DE2064503A1

DE2064503A1 - Verfahren zur Einkopplung von Licht strahlen in eine Lichtleitfaser

Info

Publication number: DE2064503A1
Application number: DE19702064503
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr Ing 7911 Aufheim Krumpholz Oskar Dipl Ing 7900 Ulm Maslowski
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-12-30
Filing date: 1970-12-30
Publication date: 1972-07-13

Description

"Verfahren zur Einhopplung von Lichtstrahlen cine Lichtleitfaser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einkopplung von Lichtstrahlen in eine Lichtleitfaser.
Die Kopplung von Lichtwellen in Lichtleitfasern bereitet ziemlich große Schwierigkeiten, da die wirksame Sin- oder Austrittsfläche für Lichtstrahlen bei solchen Fasern äußerst klein ist.
Der Durchmesser des Kerns einer Lichtleitfaser, in dem die Lichtenergie durch Totalreflexion weitergeleitet wird, liege in der Größenordnung der Lichtwollenlänge, so daß eine ensprechend genaue Justierung bei der Kopplung notwendig w:.
Eine solche Justierung läßt sich mit mechanischen Justiervorrichtungen allein nur unvollkommen erreichen, weshalb es notwendig ist, beispielsweise bei einer optischen Koppelanordnung die zu koppelnden Vorrichtungen selbst miteinander in Wechselwirkung zu bringen. In der Patentanmeldung P 19 7 719 ist eine Koppelanordnung beschrieben, in der die Ubertragung von Lichtenergie zwischen zwei optischen Vorrichtungen mittels eines dazwischen angeordneten Hologramms erfolgt, dessen Interferenzstruktur durch Lichtstrahlen erzeugt wird,-die über die zu koppelnden Vorrichtungen zugeführt werden.
Auch wenn beispielsweise zwei Lichtleitfasern direkt miteinander gekoppelt werden sollen, etwa auf einer gemeinsamen optischen Achse, ist es zweckmäßig, schon während des Justiervorganges Lichtenergie über die Koppelstelle hinweg zu übertragen, um daraus die maximal erreichbare Einstellung der Lage der beiden Fasern zueinander zu ermitteln. Damit allerdings eine genügende Lichtenergie an der Koppelstelle zur Verfügung steht, darf die am anderen Fascrcnde eingekoppelte Lichtstrahlung auf der dazwischen liegenden Faserlänge nicht allzu stark gedämpft werden, was -jedoch bei einer Lichtlcitfaser großer Länge schwer oder überhaupt nicht zu crreichen ist.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe die Einkopplung von Lichtstrahlen in jeden beliebigen Teil der Faser möglich ist, ohne daß die Faser oder ein Teil davon irreversibel verändert werden muß.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Binkopplung der Lichtstrahlen durch den Faserznantel hindurch långis eines Teilstückes der Faser erfolgt, das eine reversible Störung der Lichtführungseigenschaften aufweist, die durch eine Formänderung und/oder eine mechanische Spannung erzeugt wird Die Erfindung sell im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der Fig. 1 bis 8 näber erklärt werden.
In Fig. 1 ist eine Lichtleitfaber dargestellt, die ein stark gekrümmten Teilet dem aufweist, auf dessen Länge eine Einkopplung von Lichtstrahlen durch die Faser kindurch möglich ist.
Eine solehe Einkupplung läßt sich auch an Stellen durchführen, die einer mechanischen Spannung unterwerfen sind und eine Spannungs doppelhreehung aufweisen. Die mechanischen Spannungen können, wie etwa in. Fig. 2., durch einen senkrecht zur Faser achse gerichteten Druck oder auch durch Druck oder Zug in Faserrichtung oder Torsion der Faser in diesem Bereich erzeugt werden.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrade bei der Einkopplung ist es zweckmäßig, die reversiblen Störungen an solchen Stellen der Faser einzuführen, an denen die Lichtführungseigenschaften bereits durch irreversible Störungen verringert sind. Diese irreversiblen Störungen werden beispielsweise durch eine thermische Behandlung der Faser erzeugt, wodurch ein Ineinanderdiffundieren von Kern- und Mantelmaterial herbeigeführt wird (Fig. 3a) oder z. B. auch durch ein Auseinanderziehen der Faser, wodurch eine Verringerung des Qùerschnitts erzielt wird (Fig. 3b).
Zweckmäßig ist es auch, das zur Kopplung dienende Teilstück zur Erhöhung der Wechselwirkungslänge mit dem einzukoppelnden Licht noch mit einer spiegelnden Fläche1 die durch einen Zwischenraum von der Faser getrennt ist, z. B. einem innenverspiegelten Hohlrohr (Fig. 4) oder einer innenvorspiegolten Kugel, wenn mehrere Faserwindungen zusammengefaßg werden, zu umgeben. Dieser Zwischenraum kann auch mit einer Flüssigkeit ausgefüllt werden, deren Brechungsindex im wesentlichon gleich dem des Mantelmaterials ist. In diesem Fall läßt sich die spiegelnde Fläche auch, z. B. durch einen leicht verformbaren Plastikschlauch, ersetzen, dessen Brechungsiri Bx kleiner als der der Flüssigkeit ist, so daß das Licht durch Totalreflexion am Verlassen der reflektierenden Vorrichtung gehindert wird (Fig. 5).
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhaft in einer optischen Koppelanordnung verwenden, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. In dieser Anordnung soll ein Lichtstrahl von A nach E über die Koppelstelle BCD hinweggeführt werden. Das bei B aus der linken Faser austretende Licht wird hierbei durch ein Hologramm C umgelenkt und bei D in die rechte Faser eingekoppelt. Zur Aufzeichnung des Hologramms müssen die Lichtstrahlen jedoch, wie durch die Pfeilrichtung angedeutet, in einander entgegengesetzten Richtungen geführt werden. Auf ihrem Weg von A nach B bzw. von E nach D können die Lichtstrahlen jedoch bei großen Faserlängen derart stark gedänipft werden, daß ihre Energie zur Herstellung eines Hologramms nicht mehr ausreicht. Wird die Lichtenergie jedoch erst in der Nähe von B bzw. D eingekoppelt, so steht zur Aufzeichnung des Hologramms genügend Energie zur Verfügung, da die sonst durch die Faser verursachte Dämpfung überhaupt nicht in Erscheinung tritt.
Auch in der Anordnung entsprechend Fig. 7 ist ein Beispiel für die vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die Anordnung dient wiederum zur Kopplung zweier optischer Vorrichtungen, in diesem Beispiel zweier Lichtleitfasern, die auf einer gemeinsamen optischen Achse liegen sollen. Zur Justierung wird eine konstante Lichtstrahlung, z. B. in die linke Faser, eingekoppelt, über B und D hinweggeführt und aus der rechten Faser wieder ausgekoppelt, wo die Strahlung einer Meßeinrichtung zugeführt wird. Durch gegenseitiges Verschieben der beiden Fasern in Pfeilrichtung kann so auf einfache Weise diejenige Einstellung gefunden werden, bei der ein Maximum an Lichtenergie von B nalhh D gekoZ-pelt wird. Hierbei ist es zweckmäßig, die Lichtstrahlen nicht nur durch einen Mantel hindurch einzukoppeln wie im vorigen Beispiel, sondern auch in der Nähe von D auf die gleiche Woise aus der Faser auszukoppeln. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die zur Justierung erforderlichen Geräte, a. h. Lichtquelle, Lichtempfänger und Meßeinrichtung, bei Lichtleitfasern großer Länge an weit auseinanderliegenden Orten aufstellen zu müssen.
Dieses hier beschriebene Verfahren ist naturgemäß nicht nur auf die Verwendung bei der Justierung zweier Lichtleitfasern untereinander beschränkt, sondern kann auch zur Justierung anderer optischer Vorrichtungen, z. B. einer Lic-4 eitfaser mit einem optischen Empfänger oder einem Hologramm entsprechend Fig. 6, eingesetzt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt, welche eine Anordnung zur Verstärkung eines z. B. mit Nachrichten modulierten Lichtstrahles zeitz Der von links einlaufende Lichtstrahl wird bei C aus der Faser ausgekoppelt, einem optischen Verstärker, z. 13. einer Laserdiode z-ugeführt und bei D wieder in die Lichtleitfaser eingekoppelt. Dieser Verstärker kann im übertragungsweg eingebaut werden, ohne daß die Lichtleitfaser auseinandergetrennt oder in ihren Lichtführungseigenschaften irreversibel verändert werden müBto

Claims

P a t e fl t a n 5 p r ii c-h e (%t. Verfahren zur Einkopplung von Lichtstrahlen in eine Lichtleitfaser, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkopplung der Lichtstrahlen durch den Pasermantel hindurch längs eines Teilstückes der Faser erfolgt, das eine reversible Störung der Lichtführungseigenschaften aufweist, die durch eine Formänderung und/oder eine mechanische Spannung erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen in ein gekrümmtes Teilstück der Faser eingekoppelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen in ein unter mechanischer Spannung stehendes Teilstück der Fasor eingekoppelt werden.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Faser verwendet wird, die wenigstens entlang des Teilstückes einen kontinuierlichen Brechungsindexübergang zwischen Kern- und Mantelmaterial aufweist.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennseichnetw daß eine Faser verwendet wird, die wenigstens entlang des Teilstückes einen geringeren Querschnitt aufweist als im übrigen Teil der Faser.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkopplung der Lichtstrahlen durch eine das Teilstück umgebende Substanz hindurch erfolgt, deren Brechungsindex größer oder im wesentlichen gleich dem des Mantelmaterials ist.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkungsgrad der Einkopplung durch Reflexion an wenigstens einer spiegelnden Fläche erhöht wird die durch einen Zwischenraum von der Faser getrennt ist.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkungsgrad der Einkopplung durch Totalreflexion an wenigstens einer Grenzfläche erhöht wird, welche zwischen einer die Faser umgebenden flüssigen Substanz, deren Brechungsindex mit dem des Nantelmaterials im wesentlichen übereinstimmt1 und einer verformbaren transparenten Substanz liegt, deren Brechungsindex kleiner als der der Flüssigkeit ist.

L e e r s e i t e