DE1900246A1

DE1900246A1 - Optische Faserwellenleiteranordnung

Info

Publication number: DE1900246A1
Application number: DE19691900246
Authority: DE
Inventors: Miller Stewart Edward
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1968-01-08
Filing date: 1969-01-03
Publication date: 1969-07-31
Also published as: US3535017A; SE342093B; FR1601903A; BE726520A; GB1245891A

Description

./estern Electric Company, Incorporated rf.il.Miller 55

New York, V.öt.A.

Optische Faserwellenleiteranordnungen

üie Erfindung betrifft optische Fasereinrichtungen, die sich als Mittel zur i/bertragung dss Lichts eignen.

iiei vorgeschlagenen optischen Nachrichtenübertragungssystemen ist irgendeine Art eines Übertragungsinittels erforderlich, welches den modulierten Lichtstrahl gegen Wetter und andere störungen schützt. Die Übertragung in einer schützenden Leitung mit verhältnismässig grosseiu Querschnitt und mit periodischer Wiederfokussierung des Strahls ist eine Art von oysteiii, die zur Zeit untersucht wird, üiine andere Art ist ein richtiges Wellenleitersystem, bei dem die Abmessungen der leitenden Anordnung in der Grössenordmmg der optischen •./ellenlange liegen. l)ie Untersuchung der letztgenanntenaystemart richtete sich in erster Linie auf Verbesserungen der optischen Fasereinrichtungen.

Bei derartigen -Einrichtungen wird typischerweise ein sehr dämpfungsarmes Glas mit verhältnismässig hohem Brechungsindex verwendet, das von einem dämpfungsarmen Glas mit kleinerem Brechungsindex umgeben ist.

Für die optische Nachrichtenübertragung dber verhältnislange Strecken soll die Faser mit einer ausreichenden

lialterung und aufbaumässigen Festigkeit versehen sein, damit

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sie leicht verarbeitet werden kann. Zusätzlich soll sie zu Üündeln für Vielkanal-Übertragung3systeme mit vernachlässigbarein "Übersprechen" zwischen den Kanälen vereinigt werden können.

Bekannte optische Fasereinrichtungen, die Bündel aus optischen Fasern in Darstellungeeinrichtungen verwenden, genügen typischerweise den strengen Anforderungen für optische Übertragungssysteme über lange Strecken nicht.

Die Erfindung besteht aus einer Vielzahl von Abstands-Faserteilen, die eine Mittelfaser mit einem höheren Brechungsindex umgeben, und aus einem im wesentlichen vakuumdichten Einfaasungsteil, dessen Foim sich im wesentlichen an die benachbarten Oberflächen der Abstandsteile anpasst, wobei eine asymmetrische lieziehung der Abstandsteile zu der Mittelfaser in senkrechten Koordinaten besteht» Die asymmetrische Beziehung kann entweder durch eine asymmetrische Deformierung der Faser mit höherem Index vorgesehen werden, die vorteilhafterweise während des Zusammenfaliens des ^infassungsteila im Verlauf einer Ziehoperation erfolgt, oder durch ungleiche BrechungsIndizes bei den umgebenden Abstandsfasern in einer Anordnung, welche die Asymmetrie ergibt.

Die Asymmetrie beseitigt die Schwingungsartdegeneration der Mittelfaser und stellt hierdurch die Übertragung in einer einzigen Schwingungsart sicher. Die Vidzalil der Ab stands— faserteile, die vorzugsweise sämtlich eine geringe optische Dämpfung auf weisen,und das vakuumdichte Mnfassungsteil, das

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vorzugsweise optisch mit !^impfung verbunden ist, ergeben ^uerabmessungen der zusammengebauten Anordnung, die etwa eine Grössenordnung grosser als die Querabmessungen der Mittelfaeer sind, so dass eine hinreichende optische Trannung für die Nachrichtenübertragung und eine hinreichende Festigkeit für die Verarbeitung entsteht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen

Pig. I einen Querschnitt einer als Beispiel gewählten optischen Fasereinrichtung;

Fig. 2 eine teilweise bildliche und teilweise als ülockschema gegebene Darstellung eines Nachrichtensystems unter Verwendung einer optischen Faser— einrichtung;

Fig. 3 einen Querschnitt einer weiteren optischen Faser— einrichtung und

Fig. 4 eine teilweise bildliche und teilweise als Blockschema gegebene Darstellung eines typischen Faserziehgeräts, das Bich zur Herstellung von optischen Fasern eignet.

In Fig. 1 hat dae verwendete Ausgangsmaterial typischerweise ^uerabmessungen, die wesentlich grosser als die entsprechenden Teile in der endgültigen Einrichtung sind. Zur Erläuterung ist die Anf angsf oria der wesentlich deformierten Teile der Einrichtung strichpunktiert dargestellt, jedoch mit

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Querabmessungen, die sich nicht wesentlich von den endgültigen Abmessungen unterscheiden, d.h. die strichpunktierten Linien sollen nur die Anfangsform darstellen, nicht aber die Grusse.

In der optischen Fasereinrichtung der Fig.l ist eine Mittelfaser 11 aus sehr dämpfungsarmem optischen Glas von den Abstandsfaserteilen 12, 13» 14 und 15 umgeben, die ebenfalls aus de« sehr dämpfungsarmem optischen Glas bestehen. Ein vakuumdichtes Einfassungsteil 16 passt sich in seiner Form im wesentlichen den benachbarten Oberflächen der Ajjgtandefaserteile 12 bis 15 an und besteht vorzugsweise aus einem Glas, das mit Absicht optisch absorbierende Beimengungen enthält, um die Mittelfaser 11 und die Teile 12 bis 15 οχ) ti sch von der Umgebung zu trennen.

Die Anordnung der Einrichtung der Fig.l deformiert die Mittelfaser 11, deren Querschnitt ursprünglich kreisförmig ist, wie es strichpunktiert dargestellt ist derart, dass sie sich einer rechteckigen Form annähert. Der wesentliche Aspekt der endgültigen Form der Faser 11 besteht darin, dass sie in senkrechten Koordinaten verschiedene Abmessungen aufweist. Allgemein sind die Faser 11 und die Abstandsteile 12 bis 15 so eingerichtet, dass sie in zueinander senkrechten Koordinaten eine asymmetrische Beziehung aufweisen.

Die asymmetrische Beziehung in senkrechten Koordinaten stellt eine Übertragung eines modulierten Lichtstrahls zwischen einem

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Naclirichtensender 21 und einein Empfänger 22 in einer einzigen Schwingungsart sicher, wie es in *'ig,2 dargestellt ist. Die optische i'asereinrichtung 23 ist z.B. die Einrichtung, die im Querschnitt in -Fig.l dargestellt ist. Der Sender 21, der irgendein in der optischen Nachrichtenübertragungstechnik bekannter Typ sein kann, übertragt einen modulierten Lichtstrahl in der (iuerform oder Gaues'sehen Form niedrigster Ordnung. Der Nachrichtenempfänger 22 ist ein in der optischen Nachrichtentechnik bekannter Typ. V/enn der modulierte Lichtstrahl wirksam empfangen und demoduliert werden soll, soll sich die gesamte empfangene Energie in der ^uerβchwingungsart niedrigster Ordnung befinden. Schwingungsarten höherer Ordnung stellen in dem Ausmaß, in dem sie durch Umwandlung während der übertragung und durch nachfolgende liückverwandlunge in die Signalechwingungsart mit willkürlicher Verzögerung erzeugt werden, "ilausch" oder Störungen im lümpfanger 22 dar. wenn daher die Äiittelfaser der optischen lagereinrichtung 23 nur eine Übertragung in einer einzigen Schwingungeart durchführen kann, werden vom Empfänger 22 keine Schwingungsarten höherer Ordnung empfangen.

Zusätzlich zu der oben beschriebenen asymmetrischen Beziehung soll die Mittelfaser 11 der l'ig.l ^uerabmessungen aufweisen, die sehr nahe bei der Wellenlänge der übertragenen Lichtenergie liegen. Die -durchmesser der Abstandsteile 12 und 13 sind z.B. etwa fünfmal so gross wie die grösste tyuerabmessung der Faser 11, während die Afcgtandsteile 14 und 15 vorzugsweise Querabmessungen aufweisen, die wenigstens doppelt so gross wie die grösste ^Uerabmessung der faser 11 sind. Nichts··

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destoweniger sollen die Abstandeteile 14 und 15 eine üröase haben, die wesentlich verschieden von den Abstandsteilen 12 und 13 ist, damit während der Ziehoperation die Faser 11 asymmetrisch deformiert werden kann, und zwar in diesem fall in die rechteckige form.

Im Betrieb führt der Sender 21 eine einzige Gauss'sehe Schwingungsform aus moduliertem Licht in die optische Fasereinrichtung 23 ein, wie sie in Fig.l dargestellt ist* Die Mittelfaser 11 enthält den grössten Teil der Felder des übertragenen Lichts, da sie einen wesentlich höheren Jrechungsindex als die Abstandstaserteile 12 bis 15 hat. ±He äusseren Teile der Felder erstrecken sich in gewissem Grad in die Teile 12 bis 15» Nichtsdestoweniger bewirkt die Faser 11 die Festlegung, welche Schwingungearten in der Fasereinrichtung geführt werden,

Nach der Übertragung über die Einrichtung 23 wird das modulierte Licht, das sich noch in einer einzigen Sohwingungsart befindet, im Empfänger 22 empfangen und demoduliert.

Eine analoge asymmetrische Beziehung zwischen einer Mittel— faser und den umgebenden Abstandsfaserteilen, die sich für die Übertragung in einer einzigen Schwingungsart eignen, kann durch ungleiche Brechungeindizes der Abstandefaser— teile vorgesehen werden.

Eine derartige Ausführung ist in Fig.3 dargestellt. Hier wird die Uittelfaser 31 im wesentlichen dreieckig deformiert. Wenn die Form der Faser 31 im wesentlichen ein gleichseitiges

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Dreieck ist, ergibt sie von selbst keine Übertragung in einer einzigen Schwingungsart. Nichtsdestoweniger wird die bchwingungsartdegeneration beseitigt und die Übertragung in einer einzigen Schwingungsart dadurch sichergestellt, daes das Abstandsfaserteil 33 einen höheren Brechungsindex als die Abstandsteile 32 und 32* hat. Insbesondere soll der Brechungsindex des ^Äbetandsfaserteile 33 vorteilhafterweise etwa in der Mitte zwischen denjenigen der Mittelfaser 31 und der gleichen Abstandsfaaerteile 32 und 32' liegen.

Alternativ kann die Schwingmngsartdegeneration bei der Ausführung der -^ig.3 dadurch verhindert werden, dass eins der Abstandafaserteile einen ausreichend grösseren Durchmesser als die anderen beiden hat, so dass während der Ziehoperation die Mittelfaser 31 asymmetrisch deformiert wird, z.B. zu einem nieht gleichseitigen Dreieck· Die Ziehoperation wird später anhand der Fig.4 beschrieben.

Insbesondere können die Mittelfasern 11 und 31 in den und 3 z.B. aus einem stabfbrmigen Material mit dem Brechungeindex 1,58 H&4, einem Anfangsdurchmesser von 1,5 mm auf eine endgültige grSeate Abmessung von 1 Mikrometer ausgezogen werden. Die ^-bstandefaserteile 12 bis 15, 32 und 32· haben z.B. einen Brechungsindex 1,52 und einen Anfangsdurchmeeser von 7,5 Β», abgesehen von den Teilen 14 und 15, die z.B. einen Anfangsdurchaesser von 3 ram haben. Die Einfassungsteile 16 und 36 haben z.B. einen anfänglichen Innendurchmesser von etwa 20 on. Das Abstandsfaserteil 33 der ^ig.3 hat z.B. einen Brechungsindex 1,55 und einen Anfangsdurchmesser von 7,5 mm,

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Diese zusammengebauten Teile werden in einem Gerät, wie es z.B. in Fig.4 dargestellt ist, ausgezogen bis die gewünschten endgültigen Abmessungen der Mittelfaser erreicht sind, und das Einfassungsteil 16 oder 36 eng auf die Faser zusammengefallen ist.

Bei dem Ziehgerät der Fig.4 werden durch eine geeignete Halteordnung 41 die Heizelemente 42 um ein Gebiet herum an— , gebracht, in dem die Faser die Abstandsteile und das Einfassungsteil 16 oder 36 ausgezogen werden sollen. Ein Zieh—

w gerät 43 übt einen Zug auf die Anordnung aus Fasern und dem Einfassungsteil nach Fig,4 nach unten aus, während eine Vakuumpumpe 44 im wesentlichen sämtliche Gase innerhalb des Einfaseungsteils 16 oder 36 entfernt. Die Teile werden in dem durch die Heizelemente 42 erhitzten Gebiet sämtlich plastisch, wobei sie unter dem Einfluss des durch das Ziehgerät 43 ausgeübten Zugs wesentlich eingeschnürt werden. Die Differenz zwischen dem inneren und äusseren Druck bewirkt, dass das Einfassungsteil 16 oder 36 auf die Abstandsfaserteile zusammen— fällt, so dass es die in den Fig.l und 3 dargestellte endgültige *orm annimmt, Dj_-6 plastische Littelfaser wird ebenfalls durch die auf sie drückenden massiveren Teile deformiert. Wenn auch die ^Abstandsfaserteile selbst etwas deformiert werden können, und zwar in einer nicht dargestellten Art, so ist ihre Deformation für die Erfindung dennoch nicht wichtig, solange ihr brechungsindex von demjenigen der Mittelfaser ausreichend verschieden ist und sie eine hinreichende Festigkeit für den endgültigen Zusammenbau aufweist,

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Claims

Patentansprüche

1. Optisches Übertragungsmittel, bestehend aus einer Faser (ll)

■it einem ersten Brechungsindex, einer Vielzahl von Abstandsteilen (l2, 13, 14, 15) mit einem zweiten Brechungsindex, der geringer als der erste Brechungsindex ist, die die Faser umgeben, und einem ^infassungsteil (l6), das um die Abstqndsteile angeordnet ist, wobei die Einrichtung durch eine asymmetrische Beziehung der Abstandsteile zu der Faser in senkrechten Koordinaten gekennzeichnet ist.

2. Optisches Übertragungsmittel nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die asymmetrische Beziehung der Abstandsteile zu der Faser in den senkrechten Koordinaten durch eine asymmetrische Anordnung der Abstandsteile in den senkrechten Koordinaten vorgesehen wird,, wobei das -b'infassungsteil über den Abstandsteilen zusammenfällt, um die Faser in den senkrechten Koordinaten asymmetrisch zu deformieren.

3. Optisohes Übertragungsmittel nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet dass die Abstandeteile die Faser von des Einfassungsteil durch einen Abstand trennen, der wesentlich grosser als die grüsste Querabnessung dar Faser iat,

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4. Optisches Übertragungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die asymmetrische Beziehung der Abstandsteil zu der Faser in senkrechten Koordinaten dadurch vorgesehen wird, dass wenigstens eins der Abstandsteile, das die Faser der einen Koordinate berührt, und ein anderes der Abstandsteile, das sich in der Nähe der Faser in die senkrechte Koordinate erstreckt, jeweils unterschiedliche Brechungsindizes haben.

5· Optisches Übertragungsmittel nach Anspruch 4, dadurch geknnzeicb.net, dass die Abstandsteile die Faser von dem Einfassungsteil durch einen -^bstand trennen, der wesentlich grosser als die grösste Querabmessung der Faser ist.

6. Optisches Übertragungsmittel nach -Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfassungeteil optisch absorbierend ist, und dass die Abstandsteile die Faser von dem Einfassungsteil durch einen Abstand trennen, der wesentlich grosser als die grösate ^uerabmessung der Faser ist«

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