DE19637885A1 - Faser mit zwei Eingängen und optischer Empfänger mit einer Faser mit zwei Eingängen - Google Patents

Faser mit zwei Eingängen und optischer Empfänger mit einer Faser mit zwei Eingängen

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Faser mit zwei Ein­ gängen, die zum Empfangen zweier optischer Signale benutzt wird, sowie einen optischen Empfänger mit einer Faser mit zwei Eingängen, welcher die Faser mit zwei Eingängen benutzt.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen eines Strukturbei­ spiels eines optischen Empfängers mit zwei Eingangsfasern nach herkömmlicher Technologie.
In Fig. 1 läuft ein Eingangsstrahl von einem Stecker 5a ent­ lang einer optischen Faser 1a, während ein Eingangstrahl von einem Stecker 5b entlang einer optischen Faser 1b läuft. Eine Linse 12a bündelt den Ausgangsstrahl von dem anderen Ende der optischen Faser 1a, während eine Linse 12b den Ausgangsstrahl vom anderen Ende der optischen Faser 1b bündelt. Ein Licht­ empfangselement 13a empfängt das durch die Linse 12a fokus­ sierte Licht und wandelt dieses in einen elektrischen Strom um, während ein Lichtempfangselement 13b das durch die Linse 12b fokussierte Licht empfängt und dieses in einen elektri­ schen Strom umwandelt. Eine Erfassungsschaltung 14a erfaßt den optoelektronischen Strom von dem Lichtempfangselement 13a, während eine Erfassungsschaltung 14b den optoelektroni­ schen Strom von dem Lichtempfangselement 13b erfaßt.
Auf diese Art und Weise sind bei dem herkömmlichen optischen Empfänger mit zwei Eingangsfasern ein Erfassungssystem mit der optischen Faser 1a, dem Stecker 5a, der Linse 12a, dem Lichtempfangselement 13a und der Erfassungsschaltung 14a, so­ wie ein Erfassungssystem mit der optischen Faser 1b, dem Stecker 5b, der Linse 12b, dem Lichtempfangselement 13b und der Erfassungsschaltung 14b unabhängig voneinander vorgese­ hen. Weiterhin ist die Konstruktion für jedes der Erfassungs­ systeme derart, daß ein von einem Stecker eingegebener Strahl an ein Lichtempfangselement über eine Linse ausgegeben wird und der resultierende optoelektronische Strom durch eine Er­ fassungsschaltung erfaßt wird.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen eines Strukturbei­ spiels eines weiteren optischen Empfängers mit zwei Eingangs­ fasern nach herkömmlicher Technologie. In Fig. 5 ist eine Linse 6 ähnlich wie die Linsen 12a und 12b, ein Lichtempfangselement 7 ist ähnlich wie die Lichtempfangsele­ mente 13a und 13b, und eine Erfassungsschaltung 8 ist ähnlich wie die Erfassungsschaltungen 14a und 14b.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten optischen Empfänger mit zwei Eingangsfasern werden von dem Stecker 5a und dem Stecker 5b eingegebene Lichtstrahlen mittels eines optischen Kopplers 15 eingekoppelt. Deshalb sind bei diesem optischen Empfänger, die Linse, das Lichtempfangselement und die Erfassungsschal­ tung, welche bei dem in Fig. 4 gezeigten optischen Empfänger mit zwei Eingangsfasern als zwei unabhängige Systeme vorgese­ hen sind, als nur ein System vorgesehen, wobei die Strahlen, die von dem Stecker 5a oder dem Stecker 5b eingegeben werden, durch das einzelne Lichtempfangselement 7 empfangen werden und der resultierende optoelektronische Strom dann durch die Erfassungsschaltung 8 erfaßt wird.
Die optischen Empfänger mit zwei Eingängen, die durch die Beispiele von Fig. 4 oder 5 illustriert sind, werden haupt­ sächlich als optische Empfänger für rückgestreutes Licht in einem OTDR (optisches Zeitdomänen-Reflexionsmeßgerät) mit vier Lichtquellen benutzt. Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, welches ein Strukturbeispiel eines OTDR mit vier Lichtquellen zeigt, das optische Empfänger mit zwei Eingangsfasern be­ nutzt.
Bei dem OTDR mit vier Lichtquellen, das in Fig. 6 gezeigt ist, wird ein Strahl an eine Faser 18, die gemessen wird, eingegeben, und das rückgestreute Licht von dem Eingangs­ strahl wird empfangen und analysiert, um dadurch Übertra­ gungsverluste oder einen Beschädigungspunkt der Faser 18 zu vermessen.
Das OTDR mit vier Lichtquellen, das in Fig. 6 gezeigt ist, enthält vier Lichtquellen 16a bis 16d zum Erzeugen von Strah­ len mit gegenseitig verschiedenen Wellenlängen. Als ein Bei­ spiel ist die Lichtquelle 16a eine LD-Lichtquelle mit 1,31 Mikrometern, die Lichtquelle 16b eine LD-Lichtquelle mit 1,55 Mikrometern, die Lichtquelle 16c eine LD-Lichtquelle mit 1,45 Mikrometern und die Lichtquelle 16d eine LD-Lichtquelle mit 1,65 Mikrometern.
Die von den jeweiligen Lichtquellen ausgegebenen optischen Signale werden in einen optischen Schalter 17 eingegeben. Der optische Schalter 17 wählt nur ein optisches Signal mit einer Wellenlänge aus den optischen Signalen mit den jeweiligen Wel­ lenlängen aus und gibt dieses optische Signal in die Faser 18, die zu messen ist, ein.
Wenn das optische Signal entlang der Faser 18 übertragen wird, wird rückgestreutes Licht erzeugt. Dieses rückgestreute Licht wird durch die optischen Koppler 19a bis 19d abge­ zweigt, dann durch die Multiplexer 20a, 20b multiplexiert, und letztendlich in einen optischen Empfänger 21 mit zwei Eingangsfasern eingegeben.
Der Multiplexer 20a ist für Wellenlängen von 1,31 Mikrome­ tern/1,55 Mikrometern, während der Multiplexer 20b für Wel­ lenlängen von 1,45 Mikrometern/1,65 Mikrometern ist.
Bei der obigen Konstruktion kann ein einzelnes optisches Si­ gnal aus den von den vier Lichtquellen 16a bis 16d ausgegebe­ nen optischen Signalen ausgewählt werden, und daher ist es möglich, die Übertragungsverluste oder den Beschädigungspunkt der Faser 18, die gemessen wird, zu messen.
Bei dem herkömmlichen optischen Empfänger mit zwei Eingangs­ fasern, der in Fig. 4 gezeigt ist, gibt es jedoch ein Pro­ blem insofern, als daß, da die die Linse, das Lichtempfangs­ element und die Erfassungsschaltung in Zweierpaaren benutzt werden, dann, wenn die Genauigkeit zwischen den Komponenten­ paaren (Bündelungsgenauigkeit der Linsen, Empfangsempfind­ lichkeit der Lichtempfangselemente und Erfassungsgenauigkeit der Erfassungsschaltungen) sich leicht unterscheidet, es eine Differenz in der Erfassungsgenauigkeit zwischen den zwei Er­ fassungssystemen gibt. Insbesondere muß dann, da diese Kompo­ nenten gegenüber einer Änderung mit der Temperatur und der Zeit anfällig sind, der Erfassungsgenauigkeit konstante Auf­ merksamkeit gewidmet werden.
Weiterhin hat der herkömmliche optische Empfänger mit zwei Eingangsfasern, der in Fig. 4 gezeigt ist, ebenfalls den Nachteil, daß er einen konsequenten Anstieg in den Herstel­ lungskosten aufweist, da jeweils zwei derselben Komponenten erforderlich sind.
Weiterhin gibt es bei dem herkömmlichen optischen Empfänger mit zwei Eingangsfasern, der in Fig. 5 gezeigt ist, insofern ein Problem, als daß, da ein optischer Koppler beim Ankoppeln der optischen Signale benutzt wird, Übertragungsverluste von 3 dB oder mehr aufgrund des optischen Kopplers erzeugt werden und daher die Empfangsempfindlichkeit der optischen Empfangs­ vorrichtung abfällt. Weiterhin gibt es ein Problem insofern, als daß die Benutzung des optischen Kopplers im Auftreten von polarisationsabhängigen Verlustfluktuationen resultiert, so daß die Meßgenauigkeit zwischen den zwei Eingängen darunter leidet.
Angesichts der obigen Situation ist es Aufgabe der vorliegen­ den Erfindung, es zu ermöglichen, zwei optische Eingangs­ signale mit minimalen Verlusten und mit einer kostengünstigen Konstruktion einzukoppeln.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei optische Fasern miteinander verschmolzen und gestreckt werden und dann am verschmolzenen und gestreckten Abschnitt abgeschnitten werden. Vorzugsweise liegt der Schnittabschnitt bei der vorliegenden Erfindung am Zentrum des verschmolzenen und gestreckten Abschnitts. Weiter bevorzugt beträgt bei der vorliegenden Erfindung ein Abstand zwischen den zwei Kernen der zwei optischen Fasern an der Schnittfläche zwischen 5 Mi­ krometern und 50 Mikrometern.
Bei der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung kann die Kopplung der zwei optischen Signale mit geringeren Kosten ausgeführt werden als dann, wenn ein optischer Koppler be­ nutzt wird. Zusätzlich sind die Verluste zur Zeit des Einkop­ pelns und die Fluktuationen bei polarisationsabhängigen Ver­ lusten minimal.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm zum Zeigen eines Struk­ turbeispiels einer Faser mit zwei Eingängen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm zum Zeigen eines Strukturbei­ spiels eines optischen Empfängers mit einer Faser mit zwei Eingängen gemäß der Ausführungsform;
Fig. 3 ein Blockdiagramm zum Zeigen eines detaillierten Strukturbeispiels des optischen Empfängers mit der Faser mit zwei Eingängen der Ausführungsform;
Fig. 4 ein Blockdiagramm zum Zeigen eines Strukturbei­ spiels eines optischen Empfängers mit zwei Ein­ gangsfasern gemäß der momentanen Technologie;
Fig. 5 ein Blockdiagramm zum Zeigen eines Strukturbei­ spiels eines weiteren optischen Empfängers mit zwei Eingangsfasern gemäß der momentanen Technologie; und
Fig. 6 ein Blockdiagramm zum Zeigen eines Strukturbei­ spiels eines OTDR, der einen optischen Empfänger mit zwei Eingangsfasern benutzt.
Nachfolgend wird eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen gegeben.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm zum Zeigen eines Strukturbeispiels einer Faser mit zwei Eingängen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Eine Faser 4 mit zwei Eingängen, die in Fig. 1 gezeigt ist, ist durch Zusammenschmelzen und Strecken einer optischen Fa­ ser 1a und einer optischen Faser 1b und anschließendes Durch­ schneiden am Zentrum des verschmolzenen und gestreckten Ab­ schnitts hergestellt. Hier sind die optische Faser 1a und die optische Faser 1b eine Einzelmodenfaser. Der Abstand zwischen einem Kern 3a der optischen Faser 1a und dem Kern 3b der op­ tischen Faser 3b, welche an der Schnittfläche des geschmolze­ nen und gestreckten Abschnitts freigelegt sind (im weiteren als die Ausgangsendfläche der Faser 4 mit zwei Eingängen be­ zeichnet), beträgt 5 Mikrometer bis 50 Mikrometer.
Daher wird Licht, das von dem Kern 2a eingegeben wird von dem Kern 3a und dem Kern 3b ausgegeben, während Licht, das von dem Kern 2b eingegeben wird, ebenfalls von dem Kern 3a und dem Kern 3b ausgegeben wird. Die Verluste dabei sind nur Überschußverluste aufgrund des Streckens, welche zwischen 0,1 dB und 0,5 dB liegen.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen eines Strukturbei­ spiels eines optischen Empfängers mit einer Faser mit zwei Eingängen, der die Faser 4 mit zwei Eingängen benutzt. In Fig. 2 sind Bestandteile entsprechend den jeweiligen Bestand­ teilen in Fig. 5 durch das gleiche Symbol bezeichnet, und eine Beschreibung ist unterlassen. Ein Lichtempfangselement 7 ist eine Photodiode oder eine Avalanche-Photodiode.
Der optische Empfänger mit der Faser mit zwei Eingängen, der in Fig. 2 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem in Fig. 5 darin, daß anstelle der zwei optischen Fasern, die unter Be­ nutzung des optischen Kopplers 15 gekoppelt sind, die Faser 4 mit zwei Eingängen, wie in Fig. 1 gezeigt ist, benutzt ist.
Bei dieser Konstruktion wird ein Lichtstrahl, der von einem Stecker 5a oder einem Stecker 5b, der mit der Faser 4 mit den zwei Eingängen verbunden ist, eingegeben wird, von beiden be­ nachbarten Kernen 3a oder 3b an der Ausgangsendfläche der Fa­ ser 4 mit zwei Eingängen ausgegeben. Daraus resultierend kann der Ausgangslichtstrahl auf annähernd dieselbe Stelle durch eine einzelne Linse 6 fokussiert werden und das fokussierte Licht durch ein einzelnes Lichtempfangselement 7 empfangen werden. Das Lichtempfangselement 7 erzeugt dann einen Strom proportional zur Intensität des empfangenen Lichts, und die­ ser Strom wird durch eine einzelne Erfassungsschaltung 8 er­ faßt.
Auf diese Art und Weise tritt bei dem optischen Empfänger mit der Faser mit zwei Eingängen, der in Fig. 2 gezeigt ist, da nur ein Lichtempfangselement und eine Meßschaltung erforder­ lich sind, dann das bei dem herkömmlichen optischen Empfänger mit zwei Eingangsfasern, der in Fig. 4 gezeigt ist, inhä­ rente Problem, d. h. das Auftreten einer Differenz in der Er­ fassungsgenauigkeit zwischen den zwei Erfassungssystemen auf­ grund leichter Differenzen in der Genauigkeit zwischen den entsprechenden Komponenten der zwei Erfassungssysteme, nicht auf. Deshalb kann die Empfindlichkeit auf die Lichteingabe von den zwei Steckern 5a und 5b trotz Änderungen in den Kom­ ponenten mit Temperatur und Zeit stets gleich gehalten wer­ den.
Weiterhin können, bei den optischen Empfängern mit der Faser mit zwei Eingängen, der in Fig. 2 gezeigt ist, da der Kern 3a und der Kern 3b der Faser 4 mit zwei Eingängen an der Aus­ gangsendfläche nahe beieinander liegen (zwischen 5 und 50 Mi­ krometern), dann die optischen Signalverluste, die bis zur Eingabe an das Lichtempfangselement 7 auftreten, minimal ge­ halten werden.
Weiterhin sind bei dem optischen Empfänger mit der Eingangs­ faser mit zwei Eingängen, der in Fig. 2 gezeigt ist, da die Verluste, die an der Faser 4 mit den zwei Eingängen auftre­ ten, nur die Überschußverluste sind, dann die polarisations­ abhängigen Verluste ebenfalls extrem klein. Daher kann die Meßgenauigkeit zwischen den zwei Eingängen verbessert werden.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen eines konkreteren und detaillierteren Strukturbeispiels des optischen Empfän­ gers mit der Faser mit zwei Eingängen nach der Ausführungs­ form.
In Fig. 3 sind ein Faserhalter 9 zum Halten der Faser 4 mit den zwei Eingängen, ein Linsenhalter 10 zum Halten der Linse 6 sowie ein Lichtempfangselementhalter 11 zum Halten des Lichtempfangselements 7 zum schematischen Layout nach Fig. 2 hinzugefügt. Hier beträgt der Abstand zwischen dem Kern 3a und dem Kern 3b an der Ausgangsendfläche der Faser 4 mit zwei Eingängen 20 Mikrometer, während der Durchmesser der Kerne 3a und 3b 5 Mikrometer beträgt.
Der Faserhalter 9, der Linsenhalter 10 und der Lichtempfang­ selementhalter 11 sind derart hergestellt, daß sie eine Posi­ tionseinstellung der jeweils gehaltenen Komponenten (der Fa­ ser 4 mit den zwei Eingängen, der Linse 6 und des Lichtemp­ fangselements 7) ermöglichen. Die Linse 6 kann deshalb so po­ sitioniert werden, daß der Abstand zwischen der Ausgangsend­ fläche und der Faser 4 mit den zwei Eingängen und der Ein­ gangsendfläche der Linse 6 gleich dem Abstand zwischen der Lichtempfangsfläche des Lichtempfangselements 7 und der Aus­ gangsendfläche der Linse 6 ist.
Der Lichtempfangsdurchmessers des Lichtempfangselements 7 be­ trägt 80 Mikrometer. Daher gibt es in diesem Fall bei einem Brennpunkt von etwa 30 Mikrometern Durchmesser genügend Über­ schußplatz in der Lichtempfangsfläche, so daß Verluste an der Lichtempfangsfläche nicht auftreten.
Bei dem optischen Empfänger mit der Faser mit zwei Eingängen, der in Fig. 3 gezeigt ist, muß, falls der Abstand von der Ausgangsendfläche der Faser 4 mit den zwei Eingängen zum Lichtempfangselement kurz ist, oder der Durchmesser der Lichtempfangsfläche des Lichtempfangselements 7 hinreichend größer als der des Brennpunkts ist, dann die Linse 6 nicht mehr benutzt werden.
Die Faser 4 mit den zwei Eingängen, die Linse 6 und das Lichtempfangselement 7 können an ihre jeweiligen Halter unter Benutzung eines Haftmittels oder durch YAG-Laserschweißen oder durch eine Schraubenbefestigung befestigt werden.
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detail­ liert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurden, ist die Grundkonstruktion nicht auf die hier gegebenen Ausfüh­ rungsformen beschränkt, und die vorliegende Erfindung bein­ haltet ebenfalls Modifikationen und Zusätze innerhalb des Schutzumfanges der Patentansprüche.

Claims (7)

1. Optische Faser mit zwei Eingängen, wobei zwei optische Fasern miteinander verschmolzen und gestreckt sind und dann an dem verschmolzenen und gestreckten Abschnitt durchge­ schnitten sind.
2. Faser mit zwei Eingängen nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schnittabschnitt am Zentrum des ver­ schmolzenen und gestreckten Bereichs liegt.
3. Faser mit zwei Eingängen nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Abstand zwischen den Kernen der zwei optischen Fasern an der Schnittfläche zwischen 5 und 50 Mi­ krometern beträgt.
4. Optischer Empfänger mit einer Faser mit zwei Eingängen mit:
der Faser mit zwei Eingängen nach einem der Ansprüche 1 bis 3;
einer Linse zum Fokussieren von von den zwei Kernen an der Schnittfläche der Faser mit zwei Eingängen ausgegebenem Licht am selben Ort;
einem Lichtempfangselement zum Empfangen des durch die Linse fokussierten Lichts und Umwandeln desselben in einen elektri­ schen Strom proportional zur Intensität des Lichts; und
einer Erfassungsschaltung zum Erfassen des durch das Licht­ empfangselement erzeugten optoelektronischen Stroms.
5. Optischer Empfänger mit einer Faser mit zwei Eingängen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtemp­ fangselement entweder eine Photodiode oder eine Avalanche- Photodiode ist.
6. Optischer Empfänger mit einer Faser mit zwei Eingängen nach einem der Ansprüche 4 und 5, umfassend:
einen Faserhalter zum Halten der Faser mit zwei Eingängen und Einstellen der Position der Schnittfläche der Faser mit zwei Eingängen;
einen Linsenhalter zum Halten der Linse und Einstellen deren Position; und
einen Lichtempfangselementhalter zum Halten des Lichtempfang­ selements und Einstellen dessen Position.
7. Optischer Empfänger mit einer Faser mit zwei Eingängen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand zwi­ schen der Schnittfläche der Faser mit den zwei Eingängen und einer Eingangsendfläche der Linse im wesentlichen gleich ei­ nem Abstand zwischen einer Lichtempfangsfläche des Lichtemp­ fangselements und einer Ausgangsendfläche der Linse ist.
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