DE19643894A1

DE19643894A1 - Optischer Sternkoppler

Info

Publication number: DE19643894A1
Application number: DE19643894A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kobayashi; Tetsuya Saitoh
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 1997-05-22
Also published as: US5742717A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Sternkoppler (nachfolgend einfach als Stern koppler bezeichnet), der eine Anzahl von Lichtwellenleitern koppelt, von denen einer ein opti sches Signal leitet, das unter geringen Übertragungsverlusten in die anderen Lichtwellenleiter zu koppeln ist. Der Sternkoppler kann auch optische Signale zusammenführen, die unter geringen Übertragungsverlusten in einen Lichtwellenleiter einzuspeisen sind.

Da sich diese Beschreibung nur mit optischen Signalen befaßt, ist nachfolgend unter dem Begriff "Signal" immer ein optisches Signal oder Signallicht bzw. ein Signallichtstrahl zu verste hen. Für den Bau eines optischen Übertragungsnetzwerks muß oft ein Sternkoppler verwendet werden, der ein Signal auf eine Vielzahl von Lichtwellenleitern verteilt und eine Vielzahl von Signalen zusammenführt, die in einen einzigen Lichtwellenleiter einzuspeisen sind. Diese Art von Sternkopplern ist in der JP 59-126510/1984 A und der ihr entsprechenden US-4,365,864 offenbart. Die Fig. 5(A) und 5(B) zeigen einen herkömmlichen Sternkoppler, dessen für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung relevante Teile dargestellt und beschrieben werden.

Gemäß Fig. 5(A) und 5(B) sind jeweilige Enden einer Vielzahl von Lichtwellenleitern 11 bis 1E (11 bis 15, 16 bis 19 und 1A bis 1E) gebündelt und an dem herkömmlichen Sternkoppler befe stigt. Die gebündelten Enden der Lichtwellenleiter 11 bis 1E sind so angeordnet, daß eine plane Stirnfläche 21 gebildet wird. Ein Lichtreflektor 22 mit einer Reflexionsebene 23 ist auf einem Teil der Stirnfläche 21 angeordnet. Die gebündelten Enden der Lichtwellenleiter 11 bis 1E, die Stirnfläche 21 und der Lichtreflektor 22 bilden eine Bündelungseinrichtung (Bündelungsab schnitt) 2. Eine Mischeinrichtung (Mischabschnitt) 3 umfaßt einen Wellenleiter 31, dessen erste Stirnfläche 32 die Stirnfläche 21 der Bündelungseinrichtung 2 berührt und so groß ist, daß sie zumindest die Kerne 11a bis 1Ea der Lichtwellenleiter 11 bis 1E überdeckt. Ein Abschlußspiegel 41 ist auf der zweiten Stirnfläche 33 der Mischeinrichtung 3 angeordnet. Der Abschlußspiegel 41 weist eine Reflexionsebene 42 auf.

Bei dem in den Fig. 5(A) und 5(B) gezeigten Aufbau ist die Stirnfläche 21 der Bündelungsein richtung 2 mit der ersten Stirnfläche 32 der Mischeinrichtung 3, welche einen transparenten zylindrischen optischen Glasstab umfaßt, verbunden. Der Abschlußspiegel 41 ist mit der zwei ten Stirnfläche 33 verbunden, die sich an dem der ersten Stirnfläche 32 gegenüberliegenden Ende der Mischeinrichtung 3 befindet. Der Wellenleiter 31 der Mischeinrichtung 3 besteht aus einem zylindrischen Kern 31 a und einem auf der Umfangsfläche des zylindrischen Kerns 31a ausgebildeten Mantel 31b. Der Brechungsindex des Mantels 31b ist niedriger als derjenige des Kerns 31a.

In dem herkömmlichen Sternkoppler der Fig. 5(A) und 5(B) werden Signale 6a, 6b aus beispielsweise dem Lichtwellenleiter 12 abgestrahlt und durchlaufen den Wellenleiter 31 diver gierend. Ein Teil der divergierenden Signale durchläuft die Mischeinrichtung 3 unter Totalrefle xion an der Umfangsfläche des zylindrischen Kerns 31a und erreicht den Abschlußspiegel 41. Dann laufen die durch den Abschlußspiegel 41 reflektierten Signale 6a, 6b durch den Wellenlei ter 31 zu den Lichtwellenleitern 11 bis 1E zurück. Die Signale 6a, 6b, die die Kerne 11a bis 1Ea der Lichtwellenleiter 11 bis 1E erreicht haben, werden durch diese Lichtwellenleiter 11 bis 1E ausgegeben.

Bei dem dargestellten herkömmlichen Sternkoppler der JP 59-126510/1984 A, wie er in Fig. 5(A) und 5(B) gezeigt ist, ist der Abschlußspiegel 41 mit einer optischen Reflexionseinrichtung (Reflexionsebene 42) auf der zweiten Stirnfläche 33 der Mischeinrichtung 3 ausgebildet. Eine weitere optische Reflexionseinrichtung (von dem Lichtreflektor 22 gebildete Reflexionsebene 23) ist in dem Zwischenraum 10 ausgebildet, der sich zwischen den Kernen 11a bis 1Ea der Licht wellenleiter 11 bis 1E erstreckt. Der Zwischenraum 10 umfaßt die Stirnflächen der Mäntel 11b bis 1Eb der Lichtwellenleiter 11 bis 1E. Beispielsweise wird das aus dem Lichtwellenleiter 12 abgestrahlte Signal an der Reflexionsebene 42 reflektiert und divergiert nahezu gleichförmig über die gesamte Stirnfläche 21, wenn die Mischeinrichtung 3 ausreichend lang ist. Das auf die Kerne 11a bis 1Ea auftreffende Signal wird durch die Lichtwellenleiter 11 bis 1E in der Form ausgegeben, in der es die Kerne erreicht hat. Das auf den Zwischenraum 10 einschließlich der Mäntel 11b bis 1Eb auftreffende Signal wird wiederholt durch die Reflexionsebenen 23 und 42 reflektiert, bis es schließlich ausgegeben wird. Im Ergebnis wird ein aus dem Lichtwellenleiter 12 abgestrahltes Signal auf die anderen Lichtwellenleiter verteilt.

Der in der US-4,365,864 offenbarte Sternkoppler, der ebenfalls der Darstellung in den Fig. 5(A) und 5(B) entspricht, weist einen Totalreflexionsspiegel auf, der dem Abschlußspiegel 41 entspricht. Ein Öffnungsspiegel, d. h. ein Spiegel mit Öffnungen darin, entspricht dem auf einem Teil der Stirnfläche 21 ausgebildeten Lichtreflektor 22. Die Funktionsweise entspricht der voran stehend beschriebenen.

Die Abmessungen der Mischeinrichtung 3 werden geeignet derart gewählt, daß die in den Wellenleiter 31 abgestrahlten und an der Reflexionsebene 42 reflektierten Signale 6a, 6b gleich förmig über die Stirnfläche 21 divergieren können. Es wurde jedoch experimentell festgestellt, daß die Intensität infolge von auf den Mittelteil des Wellenleiters 31 einfallendem Licht tenden ziell im Umfangsbereich des Wellenleiters 31 abfällt und die Intensität infolge von in den Umfangsbereich des Wellenleiters 31 einfallendem Licht tendenziell im mittleren Bereich des Wellenleiters 31 abfällt. Die Fig. 13(A) bis 13(E) zeigen ein Beispiel der experimentellen Ergeb nisse.

Fig. 13(A) zeigt einen schematischen Längsschnitt durch den vorstehend genannten Stern koppler mit den Lichtwellenleitern 11 bis 17. Die Fig. 13(B) und 13(D) sind schematische radiale Querschnitte durch die Anordnung der Lichtwellenleiter 11 bis 17 des Sternkopplers von Fig. 13(A). Fig. 13(C) ist eine Lichtintensitätsverteilung auf der Linie A-B von Fig. 13(B), für den Fall, daß Signallicht aus dem Lichtwellenleiter 17 abgestrahlt wird, der an den mittleren Teil des Wellenleiters 31 gekoppelt ist. Fig. 13(E) ist eine Lichtintensitätsverteilung auf der Linie A-B von Fig. 13(D), für den Fall, daß Signallicht aus dem Lichtwellenleiter 11 abgestrahlt wird, der mit dem äußeren Bereich des Wellenleiters 31 gekoppelt ist. Wenn Signallicht aus dem Lichtwellen leiter 17 abgestrahlt wird, ist die Lichtintensität im mittleren Teil des radialen Querschnitts des Wellenleiters 31 tendenziell höher und in seinem Umfangsbereich tendenziell niedriger. Wenn Signallicht aus dem Lichtwellenleiter 11 abgestrahlt wird, ist die Lichtintensität in einer den Lichtwellenleitern 11 bis 16 direkt gegenüberliegenden ringförmigen Zone des radialen Quer schnitts des Wellenleiters 31 tendenziell höher und in seinem mittlerem Teil tendenziell niedri ger. In jedem Fall weist die Intensität infolge von aus den Lichtwellenleitern 11 bis 17 austre tendem Licht eine gewisse Verteilung auf.

Die Fig. 6(A) und 6(B) zeigen einen weiteren herkömmlichen Sternkoppler, der zur Lösung des vorstehend beschriebenen Problems vorgeschlagen wurde. Im Gegensatz zum Sternkoppler der Fig. 5(A) und 5(B) sind keine Lichtwellenleiter mit dem Mittelteil der Mischeinrichtung 3 verbun den, wo die Lichtintensität tendenziell niedriger ist, sondern ein kreisförmiger Spiegel 24 ist im Mittelteil der Mischeinrichtung 3 angeordnet. Mit anderen Worten ist eine Vielzahl von zu einem zylindrischen Rohr gebündelten und angeordneten Lichtwellenleitern 11 bis 18 mit der ersten Stirnfläche 32 der Mischeinrichtung 3 verbunden. Der kreisförmige Spiegel 24 ist auf der ersten Stirnfläche 32 der Mischeinrichtung 3 und innerhalb des rohrförmigen Bündels der Lichtwellen leiter 11 bis 18 ausgebildet. Ein Abschlußspiegel 41 mit seiner Reflexionsebene 42 ist auf der zweiten Stirnfläche 33 der Mischeinrichtung 3 ausgebildet. Ein beispielsweise aus dem Licht wellenleiter 12 austretendes Signal durchläuft die Mischeinrichtung 33 divergierend und wird vom Abschlußspiegel 41 zu den Lichtwellenleitern 11 bis 18 zurückreflektiert. Das Licht, das die Kerne 11a bis 18a der Lichtwellenleiter 11 bis 18 erreicht hat, wird durch diese Lichtwellenleiter 11 bis 18 ausgegeben. Das Licht, das den kreisförmigen Reflexionsspiegel 24 erreicht hat, wird wieder reflektiert und bewegt sich in der Mischeinrichtung 3 hin und her.

Bei den vorstehend beschriebenen herkömmlichen Sternkopplern verteilt sich die Intensität des aus einem Lichtwellenleiter abgestrahlten und die Mischeinrichtung durchlaufenden Lichts in einem radialen Querschnitt parallel zu den Stirnflächen der Mischeinrichtung in den meisten Fällen rotationssymmetrisch um die Mittelachse der Mischeinrichtung 3. Die Lichtintensitätsver teilung ist über den radialen Querschnitt der Mischeinrichtung nicht gleichförmig. Wenn ein Lichtwellenleiterbündel, das einfach eine Vielzahl von Lichtwellenleitern bündelt, verwendet wird, ist die Intensität des auf die einzelnen Lichtwellenleiter verteilten Lichts von von einem zum anderen verschieden.

Um die Intensität des auf die einzelnen Lichtwellenleiter verteilten Lichts zu homogenisieren, d. h. gleich zu machen, besteht eine möglich Anordnung darin, die Lichtwellenleiter in einer ring förmigen Zone unter einem bestimmten Abstand von der Mittelachse anzuordnen. Die Lichtwel lenleiter und die Mischeinrichtung müssen dann jedoch in spezieller Weise relativ zueinander mit geringen Positionstoleranzen angeordnet sein, damit das Lichtintensitätsaufteilungsverhältnis für alle Lichtwellenleiter gleich ist. Das heißt, die Lichtwellenleiter und die Mischeinrichtung müssen sehr genau positioniert werden.

Wenn ein Spalt zwischen dem kreisförmigen Spiegel und den einzelnen Lichtwellenleitern frei bleibt, strahlt Licht, das von der Mischeinrichtung aus den Spalt erreicht, außerhalb der Licht wellenleitern, was Übertragungsverluste ergibt. In ähnlicher Weise hat Licht, das durch den Spalt in den Mantel der Lichtwellenleiter eingetreten ist, keine Chance, sich in den Lichtwellen leitern fortzupflanzen, weshalb wiederum Übertragungsverluste verursacht werden. Diese Verlu ste sind für eine effiziente Nutzung der Signale schädlich.

Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Sternkoppler zu schaffen, der ein aus einem Lichtwellenleiter abgestrahltes Signal gleichförmig über die Misch einrichtung verteilt und das verteilte Signal effizient in die anderen Lichtwellenleiter koppelt.

Diese Aufgabe wird mit einem optischen Sternkoppler gemäß einem der Ansprüche 1, 4 oder 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das von der Bündelungseinrichtung in die Mischeinrichtung abgestrahlte Signal an der mit der zweiten Stirnfläche des Wellenleiters gekoppelten Diffusor-Reflektor-Einrichtung gestreut und reflektiert. Das Signal wird mit einer vorbestimmten Intensitätsverteilung gestreut und reflektiert, so daß sich das reflektierte Signal gleichförmig über die erste Stirnfläche des Wellenleiters verteilt. Somit weichen die Verteilungs verhältnisse des von einem Lichtwellenleiter abgestrahlten Lichts und des auf die anderen Lichtwellenleiter einfallenden Lichts selbst dann nicht so stark voneinander ab, wenn die Licht wellenleiter um einen gewissen Grad bezüglich des Mischabschnitts versetzt sein sollten.

Der Wellenleiter ist vorteilhafterweise ein Gradienten-Wellenleiter, dessen Brechungsindex von einem höheren Wert auf Mittelachse des Wellenleiters zu einem niedrigeren Wert im Umfangsbe reich des Wellenleiters variiert.

Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Stirnfläche des Wellenleiters derart bemessen, daß die Austrittsposition eines Strahls auf der zweiten Stirnfläche des Wellenleiters in Abhängigkeit von der Einfallsrichtung des Strahls auf die erste Stirnfläche des Wellenleiters fixiert ist.

Bei dieser Ausgestaltung breitet sich das von einem der Lichtwellenleiter abgestrahlte Signal unter Brechung aus und erreicht die Lichtdiffusionsschicht. Das Signallicht tritt in die Lichtdiffu sionsschicht an einer Position und in einer Ausbreitungsrichtung ein, die durch die Position des Lichtwellenleiters, aus dem das Signal abgestrahlt wird, und die Einfallsrichtung des Signals in den Wellenleiter bestimmt ist. Dann wird das Signal in der Lichtdiffusionsschicht gestreut, vom Abschlußspiegel reflektiert, wiederum in der Lichtdiffusionsschicht gestreut und in den Wellen leiter zurückgestrahlt. Das in den Indexprofil-Wellenleiter zurückgestrahlte Signal durchläuft den Wellenleiter und erreicht die erste Stirnfläche des Wellenleiters. Die Position, an der das Signal ankommt, streut über verschiedene Stellen auf der ersten Stirnfläche des Wellenleiters abhängig von der Wiedereintrittsrichtung des Signallichts in den Wellenleiter. Somit wird das Signal gleichförmig auf der planen Ebene der Bündelungseinrichtung verteilt. Das gleichförmig verteilte Signallicht tritt dann in die Lichtwellenleiter ein.

Durch Festsetzen des Abstands zwischen der ersten und der zweiten Stirnfläche des Wellenlei ters auf einen Wert, der die Austrittsposition eines Strahls auf der zweiten Stirnfläche des Wellenleiters in Abhängigkeit von der Einfallsrichtung des Strahls auf die erste Stirnfläche des Wellenleiters fixiert, wird das vom Abschlußspiegel reflektierte Licht gestreut und in allen Rich tungen innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs in den Indexprofil-Wellenleiter abge strahlt; dieses Licht läuft zu allen Positionen auf der ersten Stirnfläche des Wellenleiters, die sich gegenüber der planen Ebene der Bündelungseinrichtung befindet. Wenn die Diffusor-Reflek tor-Einrichtung eine homogene Streuungskraft für das gestreute und reflektiert Licht besitzt, kann Licht homogener Intensität auf alle Lichtwellenleiter verteilt werden.

Wenn in einer weiteren Ausführungsform der zylindrische rohrförmige Wellenleiter länger als die vorbestimmte Länge ist, divergiert aus einem der Lichtwellenleiter abgestrahltes Signallicht in Abhängigkeit von der numerischen Apertur (NA) des Lichtwellenleiters. Aufgrund von Reflexion am Umfang des Kerns des Wellenleiters ist das divergierende Signallicht jedoch in dem Kern des Wellenleiters eingeschlossen. Nach mehrfacher Reflexion ist die Lichtintensitätsverteilung um die Mittelachse (Rotationsachse) des zylindrischen Wellenleiters minimal. Das heißt, Signallicht kann gleichmäßig über den radialen Querschnitt des Kerns des Wellenleiters verteilt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Wellenleiter der Mischeinrichtung als Stab mit polygonalem Querschnitt ausgebildet, dessen Länge größer als die vorbestimmte Länge ist. Das Polygon kann ein Dreieck, ein Rechteck oder ein Sechseck sein, von denen mehrere eine Ebene ohne Freilassen von Spalten oder Überlappung bedecken können. Das aus einem der Lichtwel lenleiter in den Wellenleiter abgestrahlte Signallicht divergiert in Abhängigkeit von der numeri schen Apertur (NA) des Lichtwellenleiters. Das divergierende Signallicht ist aufgrund der Refle xion an der Grenze des Kerns des Wellenleiters im Kern des Wellenleiters eingeschlossen. Nach mehrfacher Reflexion ist die Lichtintensitätsverteilung über den Kern des Wellenleiters gleich mäßig beschaffen.

Bei diesen Ausführungsformen wird das Signal, das nicht gleich in die Lichtwellenleiter eingetre ten ist, von dem Lichtreflektor der Bündelungseinrichtung und dem Abschlußspiegel wiederholt reflektiert, bis es schließlich in die Lichtwellenleiter eintritt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1(A) einen schematischen Aufbau einer ersten und einer zweiten Ausführungsform eines Sternkopplers gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 1(B) einen radialen Querschnitt durch den Sternkoppler von Fig. 1(A),

Fig. 2(A) einen Querschnitt, der ein Brechungsindexprofil durch die Mischeinrichtung zeigt,

Fig. 2(B) einen Querschnitt, der ein weiteres Brechungsindexprofil durch die Mischeinrichtung zeigt,

Fig. 3(A) einen Satz von Strahlbahnen zur Erläuterung der Ausbreitungseigenschaften eines Signals durch einen Gradientenwellenleiter,

Fig. 3(B) einen weiteren Satz von Strahlbahnen zur Erläuterung der Ausbreitungseigenschaften eines Signals durch einen Gradientenwellenleiter,

Fig. 4 eine Bahn von einfallendem und abgestrahltem Licht durch einen Gradientenwellenlei ter der Erfindung,

Fig. 5(A) einen schematischen Aufbau eines herkömmlichen Sternkopplers,

Fig. 5(B) einen radialen Querschnitt des herkömmlichen Sternkopplers in Fig. 5(A),

Fig. 6(A) einen schematischen Aufbau eines weiteren herkömmlichen Sternkopplers,

Fig. 6(B) einen Längsschnitt des herkömmlichen Sternkopplers in Fig. 6(A),

Fig. 7(A) einen schematischen Aufbau einer dritten und einer fünften Ausführungsform eines Sternkopplers gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7(B) einen radialen Querschnitt des Sternkopplers in Fig. 7(A),

Fig. 8(A) einen schematischen Aufbau einer vierten und einer sechsten Ausführungsform eines Sternkopplers gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 8(B) einen radialen Querschnitt des Sternkopplers in Fig. 8(A),

Fig. 9(A)-9(C) Lichtwellenleiter mit dreieckigem, rechteckigen bzw. sechseckigem Querschnitt jeweils im Schnitt,

Fig. 10(A), 10(B) und 10(C) Lichtintensitätsverteilungskurven zur Erläuterung der Änderung der Verteilung der optischen Leistung in dem Sternkoppler der dritten Ausführungsform,

Fig. 11(A), 11(B) und 11(C) weitere Lichtintensitätsverteilungskurven zur Erläuterung der Ände rung der Verteilung der optischen Leistung im Sternkoppler der vierten Ausführungs form,

Fig. 12 einen Querschnitt eines modifizierten Lichtwellenleiters, dessen Querschnitt im wesentlichen rechteckig ist,

Fig. 13(A) einen schematischen Längsschnitt des herkömmlichen Sternkopplers, der acht Lichtwellenleiter koppelt,

Fig. 13(B) und 13(D) radiale Querschnitte, die die Anordnung der Lichtwellenleiter des Stern kopplers in Fig. 13(A) zeigen,

Fig. 13(C) eine Lichtintensitätsverteilung auf der Linie A-B in Fig. 13(B), wenn Licht aus dem im mittleren Teil des Wellenleiters 31 angeordneten Lichtwellenleiter 17 abgestrahlt wird, und

Fig. 13(E) eine Lichtintensitätsverteilung auf der Linie A-B in Fig. 13(D), wenn Licht aus einem im Umfangsbereich des Wellenleiters 31 angeordneten Lichtwellenleiter 11 abge strahlt wird.

Der Sternkoppler der Erfindung kann in drei Typen klassifiziert werden. Ein erster Typ entspricht der ersten und der zweiten der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen. Die Mischein richtung dieses Sternkopplers umfaßt einen zylindrischen Indexprofil-Wellenleiter und eine Licht- Diffusor-Reflektor-Einrichtung an einem Ende des Wellenleiters. Ein zweiter Typ des Sternkopp lers entspricht der dritten und der fünften Ausführungsform. Die Mischeinrichtung dieses Stern kopplers umfaßt einen zylindrischen rohrförmigen Wellenleiter und eine Lichtreflexionseinrich tung bzw. eine Diffusor-Reflektor-Einrichtung an einem Ende des Wellenleiters. Der dritte Typ des Sternkopplers entspricht der vierten und der sechsten Ausführungsform. Die Mischeinrich tung dieses Sternkopplers umfaßt einen polygonalen Wellenleiterstab und eine Lichtreflexions einrichtung bzw. eine Diffusor-Reflektor-Einrichtung an einem Ende des Wellenleiters.

Gemäß Fig. 1(A) und 1(B) umfaßt ein Sternkoppler gemäß einer ersten und einer zweiten Ausführungsform der Erfindung: eine Bündelungseinrichtung 2 zum Bündeln jeweiliger Enden einer Vielzahl von Lichtwellenleitern 11 bis 1E, um eine Stirnfläche 21 zu bilden; eine Mischein richtung 3 mit einem Wellenleiter 31, der eine erste Stirnfläche 32, die die Stirnfläche 21 der Bündelungseinrichtung 2 berührt und so groß ist, daß sie zumindest die Kerne 11a bis 1Ea der Lichtwellenleiter 11 bis 1E bedeckt, sowie eine zweite Stirnfläche 33 aufweist; und eine Diffu sor-Reflektor-Einrichtung 4, die auf der zweiten Stirnfläche 33 der Mischeinrichtung 3 angeord net ist.

In dieser in den Fig. 1(A) und 1(B) gezeigten Anordnung werden von beispielsweise dem Licht wellenleiter 12 abgestrahlte Signale 6a, 6b von der auf der zweiten Stirnfläche 33 der Mischein richtung 3 angeordneten Diffusor-Reflektor-Einrichtung 4 gestreut und reflektiert. Während sich ein Signal, das von einem Lichtwellenleiter abgestrahlt wird und sich durch die Mischeinrichtung 3 ausbreitet, beim Stand der Technik ungleichmäßig über den Querschnitt parallel zu den Stirn flächen 32, 33 der Mischeinrichtung verteilt, divergiert bei der vorliegenden Erfindung das reflektierte Signal durch die diffuse Reflexion an der Diffusor-Reflektor-Einrichtung 4 nahezu homogen, d. h. gleichmäßig. Im Ergebnis ist die Intensität des Lichts, das sich in der Mischein richtung 3 zur Bündelungseinrichtung 2 zurückbewegt, nahezu gleichmäßig verteilt. Somit können Abweichungen der Aufteilungsverhältnisse der Lichtintensität für die jeweiligen Licht wellenleiter 11 bis 1E unabhängig von einem Versatz zwischen den Lichtwellenleitern 11 bis 1E und der Mischeinrichtung 3 minimiert werden.

Erste Ausführungsform

Fig. 2(A) zeigt gemäß einer ersten Ausführungsform einen Längsschnitt durch die Mischeinrich tung 3, deren (stufenförmiges) Brechungsindexprofil angegeben ist. Der Sternkoppler der ersten Ausführungsform weist einen Kern-Mantel-Wellenleiter 31 auf, dessen Kern einen konstanten Brechungsindex besitzt, wie in Fig. 2(A) gezeigt ist. Da der Brechungsindex n des Kerns 31a größer als der Brechungsindex des Mantels 31b ist, bewegen sich die Signallichtstrahlen 6a, 6b mit niedrigen Übertragungsverlusten zwischen den Stirnflächen 32 und 33 unter Ausnutzung der Totalreflexion an der Grenze zwischen dem Kern 31a und dem Mantel 31b, wie in Fig. 1(A) gezeigt.

In den Fig. 1(A) und 1(B) sind 14 in der Bündelungseinrichtung 2 gebündelte Lichtwellenleiter 11 bis 1E gezeigt, wobei von den Lichtwellenleitern 16 bis 1E in Fig. 1(A) nur die Stirnflächen gezeigt sind. Die Mischeinrichtung 3 umfaßt den Wellenleiter 31, der ein Lichtwellenleiter mit großem Durchmesser und einem Kern sein kann, dessen Querschnitt größer als der Querschnitt der Stirnfläche 21 des Bündels von Lichtwellenleitern 11 bis 1E ist. Die erste Stirnfläche 32 des Wellenleiters 31 ist in Kontakt mit der Stirnfläche 21 der Lichtwellenleiter 11 bis 1E angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform umfaßt die Diffusor-Reflektor-Einrichtung 4 einen Abschlußspiegel 41 mit einer planen Reflexionsebene 42 und eine Lichtdiffusionsschicht (eine der Schichten 43, 44 oder 45, die nachstehend mit 43 bezeichnet ist, wenn es nicht notwendig ist, diese drei voneinander zu unterscheiden), die auf der Oberfläche des Abschlußspiegels 41 ausgebildet ist. Die Reflexionsebene 42 ist über die Lichtdiffusionsschicht 43 mit der zweiten Stirnfläche 33 des Wellenleiters 31 gekoppelt. Die Lichtdiffusionsschicht 43 weist winzige Unebenheiten auf ihrer Oberfläche auf und ist aus transparentem Material hergestellt.

In der Bündelungseinrichtung 2 sind die Lichtwellenleiter 11 bis 1E gebündelt und mit einem Klebstoff fixiert, der in die Räume zwischen den Lichtwellenleitern eingefüllt ist. Die Enden der gebündelten Lichtwellenleiter sind derart poliert, daß sie die schon erwähnte Stirnfläche 21 als eine plane bzw. flache Ebene bilden, die in Kontakt mit der Mischeinrichtung 3 steht. Ein Licht reflektor 22 mit einer Reflexionsebene 23 ist auf der Stirnfläche 21 ausgebildet. Der Lichtreflek tor 22 bedeckt die gesamte Stirnfläche 21 mit Ausnahme der Stirnflächen der Kerne 11a bis 1Ea der Lichtwellenleiter 11 bis 1E. Der Lichtreflektor 22 bedeckt mit anderen Worten den Zwischenraum 10 zwischen den Kernen 11a bis 1Ea einschließlich der Stirnflächen der Mäntel 11b bis 1Eb, d. h. den schraffierten Bereich in Fig. 1(B). In der Figur ist nur der Kern 12a des Lichtwellenleiters 12 mit einem Bezugszeichen versehen. Der Lichtreflektor 22 wird durch folgende Schritte gebildet: Bedecken der Stirnfläche 21 der Bündelungseinrichtung 2 mit einem Negativ-Fotoresist, Belichten des Fotoresists mit Lichtstrahlen, die aus den Lichtwellenleitern abgestrahlt werden, und Entwickeln des Fotoresists, um ihn nur an den Stirnflächen der Kerne 11a bis 1Ea übrig zu lassen, Abscheiden einer Metallreflexionsschicht auf der Stirnfläche 21 der Bündelungseinrichtung 2 und Entfernen des auf den Stirnflächen der Kerne 11a bis 1Ea der Lichtwellenleiter 11 bis 11E abgeschiedenen Fotoresists.

Signale 6a, 6b werden von einem der Lichtwellenleiter, beispielsweise dem Lichtwellenleiter 12, abgestrahlt und durchlaufen den Kern 31a des Wellenleiters 31 bis zu der Diffusor-Reflektor- Einrichtung 4, wobei sie divergieren. Dann werden die Signale 6a, 6b in der Diffusor-Reflektor- Einrichtung 4 durch die Lichtdiffusionsschicht 43 gestreut und von der Reflexionsebene 42 reflektiert. Die reflektierten Signale 6a, 6b werden durch die Lichtdiffusionsschicht 43 wieder gestreut und laufen zurück zu der Stirnfläche 32. Die Intensitätsverteilung des ursprünglich in dem Kern 31a des Wellenleiters 31 zur Diffusor-Reflektor-Einrichtung 4 laufenden Lichts ist nicht homogen. Die Intensität des zweimal von der Diffusor-Reflektor-Einrichtung 4 gestreuten Lichts ist jedoch über den Querschnitt des Kerns 31a gleichmäßig verteilt, und eine gleichför mige Lichtintensitätsverteilung wird an der Stirnfläche 32 des Wellenleiters 31 erhalten. Somit ist die Intensität des auf die Kerne 11a bis 1Ea der Lichtwellenleiter 11 bis 1E auftreffenden Lichts gleichförmig, wenn die Stirnflächen der Kerne 11a bis 1Ea innerhalb der Stirnfläche des Kerns 31a des Wellenleiters 31 angeordnet sind. Da die Signale mit homogener Intensität in die Lichtwellenleiter 11 bis 1E eingespeist werden, wird die Intensitätsabweichung unter den verteilten Signalen minimiert. Das Licht, das auf den Lichtreflektor 22 auftrifft, wird von der Reflexionsebene 23 reflektiert und durchläuft dann wieder den Wellenleiter 31. Somit werden die Signale 6a, 6b, nachdem sie in den Wellenleiter 31 eingespeist wurden, mehrere Male von der Diffusor-Reflektor-Einrichtung 4 und dem Lichtreflektor 22 reflektiert, bis sie schließlich in die Lichtwellenleiter 11 bis 1E eingespeist werden; sie werden niemals nach außen abgestrahlt. Somit erleichtert der Sternkoppler der Erfindung die effiziente Übertragung des Signals mit nied rigen Übertragungsverlusten.

Statt durch die getrennte Anordnung der Reflexionsebene 42 und der Lichtdiffusionsschicht 43 kann das Signal auch dadurch gestreut und reflektiert werden, daß als Abschlußspiegel 41 eine Lichtdiffusionsschicht 45 verwendet wird, die eine mit Unebenheiten versehene Reflexionsebene aufweist, welche aus kleinen Facetten besteht. Außerdem kann die Diffusor-Reflektor-Einrich tung 4 auf der zweiten Stirnfläche 33 der Mischeinrichtung 3 als die Lichtdiffusionsschicht 45 mit einer Reflexionsebene aus kleinen unebenen Facetten gebildet sein, anstatt die Lichtdiffu sionsschicht 43 auf dem Abschlußspiegel 41 anzuordnen. Diese Alternativen zeigen die gleiche Wirkung wie die vorstehend beschriebene transparente Diffusionsschicht 43, die kleine Uneben heiten an ihrer Oberfläche aufweist.

Die Diffusor-Reflektor-Einrichtung 4 kann eine Lichtdiffusionsschicht 44 umfassen, die aus Volumenhologrammen besteht, die zwischen der zweiten Stirnfläche 33 der Mischeinrichtung 3 und der ebenen Reflexionsfläche 42 des Abschlußspiegels 41 angeordnet sind. Ein Volumenho logramm wird dadurch erhalten, daß lichtempfindliches Material wie beispielsweise Polymere kohärentem gestreutem Licht ausgesetzt wird. Ein Hologramm, das die gewünschten optischen Streuungseigenschaften aufweist, kann durch Auswählen des Streuungswinkelbereichs des Lichts für die Belichtung, der Lichtintensitätsverteilung, der Wellenlänge und des Winkels des auf das Fotoresistmaterial einfallenden Lichts erhalten werden.

Zweite Ausführungsform

Bei der zweiten Ausführungsform ist der Aufbau des Sternkopplers mit Ausnahme des Brechungsindexprofils des Wellenleiters 31 der Mischeinrichtung 3 gleich dem der ersten Ausführungsform. In diesem Fall handelt es sich um einen Gradientenwellenleiter 31 mit einem Brechungsindexprofil, wie es in Fig. 2(B) gezeigt ist (Index-Gradientenprofil). Der Brechungsin dex ist nahe der Mittelachse des Wellenleiters 31 höher und im Umfangsbereich niedriger.

Gemäß Fig. 1(A) und 1(B) sind 14 die Lichtwellenleiter 11 bis 1E in der Bündelungseinrichtung 2 gebündelt. Die erste Stirnfläche 32 des Wellenleiters 31 ist in Kontakt mit der Stirnfläche 21 der Lichtwellenleiter 11 bis 1E angeordnet. Der Abschlußspiegel 41 mit der planen Reflexions ebene 42 ist über die Lichtdiffusionsschicht 43 mit der zweiten Stirnfläche 33 des Wellenleiters 31 gekoppelt. Der Lichtreflektor 22 mit der Reflexionsebene 23 ist auf der Stirnfläche 21 derart ausgebildet, daß er die gesamte Stirnfläche 21 mit Ausnahme der Stirnflächen der Kerne 11a bis 1Ea der Lichtwellenleiter 11 bis 1E bedeckt.

Der Brechungsindex weist eine Rotationssymmetrie um die Mittelachse des Wellenleiters 31 auf. Der Brechungsindex ist in der Nähe der Mittelachse des Wellenleiters 31 höher und in den Außenbereichen niedriger. Wenn die Brechungsindexverteilung in dem Wellenleiter 31 durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt wird, ist die Weglänge eines Meridionalstrahls (eines Strahls, der in einer die Mittelachse des Wellenleiters enthaltenden Ebene läuft) zwischen den Eintritts- und Austrittsstirnflächen des Wellenleiters 31 unabhängig von seiner Eintrittsposition und seinem Eintrittswinkel in den Wellenleiter 31 konstant.

n(r) = n₀·sech(a·r) (1)

Hier ist n₀ der Brechungsindex auf der Mittelachse, n(r) der Brechungsindex an einer Position in einer Entfernung r von der Mittelachse und a eine Verteilungskonstante.

Wenn die Brechungsindexverteilung in dem Wellenleiter 31 durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt wird, ist die Weglänge eines Spiralstrahls (eines Strahls, der sich spiralförmig um die Mittelachse des Wellenleiters bewegt) zwischen der Eintritts- und der Austrittsstirnfläche des Wellenleiters 31 unabhängig von seiner Eintrittsposition und seinem Einfallswinkel in den Wellenleiter 31 konstant.

n(r) = n₀ [1+(a·r)²]^-1/2 (2)

Die Gleichungen (1) und (2) können durch Gleichung (3) approximiert werden, wenn die Terme höherer Ordnung einschließlich des Terms (a·r)⁴ in einer Potenzreihenentwicklung vernachlässigt werden können.

n(r) = n₀·[1-(a·r)²/2] (3)

Wenn der Brechungsindex in Radialrichtung ausgehend von der Mittelachse des Wellenleiters 31 variiert und die Terme höherer Ordnung einschließlich des Terms (a·r)⁴ vernachlässigt werden können, ist daher die Weglänge nahezu konstant für jeden Strahl, der zwischen der Eintritts- und der Austrittsstirnfläche des Wellenleiters läuft, und zwar unabhängig von seiner Eintrittspo sition und seinem Einfallswinkel in den Wellenleiter 31.

Die in Fig. 4 gezeigte Bahn T eines Meridionalstrahls, der sich in einem Wellenleiter mit einem durch Gleichung (3) ausgedrückten Brechungsindexprofil bewegt, wird durch die Gleichungen (4) ausgedrückt, die den Abstand z zwischen der Eintrittsstirnfläche 32 und der Austrittsstirn fläche 33 und damit der Länge des Wellenleiters 31, die Position r1 des Strahls auf der Eintritts stirnfläche 32, den Einfallswinkel α1 des Strahls auf die Eintrittsstirnfläche 32, die Position r2 des Strahls an der Austrittsstirnfläche 33 und den Austrittswinkel α2 des Strahls an der Austrittsstirnfläche 33 miteinander verknüpfen (r1 und r2 sind radiale Positionen bezogen auf die Mittelachse).

r2 = r1·cos(a·z)+[α1/(n₀·a)]·sin(a·z),
α2 = -r1·n₀·a·sin(a·z)+α1·cos(a·z) (4)

Für z = π/(2a) werden aus Gleichungen (4) die Gleichungen (5):

r2 = α1/(n₀·a),
α2 = -r1·n₀·a (5)

Wenn Gleichungen (5) gelten, tritt ein Strahl, der von einem Punkt r1 auf der Eintrittsstirnfläche 32 des Wellenleiters 31 ausgeht, unter einem bestimmten, vom Einfallswinkel α1 unabhängigen Austrittswinkel α2 von der Austrittsstirnfläche 33 aus, wobei die Austrittsposition r2 in Abhän gigkeit vom Einfallswinkel α1 variiert.

Der in der zweiten Ausführungsform verwendete Gradienten-Wellenleiter 31 weist ein durch Gleichung (3) ausgedrücktes Brechungsindexprofil auf und besitzt eine Länge von π/(2a). Deshalb gelten bei der zweiten Ausführungsform die vorstehenden Gleichungen (5) für das einfallende und das abgestrahlte Licht.

Die Diffusor-Reflektor-Einrichtung 4 in der zweiten Ausführungsform umfaßt eine Lichtdiffu sionsschicht 44 mit vielen kleinen Volumenhologrammen und den Abschlußspiegel 41 mit der Reflexionsebene 42. Die kleinen Hologramme werden durch periodisches Ändern des Brechungsindexes eines transparenten Mediums gebildet. Das Volumenhologramm lenkt einen Strahl stark ab, der eine bestimmte Wellenlänge besitzt und unter einem speziellen Einfallswinkel auf das Hologramm auftrifft. Diese spezielle Bedingung wird als Bragg-Bedingung bezeichnet, die durch Gleichung (6) ausgedrückt ist.

κd = κi+β (6)

Hier sind κi und κd ein Einfallswellenvektor bzw. ein Brechungswellenvektor, deren Richtungen mit der Ausbreitungsrichtung des Einfallsstrahls in das Hologramm bzw. der Richtung des durch das Hologramm gebrochenen Strahls zusammenfallen. Der Betrag des Wellenvektors ist 2π/λ für eine Wellenlänge λ. β stellt einen Gittervektor dar, dessen Richtung mit der Normalen auf die Fläche gleichen Brechungsindexes des Hologramms zusammenfällt, und dessen Betrag 2π/p ist, wobei p die Länge einer Periode der Brechungsindexänderung im Hologramm ist. Somit existiert für jedes kleine Hologramm ein Paar aus einfallendem und gebrochenem Strahl, das die Bragg- Bedingung erfüllt. Da das Medium des Hologramms transparent ist, laufen die Strahlen, die die Bragg-Bedingung nicht erfüllen, durch die kleinen Hologramme hindurch.

Ein auf die Diffusor-Reflektor-Einrichtung 4 einfallender Strahl durchläuft die kleinen Holo gramme und wird von einem kleinen Hologramm gebrochen, das die Bragg-Bedingung erfüllt. Die von vielen Hologrammen gebrochenen Strahlen werden von der Lichtdiffusionsschicht 44 als insgesamt diffuses bzw. gestreutes Licht abgestrahlt. Ein einfallender Strahl, der unter einem anderen Einfallswinkel auf die Diffusor-Reflektor-Einrichtung aufgetroffen ist, wird von anderen kleinen Hologrammen gebrochen, die in der Ausbreitungsrichtung des einfallenden Strahls ange ordnet sind.

In der Lichtdiffusionsschicht 44 sind die kleinen Hologramme im gleichen Verhältnis hinsichtlich aller Richtungen innerhalb des nachstehend beschriebenen, vorbestimmten Einfallswinkelbe reichs orientiert, so daß die Brechung für alle Paare von Einfalls- und Brechungsrichtungen in gleicher Weise erfolgen kann. Somit kann ein einfallender Strahl, dessen Einfallswinkel auf die Diffusionsschicht 44 innerhalb des vorbestimmten Winkelbereichs liegt, gleichmäßig in alle Rich tungen innerhalb des vorbestimmten Winkelbereichs gestreut werden. Der vorbestimmte Winkel entspricht dem Einfallswinkel für den von dem äußersten Lichtwellenleiter abgestrahlten Strahl, bei dem der einfallende Strahl die Lichtdiffusionsschicht 44 erreichen kann.

Der Sternkoppler der zweiten Ausführungsform arbeitet in der folgenden Weise. Gemäß Fig. 3(A) und 3(B) werden die Signale 6a bis 6g von einem der nicht gezeigten Lichtwellenleiter, beispielsweise dem Lichtwellenleiter 12 (Fig. 1), abgestrahlt, breiten sich unter Brechung aus und erreichen die Lichtdiffusionsschicht 44, die die Stirnfläche 33 berührt. Da die Relation (5) bei dem Gradientenwellenleiter 31 der zweiten Ausführungsform gilt, ist die Richtung eines von der Stirnfläche 33 abgestrahlten Strahls, das heißt in die Lichtdiffusionsschicht 44 einfallenden Strahls, die des vorbestimmten Winkels α2, entsprechend dem Abstand r1 zwischen der Lichtaustrittsstelle vom Kern 12a des Lichtwellenleiters 12 und der Mittelachse des Wellenlei ters 31. Da Fig. 3(A) nur Bahnen 6a bis 6g eines Strahls zeigt, der von einem Punkt am Ende des Kerns 12a unter den durch die nummerische Apertur (NA) des Lichtwellenleiters 12 bestimmten Winkeln abgestrahlt wird, ist der Austrittswinkel des Strahls von der Stirnfläche 33 auf allen Bahnen konstant α2. Der auf die Lichtdiffusionsschicht 44 einfallende Strahl wird homogen in alle Richtungen innerhalb des vorbestimmten Winkelbereichs gestreut. Der vorbe stimmte Winkel wird auf den Einfallswinkel für den von dem äußersten Lichtwellenleiter abge strahlten Strahl eingestellt, so daß Strahlen von allen Lichtwellenleitern die Lichtdiffusions schicht 44 erreichen und innerhalb dieses ausgewählten Winkels liegen können.

Die von der Lichtdiffusionsschicht 44 gestreuten Strahlen werden von der in den Fig. 3(A) und 3(B) nicht gezeigten Reflexionsebene reflektiert, wieder von der Lichtdiffusionsschicht 44 gestreut und treffen auf den dargestellten kontinuierlichen Bereich a bis g der Stirnfläche 33 des Wellenleiters 31 auf. Die Einfallsrichtung (Wiedereintrittsrichtung) variiert homogen innerhalb des durch die Lichtdiffusionsschicht 44 definierten vorstehend beschriebenen Winkelbereichs. Die Gleichungen (5) gelten auch für die wiedereintretenden Strahlen, und der maximale Wieder eintrittswinkel in die Stirnfläche 33 entspricht der Position auf dem äußersten Lichtwellenleiter. Deshalb werden die Signale 7a bis 7g, die den Wellenleiter 31 durchlaufen haben, an einem Punkt G auf der Stirnfläche 32 fokussiert, der ihrem übereinstimmenden Wiedereintrittswinkel in die Stirnfläche 33 entspricht. Insgesamt verteilt sich das zurückreflektierte Licht auf der Stirn fläche 32 homogen innerhalb eines Kreises, dessen Radius der Entfernung zwischen der Mittel achse des Wellenleiters 31 und dem äußersten Lichtwellenleiter entspricht. Somit ist die Intensi tät des Lichts, das die Kerne 11a bis 1Ea der Lichtwellenleiter jeweils erreicht, gleich. Da das Licht, das die Kerne 11a bis 1Ea erreicht hat, die Lichtwellenleiter 11 bis 1E durchläuft, wird keine Abweichung im Verteilungsverhältnis für die einfallenden Signale und für die verteilten Signale verursacht.

Das Licht, das auf den Lichtreflektor 22 aufgetroffen ist, das heißt das Licht, das nicht in die Kerne der Lichtwellenleiter zurückgekehrt ist, wird von der Reflexionsebene 23 reflektiert und läuft wieder durch den Wellenleiter 31 zurück. Somit werden die Signale, nachdem sie in den Wellenleiter 31 eingespeist wurden, mehrere Male durch die Diffusor-Reflektor-Einrichtung 4 und den Lichtreflektor 22 reflektiert, bis sie schließlich in die Lichtwellenleiter 11 bis 1E einge speist werden; sie werden nie nach außen abgestrahlt. Somit erleichtert der Sternkoppler der Erfindung die effiziente Übertragung des Signals mit niedrigen Verlusten.

In der Bündelungseinrichtung 2 der zweiten Ausführungsform sind die Lichtwellenleiter 11 bis 1E in gleicher Weise gebündelt wie bei der ersten Ausführungsform, und der Lichtreflektor 22 ist ebenfalls auf gleiche Weise gebildet.

Der Gradientenwellenleiter 31 wird durch folgende Schritte hergestellt: Bildung eines optischen Glasstabs mit kreisförmigem Querschnitt, der mit einwertigen Ionen dotiert ist, die eine große Elektronenpolarisierbarkeit aufweisen und bei hoher Temperatur leicht in dem Glas wandern, und Eintauchen des Glasstabs in eine Salzschmelze, um die dotierten Ionen durch die in der Salzschmelze enthaltenen Alkaliionen zu ersetzen und die gewünschte Brechungsindexverteilung nach Maßgabe der quasiparabolischen Verteilung der diffundierten Alkaliionen zu erhalten.

Ein Aggregat der die Lichtdiffusionsschicht 44 bildenden kleinen Hologramme wird durch Bestrahlen eines lichtempfindlichen Materials, wie beispielsweise eines Polymers, dessen Brechungsindex sich mit der Lichtintensität der Belichtung ändert, mit kohärentem diffusem Licht erhalten. Da die Lichtintensitätsverteilung auf den Interferenzstreifen, die durch zwei Lichtbündel gebildet werden, die sich in dem belichteten lichtempfindlichen Material kreuzen, als Hologramm gespeichert ist, koinzidiert das Paar aus einfallendem und gebrochenen Lichtstrahl, das die Bragg-Bedingung erfüllt, mit dem Lichtbündelpaar, mit dem das lichtempfindliche Mate rial bestrahlt wird. Dadurch kann durch Homogenisieren der Intensitätsverteilung des gestreuten Lichts, mit dem das lichtempfindliche Material bestrahlt wird, innerhalb des für die Lichtdiffu sionsschicht 44 erforderlichen Winkelbereichs die Intensität jeglicher durch zwei sich kreuzende Lichtbündel gebildeter Interferenzsteifen für beliebige Kombinationen zweier Richtungen inner halb des vorbestimmten Winkelbereichs um den gleichen Betrag moduliert werden. Somit wird die Lichtdiffusionsschicht 44 erhalten, die die vorstehend beschriebene Funktion besitzt.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Länge des Gradientenwellenlei ters zu π/(2a) gewählt. Wenn die Länge z des Wellenleiters mit der gleichen Brechungsindexver teilung durch die folgende Gleichung (7) ausgedrückt wird, kann die Richtung des von der zwei ten Stirnfläche des Wellenleiters einfallenden Strahls in Abhängigkeit von der Einfallsposition des Strahls auf der ersten Stirnfläche des Wellenleiters geändert werden.

z = (2N+1) · π/(2a), (7)

wobei N eine positive ganze Zahl ist.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird für die Lichtdiffusionsschicht 44 ein Hologramm benutzt, das das einfallende Licht durchläßt und streut. Alternativ kann für die Lichtdiffusionsschicht 44 ein Hologramm benutzt werden, das das einfallende Licht reflektiert und streut.

Dritte Ausführungsform

Gemäß Fig. 7(A) und 7(B) umfaßt ein Sternkoppler gemäß einer dritten (und einer später beschriebenen fünften) Ausführungsform: eine Bündelungseinrichtung 2A zum Bündeln jeweili ger Enden einer Vielzahl vom Lichtwellenleitern 11 bis 18 derart, daß ein zylindrisches rohrför miges Faserbündel 1 mit einer ringförmigen Stirnfläche 21 gebildet wird; eine Mischeinrichtung 8 mit einem Wellenleiter 81, der einen zylindrischen rohrförmigen Kern 81a, eine erste Stirnflä che 32 und eine zweite Stirnfläche 33 aufweist; und eine auf der zweiten Stirnfläche 33 der Mischeinrichtung 8 angeordnete Lichtreflexionseinrichtung 4A. Die erste Stirnfläche 32 berührt die Stirnfläche 21 der Bündelungseinrichtung 2A und ist so groß, daß sie zumindest die Kerne 11a bis 18a der Lichtwellenleiter 11 bis 18 bedeckt.

Bei dieser in den Fig. 7(A) und 7(B) gezeigten Anordnung ist die Länge z des Wellenleiters 81 größer gewählt als eine vorbestimmte Länge z0. Der Wellenleiter 81 umfaßt einen den Kern 81a umgebenden zylindrischen rohrförmigen Außenmantel 81b und einen von dem Kern 81a umgebenen zylindrischen Innenmantel 81c. Der Kern 81a, der Außenmantel 81b und der Innenmantel 81c sind koaxial zueinander ausgebildet. Ein von einem der Lichtwellenleiter 11 bis 18 in den Wellenleiter 81 abgestrahltes Signal divergiert nach Maßgabe der numerischen Aper tur NA des Faserbündels 1. Das divergierende Signal wird an den Grenzen zwischen dem Kern 81a und den Mänteln 81b und 81c reflektiert, und die Intensität des zu den Lichtwellenleitern 11 bis 18 zurücklaufenden Lichts zeigt wenig Abhängigkeit vom Radialwinkel Θ und der Posi tion auf der Mittelachse Z der vorstehend genannten koaxialen Anordnung. Das heißt, daß Signallicht mit einer homogenen Lichtintensitätsverteilung den Wellenleiter 81 durchläuft.

Gemäß Fig. 7(A) und 7(B) bündelt die Bündelungseinrichtung 2A die acht Lichtwellenleiter 11 bis 18 derart, daß ein zylindrisches rohrförmiges Faserbündel gebildet wird und die Stirnfläche des Faserbündels einen Teil einer Stirnfläche 21 der Bündelungseinrichtung 2A bildet. Die Mischeinrichtung 8 umfaßt den Wellenleiter 81, dessen Kern 81a ist so dick, daß er die Stirnflä chen der Kerne 11a bis 18a der Lichtwellenleiter 11 bis 18 bedeckt. Die Mäntel 81b und 81c bedecken den Kern 81a auf dessen äußeren und inneren Umfangsflächen mit Ausnahme einer ersten und zweiten Stirnfläche 32 und 33 des Wellenleiters 81. Der Kern 81a und die Mäntel 81b, 81c sind derart angeordnet bzw. ausgebildet, daß das den Kern 81a durchlaufende Licht die Bedingung für Totalreflexion erfüllt und niemals in die Mäntel 81b, 81c leckt. Auf der ersten Stirnfläche 32 des Wellenleiters 81 berührt die Stirnfläche des Kerns 81a die Stirnfläche 21 der Bündelungseinrichtung 2A derart, daß die Stirnfläche des Kerns 81a alle Stirnflächen der Kerne 11a bis 18a der Lichtwellenleiter 11 bis 18 bedeckt. Eine Reflexionsebene 23 ist auf der gesamten Fläche der Stirnfläche 21 der Bündelungseinrichtung 2A mit Ausnahme der Stirnflä chen der Kerne 11a bis 18a der Lichtwellenleiter 11 bis 18 ausgebildet. Auf der gesamten Fläche der zweiten Stirnfläche 33 des Wellenleiters 81 ist ein Abschlußspiegel 41 als erste Reflektoreinrichtung 4A angebracht.

Zur Erläuterung der Ausbreitung des von einem Lichtwellenleiter wie beispielsweise dem Licht wellenleiter 11 einfallenden Signallichts in den Wellenleiter 81 wird ein Zylinderkoordinatensy stem (R, Θ, Z) eingeführt. Der Ursprung der Zylinderkoordinaten liegt im Mittelpunkt der Stirn fläche 21. Wie in Fig. 7(B) gezeigt ist, wird die radiale Mitte des zylindrischen Wellenleiters 81 durch r0 und die Ausdehnung des Wellenleiters 81 längs der Z-Achse durch z0 repräsentiert. Die Z-Achse fällt mit der Mittelachse des Wellenleiters 81 zusammen. Die Stirnfläche 21 der Bündelungseinrichtung 2A wird auf die Ebene Z = 0 gelegt. Die Zylinderkoordinaten beschrei ben den Wellenleiter 81 durch r, θ und z, wobei r4 r r3, -π θ π und 0 z z0.

Die zentrale Position des Lichtwellenleiters wird durch (R, Θ, Z) = (r0, 0, 0) ausgedrückt. Wenn Signallicht aus dem Lichtwellenleiter 11 in die positive Richtung der Z-Achse abgestrahlt wird, wird die Abhängigkeit der Lichtintensität vom Winkel θ nahe der Stelle der z = 0 näherungs weise durch das in Fig. 10(A) gezeigte Fernfeldmuster des Lichtwellenleiters dargestellt. Diese schmale und scharfe Lichtintensitätsverteilung wird aufgeweitet und abgeflacht, wie in Fig. 10(B) gezeigt ist, wenn sich das Licht längs der Z-Achse ausbreitet, bis die Lichtintensität eine flache Verteilung mit geringer Abhängigkeit vom Winkel θ aufweist, wie in Fig. 10(C) gezeigt ist.

In Zylinderkoordinaten gilt die folgende Relation:

θ′ = θ+2mπ (8)

Hier repräsentiert m bei -π θ π alle ganzen Zahlen und θ′ repräsentiert Positionen, die physikalisch gleich θ sind. Somit wird die Lichtintensität bei Θ = θ durch Aufsummieren der Lichtintensitäten bei θ +2mπ für alle m im Bereich -∞ < m < +∞ erhalten. Dies ist anwendbar, nachdem das Signallicht von dem Abschlußspiegel 41 an der Position Z = z0 reflektiert wurde.

Durch Setzen von z0 auf einen Wert, der größer als der vorbestimmte Wert ist, wird die Abhän gigkeit der Lichtintensität vom Winkel θ (Gradient der Lichtintensität beim Winkel θ) relativ klei ner für das Signallicht, das nach der Reflexion durch den Abschlußspiegel 41 zur Position z = 0 zurückgekehrt ist. Wie durch die durchgezogene Kurve in Fig. 10(C) gezeigt ist, wird der Gradient der Signallichtintensität beim Winkel θ im Winkelbereich -π θ π kleiner. Gleichzei tig werden die Lichtintensitäten außerhalb des vorgenannten Winkelbereichs (das heißt θ -π, π θ) nach Verschiebung um 2mπ aufsummiert, wie durch die punktierten Linien in Fig. 10(C) angegeben ist. Dadurch wird die im Bereich von -π θ π integrierte Gesamtlichtintensität P_ALL homogenisiert. Als Ergebnis werden die Intensitäten der in die Lichtwellenleiter 11 bis 18 eingespeisten Signale homogenisiert.

Bis hierher wurde das Zentrum des Lichtwellenleiters, aus dem ein Signal abgestrahlt wird, durch (R, Θ, Z) = (r0, 0, 0) repräsentiert. Wenn jedoch die Symmetrie des Winkels Θ berück sichtigt wird, gilt die obige Erläuterung für eine Zentrumsposition eines Lichtwellenleiters, die im allgemeinen durch (R, Θ, Z) = (r0, θ, 0) repräsentiert ist, wobei -π θ π.

Bei der dritten Ausführungsform ist die plane Stirnfläche 21 der Bündelungseinrichtung 2A mit einem Lichtreflektor 22 versehen. Der Lichtreflektor 22 umfaßt genauer gesagt eine auf der gesamten Fläche mit Ausnahme der Stirnflächen der Kerne 11a bis 18a der Lichtwellenleiter 11 bis 18 ausgebildete Reflexionsebene 23, die der Kern 81a des Wellenleiters 81 berührt. Bei dieser Anordnung werden die Signale, die zu den Kernen 11a bis 18a zurückkehren, durch die Lichtwellenleiter 11 bis 18 ausgegeben, wie sie gewesen waren. Somit wird ein eingespeistes Signal in Ausgabesignale mit kleinen Aufteilungsverhältnisabweichungen unterteilt. Die Signale, die zu dem Bereich außerhalb der Stirnflächen der Kerne 11a bis 18a zurückkehren, werden durch die Reflexionsebene 23 des Reflektors 22 reflektiert und durchlaufen wieder den Kern 81a des Wellenleiters 81. Somit werden die Signale nach der Einspeisung in den Wellenleiter 81 viele Male von der ersten Reflektoreinrichtung 4A und dem Lichtreflektor 22 reflektiert, bis die Signale in die Lichtwellenleiter 11 bis 1E eingespeist werden, und sie werden niemals nach außen abgestrahlt. Demzufolge erleichtert der Sternkoppler der Erfindung die effiziente Übertra gung des Signals mit geringen Verlusten.

Vierte Ausführungsform

Gemäß Fig. 8(A) und 8(B) umfaßt ein Sternkoppler gemäß einer vierten (und einer später beschriebenen sechsten) Ausführungsform: eine Bündelungseinrichtung 2B zum Bündeln jewei liger Enden einer Vielzahl von Lichtwellenleitern 11 bis 18 derart, daß ein polygonales Faser bündel 1 mit einer polygonalen Stirnfläche 21 gebildet wird; eine Mischeinrichtung 9 mit einem Wellenleiter 92, der einen polygonalen Kern 92a, einen polygonalen Mantel 92b, eine erste Stirnfläche 32 und eine zweite Stirnfläche 33 aufweist; und eine auf der zweiten Stirnfläche 33 der Mischeinrichtung 9 angeordnete Lichtreflexionseinrichtung 4C. Im allgemeinen ist der Wellenleiter 92 ein polygonaler Stab. In den Fig. 8(A) und 8(B) ist der Wellenleiter 92 in beispielhafter Weise als quaderförmiger Stab mit rechteckigem Querschnitt dargestellt. Die erste Stirnfläche 32 berührt die Stirnfläche 21 der Bündelungseinrichtung 2A und ist so groß, daß sie zumindest die Kerne 11a bis 18a der Lichtwellenleiter 11 bis 18 bedeckt.

Bei dieser in den Fig. 8(A) und 8(B) gezeigten Anordnung ist die Länge z des Wellenleiters 92 größer als eine vorbestimmte Länge z0 gewählt. Der Wellenleiter 92 ist als Stab ausgebildet, der einen polygonalen Querschnitt wie beispielsweise einen dreieckigen, rechteckigen oder hexago nalen Querschnitt aufweist. Mehrere dieser polygonalen Stäbe können parallel zueinander ohne dazwischenliegende Spalte angeordnet sein. Ein aus einem der Lichtwellenleiter 11 bis 18 in den Wellenleiter 92 abgestrahltes Signal divergiert nach Maßgabe der numerischen Apertur NA des Faserbündels. Das divergierende Signal wird an der Grenze zwischen dem Kern 92a und dem Mantel 92b reflektiert. Die Intensität des zu den Lichtwellenleitern 11 bis 18 zurücklaufenden Lichts zeigt wenig Abhängigkeit von der Position im Wellenleiter 92.

Gemäß Fig. 8(A) und 8(B) bündelt die Bündelungseinrichtung 2B acht Lichtwellenleiter 11 bis 18 derart, daß ein rechteckiges Faserbündel gebildet wird und die Stirnfläche des Faserbündels einen Teil einer Stirnfläche 21 der Bündelungseinrichtung 2B bildet. Die Mischeinrichtung 9 umfaßt den Wellenleiter 92, der den Kern 92a mit rechteckigem Querschnitt und den Mantel 92b aufweist. Der Mantel 92b bedeckt den Kern 92a auf dessen Seitenflächen mit Ausnahme der ersten und der zweiten Stirnfläche 32 und 33 des Wellenleiters 92. Der Kern 92a und der Mantel 92b sind derart angeordnet, daß das den Kern 92a durchlaufende Licht die Bedingung der Totalreflexion erfüllt und niemals in den Mantel 92b leckt. An der ersten Stirnfläche 32 des Wellenleiters 92 berührt die Stirnfläche des Kerns 92a die Stirnfläche 21 der Bündelungseinrich tung 2B derart, daß sie alle Stirnflächen der Kerne 11a bis 18a der Lichtwellenleiter 11 bis 18 bedeckt. Eine Reflexionsebene 23 ist auf der gesamten Fläche der Stirnfläche 21 der Bünde lungseinrichtung 2B mit Ausnahme der Stirnflächen der Kerne 11a bis 18a der Lichtwellenleiter 11 bis 18 ausgebildet. Auf der gesamten Fläche der zweiten Stirnfläche 33 des Wellenleiters 92 ist ein Abschlußspiegel 41 als erste Reflektoreinrichtung 4C angeordnet.

Zur Erläuterung der Ausbreitung des von einem Lichtwellenleiter wie beispielsweise dem Licht wellenleiter 11 in den Wellenleiter 92 einfallenden Signallichts wird ein rechtwinkliges Koordina tensystem (X, Y, Z) eingeführt. Der Ursprung dieses Koordinatensystems liegt im Mittelpunkt der Stirnfläche 21. Wie in Fig. 8(B) gezeigt ist, ist die Abmessung des Kerns 92a des Wellenlei ters 92 mit rechteckigem Querschnitt in Richtung der X-Achse durch a, seine Abmessung in Richtung der Y-Achse durch b und die Abmessung des Wellenleiters 92 in Richtung der Z-Achse durch z0 repräsentiert. Die Z-Achse fällt mit der Mittelachse des Wellenleiters 81 zusammen. Die Stirnfläche 21 der Bündelungseinrichtung 2B wird auf die Ebene Z = 0 gelegt. Die recht winkligen Koordinaten beschreiben den Wellenleiter 92 durch X, Y und Z, wobei -a/2Xa/2,- b/2Yb/2 und 0Zz0.

Obwohl es im Beispiel in Fig. 8(A) und 8(B) anders dargestellt ist, wird die Mittelposition des Lichtwellenleiters durch (X, Y, Z) = (0, 0, 0) ausgedrückt, und der Kern 92a wird zur Vereinfa chung der folgenden Erläuterung als sehr groß (bulky) angenommen. Wenn Signallicht von dem Lichtwellenleiter 11 in positiver Richtung der Z-Achse abgestrahlt wird, ist die Abhängigkeit der Lichtintensität von der Koordinate der X-Achse nahe der Stelle Z = 0 näherungsweise durch das in Fig. 11(A) gezeigte Fernfeldmuster des Lichtwellenleiters repräsentiert. Diese schmale und scharfe Lichtintensitätsverteilung wird, wie in Fig. 11(B) gezeigt, verbreitert und abgeflacht, wenn sich das Licht längs der Z-Achse ausbreitet, bis die Lichtintensität eine flache Verteilung mit geringer Abhängigkeit von der Koordinate der X-Achse aufweist, wie in Fig. 11(C) gezeigt ist.

Im realen Wellenleiter 92 schneidet die Grenze zwischen dem Kern 92a und dem Mantel 92b die X-Achse bei X = -a/2 und X = a/2, wo das Signallicht total reflektiert wird. Da ein Wellenleiter 92 mit rechteckigen Querschnitt zwei Paare von Totalreflexionsebenen aufweist, liegt eines der Paare parallel zur X-Achse und das andere parallel zur Y-Achse. Die Position auf der Grenze (Totalreflexionsebene) senkrecht zur X-Achse beispielsweise wird durch Gleichung (9) ausge drückt.

X = (2m-1) · (a/2) (9),

wobei m alle ganzzahligen Werte annehmen kann.

Demzufolge wird die Lichtintensität im Wellenleiter 92 durch Auffalten der Lichtintensitätskurve (durchgezogene Kurve in Fig. 11(A), 11(B) und 11(C)) an den durch Gleichung (9) ausgedrück ten Positionen und durch Übereinanderlegen aller Lichtintensitäten erhalten. Dies ist anwendbar, nachdem das Signallicht durch den Abschlußspiegel 41 an der Position Z = z0 reflektiert wurde.

Durch Setzen von z0 auf einen Wert, der größer als der vorbestimmte Wert ist, wird die Abhän gigkeit der Lichtintensität von der Koordinate der X-Achse (Gradient der Lichtintensität bei der Koordinate der X-Achse) für das Signallicht relativ kleiner, das nach der Reflexion durch den Abschlußspiegel 41 zur Position Z = 0 zurückgekehrt ist. Das heißt, die im Bereich von -a/2 X a/2 integrierte Gesamtlichtintensität P_ALL wird homogenisiert. Im Ergebnis werden die Intensitäten der in die Lichtwellenleiter 11 bis 18 eingespeisten Signale in der X-Richtung homogenisiert.

Die vorstehende Erläuterung für die Lichtintensitätsverteilung in Richtung der X-Achse ist auch zur Erläuterung der Lichtintensitätsverteilung in Richtung der Y-Achse anwendbar. Somit wird durch Setzen von z0 auf einen Wert, der größer als der vorbestimmte Wert ist, die im Bereich von -b/2 Y b/2 integrierte Gesamtlichtintensität P_ALL homogenisiert. Im Ergebnis werden die Intensitäten der in die Lichtwellenleiter 11 bis 18 eingespeisten Signale in Y-Richtung homo genisiert.

Bis hierher wurde das Zentrum des Lichtwellenleiters, von dem ein Signal ausgeht, durch (X, Y) = (0, 0) repräsentiert. Wenn jedoch das Zentrum des Lichtwellenleiters auf eine beliebige Posi tion (X, Y) im Bereich von -a/2 X a/2 und -b/2 Y b/2 gesetzt wird, gilt die vorste hende Erläuterung für das Zentrum des Lichtwellenleiters von (X, Y) = (0, 0) insofern, als die Länge z0 des Wellenleiters groß genug ist, um die integrierte Intensität P_ALL des Signallichts abzuflachen.

Wie vorstehend erläutert wurde, wird die Intensitätsverteilung der in die Lichtwellenleiter 11 bis 18 eingespeisten Signale durch Wahl der Länge des Wellenleiterstabs 92 mit rechteckigem Querschnitt größer als der vorbestimmte Wert minimiert.

Fig. 9(A), 9(B) und 9(C) zeigen schematische Querschnitte verschiedener polygonaler optischer Wellenleiter, bei denen die Mäntel nicht gesondert dargestellt sind. Gemäß Fig. 9(A) ist ein Kern 91a eines dreieckigen Wellenleiters dreieckig. Gemäß Fig. 9(B) ist der Kern 92a eines rechteckigen Wellenleiters rechteckig. Gemäß Fig. 9(C) ist ein Kern 93a eines sechseckigen Wellenleiters sechseckig.

Bei den dargestellten polygonalen Wellenleitern wird die integrierte Signallichtintensität P_ALL aufgrund der Totalreflexion an der Grenze zwischen dem jeweiligen Kern und Mantel durch Auffalten der Lichtintensitäten längs der gepunkteten Linien und durch Übereinanderlegen aller gefalteter Lichtintensitäten in dem durch die durchgezogenen Linien umgebenen Polygon erhalten. Da die dargestellten Polygone eine Ebene bedecken können, ohne Spalte dazwischen freizulassen oder zu überlappen, wird das an einer beliebigen Stelle in eines der dargestellten Polygone eingespeiste Signallicht mit geringer Intensitätsverteilung in die Lichtwellenleiter ausgegeben, indem die Länge der polygonalen Wellenleiterstäbe größer als der vorbestimmte Wert gewählt wird.

Die Eckkanten der Polygone können geschnitten oder abgerundet werden. Die abgeschnittenen oder abgerundeten Eckkanten führen zu Spalten, die ihrerseits eine Intensitätsverteilung des in die Lichtwellenleiter ausgegebenen Signallichts verursachen können. Die Signallichtintensitäts verteilung kann jedoch praktisch unschädlich sein, wenn die abgeschnittenen oder abgerundeten Abschnitte ausreichend klein sind.

Fünfte und sechste Ausführungsform

Bei der dritten und der vierten Ausführungsform kann die erste Reflektoreinrichtung 4A oder 4C, die auf der zweiten Stirnfläche 33 des Wellenleiters 81, 91, 92 oder 93 angeordnet ist, durch einen Licht-Diffusor-Reflektor (oder Diffusor-Reflektor-Einrichtung) 4B oder 4D ersetzt werden, um so zu einer fünften bzw. sechsten Ausführungsform der Erfindung zu gelangen. Wie vorstehend in Verbindung mit der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben wurde, ist der Licht-Diffusor-Reflektor 4B oder 4D durch Anordnen einer transparenten Lichtdif fusionsschicht 43, die viele kleine konkave und konvexe Oberflächenabschnitte aufweist, zwischen der zweiten Stirnfläche 33 der Mischeinrichtung 8 oder 9 und der planen Reflexions ebene 42 des Abschlußspiegels 41 gebildet.

Alternativ kann anstatt der getrennten Ausbildung der Reflexionsebene 42 und der Lichtdiffu sionsschicht 43 die Diffusor-Reflektor-Einrichtung 4B oder 4D aus einer Lichtdiffusionsschicht 45 bestehen, die an ihrer Oberfläche viele konkave und konvexe Reflexionsabschnitte zum Streuen und Reflektieren des Signallichts aufweist.

Als weitere Alternative kann die Diffusor-Reflektor-Einrichtung 4B oder 4D, anstatt auf der Seite des Abschlußspiegels 41 ausgebildet zu werden, aus einer Lichtdiffusionsschicht 45 mit vielen konkaven und konvexen Abschnitten auf einer Oberfläche und einer Reflexionsebene auf ihrer anderen Oberfläche bestehen und auf der zweiten Stirnfläche 33 der Mischeinrichtung 8 oder 9 ausgebildet sein. Bei den vorstehend beschriebenen Alternativen weist die Lichtdiffusionsschicht 45 die gleiche Funktion wie die transparente Lichtdiffusionsschicht 43 mit vielen kleinen konka ven und konvexen Oberflächenabschnitten auf.

In einer weiteren Alternative ist der Licht-Diffusor-Reflektor 4B oder 4D durch Anordnen einer Lichtdiffusionsschicht 44 mit kleinen Volumenhologrammen zwischen der zweiten Stirnfläche 33 der Mischeinrichtung 8 oder 9 und der planen Reflexionsebene 42 des Abschlußspiegels 41 gebildet. Diese Volumenhologramme werden durch Bestrahlen von fotoleitendem Material wie beispielsweise Fotopolymeren mit kohärentem diffusem Licht erhalten. Die Volumenholo gramme, die gewünschte Lichtstreuungseigenschaften aufweisen, werden durch geeignete Wahl des Streuungswinkelbereichs, der Intensitätsverteilung, der Wellenlänge, des Einfallwinkels auf das lichtempfindliche Material und derartiger Parameter des kohärenten diffusen Lichts erhalten.

Der Licht-Diffusor-Reflektor 4B oder 4D ermöglicht eine Verkürzung der Länge z0 des zylindri schen Wellenleiters 81 der Mischeinrichtung 8 oder der polygonalen Wellenleiter 91, 92, 93 der Mischeinrichtung 9. Der Licht-Diffusor-Reflektor 4B oder 4D erleichtert ferner die Homogenisie rung der Intensitäten des auf die Lichtwellenleiter aufgeteilten Signallichts.

Wie vorstehend erläutert wurde, homogenisiert die vorliegende Erfindung die Intensitätsvertei lung des die Mischeinrichtung durchlaufenden Signallichts durch Ausbildung einer Lichtdiffu sionsschicht auf der Reflexionsebene des Abschlußspiegels. Im Ergebnis weisen die Auftei lungsverhältnisse des von einem Lichtwellenleiter abgestrahlten Lichts und des auf die Licht wellenleiter auftreffenden Lichts selbst dann keine große Abweichung voneinander auf, wenn die Lichtwellenleiter um einen gewissen Grad bezüglich der Mischeinrichtung versetzt sind.

Da das von einem der Lichtwellenleiter in den Wellenleiter einfallende Signal in der Lichtdiffu sionsschicht gestreut wird und das gestreute Licht zur Einfallsstirnfläche des Wellenleiters zurückläuft, wird die Lichtintensitätsverteilung auf der Einfallsstirnfläche des Wellenleiters homogenisiert, d. h. gleichförmig gemacht. Deshalb weisen die Aufteilungsverhältnisse des von einem Lichtwellenleiter abgestrahlten Lichts und des auf die anderen Lichtwellenleiter auftref fenden Lichts selbst dann eine minimale Abweichung voneinander auf, wenn die Lichtwellenlei ter um einen gewissen Grad bezüglich der Mischeinrichtung versetzt sind.

Durch das Vorsehen des Lichtreflektors auf den Kontaktflächen der Mischeinrichtung und der Bündelungseinrichtung mit Ausnahme der Stirnflächen der Kerne der Lichtwellenleiter werden die in die Mischeinrichtung eingespeisten Signale viele Male reflektiert, bis die Signale in die Lichtwellenleiter gekoppelt werden, und sie werden nie nach außen abgestrahlt. Somit werden die Signale unter geringen Übertragungsverlusten effizient übertragen.

Durch Ausbilden des Wellenleiters der Mischeinrichtung als zylindrischen oder polygonalen Stab, der länger als die vorbestimmte Länge ist, wird die Intensitätsverteilung des in die Lichtwellen leiter ausgegebenen Signallichts minimiert.

Als Ergebnis wird ein optischer Sternkoppler erhalten, der die Abstandsfaktoren der Lichtwel lenleiter und der Mischeinrichtung verbessert und das von einem Lichtwellenleiter abgestrahlte Signal gleichförmig über die Mischeinrichtung verteilt sowie das verteilte Signal effizient in die anderen Lichtwellenleiter koppelt. Die Stirnfläche 21 bei den vorgenannten Ausführungsformen ist vorzugsweise poliert.

Zusammenfassend läßt sich die voranstehend beschriebene Erfindung wie folgt charakterisieren als:

(A) Ein optischer Sternkoppler, umfassend: einen Bündelungsabschnitt (2) mit einer Mehrzahl von Lichtwellenleitern (11-1E), von denen jeder ein erstes Ende und einen Kern (11a-1Ea) aufweist, wobei die ersten Enden der Lichtwellenleiter (11-1E) gebündelt und die Stirnflächen der ersten Enden der Lichtwellenleiter (11-1E) derart ausgebildet sind, daß sie eine plane Ebene (21) bilden; einen Mischabschnitt (3) mit einem Wellenleiter (31), der eine erste Stirnflä che (32) und eine zweite Stirnfläche (33) aufweist, wobei die erste Stirnfläche (32) des Wellen leiters (31) mit der planen Ebene (21) des Bündelungsabschnitts (3) gekoppelt ist und die Kerne (11a-1Ea) der Lichtwellenleiter (11-1E) bedeckt; und einen Diffusor-Reflektor-Abschnitt (4), der an die zweite Stirnfläche (33) des Wellenleiters (31) gekoppelt ist;
(B) ein optischer Sternkoppler nach (A), bei dem das Übertragungsmedium des Wellenleiters (31) einen Brechungsindex aufweist, der von einem höheren Brechungsindex auf der Mittel achse des Wellenleiters (31) bis zu einem niedrigeren Brechungsindex im Umfangsbereich des Wellenleiters (31) variiert;
(C) ein optischer Sternkoppler nach (B), bei dem die erste und die zweite Stirnfläche (32, 33) des Wellenleiters (31) in einer bestimmten Entfernung voneinander angeordnet sind, wodurch die Austrittsposition eines Strahls auf der zweiten Stirnfläche (33) in Abhängigkeit von der Einfallsrichtung des auf die erste Stirnfläche (32) des Wellenleiters (31) auftreffenden Strahls fixiert wird;
(D) ein optischer Sternkoppler, umfassend: einen Bündelungsabschnitt (2A) mit einem zylindri schen rohrförmigen Faserbündel (1), der eine Mehrzahl von Lichtwellenleitern (11-18) bündelt, von denen jeder ein erstes Ende und einen Kern (11a-18a) aufweist, wobei die ersten Enden der Lichtwellenleiter (11-18) gebündelt und die Stirnflächen der ersten Enden der Lichtwellen leiter (11-18) derart ausgebildet sind, daß eine plane Ebene (21) gebildet wird; einen Mischab schnitt (8) mit einem zylindrischen rohrförmigen Wellenleiter (81), der eine erste Stirnfläche (32) und eine zweite Stirnfläche (33) aufweist, wobei die erste Stirnfläche (32) des Wellenleiters (81) an die plane Ebene (21) des Bündelungsabschnitts (2A) gekoppelt ist und die Kerne (11a-18a) der Lichtwellenleiter (11-18) bedeckt; und einen ersten Reflexionsabschnitt (4A), der an die zweite Stirnfläche (33) des Wellenleiters (81) gekoppelt ist;
(E) ein optischer Sternkoppler, umfassend: einen Bündelungsabschnitt (2B) mit einem polygo nalen Faserbündel (1), der eine Mehrzahl von Lichtwellenleitern (11-18) bündelt, von denen jeder ein erstes Ende und einen Kern (11a-18a) aufweist, wobei die ersten Enden der Licht wellenleiter (11-18) gebündelt und die Stirnflächen der ersten Enden der Lichtwellenleiter (11- 18) derart ausgebildet sind, daß eine plane Ebene (21) gebildet wird; einen Mischabschnitt (9) mit einem polygonalen Wellenleiter (92), der eine erste Stirnfläche (32) und eine zweite Stirnflä che (33) aufweist, wobei die erste Stirnfläche (32) des Wellenleiters (92) an die plane Ebene (21) des Bündelungsabschnitts (2B) gekoppelt ist und die Kerne (11a-18a) der Lichtwellenleiter (11-18) bedeckt; und einen ersten Reflexionsabschnitt (4C), der an die zweite Stirnfläche (33) des Wellenleiters (92) gekoppelt ist;
(F) ein optischer Sternkoppler nach (D) oder (E), bei dem der erste Reflektorabschnitt (4A; 4C) einen Licht-Diffusor-Reflektor (4B; 4D) aufweist;
(G) ein optischer Sternkoppler nach (A), der des weiteren einen Reflektorabschnitt (22) aufweist, der mit der planen Ebene (21) des Bündelungsabschnitts (2) verbunden ist;
(H) ein optischer Sternkoppler nach (D) oder (E), der des weiteren einen zweiten Reflektorab schnitt (22) aufweist, der mit der planen Ebene (21) des Bündelungsabschnitts (2A; 2B) verbunden ist;
(I) ein optischer Sternkoppler nach (G) bzw. (H), bei dem der bzw. der zweite Reflektorabschnitt (22) auf der gesamten Fläche der planen Ebene mit Ausnahme der Stirnflächen der Kerne (11a - 1Ea) der Lichtwellenleiter (11-1E) gebildet ist;
(J) ein optischer Sternkoppler nach (A) oder (F), bei dem der Licht-Diffusor-Reflektor (4; 4B; 4D) einen Abschlußspiegel (41) mit einer Reflexionsebene (42) und eine transparente Lichtdiffu sionsschicht (43) aufweist, die zwischen der zweiten Stirnfläche (33) des Wellenleiters (31; 81; 92) und der Reflexionsebene (42) des Abschlußspiegels (41) ausgebildet ist;
(K) ein optischer Sternkoppler nach (J), bei dem die Lichtdiffusionsschicht (43) Volumenholo gramme umfaßt;
(L) ein optischer Sternkoppler nach (A) oder (F), bei dem der Licht-Diffusor-Reflektor (4; 4B, 4D) einen Abschlußspiegel (41) und kleine unebene Facetten aufweist, die auf der mit dem Mischabschnitt (3; 8; 9) verbundenen Fläche des Abschlußspiegels (41) ausgebildet sind; oder
(M) ein optischer Sternkoppler nach (A) oder (F), bei dem der Licht-Diffusor-Reflektor (4; 4B, 4D) kleine unebene Facetten und eine Reflexionsebene (42) aufweist, die auf der zweiten Stirn fläche (33) des Wellenleiters (31; 81; 92) ausgebildet ist.

Claims

1. Optischer Sternkoppler, umfassend:
eine Bündelungseinrichtung (2), die jeweilige Enden einer Mehrzahl von Lichtwellenlei tern (11-1E) bündelt derart, daß die Stirnflächen der Enden der Lichtwellenleiter (11-1E) in einer planen Ebene (21) liegen,
eine Mischeinrichtung (3) mit einem Wellenleiter (31), der eine erste Stirnfläche (32) und eine zweite Stirnfläche (33) aufweist, von denen die erste Stirnfläche (32) mit der planen Ebene (21) der Bündelungseinrichtung (2) gekoppelt ist und die Kerne (11a-1Ea) der Lichtwel lenleiter (11-1E) bedeckt, und
eine erste einen Licht-Diffusor-Reflektor (4) aufweisende Reflektoreinrichtung, die an die zweite Stirnfläche (33) des Wellenleiters (31) gekoppelt ist.

2. Sternkoppler nach Anspruch 1, bei dem das Übertragungsmedium des Wellenleiters (31) einen Brechungsindex aufweist, der von einem höheren Wert auf der Mittelachse des Wellenleiters (31) zu einem niedrigeren Wert im Umfangsbereich des Wellenleiters (31) variiert.

3. Sternkoppler nach Anspruch 2, bei dem die erste und zweite Stirnfläche (32, 33) des Wellenleiters (31) in einer solchen Entfernung voneinander angeordnet sind, daß die Austrittsposition eines Strahls auf der zweiten Stirnfläche (33) in Abhängigkeit von der Einfalls richtung des auf die erste Stirnfläche (32) des Wellenleiters (31) auftreffenden Strahls fixiert ist.

4. Sternkoppler, umfassend:
eine Bündelungseinrichtung (2A), die jeweilige Enden einer Mehrzahl von Lichtwellen leitern (11-18) zu einem zylindrischen rohrförmigen Faserbündel (1) bündelt derart, daß die Stirnflächen der Enden der Lichtwellenleiter (11-18) in einer planen Ebene (21) liegen,
eine Mischeinrichtung (8) mit einem zylindrischen rohrförmigen Wellenleiter (81), die eine erste Stirnfläche (32) und eine zweite Stirnfläche (33) aufweist, von denen die erste Stirn fläche (32) an die plane Ebene (21) der Bündelungseinrichtung (2A) gekoppelt ist und die Kerne (11a-18a) der Lichtwellenleiter (11-18) bedeckt, und
eine erste Reflektoreinrichtung (4A), die an die zweite Stirnfläche (33) des Wellenlei ters (81) gekoppelt ist.

5. Optischer Sternkoppler, umfassend:
eine Bündelungseinrichtung (2B), die jeweilige Enden einer Mehrzahl von Lichtwellenlei tern (11-18) zu einem polygonalen Faserbündel (1) bündelt derart, daß die Stirnflächen der Enden der Lichtwellenleiter (11-18) in einer planen Ebene (21) liegen,
eine Mischeinrichtung (9) mit einem polygonalen Wellenleiter (92), die eine erste Stirn fläche (32) und eine zweite Stirnfläche (33) aufweist, von denen die erste Stirnfläche (32) an die plane Ebene (21) der Bündelungseinrichtung (2B) gekoppelt ist und die Kerne (11a-18a) der Lichtwellenleiter (11-18) bedeckt, und
eine erste Reflektoreinrichtung (4C), die an die zweite Stirnfläche (33) des Wellenleiters (92) gekoppelt ist.

6. Sternkoppler nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die erste Reflektoreinrichtung (4A; 4C) einen Licht-Diffusor-Reflektor (4B; 4D) aufweist.

7. Sternkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine zweite Reflektoreinrichtung (22), die mit der planen Ebene (21) der Bündelungseinrichtung (2; 2A; 2B) verbunden ist.

8. Sternkoppler nach Anspruch 7, bei dem die zweite Reflektoreinrichtung (22) die gesamte Fläche der planen Ebene (21) der Bündelungseinrichtung mit Ausnahme der Stirnflä chen der Kerne (11a-1Ea) der Lichtwellenleiter (11-1E) bedeckt.

9. Sternkoppler nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 6-8, bei dem der Licht- Diffusor-Reflektor (4; 4B; 4D) einen Abschlußspiegel (41) mit einer Reflexionsebene (42) und eine transparente Lichtdiffusionsschicht (43) aufweist, die zwischen der zweiten Stirnfläche (33) des Wellenleiters (31; 81; 92) und der Reflexionsebene (42) des Abschlußspiegels (41) ausgebildet ist.

10. Sternkoppler nach Anspruch 9, bei dem die Lichtdiffusionsschicht (43) Volumen hologramme umfaßt.

11. Sternkoppler nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 6-8, bei dem der Licht- Diffusor-Reflektor (4; 4B, 4D) einen Abschlußspiegel (41) und kleine unebene Facetten aufweist, die auf der mit der Mischeinrichtung (3; 8; 9) verbundenen Fläche des Abschlußspie gels (41) ausgebildet sind.

12. Sternkoppler nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 6-8, bei dem der Licht- Diffusor-Reflektor (4; 4B; 4D) kleine unebene Facetten und eine Reflexionsebene (42) aufweist, die auf der zweiten Stirnfläche (33) des Wellenleiters (31; 81; 92) ausgebildet ist.