DE19809823C1

DE19809823C1 - Koppelanordnung

Info

Publication number: DE19809823C1
Application number: DE1998109823
Authority: DE
Inventors: Joerg-Reinhardt Kropp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2018-02-28

Abstract

Zum Einkoppeln von Licht eines Senders (1) in einen Mehrmoden-Lichtwellenleiter (18) ist ein Anpassungs-Lichtwellenleiter (4) vorgesehen, der an einer Koppelstelle (17) an den Mehrmoden-Lichtwellenleiter (18) angeschlossen ist. An der Koppelstelle (17) schließt der Anpassungs-Lichtwellenleiter (4) mit der Längsachse (34) des Mehrmoden-Lichtwellenleiters (18) einen spitzen Winkel (alpha) ein.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der breitbandigen opti schen Datenübertragung mittels optischer Signale in Lichtwel lenleitern und betrifft eine Koppelanordnung zum Einkoppeln von Licht eines Senders in einen Mehrmoden-Lichtwellenleiter mit einem zwischen Sender und Mehrmoden-Lichtwellenleiter an geordneten Anpassungs-Lichtwellenleiter, dessen eines Ende an einer Koppelstelle an ein Ende des Mehrmoden-Lichtwellenlei ters angeschlossen ist,

Eine derartige Koppelanordnung ist in der DE 30 02 469 C2 im Zusammenhang mit der Problematik von Reflexionen beschrieben, die an Einkoppelstellen auftreten und zurück zum (Laser-) Sender gelangen. Bei dieser Anordnung ist zum Einkoppeln von Licht des Lasersenders in einen (auch als Multimode-Lichtwel lenleiter bezeichneten) Mehrmoden-Lichtwellenleiter ein An passungs-Lichtwellenleiter vorgesehen, der zwischen dem Laser und einer Koppelstelle mit dem Mehrmoden-Lichtwellenleiter angeordnet ist. Die Länge des Anpassungs-Lichtwellenleiters ist unter Berücksichtigung der Kohärenz der spektralen Breite der Lasermoden so bemessen, daß in diesem eine ausreichend große Laufzeitstreuung erzielt wird, um unerwünschte Kohärenz rückgestrahlter Lichtsignale zu zerstören.

Bei der optischen Datenübertragung mit elektrooptischen Modu len, insbesondere bei Halbleiterlaser-Modulen, können bei Verwendung von Mehrmoden-Lichtwellenleitern als Übertragungs- oder Strecken-Lichtwellenleiter die erreichbaren Bandbreiten aufgrund von Streuungen und Inhomogenitäten der Lichtwellen leiterqualität stark schwanken. Eine physikalische Ursache dafür wird darin gesehen, daß der lichtführende Kern eines Mehrmoden-Lichtwellenleiters durch die Laserstrahlung üb licherweise nicht voll ausgenutzt wird. Je nach Art der Ein kopplung und der individuellen Lichtwellenleitereigenschaften ergeben sich deshalb unterschiedliche Bandbreiten.

Aus der DE 37 33 019 C2 ist eine Koppelanordnung bekannt ge worden, die auf eine Erhöhung der Anzahl angeregter Fasermo den sowie auf eine reduzierte Licht-Rückwirkung der Licht wellenleiterstrecke auf den Lasersender gerichtet ist. Dazu ist bei der bekannten Anordnung eine spezielle Lichteinkop peloptik vorgesehen, die von einem Lichtwellenleitertaper mit integrierter Kugellinse oder einem Linsensystem zwischen dem Lasersender und dem Mehrmoden-Lichtwellenleiter gebildet ist. Dabei sind die optischen Achsen des Senders einerseits und des Mehrmoden-Lichtwellenleiters andererseits in einer von der achskongruenten Lage abweichenden, parallel gegeneinander versetzten Lage angeordnet.

Diese bekannte Anordnung erfordert vergleichsweise aufwendige Koppelmaßnahmen unter Zwischenschaltung präzise herzustellen der und auszurichtender strahlformender Elemente. Insbeson dere ist die Herstellung eines Lichtwellenleitertapers mit präzise reproduzierbaren Abbildungseigenschaften relativ auf wendig und teuer. Die bekannte Anordnung ist außerdem für Feldanwendungen und zur Nachrüstung von bestehenden steckba ren Verbindungen ungeeignet.

Aus der US-PS 4,615,581 geht eine symmetrische Koppelanord nung mit einer Zentrierhülse und beidseitig eingeführten Lichtwellenleitersteckern hervor. Die Stecker schließen je weils ein Lichtwellenleiterende kopplungsfähig ab. Jedes Lichtwellenleiterende schließt im Bereich der Steckerstirn seite jeweils denselben spitzen Winkel mit der Steckerlängs achse ein, so daß die beiden Lichtwellenleiterenden im gekop pelten Zustand fluchten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfach sten konstruktiven Mitteln eine robuste Koppelanordnung zu schaffen, bei der die Bandbreite der in Mehrmoden-Lichtwel lenleitern übertragbaren Signale erheblich erhöht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Koppelanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Anpas sungs-Lichtwellenleiter an der Koppelstelle mit der Längs achse des Mehrmoden-Lichtwellenleiters einen spitzen Winkel einschließt.

Die erfindungsgemäße Anordnung verwendet zwischen dem Sender (Lichtquelle) und dem mehrmodigen Lichtwellenleiter einen An passungs-Lichtwellenleiter, der vorzugsweise in einem Licht wellenleiterkabel verläuft. Die erfindungsgemäße Koppelanord nung kann in vorteilhafter Weise auf zusätzliche strahlfor mende Elemente verzichten, weil lediglich sichergestellt sein muß, daß der Anpassungs-Lichtwellenleiter an der Koppelstelle einen spitzen Winkel mit der Längsachse des Mehrmoden-Licht wellenleiters (Übertragungs- bzw. Strecken-Lichtwellenleiter) bildet. Durch die nicht gradlinige, sondern in einem Winkel 180° verlaufende Lichtüberkopplung zwischen Anpassungs- und Mehrmoden-Lichtwellenleiter wird eine vorteilhafte Moden verteilung erreicht, die zu einer größeren Ausleuchtung des Kerns des Mehrmoden-Lichtwellenleiters führt. Dies erlaubt eine erhebliche Erhöhung der Signal-Bandbreite. Die erfin dungsgemäße Koppelanordnung verläßt damit bewußt die bislang vorherrschende traditionelle Kopplungsphilosophie, nach der eine möglichst fluchtende Ausrichtung von zu koppelnden Lichtwellenleitern angestrebt wurde, wobei allenfalls ein Schrägschliff der Kopplungsstirnflächen zur Vermeidung der eingangs diskutierten Reflexionen vorgesehen war.

Eine konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemä ßen Koppelanordnung sieht vor, daß die zu koppelnden Enden des Mehrmoden-Lichtwellenleiters und des Anpassungs-Lichtwel lenleiters jeweils von einem Steckerstift aufgenommen sind, daß der Anpassungs-Lichtwellenleiter mit der zentralen Längs achse seines Steckerstiftes einen spitzen Winkel einschließt und daß die Steckerstifte konzentrisch ausgerichtet sind. Der bevorzugt in einem Lichtwellenleiterkabel geführte Anpas sungs-Lichtwellenleiter ist vorteilhafterweise an beiden En den mit einem an sich bekannten, handelsüblichen Steckverbin der versehen, wobei zumindest einer der Steckverbinder einen Stecker mit einer bezüglich seiner Längsachse schiefwinkligen Lichtwellenleiterführung aufweist. Die Lichtwellenleiterfüh rung kann eine entsprechend winklige Längsbohrung sein. Da durch wird der Lichtwellenleiter in konstruktiv einfacher Weise in einem definierten Winkel zu dem anzukoppelnden Strecken-Lichtwellenleiter orientiert. Die zu koppelnden Lichtwellenleiter schließen zwischen sich einen von 180° ver schiedenen Winkel (von 180° ± α) ein, weil der Anpassungs- Lichtwellenleiter an der Koppelstelle mit der Längsachse des zentrisch in dem Steckerstift gehaltenen Mehrmoden-Lichtwel lenleiters einen spitzen Winkel bildet.

Besonders bevorzugt ist der Anpassungs-Lichtwellenleiter, ein Monomode-Lichtwellenleiter und schließt mit der Längsachse des anzukoppelnden Mehrmoden-Lichtwellenleiters einen spitzen Winkel von 2° bis 15° ein.

Der Anpassungs-Lichtwellenleiter ist besonders bevorzugt ein Einmoden-Lichtwellenleiter.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ankopplung eines optischen Senders an einen Empänger und

Fig. 2 im Längsschnitt ein Detail der Fig. 1 im Bereich einer Kopplungsstelle zwischen einem Anpassungs- Lichtwellenleiter und einem Mehrmoden-Lichtwellen leiter.

Gemäß Fig. 1 ist eine Laserdiode als optischer Sender 1 über eine Steckverbindung 2 mit einem 3 eines ersten Endes 5 eines Anpassungs-Lichtwellenleiters 4 optisch verbunden. Das andere Ende 6 des Anpassungs-Lichtwellenleiters 4 endet in einem weiteren Steckverbinder 7 und verläuft in dessen Steckerstift 8 bis zu einer Steckerstift-Stirnseite 9. Der Steckerstift 8 ist in nachfolgend noch ausführlich erläuterter Weise in ein offenes Ende 10 einer Kopplungsbuchse 12 eingeführt. Der Stirnseite 9 liegt eine Stirnseite 14 eines von dem anderen offenen Ende 13 der Buchse 12 her eingeführten Steckerstiftes 15 gegenüber. Die Stirnseite 14 ist bevorzugt mit der Stirn seite 9 in physikalischem Kontakt. Der Steckerstift 15 ist Teil eines Steckverbinders 16. Die Steckverbinder 7, 16 bil den somit eine Kopplungsstelle 17.

Der Steckverbinder 16 schließt ein Ende eines Mehrmoden- Lichtwellenleiters 18 ab, der als Strecken-Lichtwellenleiter zu einem entfernt angeordneten optischen Empfänger 20 führt. Der Empfänger kann eine Photodiode umfassen und ist über eine Ankopplungsbuchse 21 mit einem weiteren Steckverbinder 22 verbunden, der das andere Ende des Mehrmoden-Lichtwellenlei ters 18 kopplungsfähig aufnimmt.

Insbesondere bei der Verwendung von Halbleiterlasern als Sen der 1 kann die optische Übertragung zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 20 nicht nur mit Monomode-Lichtwellenleitern, sondern auch mit Mehrmoden-Lichtwellenleitern erfolgen. Bei der zunehmend beliebteren Verwendung von Mehrmoden-Lichtwel lenleitern 18 kann es aufgrund von Streuungen der Lichtwel lenleiterqualität entlang der Lichtwellenleiterstrecke zu starken Bandbreitenschwankungen kommen. Um die Verteilung der Strahlung in dem Mehrmoden-Lichtwellenleiter so zu verändern, daß eine höhere Bandbreite erreichbar ist, ist der Anpas sungs-Lichtwellenleiter in spezieller Weise in dem Stecker stift 8 gehalten (Fig. 2).

Wie auf der linken Seite der Fig. 2 mit einem stark vergrö ßert dargestellten Ende 6 des Anpassungs-Lichtwellenleiters 4 verdeutlicht, schließt das Ende 6 mit der Längsachse 32 des Steckerstiftes 8 und damit auch mit der Längsachse 34 des ge genüberliegenden Steckerstiftes 15 einen spitzen Winkel α ein. Die Steckerstifte 8, 15 sind zylindrisch ausgebildet und mit ihren konzentrischen Mantelflächen in der als Ausricht hülse dienenden Kopplungsbuchse 12 zentriert. Die Stecker stifte 8, 15 sind damit in konstruktiv einfacher Weise fluch tend und koaxial ausgerichtet, wobei durch die schiefwinklige Anordnung des Lichtwellenleiterendes 6 in Bezug auf die ge meinsamen Längsachsen 32, 34 die von dem Sender 1 (Fig. 1) emittierte Strahlung in definiertem Winkel α in das Ende 36 des Mehrmoden-Lichtwellenleiters 18 eingekoppelt wird. Da durch wird bei der Lichtüberkopplung von dem Lichtwellenlei ter 4 in den Lichtwellenleiter 18 eine gegenüber der bisher üblichen, geradlinigen, fluchtenden Überkopplung eine bevor zugte Modenverteilung in dem Mehrmoden-Lichtwellenleiter 18 erreicht, die zu einer größeren Ausleuchtung des Kernes des Lichtwellenleiters 18 führt. Dies führt zu einer gewünschten Erhöhung der Bandbreite.

Besonders bevorzugt beträgt der spitze Winkel α 2° bis 15°. Damit wird in vorteilhafter Weise bei dennoch verlustarmer Kopplung eine besonders deutliche Verbesserung der Bandbreite erzielt. Der Winkel α kann besonders einfach dadurch einge stellt werden, daß der Steckerstift 8 mit einer entsprechen den Längsbohrung versehen wird, die um den Winkel α schief zur Symmetrie- bzw. Längsachse des Steckerstiftes 8 erzeugt, z. B. gebohrt, wird. In diese Bohrung wird dann in an sich be kannter Weise das Ende 6 des Anpassungs-Lichtwellenleiters 4 fixiert und bevorzugt zusammen mit der Stirnfläche 9 poliert.

Claims

1. Koppelanordnung zum Einkoppeln von Licht eines Senders (1) in einen Mehrmoden-Lichtwellenleiter (18) mit einem zwischen Sender (1) und Mehrmoden-Lichtwellenleiter (18) angeordneten Anpassungs-Lichtwellenleiter (4), dessen eines Ende (30) an einer Koppelstelle (17) an ein Ende (36) des Mehrmoden-Lichtwellenleiters (18) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpassungs-Lichtwellenleiter (4) an der Koppelstelle (17) mit der Längsachse (34) des Mehrmoden-Lichtwellenleiters (18) einen spitzen Winkel (α) einschließt.

2. Koppelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu koppelnden Enden (30, 36) des Mehrmoden-Lichtwellen leiters (18) und des Anpassungs-Lichtwellenleiters (4) je weils von einem Steckerstift (8, 15) aufgenommen sind, daß der Anpassungs-Lichtwellenleiter (4) mit der zentralen Längs achse (32) seines Steckerstiftes (8) einen spitzen Winkel (α) einschließt und daß die Steckerstifte (8, 15) konzentrisch ausgerichtet sind.

3. Koppelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel (α) 2° bis 15° beträgt.

4. Koppelanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpassungs-Lichtwellenleiter (4) ein Einmoden-Lichtwel lenleiter ist.