DE19653744A1

DE19653744A1 - Herstellungsverfahren für einen modenselektiven Verschmelzkoppler

Info

Publication number: DE19653744A1
Application number: DE1996153744
Authority: DE
Inventors: Rolf Rosberg
Original assignee: Alcatel Alsthom Compagnie Generale dElectricite
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-06-25

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen modenselektiven Verschmelzkoppler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Herstellungsverfahren ist bekannt aus einem Aufsatz von R. G. Lamont et al. mit dem Titel "Tuned-port twin biconical fiber splitters: fabrication from dissimilar low-mode-number fibers", Optics Letters, Vol. 10, No. 1, January 1985, S. 46-48. Dort werden bereits bei der Herstellung des Verschmelzkopplers dessen Koppeleigenschaften überwacht. Diese Überwachung erfolgt durch Einkoppeln von Licht in die miteinander verschmolzenen optischen Fasern und gleichzeitigem Messen der Lichteigenschaften, z. B. Intensität und Modenstruktur, am anderen Ende der optischen Fasern. Bei dem dort beschriebenen Herstellungsverfahren werden allerdings optische Fasern mit unterschiedlichen Manteldurchmessern miteinander verschmolzen.

Aus der Patentanmeldung EP-A2-0 265 918 ist bekannt, einen Richtkoppler, der wellenlängenselektiv sein soll, auch als Moden(de)multiplexer zu verwenden. Ein Verfahren, wie ein für diesen Zweck optimierter Richtkoppler hergestellt werden kann, ist dort jedoch nicht beschrieben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für einen modenselektiven Verschmelzkoppler anzugeben, der in optischen Übertragungssystemen als Moden-(De)Multiplexer eingesetzt werden kann. Das Verfahren soll einfach und kostengünstig sein und die Herstellung von Verschmelzkopplern erlauben, mit denen optische Moden - im folgenden vereinfacht als Moden bezeichnet - annähernd vollständig getrennt oder zusammengeführt werden können. Außerdem soll der Verschmelzkoppler eine geringe Einfügedämpfung haben und weitgehend wellenlängenunabhängig sein.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren löst diese Aufgabe mit Hilfe der in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale. Zwei optische Fasern mit bikonischen Doppeltapern werden im Bereich der Taper in Kontakt gebracht. In eine der optischen Fasern wird monochromatisches Licht mit einer Wellenlänge eingekoppelt, die kleiner ist als die Grenzwellenlänge dieser optischen Faser, so daß das eingekoppelte Licht im Grundmodus und in mindestens einem höheren Modus geführt wird. Anschließend werden die beiden optischen Fasern in dem Bereich, in dem sie Kontakt haben, miteinander verschmolzen. Unter Wärmeeinwirkung werden sodann die beiden Fasern solange auseinander gezogen, bis auf der Ausgangsseite der ersten Faser nur noch Licht im Grundmodus geführt wird.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel haben die zu verschmelzenden optischen Fasern keinen symmetrischen, sondern einen asymmetrischen Doppeltaper, d. h. die konischen Taper zu beiden Seiten der Verjüngung haben unterschiedliche Öffnungswinkel. Durch diese Maßnahme wird die Wellenlängenabhängigkeit stark herabgesetzt. Zur Herstellung einer optischen Faser mit einem derartigen asymmetrischen Doppeltaper wird die Faser an einer Stelle fest eingespannt. In der Nähe der Einspannstelle wird die optische Faser lokal erhitzt und von einer Seite her ausgezogen. Dadurch verjüngt sich der Querschnitt der optischen Faser asymmetrisch.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele und der Zeichnungen eingehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Zwei gegeneinander verdrehte und miteinander verschmolzene optische Fasern mit asymmetrisch geformten bikonischen Doppeltapern.
In eine der Fasern wird mehrmodiges Licht eingekoppelt.

Fig. 2 Herstellung eines asymmetrischen Doppeltapers.

Fig. 3a Anordnung zweier optischer Fasern mit asymmetrischen Doppeltapern, bevor sie miteinander in Kontakt gebracht werden.

Fig. 3b Anordnung zweier optischer Fasern mit asymmetrischen Doppeltapern, nachdem sie miteinander in Kontakt gebracht und gegeneinander verdreht worden sind.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen modenselektiven Verschmelzkopplers werden zunächst die bei der Herstellung von herkömmlichen Verschmelzkopplern bekannten Schritte durchgeführt: Bei zwei optischen Fasern wird auf einer Länge von 1 bis 2 cm die Schutzschicht entfernt. Die beiden optischen Fasern werden gegeneinander verdreht und dann so in eine Koppler-Ziehvorrichtung eingelegt, daß die beiden schutzschichtfreien Abschnitte sich berühren. Diese Abschnitte werden erhitzt und durch beidseitiges Ziehen zu symmetrischen bikonischen Kopplern auseinander gezogen.

Erfindungsgemäß wird nun in eine der beiden optischen Fasern monochromatisches Licht mit einer Wellenlänge eingekoppelt, die kleiner ist als die Grenzwellenlänge dieser optischen Faser. Diese Wellenlänge sollte möglichst nahe an derjenigen Wellenlänge liegen, mit der der Verschmelzkoppler später betrieben werden soll. Die Grenzwellenlänge einer optischen Faser ist definiert als die Wellenlänge, die überschritten werden muß, damit sich in der optischen Faser neben dem Grundmodus keine anderen Moden ausbreiten können. Wenn, wie hier, die Wellenlänge kleiner ist als die Grenzwellenlänge, so können sich in der optischen Faser außer dem Grundmodus noch weitere höhere Moden ausbreiten, d. h. die Faser verhält sich für diese Wellenlänge wie eine Mehrmodenfaser. Bei kommerziell erhältlichen "Einmoden-Fasern" ist die Grenzwellenlänge gewöhnlich den Herstellerangaben zu entnehmen.

Als Beispiel ist in Fig. 1 schematisch dargestellt, wie in die Eintrittsöffnung 1 der optischen Faser OF1 Licht eingekoppelt wird, welches sich in der Faser im Grundmodus LP₀₁ und in dem höheren Modus LP₁₁ ausbreitet. Solange die optischen Fasern OF1 und OF2 noch nicht miteinander verschmolzen sind, durchläuft dieses Licht ungestört die Faser OF1, so daß am anderen Ende 4 der Faser OF1 ebenfalls die Moden LP₀₁ und LP₁₁ gemessen werden können (nicht dargestellt in Fig. 1).

In einem nächsten Schritt erhitzt man nun mit einer Flamme, die beispielsweise von einem Butan/Sauerstoff-Brenner BR erzeugt wird, den Abschnitt, in dem die beiden optischen Fasern Kontakt haben. Die Flamme sollte eine relativ niedrige Temperatur haben, damit die optischen Verluste im fertigen Verschmelzkoppler möglichst gering gehalten werden. Nach einiger Zeit verschmelzen die beiden sich berührenden optischen Fasern OF1 und OF2 über der Flamme. Nun beginnt man, die Enden der beiden optischen Fasern auseinanderzuziehen. Dafür geeignete Koppler- Ziehvorrichtungen sind an anderer Stelle eingehend beschrieben. Während des Ziehvorganges beobachtet man mit Hilfe geeigneter Meßvorrichtungen - in Fig. 1 nicht dargestellt -, welche Moden am Ende 4 der optischen Faser OF1 geführt werden. Eine mögliche Meßvorrichtung dafür kann beispielsweise eine Video- oder Infrarotkamera sein, die vor dem Ende 4 der Faser OF1 angeordnet ist. Auf einem Monitor, auf dem das von der Kamera aufgenommene Bild wiedergegeben wird, kann man die Modenverteilung im Nahfeld beobachten.

Entscheidend ist nun, daß der Ziehvorgang solange durchgeführt wird, bis das Ende 4 der optischen Faser OF1 nur noch den Grundmodus LP₀₁ führt. Dieser Zustand ist in Fig. 1 dargestellt. Der höhere Modus LP₁₁ ist vollständig in die andere optische Faser OF2 übergekoppelt und kann nun an dessen Ende 3 nachgewiesen werden. Würde der Ziehvorgang weiter fortgesetzt, so koppelte der höhere Modus wieder zurück in die optische Faser OF1. Daher ist es wichtig, sofort abzubrechen, sobald am Ende 4 der optischen Faser OF1 nur noch der Grundmodus beobachtet wird. Hilfsweise kann zur Kontrolle auch die Modenzusammensetzung am Ende 3 der optischen Faser OF2 überwacht werden. Typische Ziehlängen liegen im Bereich von einigen Millimetern und sind damit deutlich kürzer als die anderer Verschmelzkoppler, die als Leistungsteiler oder Wellenlängen- Multiplexer verwendet werden.

Der so hergestellte Verschmelzkoppler hat also die Eigenschaft, modenselektiv zu koppeln. Im Vergleich zu bekannten, zum Modenmultiplexen eingesetzten Richtkopplern können Moden hier annähernd vollständig getrennt oder zusammengeführt werden.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zur Herstellung des Verschmelzkopplers nicht optische Fasern mit symmetrischen, sondern mit asymmetrischen Doppeltapern verwendet. Ein Doppeltaper ist asymmetrisch, wenn die konischen Taper zu beiden Seiten der Verjüngung unterschiedliche Öffnungswinkel haben, wie dies etwa in Fig. 3a zu erkennen ist.

Die Herstellung einer optischen Faser mit einem asymmetrischen Doppeltaper erfolgt grundsätzlich so wie die einer Faser mit symmetrischen Doppeltaper, bis auf den entscheidenden Unterschied, daß das Ziehen der Faser einseitig bei feststehender Flamme erfolgt. Dies ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Eine optische Faser OF, deren Schutzschicht SS teilweise entfernt ist, wird auf einer Seite fest mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung SP eingespannt. Der Abschnitt der optischen Faser OF, bei dem die Schutzschicht entfernt ist, wird einer Flamme FL ausgesetzt. Nun wird auf die optische Faser eine einseitige Zugspannung in Richtung des Pfeiles P ausgeübt. Nach dem Ziehen hat die optische Faser OF nun die Form der in Fig. 3a dargestellten optischen Faser OF1.

Um aus optischen Fasern mit asymmetrischen Doppeltapern einen Verschmelzkoppler herzustellen, werden zwei derartige optische Fasern in der Weise nebeneinander gelegt, wie dies in Fig. 3a dargestellt ist, d. h. ein flacher und ein steiler Taper liegen sich jeweils gegenüber. Danach werden die beiden optischen Fasern gegeneinander verdreht - siehe Fig. 3b - und miteinander verschmolzen. Durch das Verdrehen kommen die Faser enger miteinander in Kontakt. Als Folge davon werden die Eigenschaften des Kopplers weitgehend unabhängig von der Polarisation des Lichts. Anschließend wird in der oben geschilderten Weise der Koppler auseinander gezogen.

Eine derartiger, aus optischen Fasern mit asymmetrischen Doppeltapern bestehender Verschmelzkoppler verbessert die Wellenlängenunabhängigkeit des modenselektiven Verschmelzkopplers. Darunter wird die Eigenschaft verstanden, in einem größeren Wellenlängenbereich um die Betriebswellenlänge herum modenselektiv zu koppeln. Schwankungen der Betriebswellenlänge wirken sich so wesentlich schwächer auf die Koppeleigenschaften aus.

Claims

1. Herstellungsverfahren für einen modenselektiven Verschmelzkoppler, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) eine erste (OF1) und eine zweite optische Faser (OF2), die jeweils einen Abschnitt haben, in dem der Querschnitt der Fasern verjüngt ist, werden in diesem Abschnitt miteinander in Kontakt gebracht,
b) in die erste optische Faser (OF1) wird monochromatisches Licht mit einer Wellenlänge eingekoppelt, die kleiner ist als die Grenzwellenlänge dieser optischen Faser, so daß das eingekoppelte Licht im Grundmodus und in mindestens einem höheren Modus geführt wird,
c) die beiden optischen Fasern (OF1, OF2) werden in dem Abschnitt, in dem sie Kontakt haben, miteinander verschmolzen,
d) die beiden Fasern (OF1, OF2) werden unter Wärmeeinwirkung (BR) solange auseinander gezogen, bis auf der Ausgangsseite der ersten Faser (OF1) nur noch Licht im Grundmodus geführt wird.

2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem jede optische Faser in folgender Weise vorbereitet wird:

a) die optische Faser (OF in Fig. 2) wird an einer Stelle (SP) fest eingespannt,
b) in der Nähe der Einspannstelle wird die optische Faser (OF) lokal erhitzt (FL),
c) die optische Faser (OF) wird von einer Seite her (P) so ausgezogen, daß der Querschnitt der optischen Faser (OF) sich asymmetrisch verjüngt.

3. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Beobachtung der in der ersten optischen Faser geführten Moden eine Kamera verwendet wird.