DE2048439C - Optische Koppelanordnung zum Über tragen eines mit Nachrichten modulierten Lichtstrahles von dem Ausgang einer opti sehen Vorrichtung auf den Eingang einer anderen optischen Vorrichtung, wobei min destens eine der optischen Vorrichtungen eine Lichtleitfaser ist, und Verfahren zur Herstellung einer solchen Koppel anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Koppelanordnung zum Übertragen eines mit Nachrichten modulierten Lichtstrahls von dem Ausgang einer optischen Vorrichtung auf den Eingang einer anderen optischen Vorrichtung, wobei mindestens eine der optischen Vorrichtungen eine Lichtleitfaser st. und Verfahren zur Herstellung einer solchen Koppelanordnung.

Die Kopplung von Lichtwcllen in optischen Vorrichtungen, in denen nur eine geringe Anzahl von Moden ausbreitungsfähig ist, z. B. in Lichtleitfasern, bereitet ziemlich große Schwierigkeiten, da die wirksame Ein- und Austrittsfläche für die Lichtstrahlen bei solchen Fasern äußerst klein ist. Der Durchmesser des Kerns einer Lichtleitfaser, in dem die Lichtenergie durch Totalreflexion weitergeleitet wird, liegt in der Größenordnung der Lichtwcllenlänge, so daß eine entsprechend genaue Justierung bei der Kopplung notwendig wird. Es ist bekannt, solche Kopplungen mit FJilfe von Linsenanordnungen durchzuführen, jedoch treten hierbei Modenfehlanpassungen auf. welche zu Übcrtragungsverlusten führen. Weiterhin ist es bekannt, die Kopplung zweier optischer Vorrichtungen mittels eines Hologramms oder eines optischen Resonators vorzunehmen, jedoch erhöhen diese zusätzlichen Koppclelemente die Gesamtkosten für eine derartige Koppelanordnung.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, mit deren Hilfe eine annähernd modenreine Kopplung zweier optischer Vorrichtungen, von denen mindestens eine als Lichtleitfaser ausgebildet sein muß, möglich ist, und die zudem keine zusätzlichen Koppelelemente erfordert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Lichtleitfaser <n der Umgebung der Koppelstelle einen gegenüber der Gesamtlänge der Faser kleinen Bereich aufweist, der in seinem Breclningsindexverlauf derart gegenüber dem übrigen Teil der Faser verändert ist, daß die wirksame Ein-Iritts- oder Austrittsflächc für den Lichtstrahl an der

Koppeistelle großer ist als der Querschnitt des totalrcllektierenden Kerns im übrigen Teil der Faser.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand einiger Ausführungsheispiele unter Zuhilfenahme der Fig. 1 bis 7 näher erläutert werden.

In Fig. I sind die Linden zweier Lichtleitfasern I und S dargestellt, die an der Koppelstelle 'J miteinander verbunden sind. Die Lichtleitfasern sind aus einem Kern 3 bzw. 7 vom Brechungsindex /i., sowie einem Mantel 2 bzw. 6. dessen Brechungsindex/i, kleiner als n., ist. aufgebaut. Auf dem größten Teil der Gesamtlänge der Faser sind Kern und Mantel eindeutig voneinander getrennt, so daß der Übergang vom Brechungsindex n., auf n, in radialer Richtung unstetig erfolgt. Würde dieser Breehungsindewerkiuf bis an die Koppeistelle 9 weitergeführt, so müßte mit großen Übertragungsverlusten gerechnet werden, wenn etwa die Lichtstrahlung von .iner solchen Lichtleitfaser in eine andere gleiehaufgebaute Lichtleitfaser eingekoppelt werden sollte. Werden dagegen die Lichtleitfasern, wie in F i g. I angedeutet, im Bereich ihrer koppelenden z. B. thermisch behandelt, so kann ein stetiger Brechungsindexübergang in radialer Richtung dadurch erzeugt werden, daß ein Teil des Kernmaterials in den Mantel und u.ngekehrt ein Teil des Mantelmaterials in den Kern diffundiert. Mit derart behandelten Lichtleitfasern 4 und 8 ist dann eine Kopplung der Lichtenergic mit einem außerordentlich hohen Wirkungsgrad möglich. Die Lichtleitfasern auf ihrer Gesamtlänge mit diesen Eigenschaften auszustatten, ist svegen der verschlechterten Führungseigenschaften für die Lichtwelien ungünstig.

In F i g. 2 ist eine nicht maßstabgetreue graphische Darstellung des Brechungsindexverlaufs gegen den Radius r der Faser aufgezeichnet. Der unstetige Brechungsindexverlauf 10, wie er auf dem größten Teil der Faserlänge vorhanden ist, geht mit Annäherung an die Knppelstelle immer mehr in einen stetigen Brechungsindexverlauf über, wie durch die gestrichelte Kurve 11 dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem eine Lichtleitfaser erwärmt und in Längsrichtung auseinandergezügcn ist. Wird die Faser bei S abgeschnitten, so kann an diese: Schnittstelle ebenfalls eine Verbesserung der Koppeleigenschaften festgestellt werden. Dasselbe gilt auch für das Ausführungsbeispiel in Fig. 4. wobei eine Lichtleitfaser wiederum in der Nähe der Koppelstelle erwärmt und dann in Längsrichtung gestaucht wird. Die Schnittfläche kann dabei wie in F i g. 4 im wesentlichen senkrecht zur Faserachse oder wie in F i g. 5 schräg zur Faserachse liegen. Dadurch ist es möglich, den wirksamen Kern-

durchmesser noch weiter zu erhöhen oder auch den Kern in seinem Querschnitt zu verändern. Auch durch die Abplattung einer Faser gemäß F i g. 6 is; eine solche Querschnittsänderung erreichbar. Die Querschnittsänderungen dieser Art sind interessant.

wenn die Kopplung z. B. auf eine optische Vorrichtung erfolgen soll, die eine Ein- oder AustritisPäche für die Lichtstrahlen aufwei, . welche sehr breit im Vergleich zu ihrer Höhe ist, alsc etwa der p-n Übergang einer Laserdiode oder einer Quereinstrahlungsfotodiode.

Eine weitere Möglichkeit zur Vergrößerung der wirksamen Ein- oder Austrittsflächen ist in F i g. 7 aufgezeichnet. Die seitlich angeschliffenen Enden zweier Lichtleitfasern werden in geringem Abstand parallel übereinander geführt, so daß längs dieser Wegstrecke die Energie vom Kern 12 auf den Kern 13 übergekoppe't werden kann. Natürlich ist es ebenfalls möglich, die eine Lichtleitfaser in F i g. 7 durch eine optische Vorrichtung der im Beispiel zuvor genannten Art zu ersetzen. Gerade die Kopplung auf eine solche Vorrichtung ist damit besonders leicht durchführbar, da der Kern zum ganzen p-n Übergang einer Diode geführt werden kann.

In allen genannten Beispielen können natürlich die in ihrem Brechungsindexvcrlauf veränderten Lichtleitfaserenden auch als Finzelstückc hergestellt und als kurze Koppelelemente verwendet werden.

Schließlich soll noch darauf hingewiesen werden, daß der Ein- oder Ausgang der optischen Vorrichtungen bei der Kopplung direkt aufeinandergesetzt oder der Kontakt über eine reflexmindernde Substanz, z. B. ein lmmersionsöl oder mittels eines durchsichtigen Klebers, vorgenommen werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Optische Koppelanordnung zum Übertragen eines mit Nachrichten modulierten Lichtstrahls j von dem Ausgang einer optischen Vorrichtung auf den Lmgang einer anderen optischen Vorrichtung, wobei mindestens eine der optischen Vorrichtungen eine Lichtleitfaser ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (I oder 5) in der Umgebung der Koppelstelle (9) einen gegenüber der Gesamtlänge der Faser kleinen Bereich (4 oder 8) aufweist, der in seinem ßrechuiigsmdewerlauf derart gegenüber dem übrigen Teil (2, 3 oder 6. 7) der Faser verändert ist, daß die wirksame Eintritts-oder Austrittsfliiche für den I !-!listrahl ar ier Koppelstelle (9) großer ist als der Uuerscliniti de-- lotalreflektierenden Kerns (3 oder 7) im übrigen Teil der faser.

2. Optische Koppelanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß Ausgang und F.ingang der beiden optischen Vorrichtungen einander entgegengerichtet angeordnet und derart ausgerichtet sind, daß ihre Längsachsen auf einer gemeinsamen Achse liegen.

3. Optische Koppelanordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der einen optiscnen Vorrichtung durch unmittelbaren Kontakt mit dem Hingang der anderen optischen Vorrichtung verounden ist.

4. Optische Koppelanordnung i.ach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der einen optischen Vorrichtung unter Zwischenfügung einer reflexmindernden Substanz, vorzugsweise eines Immersionsöls oder eines durchsich-(igen Klebers, mit dem Eingang der anderen optischen Vorrichtung verbunden ist

f>. Optische Koppelanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der einen optisehen Vorrichtung die Emissionsfläche eines Halbleiterlasers ist.

f>. Optische Koppelanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der F.ingang der anderen optisehen Vorrichtung die Absorptionsfläche einer Quercinstrahlungsfotodiode ist.

7, Verfahren zur Herstellung einer Anordnunu nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (I oder 5) im Bereich ihres Koppelendes (S) derart einer Behandlung mit erhöhten Temperaturen unterworfen wird, daß eine teilweise Materialdiffusion zwischen Kernmaterial und Mantelmatcrial der Lichtleitfaser (I oder 5) erfolgt.

K. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (I oder S) im Bereich ihres Koppelendes (S) derart einer Behandlung mit erhöhten Temperaturen unterworfen wird, daß bei Anwendung äußerer Kräfte eine Verformung auftritt.

'λ Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1 oder 5) im Bereich ihres Koppelendcs (S) in Längsrichtung derart auscinandergczogen wird, daß ihr ^ß5 Durchmesser an der Koppelstelle (9) verringert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder >'·, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (I oder 5) im Bereich ihres Koppelcndes (S) in Längsrichtung derart gestaucht wird, daß ihr Durchmesser an der Koppeistelle (9) erhöht wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis ID, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1 oder 5) im Bereich ihres Koppelendes (.S) seitlich so stark abgeplattet wird, daß der Querschnitt des Kerns elliptisch verformt wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis I 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1 oder 5) im Bereich ihres Koppelendes (S) plan oder schräg abgeschnitten oder abgeschliffen wird.

Π. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (I oder 5) an ihrem Koppelende (S) seitlich angeschliffen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die zusätzliche Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12.