DE3606682C1 - Optical fibre arrangement for microoptical grating multiplexers and demultiplexers - Google Patents

Optical fibre arrangement for microoptical grating multiplexers and demultiplexers

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DE3606682C1 DE19863606682 DE3606682A DE3606682C1 DE 3606682 C1 DE3606682 C1 DE 3606682C1 DE 19863606682 DE19863606682 DE 19863606682 DE 3606682 A DE3606682 A DE 3606682A DE 3606682 C1 DE3606682 C1 DE 3606682C1
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Abstract

The aim is to provide an optical fibre arrangement for microoptical grating multiplexers and demultiplexers, which is made from a number of optical fibres arranged closely side by side on a common substrate and which is simple and cost-effective in design and production and in which it is possible to have a continuously variable channel spacing, i.e. spacing of the individual optical fibres from one another. The invention provides for this purpose that the substrate is formed from at least two glass platelets 11, 12 enclosing the optical fibres 7 like a sandwich in the interspace, and that for the purpose of laterally bounding the optical fibres 7 there is bonded in each case on to the inner surfaces of the glass platelets 11, 12 which are directed towards the interspace and opposite one another diametrically, a film 13 whose thickness is less than the cladding diameter of the optical fibres 7. The inside edges of the films 13 can enclose the optical fibres 7 between them. The optical fibres 7 are bonded to the glass platelets 11, 12, and the glass platelets 11, 12 are bonded to the films 13. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtleitfaser­ anordnung für mikrooptische Gitter-Multiplexer und -Demultiplexer, insbesondere GRIN-Linsen-Multiplexer und -Demultiplexer, aus einer Anzahl dicht an dicht nebeneinander auf einem gemeinsamen Träger angeordne­ ter Lichtleitfasern.The invention relates to an optical fiber arrangement for micro-optical grating multiplexers and Demultiplexers, in particular GRIN lens multiplexers and demultiplexers, from a number close to each other arranged side by side on a common carrier ter optical fibers.

Eine derartige Lichtleitfaseranordnung ist aus Fig. 3 der Zeitschrift "Applied Optics", Vol. 18, No. 8 vom 15. April 1979, Seiten 1253 ff. vorbekannt. Hier ist in Fig. 3 eine Lichtleitfaseranordnung darge­ stellt, bei welcher die Lichtleitfasern als gerade Zeile dicht an dicht innerhalb einer Nut des gemein­ samen Trägers angeordnet sind. Nachteilig hierbei ist, daß die Breite der Nut genau auf die Summe der Mantel­ durchmesser der einzelnen Lichtleitfasern ausgelegt sein muß. Es ist somit einerseits ein hoher Aufwand für die präzise Ausführung der Nut im Träger erforder­ lich. Andererseits ist keine Änderung des durch die Breite der Nut einmal festgelegten Abstandes der Licht­ leitfasern voneinander mehr möglich, d. h. der spektra­ le Kanalabstand des mit dieser Faseranordnung aufge­ bauten Demultiplexers ist nicht variabel. Such an optical fiber arrangement is from FIG. 3 of the magazine "Applied Optics", Vol. 8 of April 15, 1979, pages 1253 ff. Here, in Fig. 3, an optical fiber arrangement is Darge, in which the optical fibers are arranged as a straight line close to each other within a groove of the common carrier. The disadvantage here is that the width of the groove must be designed precisely to the sum of the cladding diameter of the individual optical fibers. On the one hand, there is a high outlay for the precise execution of the groove in the carrier. On the other hand, no change in the spacing of the optical fibers once defined by the width of the groove from one another is possible, ie the spectra le channel spacing of the demultiplexer built up with this fiber arrangement is not variable.

Es ist bereits aus der DE-OS 32 03 098 eine Lichtleit­ faseranordnung bekannt, die aus einer Anzahl dicht an dicht nebeneinander auf einem gemeinsamen Träger angeordneter Lichtleitfasern besteht, wobei der Träger jedoch aus zwei L-förmigen Platten gebildet ist, die ineinander verschachtelt angeordnet sind. Dabei stoßen die kürzeren Schenkel der L-förmigen Platten jeweils gegen die freien Enden der längeren Schenkel der L-förmigen Platten. Ein Einschließen der Licht­ leitfasern zwischen den L-förmigen Platten ist somit nicht möglich. Ferner ist es hieraus nicht bekannt, die erfindungsgemäß eingespannten Lichtleitfasern zu verkleben. Schließlich sind die verwendeten Materialien hieraus nicht vorbekannt.It is already a light guide from DE-OS 32 03 098 known fiber arrangement, which consists of a number dense close together on a common support Arranged optical fibers, the carrier however, is formed from two L-shaped plates that are nested. Here butt the shorter legs of the L-shaped plates each against the free ends of the longer legs of the L-shaped plates. Enclosing the light Conductive fibers between the L-shaped plates is thus not possible. Furthermore, it is not known from this the optical fibers clamped according to the invention to glue. After all, those are used Materials from this are not previously known.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtleitfaseranordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, deren Ausbildung und Herstellung ein­ fach und preiswert möglich ist und bei der insbeson­ dere ein kontinuierlich variabler Kanalabstand, d. h. Abstand der einzelnen Lichtleitfasern voneinander, möglich ist. Insbesondere wird dadurch die nötige genaue Anpassung der Kanalabstände komplementärer vielkanaliger Multiplexer/Demultiplexer erleichtert.The invention is therefore based on the object an optical fiber arrangement of the generic type to create their training and manufacture is possible and inexpensive and in particular a continuously variable channel spacing, d. H. Distance of the individual optical fibers from each other, is possible. In particular, this will make the necessary exact adjustment of the channel spacing more complementary multi-channel multiplexer / demultiplexer facilitated.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Träger aus mindestens zwei, die Lichtleit­ fasern sandwich-artig im Zwischenraum einschließenden Glasplättchen gebildet ist und daß zur seitlichen Eingrenzung der Lichtleitfasern auf die zum Zwi­ schenraum gerichteten, diametral gegenüberliegenden Innenflächen der Glasplättchen je eine Folie aufge­ klebt ist, deren Dicke kleiner ist als der Mantel­ durchmesser der Lichtleitfasern, so daß die Innen­ kanten der Folien die Lichtleitfasern zwischen sich einschließen. Erfindungsgemäß wird die im Stand der Technik bekannte Nut zur Aufnahme der Lichtleitfasern durch zwei Glasplättchen und auf deren Innenflächen aufgeklebte Folien gebildet. Bei der Herstellung werden die Lichtleitfasern unter Hinzufügung eines Klebers in den Zwischenraum zwischen den Glasplättchen und gleichzeitig in den Zwischenraum zwischen den diametral gegenüberliegenden Folien der Glasplättchen eingebracht. Unter leichtem Andruck werden die Glas­ plättchen sodann relativ zueinander so lange verscho­ ben, bis die Lichtleitfasern dicht an dicht liegen und seitlich durch die Innenkanten der Folien einge­ schlossen werden. Die Herstellung derartiger Licht­ leitfaseranordnungen erfolgt selbstverständlich un­ ter einem Mikroskop.To achieve this object, the invention provides that the carrier consists of at least two, the light guide sandwiching fibers in the space in between Glass plate is formed and that to the side Limitation of the optical fibers to the two diametrically opposite A film is applied to the inner surfaces of the glass plates sticks, the thickness of which is smaller than the coat diameter of the optical fibers, so that the inside edges of the foils the optical fibers between them lock in. According to the state of the art Technically known groove for receiving the optical fibers through two glass plates and on their inner surfaces glued foils formed. In the preparation of the optical fibers are added with a Glue in the space between the glass plates and at the same time in the space between the diametrically opposite foils of the glass plates brought in. Gently press the glass tiles then shifted relative to each other for so long until the optical fibers lie close together and inserted laterally through the inner edges of the foils  be closed. The production of such light of course, fiber arrangements are made un ter a microscope.

Die erfindungsgemäße Lichtleitfaseranordnung ist somit einfach und preiswert in der Herstellung, da keine besonderen Arbeitskosten für die Herstellung besonders ausgebildeter Nuten und dergleichen an­ fallen. Es sind im wesentlichen nur Materialkosten für die Glasplättchen und die Folien aufzuwenden. Die Montage der Lichtleitfaseranordnung ist erheb­ lich einfacher. Als Kleber wird im übrigen regel­ mäßig Epoxy-Klebstoff verwendet.The optical fiber arrangement according to the invention is thus simple and inexpensive to manufacture, because no special labor costs for the production specially trained grooves and the like fall. It is essentially just material costs for the glass plates and the foils. The assembly of the optical fiber arrangement is considerable much easier. As a rule, the rule is as an adhesive moderate epoxy adhesive used.

Da erfindungsgemäß der Träger keine Nut einer fest vorgegebenen Breite zur Aufnahme der Lichtleitfasern benötigt, wie es beim Stand der Technik erforderlich ist, ist es erst mit der erfindungsgemäßen Licht­ leitfaseranordnung möglich, durch Verwendung von Lichtleitfasern unterschiedlicher Manteldurchmesser den Abstand der einzelnen Lichtleitfasern voneinan­ der und damit den Kanalabstand mit dieser Faseran­ ordnung aufgebauter Multiplexer/Demultiplexer kon­ tinuierlich variabel zu gestalten. Der Manteldurch­ messer der Fasern kann durch vorheriges Anätzen ver­ ändert werden.Since according to the invention the carrier is not a groove one firmly predetermined width for receiving the optical fibers required as required in the prior art is, it is only with the light according to the invention fiber arrangement possible by using Optical fibers of different sheath diameters the distance between the individual optical fibers the and thus the channel spacing with this fiber order of built multiplexer / demultiplexer con to be continuously variable. The coat through knife of the fibers can ver by etching be changed.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Ausfüh­ rungsbeispielen von Lichtleitfaseranordnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on two Ausfüh Example of optical fiber arrangements closer explained. It shows

Fig. 1 einen mikrooptischen GRIN-Linsen-Gitter- Demultiplexer mit erfindungsgemäßer Licht­ leitfaseranordnung in einer Perspektivansicht, Fig. 1 is a micro-optic GRIN lenses grid-demultiplexer with an inventive light leitfaseranordnung in a perspective view,

Fig. 2 den mikrooptischen GRIN-Linsen-Gitter-Demul­ tiplexer gemäß Fig. 1 im Schnitt parallel zur Lichtleitfaseranordnung, Fig. 2 shows the micro-optic GRIN lenses grating Demul tiplexer of FIG. 1 in a section parallel to the optical fiber,

Fig. 3 einen vergrößert dargestellten Querschnitt durch die Lichtleitfaseranordnung des mikro­ optischen GRIN-Linsen-Gitter-Demultiplexers,3 shows a. Enlarged cross-section shown by the optical fiber array of micro-optic GRIN lenses grating demultiplexer,

Fig. 4 spektrale Dämpfungskurven eines mit der Licht­ leitfaseranordnung nach Fig. 3 versehenen mi­ krooptischen GRIN-Linsen-Gitter-Demultiplexers, Fig. 4 spectral attenuation curves of the light leitfaseranordnung in FIG. 3 provided mi krooptischen GRIN lenses grating demultiplexer,

Fig. 5 einen der Fig. 3 entsprechenden Schnitt durch die Lichtleitfaseranordnung eines GRIN-Linsen- Gitter-Multiplexers und Fig. 5 a of Fig. 3 corresponding section through the optical fiber of a GRIN lens grating multiplexer and

Fig. 6 spektrale Dämpfungskurven eines mit der Licht­ leitfaseranordnung nach Fig. 5 aufgebauten GRIN-Linsen-Gitter-Multiplexers. FIG. 6 shows spectral attenuation curves of a GRIN lens grating multiplexer constructed with the optical fiber arrangement according to FIG. 5.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte mikroop­ tische GRIN-Linsen-Gitter-Demultiplexer besteht aus der erfindungsgemäßen Lichtleitfaseranordnung 1, einer GRIN-Linse 2 und einem Prismengitter 3. Dieses ist ein ebenes Reflexionsgitter und hat die Eigen­ schaft, ein auffallendes paralleles Lichtbündel in Ab­ hängigkeit von dessen Wellenlänge in unterschiedliche Richtungen zurückzureflektieren (Winkeldispersion). Dies ist schematisch für ein Lichtbündel einer de­ finierten Wellenlänge gezeigt. Dieses wird über eine Eingangsfaser 4 der Lichtleitfaseranordnung 1 zuge­ führt und in der GRIN-Linse 2 in ein paralleles Strah­ lenbündel 5 kollimiert. Nach der wellenlängenabhängi­ gen Beugung am Reflexionsgitter des Prismengitters 3 durchläuft das Lichtbündel die GRIN-Linse 2 in ent­ gegengesetzter Richtung. Diese wirkt als Sammellinse und fokussiert die reflektierenden Lichtstrahlen 6 auf die Kerne der Ausgangsfasern 7 der Lichtleit­ faseranordnung 1. Die Ausgangsfasern 7 sind in der Lichtleitfaseranordnung 1 als lineare Faserzeile 8 angeordnet und derart auf die Stirnfläche der GRIN- Linse 2 positioniert, daß die Achse der Ausgangsfa­ serzeile 8, d. h. die Verbindungslinie der Kernmitten der Ausgangsfasern 7, senkrecht zu den Furchen 9 des Reflexionsgitters des Prismengitters 3 orientiert ist. Damit das aus dem Kern der Eingangsfaser 4 austretende Licht auf die Kerne der Ausgangsfasern 7 zurückfokus­ siert wird, muß die Lichtleitfaseranordnung 1 so auf die GRIN-Linse 2 positioniert werden, daß die Ein­ gangsfaser 4 und die Ausgangsfaserzeile 8 im selben Abstand spiegelbildlich zur Achse der GRIN-Linse 2 liegen. In der entlang der Gitterfurchen 9 verlaufen­ den Ebene wirkt das Gitter wie ein gewöhnlicher, wel­ lenlängenunabhängiger Spiegel und bewirkt zusammen mit den Abbildungseigenschaften der GRIN-Linse 2, daß die Einkoppelstelle und ihr Bildpunkt spiegelbildlich zur Linsenachse liegen.The micro-optic GRIN lens grating demultiplexer shown in FIGS . 1 and 2 consists of the optical fiber arrangement 1 , a GRIN lens 2 and a prism grating 3rd This is a flat reflection grating and has the property of reflecting back a striking parallel light beam in different directions depending on its wavelength (angular dispersion). This is shown schematically for a light beam of a defined wavelength. This leads is 1 supplied through an input fiber 4 and the optical fiber array lenbündel in the GRIN lens 2 into a parallel collimated Strah 5. After the wavelength-dependent diffraction at the reflection grating of the prism grating 3 , the light beam passes through the GRIN lens 2 in the opposite direction. This acts as a converging lens and focuses the reflecting light beams 6 onto the cores of the output fibers 7 of the optical fiber arrangement 1 . The output fibers 7 are arranged in the optical fiber arrangement 1 as a linear fiber line 8 and positioned on the end face of the GRIN lens 2 in such a way that the axis of the output fiber line 8 , ie the connecting line of the core centers of the output fibers 7 , perpendicular to the furrows 9 of the reflection grating Prism grid 3 is oriented. So that the light emerging from the core of the input fiber 4 is focused back onto the cores of the output fibers 7 , the optical fiber arrangement 1 must be positioned on the GRIN lens 2 in such a way that the input fiber 4 and the output fiber line 8 at the same distance mirror image to the axis of the GRIN lens 2 . In the run along the grating furrows 9 , the grating acts like an ordinary, wavelength-independent mirror and, together with the imaging properties of the GRIN lens 2 , causes the coupling point and its image point to be a mirror image of the lens axis.

Insgesamt bewirkt die Anordnung von GRIN-Linse 2 und Reflexionsgitter 3, daß bei Einkopplung von monochro­ matischem Licht in die Eingangsfasern 4 deren Kern auf die Ausgangsfaserzeile 8 abgebildet wird. Bei vari­ ierender Wellenlänge wandert dieses Bild stetig über die Ausgangsfaserzeile 8 hinweg. Der Kanalabstand des Demultiplexers entspricht der Wellenlängendifferenz, bei der sich das Bild um einen Faserdurchmesser wei­ tergeschoben hat. Er kann durch die optischen Parame­ ter des Reflexionsgitters (Furchendichte) und der GRIN-Linse 2 (Fokussierungsparameter) und durch den Außendurchmesser der Ausgangsfasern 7 vorgegeben wer­ den. Eine genaue Anpassung an einen vorgegebenen Wert kann erzielt werden, wenn das Mantelglas der in der linearen Ausgangsfaserzeile 8 zusammengefügten Aus­ gangsfasern 7 vorher, auf einer Länge von mehreren mm, bis auf einen passenden Durchmesser durch gleich­ zeitiges Eintauchen der Faserenden in Flußsäure an­ geätzt wird. Die Wellenlängenzuordnung der Kanäle kann durch Verschieben der Lichtleitfaseranordnung 1 entlang der Achse der Ausgangsfaserzeile 8 eingestellt werden. Overall, causes the arrangement of the GRIN lens 2 and reflection grating 3 that when coupling of monochro matic light into the input fibers 4 whose core is imaged on the output fiber line. 8 With a varying wavelength, this image moves continuously over the output fiber line 8 . The channel spacing of the demultiplexer corresponds to the difference in wavelength at which the image has shifted further by a fiber diameter. It can be specified by the optical parameters of the reflection grating (groove density) and the GRIN lens 2 (focusing parameter) and by the outside diameter of the output fibers 7 . A precise adjustment to a predetermined value can be achieved if the cladding glass of the output fibers 7 assembled in the linear output fiber line 8 is previously etched to a length of several mm to a suitable diameter by simultaneously immersing the fiber ends in hydrofluoric acid. The wavelength assignment of the channels can be adjusted by moving the optical fiber arrangement 1 along the axis of the output fiber line 8 .

Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Licht­ leitfaseranordnung 1 (Faser-array), die für einen 17-kanaligen Demultiplexer für eine vieladrige Über­ tragungsstrecke mit Gradientenindexfaser hergestellt wurde. Die Eingangsfaser 4 ist dementsprechend eine Gradientenindexfaser mit 50/125 µm Kern-/Mantel­ durchmesser, an die die Faser der Übertragungsstrecke angespleißt oder angesteckt werden kann. Als Ausgangs­ fasern 7 werden dicht an dicht angeordnete Stufen­ indexfasern mit 200/270 µm Kern-/Manteldurchmesser verwendet. Diese sind aus angeätzten Stufenindexfa­ sern mit 200/300 µm Kern-/Manteldurchmesser herge­ stellt. Als Ätzmittel wurde Flußsäure (HF) verwendet. Fig. 3 shows a cross section through the optical fiber arrangement 1 (fiber array), which was produced for a 17-channel demultiplexer for a multi-core transmission path with gradient index fiber. The input fiber 4 is accordingly a gradient index fiber with a core / cladding diameter of 50/125 μm, to which the fiber of the transmission link can be spliced or plugged. As the starting fibers 7 , index fibers with a core / cladding diameter of 200/270 µm are used close together. These are made from etched step index fibers with a core / shell diameter of 200/300 µm. Hydrofluoric acid (HF) was used as the etchant.

Die in Fig. 3 dargestellte Lichtleitfaseranordnung 1 für den mikrooptischen Gitter-Demultiplexer mit 17 Kanälen besteht aus zwei Glasplättchen 10, 12, die aus Objektträgergläsern von 1 mm-Dicke gebildet sind, sowie einem weiteren Glasplättchen 11, das als Deck­ glas von 170 µm-Dicke ausgebildet ist (solche Gläser werden üblicherweise bei der Mikroskopie verwendet). Die Ausgangsfaserzeile 8 aus den 17 Ausgangsfasern 7 befindet sich zwischen den Glasplättchen 11 und 12. Auf die in Fig. 3 links dargestellte Innenseite des Glasplättchens 11 und auf die in Fig. 3 rechts dar­ gestellte Innenseite des Glasplättchens 12 sind je­ weils Folien 13 aufgeklebt, die insbesondere aus Stahlfolien von 200 µm-Dicke gebildet sind. Der Man­ teldurchmesser der Ausgangsfaser 7 beträgt 270 µm. Zur Herstellung der Ausgangsfaserzeile 8 der Licht­ leitfaseranordnung 1 werden die Glasplättchen 11, 12 mit den Folien 13 beklebt. Anschließend werden unter Zugabe von Klebstoff, insbesondere Epoxy-Klebstoff, die Ausgangsfasern 7 eingelegt. Dann wird unter Druck auf die Glasplättchen 11, 12 und unter seitlicher Ver­ schiebung der Glasplättchen 11 und 12 relativ zuein­ ander die Ausgangsfaserzeile 8 unter einem Mikroskop fixiert, wobei die Ausgangsfasern 7 zwischen den In­ nenkanten der Folien 13 und den Glasplättchen 11, 12 fixiert werden und nach dem Aushärten des Klebstoffes in dieser Konfiguration verbleiben.The optical fiber arrangement 1 shown in FIG. 3 for the micro-optical grating demultiplexer with 17 channels consists of two glass plates 10, 12 , which are formed from slide glasses of 1 mm thickness, and a further glass plate 11 , which is used as a cover glass of 170 μm. Thickness is formed (such glasses are usually used in microscopy). The output fiber line 8 from the 17 output fibers 7 is located between the glass plates 11 and 12 . Each weils films 13 are adhered to the inner side shown on the left in Fig. 3 of the glass plate 11 and to the in Fig. 3 right is supplied inside of the glass plate 12 which are formed in particular of steel sheets of 200 micron thickness. The man teltameter of the output fiber 7 is 270 microns. To produce the output fiber line 8 of the optical fiber arrangement 1 , the glass plates 11, 12 are glued with the foils 13 . The starting fibers 7 are then inserted with the addition of adhesive, in particular epoxy adhesive. Then, under pressure on the glass plates 11, 12 and with lateral displacement of the glass plates 11 and 12 relative to each other, the output fiber line 8 is fixed under a microscope, the output fibers 7 being fixed between the inside edges of the foils 13 and the glass plates 11, 12 and remain in this configuration after the adhesive has cured.

In entsprechender Weise sind gemäß Fig. 3 auf die linke Unterseite des Glasplättchens 1 und auf die rechte Oberseite des Glasplättchens 11 ebenfalls Folien 14 aufgeklebt, welche insbesondere Stahlfolien von 100 µm-Dicke sind, deren Innenkanten die Eingangs­ faser 4 mit einem Manteldurchmesser von 125 µm ein­ schließen. In entsprechender Weise, wie voranstehend zur Ausbildung der Ausgangsfaserzeile 8 beschrieben, wird die Eingangsfaser 4 durch Epoxy-Klebstoff zwi­ schen den Glasplättchen 1 und 11 sowie den Folien 14 fixiert.3 on the left underside of the glass plate 1 and on the right upper side of the glass plate 11 in a corresponding manner are shown in Fig. Also bonded films 14, which are in particular steel sheets of 100 micron thickness, the inner edges of the input fiber 4 having a cladding diameter of 125 microns lock in. In a corresponding manner, as described above for the formation of the output fiber line 8 , the input fiber 4 is fixed by epoxy adhesive between the glass plates 1 and 11 and the foils 14 .

Die gemessene spektrale Einfügungsdämpfung des Demul­ tiplexers ist in Fig. 4 dargestellt. Es sind die Dämpfungskurven von 15 Kanälen wiedergegeben. Die dargestellten Kurven geben jeweils in dB das Verhält­ nis der aus der entsprechenden Ausgangsfaser 7 ausge­ koppelten Lichtleistung zur in die Eingangsfaser 4 eingekoppelten Lichtleistung wieder, in Abhängigkeit von der Wellenlänge des eingekoppelten Lichtes. Die 15 Kanäle überdecken den Spektralbereich von ca. 0,98 bis 1,41 µm-Wellenlänge, mit mittlerem Kanalab­ stand von 31 µm. Der steile Dämpfungsanstieg der Kurven bedingt eine hohe Übersprechdämpfung von über 30 dB zwischen benachbarten Kanälen. Die Minima der Dämpfungskurven sind als Plateaus näherungsweise kon­ stanter Dämpfung ausgebildet. Dies wird durch die Verwendung der Stufenindex-Ausgangsfasern 7 erreicht, deren Kerndurchmesser von 200 µm sehr viel größer als der der Eingangsfaser 4 von 50 µm ist. Die 1 dB-Brei­ ten der Kanäle betragen zwischen 20 nm und 15 nm (die leichte Abnahme zu den langwelligen Kanälen hin ist auf Abbildungsfehler der GRIN-Linse 2 zurückzuführen). Die Plateaus machen die Einfügungsdämpfung des De­ multiplexers unempfindlich gegen kleine Driften der Senderwellenlänge. Die Einfügungsdämpfungen in den Plateaus liegen zwischen 2,1 dB und 4,2 dB. Davon können ca. 1 dB der nichtidealen Beugungseffizienz des Gitters, der Rest Verlusten beim Ein- und Aus­ koppeln des Lichts in den Demultiplexer und (geringen) Reflexionen beim Übergang zwischen den Komponenten zugeordnet werden.The measured spectral insertion loss of the demul tiplexer is shown in FIG. 4. The attenuation curves of 15 channels are shown. The curves shown each represent in dB the ratio of the light output coupled out from the corresponding output fiber 7 to the light output coupled into the input fiber 4 , depending on the wavelength of the coupled light. The 15 channels cover the spectral range from approx. 0.98 to 1.41 µm wavelength, with an average channel spacing of 31 µm. The steep rise in attenuation of the curves results in a high crosstalk attenuation of over 30 dB between adjacent channels. The minimums of the damping curves are designed as plateaus of approximately constant damping. This is achieved by using the step index output fibers 7 , whose core diameter of 200 μm is very much larger than that of the input fiber 4 of 50 μm. The 1 dB widths of the channels are between 20 nm and 15 nm (the slight decrease towards the long-wave channels is due to aberrations of the GRIN lens 2 ). The plateaus make the insertion loss of the de multiplexer insensitive to small drifts in the transmitter wavelength. The insertion loss in the plateaus is between 2.1 dB and 4.2 dB. Approximately 1 dB of this can be attributed to the non-ideal diffraction efficiency of the grating, the rest to losses when the light is coupled in and out in the demultiplexer and (slight) reflections when the components pass.

Im folgenden werden die Merkmale des Demultiplexers gemäß Fig. 1 bis 3 in Verbindung mit Fig. 4 noch einmal zusammengefaßt:The features of the demultiplexer according to FIGS. 1 to 3 are summarized once again in connection with FIG. 4:

Der Gitter-Demultiplexer ist in kompakter, mikroopti­ scher Bauweise realisiert.The grid demultiplexer is compact, micro-optic construction.

Als abbildendes optisches Element dient eine GRIN-Linse 2 mit großem Durchmesser (5 mm), als win­ keldispersives Element ein Prismengitter 3 (1200 Furchen/mm). Die Verwendung der GRIN-Linse 2 großen Durchmessers erlaubt es, bei hoher Kanalzahl (15) als Ausgangsfasern 7 Stufenindex-Fasern mit stark überdimensionierten Kerndurchmessern (200 µm) zu verwenden. Dies resultiert in Dämpfungskurven mit breiten Plateaus konstanter Einfügungsdämpfung, die eine größere Wellenlängentoleranz der Sender (ins­ besondere Laserdioden) gestatten.A GRIN lens 2 with a large diameter (5 mm) serves as the imaging optical element, and a prism grating 3 (1200 furrows / mm) serves as the winch-dispersive element. The use of the GRIN lens of 2 large diameters makes it possible to use 7 step index fibers with greatly oversized core diameters (200 µm) as output fibers with a high number of channels (15). This results in attenuation curves with broad plateaus of constant insertion loss, which allow a greater wavelength tolerance of the transmitters (especially laser diodes).

Die lineare Zeile 8 der Ausgangsfasern 7 wird durch ein­ faches Fixieren der dicht an dicht liegenden Ausgangs­ fasern 7 zwischen zwei Objektträgergläsern 11, 12 her­ gestellt. Der genaue Kanalabstand kann (in gewissen Grenzen) durch vorheriges Anätzen der Ausgangsfasern 7 kontinuierlich variiert werden. Der Demultiplexer be­ sitzt bei hoher Kanalzahl geringe Einfügungs- und hohe Übersprechdämpfungen. Der gleiche Aufbau läßt sich bei Verwendung eines Reflexionsgitters 3 mit 1,5 µm Blazewellenlänge für einen Demultiplexer ver­ wenden, der im Spektralbereich des "3. Fensters" (ca. 1,4 µm bis 1,7 µm) arbeitet.The linear line 8 of the output fibers 7 is made by fixing the close-lying output fibers 7 between two slide glasses 11, 12 ago. The exact channel spacing can be varied continuously (within certain limits) by previously etching the output fibers 7 . The demultiplexer has low insertion and high crosstalk attenuation with a high number of channels. The same structure can be used when using a reflection grating 3 with a 1.5 µm blaze wavelength for a demultiplexer that works in the spectral range of the "3rd window" (approx. 1.4 µm to 1.7 µm).

Der gleiche Aufbau, der hier für die Verwendung in einer vielmodigen Übertragungsstrecke dargestellt wurde, läßt sich auch für eine Monomode-Strecke be­ nutzen, wenn als Eingangsfaser statt der Multimode- Gradientenindex-Faser (50/125 µm) eine Monomode- Faser von z. B. 9/125 µm verwendet wird.The same construction that is here for use in represented a multimodal transmission path was, can also be for a single-mode route use if as input fiber instead of multimode Gradient index fiber (50/125 µm) a single mode Fiber of e.g. B. 9/125 microns is used.

Es wird nachfolgend noch der Aufbau eines für eine vielmodige Übertragungsstrecke mit Gradientenindex­ faser verwendbaren mikrooptischen Gitter-Multiplexers beschrieben, der das Komplement zum vorher beschrie­ benen Demultiplexer darstellt. Der Aufbau entspricht der Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2, ein Quer­ schnitt durch die Lichtleitfaseranordnung 1 ist in Fig. 5 abgebildet. The structure of a micro-optical grating multiplexer that can be used for a multi-mode transmission link with a gradient index fiber is described below, which is the complement to the demultiplexer described above. The structure corresponds to the arrangement according to FIGS. 1 and 2, a cross section through the optical fiber arrangement 1 is shown in Fig. 5.

Diese Lichtleiterfaseranordnung besteht aus drei Glasplättchen 20, 21, 22 mit darauf aufgeklebten Folien 23, 24, welche eine Eingangsfaserzeile 25 mit 17 Eingangsfasern 26 bzw. eine einzelne Aus­ gangsfaser 27 einschließen. Die Eingangsfaserzeile 25 wird in entsprechender Weise wie die Ausgangs­ faserzeile 8 gemäß Fig. 3 hergestellt. Die Dicke des Glasplättchens 21 beträgt 170 µm, die Dicke des Glasplättchens 22 beträgt 1 mm. Die 17 Eingangsfa­ sern 26 sind Monomode-Fasern mit 9/25 µm Kern-/Man­ teldurchmesser, welche aus angeätzten Standard-Mono­ mode-Fasern mit 9/125 µm Kern-/Manteldurchmesser durch Anätzen in Flußsäure hergestellt sind. Die Fo­ lien 23 sind Stahlfolien von 20 µm-Dicke. Durch Zuga­ be von Epoxy-Klebstoff wird die Konfiguration der Eingangsfaserzeile 25 unter dem Mikroskop unter Druck auf die beiden Glasplättchen 21, 22 und unter Relativ­ verschiebung dieser Glasplättchen 21, 22 zueinander hergestellt. Anschließend wird die Ausgangsfaser 27 zwischen das Glasplättchen 20 von 1 mm-Dicke und das Glasplättchen 21 eingebracht. Die Ausgangsfaser 27 ist eine Gradientenindex-Faser mit 50/125 µm Kern-/ Manteldurchmesser. Die Folien 24 sind Stahlfolien von 100 µm-Dicke.This optical fiber arrangement consists of three glass plates 20, 21, 22 with films 23, 24 glued thereon, which include an input fiber line 25 with 17 input fibers 26 or a single output fiber 27 . The input fiber line 25 is produced in a manner corresponding to the output fiber line 8 according to FIG. 3. The thickness of the glass plate 21 is 170 microns, the thickness of the glass plate 22 is 1 mm. The 17 input fibers 26 are monomode fibers with a 9/25 µm core / jacket diameter, which are produced from etched standard monomode fibers with a 9/125 µm core / jacket diameter by etching in hydrofluoric acid. The foils 23 are steel foils with a thickness of 20 μm. By adding epoxy adhesive, the configuration of the input fiber line 25 is produced under the microscope under pressure on the two glass plates 21, 22 and with relative displacement of these glass plates 21, 22 to one another. Subsequently, the output fiber 27 is inserted between the glass plate 20 of 1 mm thickness and the glass plate 21 . The output fiber 27 is a gradient index fiber with 50/125 µm core / cladding diameter. The foils 24 are steel foils with a thickness of 100 μm.

Die 1 dB-Breiten der mit dieser Anordnung erhaltenen, in Fig. 6 dargestellten Dämpfungskurven liegen zwi­ schen 32 nm und 40 nm und sind damit größer als die der in Fig. 5 dargestellten Dämpfungskurven des kom­ plementären Demultiplexers. Die Wellenlängentoleranz der Sende-Laserdioden ist mit diesem Aufbau also allein durch den Demultiplexer eingeschränkt. Die großen Kanalbreiten des Multiplexers werden durch den kleinen gegenseitigen Abstand der Fasern in der Ein­ gangsfaserzeile 25 erreicht (enger als der 50 µm- Kerndurchmesser der Ausgangsfaser).The 1 dB widths of the attenuation curves obtained with this arrangement and shown in FIG. 6 are between 32 nm and 40 nm and are therefore larger than those of the attenuation curves of the complementary demultiplexer shown in FIG. 5. With this design, the wavelength tolerance of the transmission laser diodes is limited solely by the demultiplexer. The large channel widths of the multiplexer are achieved by the small mutual spacing of the fibers in the input fiber line 25 (narrower than the 50 μm core diameter of the output fiber).

Im folgenden werden die Eigenschaften des für eine vielmodige Glasfaserstrecke verwendbaren Multiplexers noch einmal zusammengefaßt:The following are the properties of the one multi-mode fiber optic link usable multiplexer summarized again:

Der Gitter-Multiplexer ist in kompakter, mikroopti­ scher Konfiguration aufgebaut.The grating multiplexer is in a compact, micro-optic configuration.

Als abbildendes optisches Element dient eine GRIN- Linse 2 (⌀ 2 mm), als winkeldispersives Element ein Prismengitter 3 (300 Furchen/mm).A GRIN lens 2 (⌀ 2 mm) serves as the imaging optical element, and a prism grating 3 (300 furrows / mm) serves as the angle-dispersive element.

Um die Wellenlängentoleranz der Sender (insbesondere Laserdioden) auf der Multiplexerseite nicht unnötig einzuschränken, müssen die Kanalbandbreiten des Mul­ tiplexers mindestens ebenso groß wie die des komple­ mentären Demultiplexers sein. Dies erfordert, daß die Eingangsfasern 26 möglichst eng zusammengedrückt werden (mindestens kleiner 50 µm). Am einfachsten geschieht dies durch Verwenden von Standard-Monomode-Fasern mit auf einer Länge von einigen mm auf einen passenden Durchmesser abgeätzten Mänteln. Die Standard-Mono­ modepigtails der Sende-Laserdioden können an die so hergestellten Eingangsfasern des Multiplexers pro­ blemlos angespleißt oder -gesteckt werden. In order not to unnecessarily restrict the wavelength tolerance of the transmitters (in particular laser diodes) on the multiplexer side, the channel bandwidths of the multiplexer must be at least as large as that of the complementary demultiplexer. This requires that the input fibers 26 be pressed together as closely as possible (at least less than 50 μm). The easiest way to do this is to use standard monomode fibers with sheaths etched to a suitable diameter a few mm in length. The standard mono-mode pigtails of the transmitter laser diodes can be easily spliced or plugged into the input fibers of the multiplexer thus produced.

Die lineare Zeile 25 der geätzten Eingangsfasern 26 wird auf einfache Weise durch Fixieren der dicht an dicht liegenden Fasern 26 zwischen einem Objektträger- bzw. Deckgläschen hergestellt. Der Kanalabstand kann durch den Restdurchmesser der Fasern 26 kontinuierlich vari­ iert werden.The linear line 25 of the etched input fibers 26 is prepared in a simple way by fixing the closely packed fibers 26 lying between a slide glass and cover glass. The channel spacing can be varied continuously by the remaining diameter of the fibers 26 .

Der Multiplexer besitzt bei hoher Kanalzahl (15) ge­ ringe Einfügungs- und hohe Gegensprechdämpfungen.The multiplexer has a high number of channels (15) rings insertion and high intercom.

Der gleiche Aufbau läßt sich bei Verwendung eines Reflexionsgitters mit 1,5 µm Blazewellenlänge für einen Demultiplexer verwenden, der im Spektralbereich des "3. Fensters" arbeitet (ca. 1,4 µm bis 1,7 µm).The same structure can be used when using a Reflection grating with 1.5 µm blaze wavelength for use a demultiplexer in the spectral range of the "3rd window" works (approx. 1.4 µm to 1.7 µm).

Claims (6)

1. Lichtleitfaseranordnung für mikrooptische Git­ ter-Multiplexer und -Demultiplexer, insbesondere GRIN- Linsen-Multiplexer und -Demultiplexer, aus einer An­ zahl dicht an dicht nebeneinander auf einem gemein­ samen Träger angeordneten Lichtleitfasern, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus mindestens zwei, die Lichtleitfa­ sern (4, 7; 26, 27) sandwich-artig im Zwischenraum einschließenden Glasplättchen (10-12; 20-22) ge­ bildet ist und daß zur seitlichen Eingrenzung der Lichtleitfasern (4, 7; 26, 27) auf die zum Zwischen­ raum gerichteten, diametral gegenüberliegenden In­ nenflächen der Glasplättchen (10-12; 20-22) je ei­ ne Folie (13, 14; 23, 24) aufgeklebt ist, deren Dicke kleiner ist als der Manteldurchmesser der Lichtleit­ fasern (4, 7; 26, 27), so daß die Innenkanten der Fo­ lien (13, 14; 23, 24) die Lichtleitfasern (4, 7; 26, 27) zwischen sich einschließen, wobei die Lichtleitfa­ sern (4, 7; 26, 27) mit den Glasplättchen (10-12; 20-22) und die Glasplättchen (10-12; 20-22) mit den Folien (13, 14; 23, 24) verklebt sind. 1. Optical fiber arrangement for micro-optical Git ter multiplexer and demultiplexer, in particular GRIN lens multiplexer and demultiplexer, from a number close to each other on a common carrier arranged optical fibers, characterized in that the carrier from at least two, the Lichtleitfa sern ( 4, 7; 26, 27 ) sandwich-like in the space enclosing glass plate ( 10-12; 20-22 ) ge is formed and that for lateral limitation of the optical fibers ( 4, 7; 26, 27 ) to the intermediate space-oriented, diametrically opposite inner surfaces of the glass plates ( 10-12; 20-22 ) are glued on each foil ( 13, 14; 23, 24 ), the thickness of which is smaller than the cladding diameter of the optical fibers ( 4, 7; 26 , 27 ), so that the inner edges of the foils ( 13, 14; 23, 24 ) enclose the optical fibers ( 4, 7; 26, 27 ) between them, the optical fibers ( 4, 7; 26, 27 ) with the Glass plates ( 10-12; 20-22 ) and the glass plates ( 10-12; 20-22 ) are glued to the foils ( 13, 14; 23, 24 ). 2. Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein drittes Glasplätt­ chen (11; 21) umfaßt, das in dem mit einem der beiden anderen Glasplättchen (10, 12; 20, 22) gebildeten Zwischenraum eine einzige Lichtleitfaser (4; 27) ein­ schließt, wobei zur seitlichen Eingrenzung dieser einen Lichtleitfaser (4; 27) auf die diametral gegen­ überliegenden Innenflächen der beiden den Zwischen­ raum bildenden Glasplättchen (10, 11; 20, 21) je eine Folie (14; 24) aufgeklebt ist, deren Dicke kleiner ist als der Manteldurchmesser der einen Lichtleitfaser (4; 27).2. Optical fiber arrangement according to claim 1, characterized in that the carrier chen Chen a third glass plate ( 11; 21 ) which in the one with the other two glass plates ( 10, 12; 20, 22 ) formed a single optical fiber ( 4; 27 ) includes, a film ( 14; 24 ) being glued onto the diametrically opposite inner surfaces of the two glass plates ( 10, 11; 20, 21 ) forming the intermediate space, for lateral limitation of this one optical fiber ( 4; 27 ), whose thickness is smaller than the cladding diameter of one optical fiber ( 4; 27 ). 3. Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Glasplättchen (11; 21) ein Deckgläschen von etwa 170 µm Dicke und die oberen und unteren Glasplättchen (10, 12; 20, 22) Objektträgergläser von etwa 1 mm Dicke sind.3. Optical fiber arrangement according to claim 2, characterized in that the middle glass plate ( 11; 21 ) is a cover glass of about 170 microns thick and the upper and lower glass plates ( 10, 12; 20, 22 ) are slide glasses of about 1 mm thick. 4. Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung als De­ multiplexer (Fig. 3) die einzelne Lichtleitfaser als Eingangsfaser (4) eine Gradientenindex-Faser mit einem Manteldurchmesser von 125 µm und einem Kerndurchmes­ ser von 50 µm ist und die Folie (14) eine Stahlfolie von 100 µm ist und daß die Ausgangsfasern (7) der Aus­ gangsfaserzeile 8 Stufenindex-Fasern mit einem Mantel­ durchmesser von 270 µm und einem Kerndurchmesser von 200 µm sind und daß die Folie (13) der Ausgangsfaser­ zeile 8 eine Stahlfolie von 200 µm ist. 4. Optical fiber arrangement according to claim 2 and 3, characterized in that for training as a de multiplexer ( Fig. 3), the individual optical fiber as input fiber ( 4 ) is a gradient index fiber with a jacket diameter of 125 microns and a core diameter of 50 microns and the film ( 14 ) is a steel film of 100 microns and that the output fibers ( 7 ) from the output fiber line 8 step index fibers with a cladding diameter of 270 microns and a core diameter of 200 microns and that the film ( 13 ) of the output fiber line 8th is a steel foil of 200 µm. 5. Lichtleitfaseranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwendung als Multi­ plexer (Fig. 5) die einzelne Lichtleitfaser (27) als Ausgangsfaser eine Gradientenindex-Faser mit 50/124 µm- Kern-/Manteldurchmesser und die Eingangsfasern (26) der Eingangsfaserzeile (25) Monomode-Fasern mit 9/25 µm- Kern-/Manteldurchmesser sind, wobei die zugehörigen Folien (24 bzw. 23) Stahlfolien von 100 µm-Dicke bzw. 20 µm-Dicke sind.5. Optical fiber arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that for use as a multi plexer ( Fig. 5), the individual optical fiber ( 27 ) as the output fiber, a gradient index fiber with 50/124 µm core / cladding diameter and the input fibers ( 26 ) of the input fiber line ( 25 ) are monomode fibers with 9/25 µm core / cladding diameter, the associated foils ( 24 or 23 ) being steel foils of 100 µm thickness or 20 µm thickness. 6. Lichtleitfaseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außendurch­ messer der Lichtleitfasern (7, 26) der Ausgangsfaser­ zeile (8) bzw. Eingangsfaserzeile (25) durch Anätzen der Fasermäntel variierbar sind, wobei als Ätzmittel Flußsäure (HF) verwendet wird.6. Optical fiber arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the outer diameter of the optical fibers ( 7, 26 ) of the output fiber line ( 8 ) or input fiber line ( 25 ) can be varied by etching the fiber jackets, with hydrofluoric acid (HF) as the etchant ) is used.
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