穩(wěn)定的。在這種情況下，纖維帶在承載板和遮蓋板之間的整個區(qū)域都是融合區(qū)，并且直接在承載板外構造成很短的過渡區(qū)。相應制造的構件直接在熱壓之后在過渡區(qū)范圍內斷裂。因此，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，過渡區(qū)沿纖維方向的膨脹由以下方式擴大，即，使用一對對置的擠壓模，所述擠壓模在一個部分區(qū)域內具有彼此平行的平整的擠壓面，并具有接著的、其中擠壓面的間距逐漸擴大的部分區(qū)域，由此可以有針對性地調整過渡區(qū)的寬度。在此，擠壓模具有平行的平整的擠壓面的區(qū)域在受壓構件中對應于融合區(qū)，而擠壓模間距以熱壓機的壓縮行程上升了的區(qū)域大約對應于在受擠壓構件中的過渡區(qū)。擠壓模的一種優(yōu)選實施方式例如通過帶有擠壓面前部區(qū)域的擠壓面和接著的擠壓面后部區(qū)域來實現，在該擠壓面前部區(qū)域中，擠壓面是平坦的且垂直于擠壓方向，所述擠壓面后部區(qū)域以約5°的角彎折，從而使得擠壓模的后擠壓面在熱壓機中圍成約10°的角。在此，在前擠壓面和后擠壓面之間的擠壓面過渡區(qū)域優(yōu)選略微倒圓。擠壓面的后部區(qū)域通常不必是平坦的，而是可以例如也具有拱起部?；旧嫌蓛蓚€平坦的面產生的擠壓面在制造技術上表現為一種優(yōu)選的變型方案。所述方法的另一種實施方式的特征在于，為了避免承載板和/或遮蓋板粘附或附接在擠壓模上而使用脫模劑。在擠壓模上和/或預組裝的形成物上可以涂施一種高溫脫模劑，例如氮化硼，以便避免擠壓工具的粘附。
所述方法的另一種實施方式的特征在于，執(zhí)行其它組裝步驟，如用于固定和穩(wěn)定化的措施(例如以粘合物質填充)，以及最終表面處理、插塞器和管件的裝配。此外，還可以將其它光學器具，如抗反射覆層涂施到耦入面上，或將光學透鏡，尤其是柱面透鏡布置在耦入面之前。一個特殊情況是內在柱面透鏡，其中，柱面透鏡由已擠壓的纖維本身形成， 其進入表面通過相應的磨光和拋光過程而形成相應的圓柱形狀。但這種磨光和拋光過程也要求已擠壓的纖維的很高的機械強度，磨光和拋光過程能以本方法實現，因為纖維與承載板及遮蓋板共同具有高強度。在此，柱面透鏡執(zhí)行快軸線的準直功能，基于菲涅爾反射 (Fresnel-Reflektion)，抗反射覆層避免了耦入損耗。所述方法的另一種實施方式的特征在于，在熱壓工藝前，將遮蓋板安裝到光學纖維上，所述遮蓋板在熱壓工藝中在融合區(qū)內與纖維最上層的光學纖維形狀鎖合地連接。纖維帶的高度相符于承載板和遮蓋板之間的間距。遮蓋板在熱壓工藝后執(zhí)行使耦入端進一步穩(wěn)定化的任務。此外，通過使用遮蓋板還避免了上擠壓?；蛎撃┡c光學纖維的直接接觸， 另外，所述脫模劑是需要的，以便避免纖維粘附在上擠壓模上。但遮蓋板不必強制性存在。 此外，在對承載板和遮蓋板使用相同的材料和材料厚度時，承載板-纖維-遮蓋板的對稱結構還具有以下優(yōu)點耦入端具有對稱的結構，且在溫度梯度中不會彎曲。因此，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，遮蓋板和承載板是以相同材料厚度的同一種材料。依據本發(fā)明的光導優(yōu)選用于與激光二極管棒，優(yōu)選與高功率激光二極管棒聯接。 可以例如通過對接聯接將高功率二極管激光器的輻射耦入到依據本發(fā)明制造的光導耦入端中，其中，耦入面以較小的間距定位在激光棒的發(fā)射極列之前。無論是對接聯接還是利用其它的光學器具如柱面透鏡、抗反射層的聯接，都由本發(fā)明所包括，其中，光學器具可以是光導或高功率二極管激光器的組成部分，或可以布置在光導或高功率二極管激光器之間。特別有利的是，依據本發(fā)明的光導使得耦入端能在激光二極管棒前在垂直于半導體結的軸線上簡化地校準。在最理想的情況下，可以實現無校準的定位，其中，激光二極管棒和耦入端在共同的基板上一前一后地取向。前提在于，承載板具有很小的厚度公差，這例如可以通過現成可用的浮法玻璃來保證。


本發(fā)明的優(yōu)選實施方式借助下列圖詳細闡釋，其中，圖1至4示出了一種實施方式，在該實施方法中纖維單層地且緊挨地布置在承載板上，并且在圖5和6中示出了幾種實施方式，在這些實施方法中纖維以均勻的間距或成組布置在承載板上。圖1示意性地示出了帶有單層的、緊挨的纖維布置方式的光導耦入端的透視視圖，；圖2示意性地示出了帶有單層的、緊挨的纖維布置方式的耦入端在引出區(qū)中的橫截面；圖3示意性地示出了帶有單層的、緊挨的纖維布置方式的耦入端和擠壓模的在熱壓工藝前的透視視圖，；圖4示出了帶有單層的、緊挨的纖維布置方式的耦入面在磨光和拋光后的示意性示圖；圖5示意性示出了在熱壓之前和之后帶有等距布置的纖維的耦入端在融合區(qū)中的橫截面；圖6示意性示出了在熱壓之前和之后帶有以等距的組布置的纖維的耦入端在融合區(qū)中的橫截面。
具體實施例方式為了圖示說明的目的，在圖中僅使用示意性的示圖，并沒有按比例地反映真正的尺寸關系。光學纖維的數量也為了圖示說明的目的而相匹配。在示圖中同樣舍棄了其它非基本的元件，如插接器殼體等。在圖1的透視視圖中示出了依據本發(fā)明的光導的耦入端(1)，該耦入端包括承載板O)、在耦入端的端面(6)上變形的且形狀鎖合地連接的纖維G、5)以及遮蓋板(3)。在纖維兩側布置有間隔件(11)，這些間隔件在熱壓工藝后與承載板和遮蓋板具有平面的接觸。這些間隔件位于纖維帶的側向，并且沿纖維方向僅在融合區(qū)(8)的區(qū)域或部分區(qū)域上延伸。在融合區(qū)⑶上連接有過渡區(qū)(9)和引出區(qū)(10)，其中，耦入端⑴僅在融合區(qū)⑶ 的范圍內受擠壓。光學纖維(12、13)在耦入端(1)外部典型地集束成纖維束(7)并且由管件包圍住。在圖2的引出區(qū)范圍內的耦入端⑴的橫截面示意性示圖中，同樣可以看到承載板⑵和遮蓋板⑶以及光學纖維(12、13)。光學纖維(12、13)在該范圍內沒有融合，而是具有基本上為圓形的橫截面。這些光學纖維在當前例子中埋入到粘合物質(14)中。在圖3中示意性示出了熱壓工藝。熱壓工藝一方面包括用于熱壓工藝的預組裝形成物，以及另一方面包括上下擠壓模(16、15)。光學纖維(13、14)在示例中構成了在承載板(2)和遮蓋板(3)之間的單層的纖維帶，在側向上連著間隔件(11)。通過纖維突出部區(qū)域內的固定器具(17)可以為擠壓工藝而固定纖維帶并且在側向上將纖維帶保持在一起。上擠壓模(16)和下擠壓模(1 在所示例子中具有彼此對稱的結構。除了擠壓模的前部區(qū)域(擠壓面在該前部區(qū)域中是平整且平行的)外，后部區(qū)域以約5°的角彎折，從而使在稍后的過渡區(qū)范圍內的擠壓面的垂直間距均勻擴大。擠壓面上的過渡區(qū)域優(yōu)選為輕微倒圓。在圖3中強烈夸張地示出了擠壓面的彎折。擠壓模(16、1 和/或承載板和遮蓋板(2、；3)在熱壓前設有脫模劑層(18)，以避免粘附。在圖4中示意性示出了帶有形狀鎖合地連接的單根纖維G、5)的耦入端(6)以及承載板( 和遮蓋板(3)。纖維的橫截面形狀基本上對應于帶有圓角的矩形。圖5示意性示出了在融合區(qū)(9)內的耦入端⑴的橫截面，在上部分圖中示出了在熱壓前布置在承載板上的纖維(12、13)，在下部分圖中示出了在熱壓后布置在承載板上的纖維G、5)，其中，按照另一優(yōu)選的實施方式，纖維不是緊挨地布置，而是以均勻的間距布置。圖6示意性地示出了在融合區(qū)(9)內的耦入端(1)的橫截面，上圖中示出了熱壓前布置在承載板上的纖維(12、13)，下圖示出了熱壓后布置在承載板上的纖維0、5)，其中，按照另一種優(yōu)選的實施方式，纖維不是緊挨地布置，而是以等距布置的、各有三根纖維的組來布置。
在表1中示出了所使用的光學纖維的芯玻璃和包層玻璃以及承載玻璃或覆蓋玻璃的材料特性。表1 芯玻璃、包層玻璃和承載玻璃或覆蓋玻璃的材料特性
芯玻璃1芯玻璃2包層玻璃1包層玻璃2承載玻璃1承載玻璃2承載玻璃3熱膨脹系數 α20.·300[10"6/K]10.39.55.09.14.53.28.6過渡溫度T8I'C]410398492527660712605軟化溫度Ewrc]589575720716880970_折射率nd1.581.5631.491.511.531.511.51帶有10. 3 · IO-6A的熱膨脹的芯玻璃1和帶有5. 0 · 10_6/K的熱膨脹的包層玻璃 1形成穩(wěn)定的光學纖維。無論是利用帶有4. 5 · IO-6A的熱膨脹的承載玻璃1，還是利用帶有8. 6 · IO-6A的熱膨脹的承載玻璃3，都可以在耦入端中無纖維斷裂的情況下制造依據本發(fā)明的光導。帶有9. 5 · IO-6A的熱膨脹的芯玻璃2與帶有9. 1 · 10_6/Κ的熱膨脹的包層玻璃2 同樣形成穩(wěn)定的光學纖維。但利用這種纖維類型并結合帶有3. 2 · IO-6A的熱膨脹的承載玻璃2無法實現穩(wěn)定的融合。會出現強烈的纖維斷裂。在這種情況下，承載板的熱膨脹具有比包層玻璃的熱膨脹小5. 9 · IO-6A的值，這導致在融合后冷卻時在纖維內出現拉應力， 進而導致斷裂。此外，另一個正面的例子是芯玻璃1、包層玻璃2和承載玻璃3的結合，這種結合同樣產生了質量很好的穩(wěn)定的融合。此外，對結合進行測試，在這些結合中，承載玻璃的熱膨脹系數比包層玻璃的熱膨脹小約2 · 10_6/Κ至3 · 10_6/Κ。這些結合局部地具有較小的纖維斷裂，并且由此表現為穩(wěn)定區(qū)域的邊界。依據本發(fā)明的光導，尤其是依據本發(fā)明的耦入端，相對于現有技術具有眾多優(yōu)點。 一方面可以使用帶有圓形橫截面的使用良好的光學纖維。由激光棒發(fā)出的輻射在相對較小的橫截面內導引，這意味著在輻射耦入到光導中時，光束質量僅輕微變差。此外，取消單根纖維在激光棒的單個發(fā)射極前的定位，僅需定位在激光棒的發(fā)射極列之前的整個融合的橫截面。在校準后，位于激光棒的兩個發(fā)射極之間的光學纖維在接下來從集束的纖維束中移除。耦入端具有突出的機械強度。纖維在擠壓區(qū)域中以及在關鍵的過渡區(qū)中受到良好的防斷裂保護，并且耦入端能以傳統(tǒng)的磨光和拋光過程進行處理。光導或光導的耦入端具有突出的耦入效率，因為光導的端面的大部分都填充以形狀鎖合地連接的纖維。通過在纖維之間的間隙，不會出現損耗。不在光耦入面的區(qū)域中使用可以通過激光輻射分解的粘合物質。另一個優(yōu)點可以在優(yōu)選為透明的結構中看出，這種透明的結構使得能光固化的粘合物質可以在耦入端內使用，以及能夠用于將耦入端固定在例如基板上。與能熱固化的系統(tǒng)相比，對于粘接而言所需的時間明顯減少。 此外，使用玻璃作為載體和遮蓋板的材料還具有以下優(yōu)點，S卩，帶有磨光和拋光過程的最終處理不會帶來任何問題，并且實現了高品質的光學耦入面。在不同的原料例如玻璃和金屬中，在磨光和拋光時可能會產生問題，例如產生毛刺、金屬顆粒在纖維表面中涂抹，以及尤其是由帶有較小磨光硬度的材料的劇烈磨損而造成不均勻的磨損。
附圖標記列表
1耦入端
2承載板
3遮蓋板
4、5熱壓后至少部分形狀鎖合地連接的光學纖維
6耦入端的端面
7纖維束
8融合區(qū)
9過渡區(qū)
10引出區(qū)
11間隔件
12、13帶有圓形橫截面的/熱壓前的光學纖維
14粘合物質
15下擠壓模
16上擠壓模
17在纖維突出部區(qū)域中的固定
18脫模劑層
權利要求
1.光導，所述光導包含多根光學纖維，并帶有耦入端(1)和一個或多個耦出端，其中， 所述耦入端(1)具有融合區(qū)(8)，在所述融合區(qū)內，所述纖維(4、5)至少部分形狀鎖合地彼此連接，接著所述融合區(qū)的過渡區(qū)(9)，在所述過渡區(qū)內，所述光學纖維G、5)的橫截面從基本上多邊形的形狀過渡到基本上呈圓形的形狀，以及接著所述過渡區(qū)的引出區(qū)(10)，在所述引出區(qū)中，所述纖維(12、13)具有基本上呈圓形的橫截面形狀，其特征在于，所述纖維單層或多層地布置在承載板( 上，并且最下層的所述纖維在所述融合區(qū)(8)的范圍內與所述承載板( 形狀鎖合地連接。
2.按權利要求1所述的光導，其特征在于，所述光學纖維是帶有統(tǒng)一的纖維直徑D的階躍折射率多模玻璃纖維，并且包層厚度相對于計劃的應用波長的比例小于5，尤其優(yōu)選在0. 5和3之間。
3.按權利要求1或2中至少一項所述的光導，其特征在于，所述承載板(2)在溫度范圍20°C至300°C內的線性熱膨脹與所述光學纖維的包層玻璃的線性熱膨脹相比最多小 3 · 10-6/K，但優(yōu)選大于所述光學纖維的包層玻璃的線性熱膨脹。
4.按權利要求1至3中至少一項所述的光導，其特征在于，所述纖維在所述引出區(qū) (10)和/或所述過渡區(qū)(9)的范圍內通過合適的器具，優(yōu)選通過粘合物質相對所述承載板 (2)固定。
5.按權利要求1至4中至少一項所述的光導，其特征在于，所述承載板(2)朝向所述纖維的表面具有平均表面粗糙度Ιζ < 1 μ m，特別優(yōu)選具有民< 0. 2 μ m。
6.按權利要求1至5中至少一項所述的光導，其特征在于，所述承載板O)由如下玻璃類型構成，該玻璃類型的軟化溫度~高于所述光學纖維中使用的玻璃類型的最高~，優(yōu)選比所述光學纖維中使用的玻璃類型的最高軟化溫度~高出至少50K。
7.按權利要求1至6中至少一項所述的光導，其特征在于，所述光學纖維在所述過渡區(qū)(9)和融合區(qū)(8)的范圍內單層地、平行地且緊挨地布置，并且在所述融合區(qū)(8)范圍內具有近似于矩形的橫截面，形狀鎖合地布置，并且共同構成呈狹縫狀的耦入面，所述耦入面的高度在纖維直徑D的60 %到90 %之間。
8.按權利要求1至6中至少一項所述的光導，其特征在于，所述光學纖維在引出區(qū)和過渡區(qū)(9)的過渡范圍內單層地、平行地并且以均勻的間距平行布置，其中，兩根纖維每每具有纖維直徑D的0至5倍的間距，并且在所述融合區(qū)(8)的范圍內形狀鎖合地布置，并且共同構成呈狹縫狀的耦入面，所述耦入面的高度在纖維直徑D的15%到90%之間。
9.按權利要求1至8中至少一項所述的光導，其特征在于，在所述光導聯接到帶有多個發(fā)射極和在所述發(fā)射極之間的不發(fā)射區(qū)域的激光二極管棒上后，只有有激光輻射耦入其中的纖維在耦出端內集束，而在其中沒有耦入激光功率的纖維則不供給耦出端。
10.按權利要求1至6中至少一項所述的光導，其特征在于，所述光學纖維在引出區(qū)和過渡區(qū)的過渡范圍內單層地、平行地且以各有1至5根纖維的組布置，并且在所述融合區(qū) (8)的范圍內，每一組的纖維都形狀鎖合地布置，其中，在稍后將所述光導的耦入面與激光二極管棒聯接時，為發(fā)射極各分配一組纖維，并且其中，在稍后將所述光導與激光二極管棒聯接時被分配給兩個發(fā)射極之間的面的耦入面區(qū)域內不布置纖維。
11.按權利要求1至9中至少一項所述的光導，其特征在于，所述耦入面在所述融合區(qū) (8)內形狀鎖合地以所述光學纖維(4、幻來填滿，并且單根纖維在所述融合區(qū)(8)內的合計的橫截面面積基本上相符于所述單根纖維在所述引出區(qū)(10)中的合計的橫截面面積，或與所述單根纖維在所述弓丨出區(qū)中的合計的橫截面面積相比最多小25 %。
12.按權利要求1至11中至少一項所述的光導，其特征在于，所述纖維在所述融合區(qū) (8)中在其上側與遮蓋板( 形狀鎖合地連接。
13.按權利要求12所述的光導，其特征在于，所述遮蓋板C3)的朝向所述纖維的表面具有平均表面粗糙度Rz < 1 μ m，特別優(yōu)選具有Rz < 0. 2 μ m，并且所述遮蓋板在溫度范圍20°C 至300°C內的線性熱膨脹與所述光學纖維的包層玻璃的線性熱膨脹相比最多小3 · 10_6/K， 但優(yōu)選大于所述光學纖維的包層玻璃的線性熱膨脹，并且所述遮蓋板(3)由如下玻璃類型構成，該玻璃類型的軟化溫度~高于所述光學纖維中使用的玻璃類型的最高~，優(yōu)選比所述光學纖維中使用的玻璃類型的最高軟化溫度~高出至少50Κ。
14.按權利要求1至13中至少一項所述的光導，其特征在于，在進入面前方安裝其它光學器具，如輔助透鏡或內在柱面透鏡，或所述耦入面設有抗反射覆層。
15.用于制造光導的光學耦入端(1)的方法，所述光導包括多根光學纖維，所述光學纖維帶有在初始狀態(tài)中基本上呈圓形的橫截面(12、13)，其特征在于，將所述光學纖維單層或多層地布置和固定在承載板(2)上，然后，將所述纖維在熱壓工藝中在引入力和熱的情況下至少在所述承載板O)的部分區(qū)域內以如下方式改形，即，使得所述光學纖維至少分組地彼此形狀鎖合地相連接，并且所述纖維的最下層形狀鎖合地與所述承載板( 連接，由此產生融合區(qū)(8)、接著所述融合區(qū)的過渡區(qū)(9)和接著所述過渡區(qū)的引出區(qū)(10)， 在所述融合區(qū)(8)中，所述纖維至少分組地形狀鎖合地相互連接G、5)，并且所述纖維的最下層形狀鎖合地與所述承載板連接，在所述過渡區(qū)(9)中，所述光學纖維的橫截面形狀從基本上多邊形的形狀過渡到基本上呈圓形的形狀，在所述引出區(qū)(10)中，所述光學纖維具有基本上呈圓形的橫截面形狀(12、13)。
16.按權利要求15所述的方法，其特征在于，所述光學纖維是帶有統(tǒng)一的纖維直徑D的階躍折射率多模玻璃纖維，并且包層厚度相對于計劃的應用波長的比例小于5，尤其優(yōu)選在 0. 5到3之間。
17.按權利要求15或16中至少一項所述的方法，其特征在于，將所述光學纖維單層地、 平行且緊挨地布置在所述承載板上。
18.按權利要求15至17中至少一項所述的方法，其特征在于，將所述光學纖維單層地、 平行地且以均勻的間距布置在所述承載板上，其中，兩根纖維每每具有纖維直徑D的0至5 倍的間距。
19.按權利要求15至18中至少一項所述的方法，其特征在于，在所述光導聯接到帶有多個發(fā)射極和在所述發(fā)射極之間的不發(fā)射區(qū)域的激光二極管棒上后，只有有激光輻射耦入其中的纖維在耦出端內集束，而在其中沒有耦入激光功率的纖維則不供給耦出端。
20.按權利要求15至19中至少一項所述的方法，其特征在于，將所述光學纖維單層地、 平行地且以各有2至5根纖維的組布置在所述承載板上，其中，在稍后將所述光導的耦入面與激光二極管棒聯接時，為發(fā)射極各分配一組纖維，并且其中，在稍后將所述光導的耦入面與激光二極管棒聯接時被分配給兩個發(fā)射極之間的面的區(qū)域內不布置纖維。
21.按權利要求15至20中至少一項所述的方法，其特征在于，將所述纖維以至少一側突出的方式布置在所述承載板( 上，并且在所述熱壓工藝前至少在一側上在該突出的區(qū)域內通過合適的器具例如膠粘帶或粘合物質(17)暫時或持久地固定。
22.按權利要求15至21中至少一項所述的方法，其特征在于，將所述纖維在所述熱壓工藝前在所述承載板( 上固定在在所述熱壓工藝中不受擠壓的區(qū)域中。
23.按權利要求15至22中至少一項所述的方法，其特征在于，將所述纖維在所述融合區(qū)(8)內以如下程度擠壓，即，使得在所述融合區(qū)(8)內所述耦入端的有效的橫截面面積形狀鎖合地以光學纖維(4、幻填滿，并且單根纖維在所述融合區(qū)內的總橫截面面積基本上相符于所述單根纖維在融合前的總橫截面面積，或與該在融合前的總橫截面面積相比最多小 25%。
24.按權利要求15至23中至少一項所述的方法，其特征在于，為了界定熱壓機的移動行程，在纖維束的側向上將至少一個間隔件(11)安置到所述承載板( 上，或所述間隔件作為承載板或遮蓋板的組成部分而存在。
25.按權利要求15至M中至少一項所述的方法，其特征在于，所述熱壓工藝以一對對置的擠壓模(15、16)來執(zhí)行，所述擠壓模具有其中擠壓面平整且彼此平行的部分區(qū)域，和接著的、其中擠壓面的間距均勻擴大的部分區(qū)域，由此影響所述過渡區(qū)的膨脹。
26.按權利要求15至25中至少一項所述的方法，其特征在于，為了避免所述承載板和 /或所述遮蓋板粘附或附接在所述擠壓模上而使用脫模劑(18)。
27.按權利要求15至沈中至少一項所述的方法，其特征在于，執(zhí)行其它組裝步驟，如用于固定和穩(wěn)定化的措施，例如以粘合物質填充，以及最終表面處理、插塞器和管件裝配。
28.按權利要求15至27中至少一項所述的方法，其特征在于，在所述熱壓工藝之前，將遮蓋板C3)安置在所述光學纖維上，所述遮蓋板在所述熱壓工藝中在所述融合區(qū)(8)中形狀鎖合地與所述纖維的最上層的光學纖維連接。
29.按權利要求1至14中至少一項所述的光導的應用，用于與激光二極管棒聯接，優(yōu)選與高功率激光二極管棒聯接。
30.按權利要求1至14中至少一項所述的光導的應用，其中，所述承載板使得所述光導能在激光二極管棒前在垂直于半導體結的軸線上簡化地校準。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于傳遞輻射，尤其是傳遞高功率二極管激光器的輻射的光導，以及用于制造該光導的方法。光導的特征在于呈狹縫狀的、長的光進入面，該光進入面由一層或多層光學纖維構成，其中，纖維至少部分形狀鎖合地相互連接，并且與承載板連接。此外，本發(fā)明還涉及一種用于制造依據本發(fā)明的光導的方法。
文檔編號G02B6/255GK102326110SQ201080008401
公開日2012年1月18日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權日2009年2月18日
發(fā)明者胡貝圖斯·盧瑟爾特 申請人:肖特公開股份有限公司