DE102005050747A1 - Multiplex-Sender für Polymerfaserübertragung und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Multiplex-Sender für Polymerfaserübertragung und Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Multiplex-Sender für Polymerfaserübertragung und ein Verfahren zu dessen Herstellung. DOLLAR A Erfindungsgemäß besitzt der Multiplex-Sender einen Grundkörper mit Aussparungen, in denen Wellenleiter der Eingangskanäle sowie Wellenleiter des oder der Ausgangskanäle angeordnet sind, wobei sowohl der Grundkörper mit Aussparungen als auch die Wellenleiter Spritzgussteile sind. DOLLAR A Im Verfahren zur Herstellung eines Multiplex-Senders für Polymerfaserübertragung werden in einem ersten Verfahrensschritt der Grundkörper mit den Aussparungen als Spritzgussteil hergestellt, während in einem zweiten Verfahrensschritt die Wellenleiter ebenfalls durch Spritzguss in Aussparungen des Grundkörpers eingebracht werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Multiplex-Sender für Polymerfaserübertragung mit einem oder mehreren Ausgangskanälen für den Anschluss einer oder mehrerer polymeroptischer Fasern, einem oder mehreren Eingangskanälen für den Anschluss von Fotosendern sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung
  • Moderne optische Kommunikationssysteme nutzen durch Anwendung von hochbitratigen Übertragungskanälen eine hohe Bandbreite der optischen Fasern. Um die Möglichkeit der Übertragung von Informationen über die Faser nutzen zu können, sind senderseitig Sendermodule und empfangsseitig Empfängermodule notwendig.
  • Anwendungen der optischen Technologien der Kommunikationstechnik besitzen ein überaus breites Anwendungsfeld. Von großen Teilen des bestehenden Telekommunikationsnetzes über Multimediaübertragung im Automobil bis hin zur Datenübertragung im Büro- und im Heimbereich. Optische Datenübertragung bietet hohe Übertragungskapazität, ist wenig empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen und bietet gleichzeitig elektrische Isolierung zwischen Sender und Empfänger. Auch sind optische Fasern, insbesondere Kunststofffasern, billiger und wesentlich leichter als Kupferkabel mit gleicher Kapazität und decken zudem einen größeren Entfernungsbereich ab.
  • Die Mitte der 90er Jahre aufgekommene Wellenlängenmultiplex-Technik (Wavelength Division Multiplex, WDM) erlaubte es, die Übertragungskapazität der damals hauptsächlich verwendeten Glasfasern deutlich zu steigern. Mit diesem Verfahren werden die einzelnen zu übertragenden Daten nicht mehr in einer zeitlichen Anordnung hintereinander auf dem Fasermedium übertragen, sondern gleichzeitig auf dem Lichtwellenleiter geführt. Derzeit wird daran gearbeitet, die im optischen Fernbereich (Wellenlänge λ = 1,3 ... 1,7 μm) erfolgreiche WDM-Technik in den Bereich der Nahbereichsnetze mit Übertragungslängen unter 2000 m einzuführen.
  • Hier arbeitet man mit Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich und benutzt als Übertragungsmedium Polymerfasern (POF), da in dieser Anwendungsebene die Bauteile möglichst kostengünstig für den Endanwender hergestellt werden müssen.
  • Besondere Bedeutung erhält der Bereich der mobilen Multimedia-Anwendungen. Neben der höheren Datenrate und der damit verbesserten Integration multimedialer Anwendungen im Bussen oder Automobilen werden zudem erhebliche Gewichtsreduzierungen des Kabelbaums zu erwarten sein.
  • Um zu einem komplexen optischen Datenübertragungssystem unter Berücksichtigung der vorgenannten Aspekte zu kommen, müssen mehrere Einzelaufgaben gelöst werden. Hierzu gehört unter anderem die Zusammenführung wellenlängencodierter Einzelsignale zu einem multiplexten Gesamtssignal.
  • Hierzu existiert z.B. eine Lösung des Fraunhofer Instituts IIS in Erlangen: In der Patentanmeldung DE000010240057A1 wird eine Anordnung vorgeschlagen, welche mit Hilfe von wellenlängenabhängigen Spiegeln sowohl Licht in seine Farbanteile aufspalten und auf einzelne Polymerfasern räumlich trennend verteilen oder aber auch im Sinne eines Multiplexers vereinigen kann. Allerdings ist der mechanische Aufbau dieser Lösung sehr anspruchsvoll und damit kostenaufwendig, so dass ein solcher Aufbau für den low-cost-Bereich des Konsumentenmarktes (Heim – und Automobil) nicht geeignet ist.
  • Eine Vereinfachung der Herstellung von Modulen der optischen Datentechnik im Sinne kostengünstigerer Massenfertigung wird durch die Anwendung der Spritzgusstechnik erreicht. Hier existieren aus den Lösungen der DE 41 09 651 A1 , der DE 100 43 324 A1 der DE 600 05 018 sowie der bereits erwähnten DE 102 40 057 A1 Hinweise zur Anwendung dieser Technologie. Das Spritzgießen wird dabei allerdings nur für die Herstellung von Einzelteilen der optischen Module vorgeschlagen, wodurch der aufwandsminimierende Effekt der Anwendung des Spritzgießens begrenzt ist.
  • Die wichtigsten Nachteile des bekannten Standes der Technik, für die eine Zusammenfassung in Daum et al: "POF Optische Polymerfasern für die Datenkommunikation", Springer-Verlag, 2001, vorliegt, bestehen in der Baugröße und in der aufwändigen Herstellungsweise, die nicht für eine konsequente Massenproduktion wirklich kostengünstiger Module geeignet ist.
    •
  • Die Aufgabe der Erfindungen ist es daher, einen kostengünstig herzustellenden Multiplex-Sender für Polymerfaserübertragung zu entwickeln, der ohne Einbußen an Übertragungs- und Signalverarbeitungsqualität die einfache und kostenminimierte Gestaltung komplexer optischer Übertragungssysteme gestattet. Außerdem soll ein Herstellungsverfahren zur einfachen und kostengünstigen Herstellung optischer Module gemäß den Sachansprüchen gefunden werden.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Gestaltung eines Multiplex-Senders für Polymerfaserübertragung gemäß den Merkmalen des Hauptanordnungsanspruches sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Multiplex-Senders für Polymerfaserübertragung nach den Merkmalen des Verfahrensanspruches, wobei in Unteransprüchen weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen beansprucht werden.
  • Das Wesen der Anordnungs-Erfindung liegt in der überraschend einfachen und vorteilhaften Kombination der an sich bekannten Strahlungszusammenführung durch ein System von verzweigten bzw. ineinander übergehenden Wellenleitern, der Signaleinspeisung durch fotoelektronische Elemente am Eingang des erfindungsgemäßen Multiplex-Senders für Polymerfaserübertragung, der erfindungsgemäß neu vorgesehenen passiven oder Selbstjustage der aus dem Multiplex-Sender für Polymerfaserübertragung hinausführenden Polymerfasern und der erfindungsgemäß konsequent angewandten Anordnung aller Teilelemente in einen Spritzguss-Grundkörper als Basisaufnahme.
  • Das Wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Multiplex-Senders für Polymerfaserübertragung zeigt sich in der äußerst vorteilhaften zweifachen Anwendung der Spritzgusstechnik in den Verfahrensschritten zur Herstellung des Grundkörpers des Multiplex-Senders für Polymerfaserübertragung sowie der Einlagerung wesentlicher Elemente des Multiplex-Senders für Polymerfaserübertragung in den Grundkörper ebenfalls durch Spritzgusstechnik.
  • Es ist sogar möglich, das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der Reihenfolge seiner Verfahrenschritte so ablaufen zu lassen, dass zunächst Wellenleiter durch Spritzguss gefertigt werden, um sodann in einem folgenden Verfahrensschritt ebenfalls durch Spritzguss von einem Grundkörper umschlossen zu werden.
  • Die Erfindungen werden nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, in dem sowohl die erfindungsgemäßen Anordnungsmerkmale des Multiplex-Senders für Polymerfaserübertragung als auch die Verfahrensschritte zu seiner Herstellung verdeutlich werden.
    •
  • Dabei zeigt die zugehörige Zeichnung eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Multiplex-Senders für Polymertaserübertragung.
  • Gemäß Zeichnung weist ein erfindungsgemäßer Multiplex-Sender für Polymertaserübertragung die Bestandteile Grundkörper 1, Aussparungen 2, selbstjustierende Faserführung 3 mit Polymerfaser 7 als Ausgangskanal, Wellenleiter 4, Linsen 5 und Foto-Sendedioden 6 als Eingangskanäle auf.
  • Der Grundkörper 1 ist als Spritzgussteil aus Polymethylmethacrylat (PMMA) gefertigt. PMMA ist ein kratzfester und klarsichtiger Werkstoff mit sehr hoher Steifigkeit, dessen Lichttransmission ca. 92 % bei 1 mm Dicke beträgt und dessen Brechungszahl nach ISO 489 den Wert 1,492 aufweist.
  • Der genannte Grundkörper 1 weist Aussparungen 2 auf, die so ausgelegt sind, dass in ihnen die vorzugsweise aus Polyvinylchlorid PVC bestehenden Wellenleiter 4 sowie die Linsen 5 Aufnahme finden können. PVC ist ein durchsichtiges Material mit einem Brechungsindex > 1,5 im Wellenlängenbereich von 300 ... 800 nm. Die Linsen 5 bilden eine Eingangsoptik zur Erzeugung von parallelen Strahlbündeln der aus den Foto-Sendedioden 6 austretenden Eingangsstrahlen.
  • Nach Durchlaufen der Linsen 5 werden die wellenlängencodierten optischen Einzelsignale der Sendedioden 6 in jeweiligen sich nach und nach vereinigenden Wellenleitern 4 zu einem einzigen multiplexten Signal zusammengefasst, das über die Polymerfaser 7 aus dem Multiplexer-Sender hinausgeführt wird. Die Polymerfaser 7 wird innerhalb des Ausgangsbereiches des Multiplexer-Senders durch eine selbstjustierende Faserführung 3 so ausgerichtet, dass das optische Ausgangssignal optimal ausgekoppelt wird.
  • Gemäß der Verfahrenserfindung erfolgt die Herstellung des Multiplex-Senders für Polymerfaserübertragung in spezieller Spritzgusstechnik. Im ersten Verfahrensschritt wird der Grundkörper 1 mit den Aussparungen 2 zur Aufnahme für die selbstjustierende Faserführung 3, für die Wellenleiter 4, für die Linsen 5 und die Foto-Sendedioden 6 gespritzt. Im zweiten Verfahrensschritt werden mit einem weiteren Mikrospritzgang die Wellenleiter 4 und die Linsen 5 in optisch hochreiner Qualität mit hochglatten Oberflächen eingefügt.
  • Wie bereits weiter vorn dargestellt, ist auch sehr gut möglich, die eben vorgestellte Reihenfolge der Verfahrensschritte umzukehren und zunächst durch Spritzguss gefertigte Wellenleiter anschließend durch Spritzguss mit einem Grundkörper einzuhüllen. Diese Flexibilität der Verfahrensabläufe des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt einen wichtigen und neuen Vorteil bei der Umsetzung der Erfindung in einem Massenfertigungsprozess dar.
  • Die im Ausführungsbeispiel beschriebene Realisierung des Multiplex-Senders für Polymerfaserübertragung stellt nur eine von mehreren möglichen dar – die gewählte Anordnung des Ausführungsbeispiels ist als eine vorteilhafte Ausgestaltung für die Erfindung zu verstehen. Weitere Realisierungen des Multiplex-Senders für Polymerfaserübertragung sind denkbar und möglich, ohne dass das der Anspruchsbereich der Erfindung verlassen wird.
  • So können z.B. mehr als eine Polymerfaser 7 aus dem Multiplex-Sender für Polymerfaserübertragung herausgeführt werden. Ebenso ist eine dreidimensionale Anord nung von Foto-Sendedioden 6 (in der Zeichnung angedeutet) möglich, deren Signale dann über eine dreidimensionale Anordnung von Wellenleitern (in der Figur nicht weiter ausgeführt) zu einem Multiplexsignal vereinigt werden.
  • Als besondere Vorteile der Erfindung können gelten:
    Die beschriebene Herstellung des Multiplex-Senders für Polymerfaserübertragung gestattet eine kostengünstige Massenfertigung dieses wichtigen Bestandteils komplexer optischer Datenübertragungssysteme und legt damit eine Grundlage für deren massenhafte und kostenminimierte Einführung in breit gefächerten Anwendungsgebieten wie der Datenkommunikation in Unternehmen, Wohngebäuden und Fahrzeugen sowie in Maschinen und Anlagen der Investitionsgüterindustrie.
  • Mit dem vorliegenden integriert-optischen Multiplexer-Sender lassen sich optische Fasern mit hoher numerischer Apertur bei geringer Dämpfung und hoher Nebensprechdämpfung als Übertragungsmedium einsetzen. Die damit in den vorgenannten Anwendungsgebieten massiv einsetzbaren Polymerfasern tragen wiederum zur Kostensenkung und Gewichtseinsparung bei den Übertragungssystemen bei.
  • Die Polymerfaser-Sender-Kopplung des erfindungsgemäßen Multiplex-Senders für Polymerfaserübertragung kann durch die integriert-optische Herstellungsweise justagefrei vollautomatisch erfolgen und ersetzt bisherige aufwändige Justageverfahren für Multiplexer-Ausgangsfasern. Die Justagegenauigkeit durch die im Spritzgussverfahren hergestellte selbstjustierende Faserführung ermöglicht eine Faserausrichtung im Bereich besser 10 μm und besser 1 °.
    • 1
    Grundkörper
    2
    Aussparung
    3
    Faserführung
    4
    Wellenleiter
    5
    Linse
    6
    Foto-Sendediode
    7
    Polymerfaser

Claims (9)

  1. Multiplex-Sender für Polymerfaserübertragung 1.1. mit einem oder mehreren Ausgangskanälen für den Anschluss von polymeroptischer Fasern (7), 1.2. einem oder mehreren Eingangskanälen für den Anschluss von Fotosendern (6) 1.3. wobei der Multiplex-Sender einen Grundkörper (1) 1.4. mit Aussparungen (2) aufweist, 1.5. in denen Wellenleiter (4) der Eingangskanäle sowie Wellenleiter (4) des oder der Ausgangskanäle angeordnet sind 1.6. und wobei sowohl der Grundkörper (1) mit Aussparungen (2) als auch die Wellenleiter (4) Spritzgussteile sind.
  2. Multiplex-Sender für Polymerfaserübertragung nach Anspruch 1, 2.1. bei dem der oder die Ausgangskanäle selbstjustierende Faserführungen (3) aufweisen.
  3. Multiplex-Sender für Polymerfaserübertragung nach Anspruch 1, 3.1. bei dem dem oder den Wellenleitern der Eingangskanäle eine oder mehrere Linsen (5) vorgeordnet sind.
  4. Multiplex-Sender für Polymerfaserübertragung nach Anspruch 1, 4.1. bei dem die Linsen (5) Spritzgussteile sind.
  5. Multiplex-Sender für Polymerfaserübertragung nach Anspruch 3, 5.1. bei dem die dem oder den Wellenleitern (4) der Eingangskanäle vorgeordneten Linsen (5) Spritzgussteile sind.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Multiplex-Sender für Polymertaserübertragung, 6.1. der einen oder mehrere Eingangs- und Ausgangskanäle mit optischen Wellenleitern (4) besitzt, 6.2. die in einem Grundkörper (1) innerhalb von Aussparungen (2) angeordnet sind, 6.3. wobei in einem Verfahrensschritt der Grundkörper (1) mit den Aussparungen (2) als Spritzgussteil hergestellt und 6.4. in einem anderen Verfahrensschritt die Wellenleiter (4) durch Spritzguss in Aussparungen (2) des Grundkörpers (1) eingebracht werden.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Multiplex-Sender für Polymertaserübertragung nach Anspruch 6, 7.1. bei dem der Verfahrensschritt zur Herstellung des Grundkörpers (1) den ersten Verfahrensschritt und die Einbringung von Wellenleitern (4) in Aussparungen (2) des Grundkörpers (1) den zweiten Verfahrensschritt bilden.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Multiplex-Sender für Polymertaserübertragung nach Anspruch 6, 8.1. bei dem die Herstellung der Wellenleiter (4) durch Spritzgießen den ersten Verfahrensschritt und die Herstellung des Grundkörpers (1) um die bereits spritzgegossenen Wellenleiter (4) ebenfalls durch Spritzguss den zweiten Verfahrensschritt bilden.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Multiplex-Sender für Polymerfaserübertragung nach Anspruch 6, 9.1. bei dem durch Spritzguss eine oder mehrere Linsen (5) in Aussparungen (2) des Grundkörpers (1) eingebracht werden.
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