DD228365A1 - Anordnung fuer optische daempfungsglieder - Google Patents

Abstract

Die erfindungsgemaesse Anordnung gewaehrleistet eine von der Wellenlaenge unabhaengige transmittierte Daempfung mit hohem Reproduktionsgrad und grosser Genauigkeit sowohl fuer inkohaerentes als auch fuer kohaerentes Licht. Erreicht wird dies dadurch, dass in einer ersten Bildebene des Strahlenganges zwischen zwei Lichtleitern als Daempfungselement eine mit in abwechselnder Reihenfolge optisch binaer wirkenden Ringflaechen versehene Filterscheibe angeordnet ist und zwecks Defokussierung unmittelbar hinter weiteren darauffolgenden Bildebenen jeweils eine mit in abwechselnder Reihenfolge optisch binaer wirkenden Ringflaechen versehene Filterscheibe angeordnet ist. Die Anordnung eignet sich fuer Mess- und Abgleichzwecke in Lichtleiter-Nachrichtenuebertragungsanlagen. Fig. 4

Description

Berlin, den 17. 2. 1983 ze-seht 29170/->-7

Anmelder Dipl.-Phys. Dieter Eberlein ES-Ing. Wolfgang Lippmann

Anordnung für optische Dämpfungsglieder

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für optische Dämpfungsglieder, die beispielsweise in Lichtleiter-Hachrichtenübertragungsanlagen zum Erzielen definierter Dämpfungswerte eingesetzt werden.

Charakteristik bekannter technischer Lösungen

In Lichtleiter-Nachrichtenübertragungsanlagen werden für Messungen und Abgleicharbeiten feste oder variable optische Dämpfungsglieder benötigt, die möglichst unabhängig von der Lichtwellenlänge eine hohe Reproduzierbarkeit und Genauigkeit aufweisen müssen. Darüber

hinaus sollen sie eine geringe Einfügedämpfung besitzen und stabil gegenüber Umwelteinflüssen sein. Bekannte Wirkungsweisen zur Dämpfung von Lichtwellen sind das geometrische Schwächungsprinzip (Aperturfläche wird mehr oder weniger abgedeckt) und das physikalische Schwächungsprinzip. Bei letzterem werden verschiedene physikalische Effekte, wie Reflexion, Brechung, Absorption, Polarisation, zur Erzielung einer Dämpfung ausgenutzt.

In der Lichtleitertechnik wird überwiegend von der Absorption und der Reflexion Gebrauch gemacht. Allgemein bekannt ist der Einsatz von mit Potoschichten versehenen Pilterscheiben mit Pestdämpfungswerten für Wellenlängen von 800 nm bis 1,25 /um mit einer Genauigkeit von +0,1 dB, vgl, "Zeitschrift für technnische Physik», 1934/7, S. 270 - 273. Andere Anordnungen liefern entweder keine nennenswerten Ergebnisse infolge der Wellenlängenabhängigkeit der Transmission, vgl. Mayer-Seitz, "Ultraviolette Strahlen", Verlag Berlin 1949, S. 130 - 131, oder die Herstellung solcher Schichten ist mit einem relativ hohen technologischen Aufwand verbunden, vgl. "Applied Physics", 1979 Vol. 18, S. 1460.

Bekannt ist ferner das Verschmelzen der Systemfaser eines Lichtleiters mit einem parallel dazu verlaufenden Blindfaserstück, um eine feste Dämpfung zwischen 0 dB und 20 dB zu erreichen. Hierbei wird der Schmelzvorgang längs der beiden Pasern solange aufrecht erhalten, bis ein an den Lichtleiter angeschlossenes Meßgerät die gewünschte Dämpfung anzeigt, vgl. DE-PS 3 042 587, G 02 B/5.14. An der Schmelzstelle erfährt die Systemfaser eine Durchbiegung. Je stärker die Krümmung wird, desto größer wird die Dämpfung. Auf diese Weise läßt sich jedoch nur ein bestimmter Dämpfungswert irreversibel einstellen.

Danach haftet allen bekannten Dämpfungsgliedern der Nachteil an, daß sie hinsichtlich Reproduzierbarkeit und Genauigkeit nicht optimal sind· Absolute Dämpfungswerte sind nur durch Eichkurven oder Messungen feststellbar·

Filterscheiben mit Fotoschichten eignen sich nur für einen bestimmten Wellenlängenbereich. Ferner lassen sich bei Dämpfungsgliedern, die alle auf dem gleichen Y/irkprinzip beruhen, Verzerrungen, wie sie z· B· bei einem Graustufenfilter infolge der Nichtlinearität der Kennlinie der Fotoschicht auftreten, 'nicht vermeiden·

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, eine Anordnung für optische Dämpfungsglieder für inkohärentes und kohärentes Licht zu schaffen, mit der sich unabhängig von der Wellenlänge definierte Dämpfungswerte erreichen lassen·

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für optische Dämpfungsglieder zu schaffen, deren Festdämpfungswert sich in einfacher Weise verändern läßt und die hinsichtlich Reproduzierbarkeit und Genauigkeit optimale Werte bringt·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer ersten Bildebene des Strahlenganges zwischen zwei Lichtleitern als Dämpfungselement eine mit in abwechselnder Reihenfolge optisch binär wirkenden Ringflächen versehene Filterscheibe angeordnet ist und zwecks Defokussierung unmittelbar hinter weiteren darauffolgenden Bildebenen jeweils eine mit in abwechselnder Reihenfolge optisch binär wirkenden Ringflächen versehene Filterscheibe angeordnet ist· Jede Filterscheibe realisiert je nach ihrer Transmission

dabei einen bestimmten Dämpfungswert· Die einzelnen Ringflächen der Filterscheiben besitzen dabei abwechselnd die Transparenz O (schwarz) oder die Transparenz 1 (optisch durchlässig)·

Für einen bestimmten Dämpfungswert über den gesamten Querschnitt eines Jjichtleiters ist es zweckmäßig, die Breiten der optisch durchlässigen Ringflächen gleich groß zu wählen·

Ausführungsbeispiel

Anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Hierin zeigen

Pig· 1 eine Filterscheibe mit 4 optisch durchlässigen Ringflächen in vergrößertem Maßstab,

Pig· 2 einen Teil der Transparenzfunktion der FiI-'terscheibe gemäß Pig. 1,

3a bis c Kurven von -Intensitätsverläufen und

Pig. 4 eine Anordnung für zwei Bildebenen mit entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung ausgebildeten Pilterscheiben·

Alle Figuren sind nicht maßstabgerecht gezeichnet. Die Herstellungsdaten einer optisch binär wirkenden Filterscheibe, lassen sich aufgrund vorgeschriebener Eigenschaften durch Synthese ermitteln· Zu einer synthetisierten Darstellung einer optisch binär wirkenden Filterscheibe mit optisch durchlässigen und undurchlässigen Ringflächen gehört eine diskrete Abtastung der optisch durchlässigen Ringflächen. Sind r1 bis r4

die η Abtastradien und ra1 bis ra4 die η großen Grenz radien und ri1 bis ri4 die η kleinen Grenzradien und b1 bis b4 die η Breiten der jeweiligen optisch durchlässigen Grenzflächen, dann gilt zum Beispiel für η = 2 für einen großen Grenzradius ra2

ra2 = r2 + ^l (1)

und für den dazugehörigen kleinen Grenzradius ri2

ri2 = r2 - ^|, (2)

vgl. Fig. 1 und 2. Wird die Anzahl aller optisch durchlässigen Ringflächen mit Q bezeichnet, so gilt für die Transparenz H beziehungsweise Durchlässigkeit aller optisch durchlässigen Ringflächen Q die Beziehung:

τ

n^ 1

H (r) - > (circ -|- -.circ ^) (3)

1 für 0 χ 1 mit circ χ =

sonst

t:

Es ergibt sich somit für eine Filterscheibe eine diskrete Struktur gemäß Fig. 3b.

Ein bestimmter Dämpfungswert a in dB ergibt sich aus dem zugehörigen Leistungsverhältnis der einfallenden Leistung Pe zur austretenden Leistung Pa

a = - 10 log (|§) in dB (4)

Die Dämpfung a berechnet sich aus dem Verhältnis der in die Filterscheibe eintretenden lichtintensität Ie zur austretenden Lichtintensität la· Pur inkohärentes Licht ergibt sich die Dämpfung aus dem Verhältnis der jeweiligen optisch durchlässigen Ringfläche zur Summe aller optisch durchlässigen Ringflächen· Für kohärentes Licht wäre dieses Verhältnis noch zu quadrieren.

In Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen der Transparenz und den einzelnen Radien erkennbar. Mit z2 ist die Breite einer Ringzone bezeichnet, die vom mittleren Radius einer schwarzen Ringfläche bis zum mittleren Radius der nächsten schwarzen Ringfläche reicht. Dieser Abstand schließt die Breite b2 der zugehörigen optisch durchlässigen Ringfläche mit ein· Mit rmax ist der größte vorliegende Radius bezeichnet. Zwischen der Breite zn der zugehörigen Ringzone, der Anzahl Z aller Ringzonen und dem größten vorliegenden Radius rmax besteht im Hinblick auf die Dämpfung für einen Ring η folgender Zusammehang:

an = -10 k . log ^g dB für k = 1 inkohärent (5)

k = 2 kohärent

Für alle zn gilt: zn = ±~± (6)

Ferner gilt für die Abtastradien

Durch Beugung oder geringfügige Defokussierung des aus einer Filterscheibe austretenden Lichtes in der darauf-

folgenden Bildebene läßt sich die diskrete Struktur glätten, vgl. Pig. 3c

In Pig. 4 ist eine Anordnung mit zwei entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung ausgebildeten Filterscheiben F1;F2 dargestellt. Weiter zeigt die Anordnung zwei Lichtleiter L1;L2, zwei Mikroobjektive M1;M2 und eine Linse L. Mit B1;B2 sind die Bildebenen und mit f die Brennweite bezeichnet. Die Entfernungen zwischen der Linse L und den beiden Bildebenen B1;B2 beträgt 2f ·

Die mit Licht ausgefüllte Querschnittsfläche eines ersten Lichtleiters L1 wird mittels eines ersten Mikroobjektivs LH, das entsprechend korrigiert ist, vergrößert in der ersten Bildebene B1, in der sich auch die erste Filterscheibe F1 befindet, abgebildet. Den Intensitätsverlauf He vor der ersten Filterscheibe F1 zeigt Fig. 3a· Die Filterscheibe F1 realisiert mit einer entsprechenden Anzahl optisch durchlässiger Ringflächen gleicher Breite b einen bestimmten Dämpfungswert a· Mittels der Linse L findet eine 1 : 1-Abbildung in der zweiten Bildebene B2 statt· Die zweite Filterscheibe F2 ist in Strahlrichtung etwas hinter der zweiten Bildebene B2 angeordnet· Hierdurch ergibt sich für das Licht eine Defokussierung· Der Intensitätsverlauf I2e des Lichtes in der Ebene B2 ist aus Fig. 3b erkennbar und der Intensitätsverlauf I2a unmittelbar vor der Filterscheibe F2 aus der Fig.. 3c·

Das zweite Mikroobjektiv M2 verkleinert die Querschnittsfläche wieder auf das ursprüngliche Maß zur Einleitung des Lichtes in den zweiten Lichtleiter L2· Die Bildebene hinter dem zweiten Mikroobjektiv M2 liegt ebenfalls etwas vor der Stirnfläche des zweiten Lichtleiters, so daß auch hier noch eine geringfügige

Defokussierung stattfindet. In diese Anordnung können weitere Filterscheiben eingesetzt werden. Ist der Durchmesser eines lichtleiters 50 /um und hat das erste Mikroobjektiv·M1 einen Vergrößerungsfaktor von q = 100, dann ergibt sich rmax = 2,5 mm. Bei einer Anzahl von 50 Ringflächen ergibt das eine zulässige Breite einer Ringfläche von bz s 50/um. Diese zulässige Breite bz läßt sich reduzieren, um verschiedene Dämpfungswerte zu erreichen.

Pur inkohärentes Licht in Lichtleiter-Nachrichtenübertragungsanlagen liegen die Werte der Ringbreiten bz zwischen 5/um (a - 10 dB) bis 48,9/Um (a = 0,1 dB). Mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung, zum Beispiel einem in drei Freiheitsgraden arbeitenden Manipulator können Filterscheiben mit verschiedenen Dämpfungswerten in den Strahlengang gebracht werden. V/erden zum Beispiel in der ersten Bildebene B1 einzelne Filterscheiben mit festen in Schritten von 1 dB abgestuften Dämpfungswerten zwischen 0 dB und 10 dB und unmittelbar hinter der zweiten Bildebene B2 einzelne Filterscheiben mit festen in Schritten von 0,1 dB abgestuften Dämpfungswerten zwischen 0 dB und 1 dB sowie eine Filterscheibe von 10 dB angeordnet, so sind 120 Dämpfungswerte durch jeweilige Addition realisierbar.

Es lassen sich auch beliebig andere Dämpfungswerte, zum Beispiel höhere Dämpfungswerte mit entsprechenden gröberen Abstufungen (20 dB/O,2 dB), erreichen. Es liegt im Sinne der Erfindung, die Anordnung von Filterscheiben unmittelbar hinter entsprechenden Bildebenen zu wiederholen, zum Beispiel um höhere Dämpfungswerte zu erreichen. Die Verluste an den Oberflächen der Filterscheiben, zum Beispiel durch Reflexion, sind für alle Scheiben anteilmäßig gleich groß und daher kalkulierbar. Sie bedeuten einen fest einzubeziehenden Dämpfungswert (Gerätekonstante)y

Die Herstellung der Filterscheiben geschieht zum Beispiel in der Weise, daß ein geeigneter schwarzer Lack auf eine relativ große Glasplatine aufgebracht wird. Mit einem entsprechenden Schneidgerät werden im vergrößerten Maßstab Kreise mit entsprechenden Abständen in die Lackschicht geschnitten oder geritzt und die jeweilig zutreffenden Ringflächenbereiche von der Glasplatine abgelöst. Danach erfolgt eine in mehreren Stufen ablaufende Verkleinerung auf hochempfindliche Potoplatten, die die eigentlichen Filterscheiben darstellen und sich in einfacher Weise vervielfältigen lassen·

Claims (3)

Erfindungsanspruch

1. Anordnung zur Einstellung definierter Pestdämpfungswerte für optische Dämpfungsglieder in Lichtleiter-Nachrichtenübertragungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Bildebene (B1) des Strahlenganges zwischen zwei Lichtleitern (L1;L2) als Dämpfungselement eine mit in abwechselnder Reihenfolge optisch binär wirkenden Ringflächen (b1 bis b4) versehene Filterscheibe' (F1) angeordnet ist und zwecks Defokussierung unmittelbar hinter weiteren darauffolgenden Bildebenen (B2) jeweils eine mit in abwechselnder Reihenfolge optisch binär wirkenden Ringflächen (b1 bis b4) versehene Filterscheibe (F2) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch durchlässigen Ringflächen gleiche Breite aufweisen.

Hierzu

3 Seiten Zeichnungen.