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Lichtleiter.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtleiter und insbesondere
auf optische Fernmeldesysteme mit Lichtleitern großer Länge. Im Folgenden wird unter
ttLicht" eine Strahlung in den ultravioletten, sichtbaren und infraroten Bereichen
des elektromagnetischen Spektrums verstanden.
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Lichtröhren und Lichtleiter vieler verschiedener Arten sind bekannt,
und einige haben bereits industrielle Anwendung gefunden. Wenn der Luftweg durch
eine homogene Stange oder eine Faser aus transparentem Material bestimmt wird, so
wird totale innere Reflexion des Lichtes innerhalb der Stange erreicht, wenn der
Brechungsindex der Stange größer ist, als derjenige des umgeimden Mediums ( im allgemeinen
Luft ); es wird jedoch ein Anteil des Lichtes wegen Oberflächendefekten in der Stange
und in Halterungen verloren, die die notwendigen Bedingungen für die totale innere
Reflexion zerstören. Daher bestehen viele lichtleitende Glas- und Plastikfasern
nicht aus einer homogenen Struktur, sondern diese weisen einen Kern mit einem relativ
hohen Brechungsindex auf und einen Mantel mit relativ niedrigem Brechungsindex,
der den Kern umgibt und mit diesem in engem Kontakt steht. Auf diese Weise wird
kein Licht aus der äußeren Oberfläche der
Faser verloren und deren
Oberflächengüte ist unbedeutend für die optische Leistung der Faser unter der Voraussetzung,
daß der Mantel vollständig durchgehend ist. Glasfaserbündel dieser Art haben in
Lichtverstärkern und Instrumenten, z.B.
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Endoskopen Anwendung gefunden. Während die notwendige Biegsamkeit
des Endoskopfaserbündels dadurch sichergestellt ist, daß man die Fasern nur aq den
Enden des Bündels vereinigt, so kann dies sehr viel einfacher dann erreicht werden,
wenn die Aufrechterhaltung des Bildes nicht erforderlich ist. Beispielsweise sind
flüssigkeitsgefüllte thermoplastische Rohre vorgeschlagen worden, um Licht von einer
einzigen Quelle zu verschiedenen Teilen einer Instrumententafel zu leiten. In der
Australischen Patentschrift 284 161 ist ebenfalls vorgeschlagen worden, Bündel aus
flüssigkeitsgefüllten Glasröhre mit etwa 10 - 25erz inneren Durchmesser und einer
Länge von mehreren Fuß als Faseroptik-Bildübertragungsvorrichtungen zu benutzen.
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Die Anforderungen an Lihtleiter großer Länge, womit Leiter einer Länge
in der Größenordnung von mehreren Hundert Metern gemeint sind, die zur Benutzung
als Medium der Fernmeldetechnik vorgesehen sind, unterscheiden sich größenordnungsmäßig
klar von den Licht leitern nach dem Stande der Technik. Zunächst ist der Dämpfungsgrad
der besten erhältlichen Glasfaserleiter überaus hoch - und zwar höher als 1000 dB/km,
und weiter ist die Kapazität als Informationsträger bei konventionellen Leitern
in Abhängigkeit von deren Länge durch Verzögerungsverzerrung infolge von Übert ragungsmodeumkehrung
schwer beeinträchtigt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man zur Erreichung einer
sehr niedrigen Dämpfung die Wirkungen der Streuung, der Absorption und der Prozesse
der Übertragungsmodeumkehrung alle sehr klein halten muß. Streuung und Absorption
in dem Kern können durch Benutzung einer reinen, teilchenfreien Substanz sehr klein
gehalten werden, wodurch auch
die auf Änderungen des Brechungsindexes
in dem Kern verursachten Modeumkehrungen sehr klein gehalten werden. Die Anforderungen
an das Material des Mantels sind ähnlich, aber weniger schwerwiegend. Streuung und
Modeumkehrung, die an der Trennfläche zwischen Mantel und Kern auftreten, müssen
ebenfalls- sehr klein gemacht werden. Das erfordert eine sehr glatte, zylindrische
Trennfläche mit sehr konstantem Querschnitt.
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Gemäß der Erfindung wird ein rohrförmiger Mantel aus einem im wesentlichen
optisch homogenen, glasartigen Material durch Heißziehen bis auf einen Innendurchmesser
herab|hergestellt, bei dem Oberflächenspannungswirkungen eine äußerst gleichmäßige
Bohrungsfläche sicherstellen, worauf der Mantel-mit einer hochgereinigten Flüssigkeit
gefüllt wird.
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Da das Kernmaterial eine Flüssigkeit ist, hängt die optische Qualität
der Trennfläche zwischen Kern und Mantel einfach von der Oberflächenqualität der
Mantelbohrung ab. Grundsätzlich sollten die Störungen der inneren Oberfläche der
Bohrung sehr viel kleiner als die Wellenlänge des zu übertragenden Lichtes sein,
und entsprechend der Theorie sollte die Abweichung des quadratischen Mittelwertes
von einer ideal glatten Oberfläche weniger als 1 nm betragen. Es ist besonders wichtig,
daß man Störungen mit gleichförmigem Abstand vermeidet, da diese wie ein Streuungsgitter
wirken können und dadurch erhebliche Streuung verursachen. In der Praxis wird die
Oberflächengüte der Bohrung durch Oberflächenspannungseffekte während des Heißziehens
gesteuert und zur vollen Ausnutzung dieser Effekte soll der Mantel vorzugsweise
einen Innendurchmesser von weniger als 500 + m aufweisen und relativ dickwandig
sein, d.h.
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eine Wanddicke von wenigstens der Größenordnung der Bohrung aufweisen.
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Das glasartige Mantelmaterial besteht vorzugsweise aus glaeinem Siliziumdioxyd
oder aus siliziumdioxydreichem Glas
( vitreous silica or a high-silica
glass ), das in hochgereinigter und/oder homogener Form hergestellt werden kann
oder erhältlich ist. Obwohl das Licht überwiegend durch den Kern übertragen wird,
so ist dennoch innerhalb des Mantels ein evanescentes Feld vorhanden. Dieses Feld
wirkt mit irgendwelchen optischen Ungleichmäßigkeiten zusammen, was eine Lichtstrahlung
aus den Ungleichmäßigkeiten oder einen Verlust von Licht an absorbierenden Stellen
ergibt. Eine derartige Zusammenwirkung mit dem evanescenten Feld bewirkt, daß die
innere Reflexion des in dem Kern des Licht leiters gefangenen Licht nicht mehr eine
totale ist, mit der Folge einer vergrößerten Dämpfung des Lichtsignals. Daher muß
das Mantelmaterial hochgradig transparent sein. Theoretisch ersteckt sich das evanescente
Feld bis zur Unendlichkeit, und daher sollte für beste optische Arbeitsweise der
Mantel Wandungen aufweisen, die im Verhältnis zum Kern sehr dick sind. In der Praxis
fällt jedoch die Intensität des evanescenten Feldes schnell mit steigender Entfernung
von der KernJWand-Trennfläche, sodaß Wandungen mit einer praktikablen, bequemen
Dicke ohne wesentliche Streuung oder Absorption benutzt werden können. Vom mechanischen
Standpunkt aus ist es wünschenswert, daß der Außendurchmesser des Lichtleiters klein
genug ist, um diesem eine ausreichende Biegsamkeit zu geben.Andererseits ist die
Zugspannung umso größer, je dicker die Wand ist. Durch die Auswahl eines Mantelmaterials
mit relativ niedrigem Brechungsindex ergibt sich eine breitere Auswahl von Flüssigkeiten
für den Kern; "Vicortt glass ( 96% Silica, 3% Bortrioxyd) und ähnliche Materialien
können somit vorteilhaft verwendet werden.
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Das Kernmaterial muß natürlich photochemisch stabil sein und einen
Brechungsindex aufweisen, der größer ist, als derjenige des Mantelmaterials bei
der Wellenlänge des zu übertragenden Lichts. Da die wesentlichsten Anwendungen der
Lichtleiter nach der Erfindung in der Übertragung infrarot er
Strahlung
liegen,insbesondere bei etwa qOO mn, müssen. die bevorzugten Flüssigkeitsfüllungen
so wenig Absorption wie möglich in diesem Bereich haben. Deshalb sollte man Flüssigkeiten
mit C-H, O-H oder N-H Bindungen vermeiden, da Obertöne und Kombinationen von Streckungsvibrationen
dieser hydrogenen Gruppen untragbar hohe Absorptionen durch das ganze infrarotnahe
Gebiet des Spektrums einführen.
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Bevorzugte Flüssigkeiten sind daher im allgemeinen perhologenierte
Kohlenwasserstoffe, d.h. Kohlenwasserstoffe, insbesondere gesättigte oder ungesättigte
aliphatische Kohlenwasserstoffe, in denen alle Wasserstoffatome durch Halogenatome
ersetzt. sind, und in denen die Halogenatome dieselben oder andere sein können.
Ebenfalls sind solche Verbindungen eingesch-lossen, in denen Halogenatome durch
Atome von Sauerstoff, Schwefel oder Selen oder durch organische funktionelle Gruppen
ersetzt sind, wie beispielsweise die Nitrogruppe. Im allgemeinen ist die Anzahl
der Kohlenstoffatome in solchen Verbindungen 1 - 5.
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Einige anorganische Flüssigkeiten sind auch geeignet, insbesondere
die Halogenide und oxy-und thio-Halogenide der Elemente der Gruppen III, IV und
V des Periodischen Systems.
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Es gibt natürlich einige Ausnahmen in diesen allgemeinen Klassen,
und einige geeignete Substanzen sind nicht in diesen Klassen eingeschlossen. Eine
konzentrierte Liste geeigneter Verbindungen ist inder Tabelle I aufgeführt.
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Tabelle I Fluortribrommethan C Br3 F Bromtrichlormethan C Br C13
Kohlenstofftetrachlorid C C14 Iodtrichlormetnan C C1 I 3 Thiophosgen C C12 S Kohlenstoffdisulphid
C S2 Kohlenstoffdiselenid C Se2 Tetrabromäthylen C2 Br4 Tribromacetylbromid C2 Br4
O Trichloracetylbromid C2 Br C13 O Tetrachloräthylen C2 C14 Trichloracetylchlorid
C2 Cl4 O 1-Chlor - 1,2 dinitro - 1,2,2 trifluoräthane C2 ClF3 N2 O4 1,2,3 - Tribrom
- 1,1,3,3 - tetrafluor-2 - chlorpropan Ca Br3 4 Cl Hexachlorpropen C3 C16 1,1,2,3,3
Pentachlor - 3 - fluor - 1 - propen C3 Cl5 F Propanoylchlorid C3 C14 0 Perch lordceton
C3 C16 O 1,1,1,3,3,3 - Hexachlor - 2,2 -difluorpropan C3 C16 F2 1,1,1,2,3,3 - Hexachlor
- 2,3, -difluorpropan C3 C16 F2
Hexachlorbutadien C4 Cl6 Hexachlordiäthyläther
C4 C16 O Perchlormethylmercaptan C4 C12 S Antimonpentachlorid Sb Cl5 Perchlorcyclopentadien
C5 Cl5 Arsentrichlorid As Cl3 Bortribromid B Br3 Borjoddibromid B Br2 I Borbromidijodid
-B Br 12 Carbonylbromid CO Br2 Chromoxychlorid CrO2 Cl2 Germaniumtetrachlorid Ge
C14 Jodtribromid 1 3r3 Jodpentafluorid I F5 Eisenpentacarbonyl Fe (CO)5 Nickeltetracarbonyl
Ni (CO)4 Phosphortribromid P Br3 Phosphortrichlorid P C13 Phosphoroxychlorid PO
Cl3 Phosphorthiochlorid PS Cl3 Phosphorthiocyanat P (SCN)3 Rheniumtrioxychlorid
ReO3 Cl Rutheniumpentacarbinyl Ru (CO)5 Selencarbid Se C2 Diselendichlorid Se2 Cl2
Diselendibromid Se2 Br2 Selentetrafluorid Se Selenoxychlorid Se O C12
Selenoxyfluorid
Se OF2 Bromtrichlorsilane Si Br C13 Tribromchlorsilane Si Br3Cl Dibromidichlorsilane
Si Br2Cl2 Trichlorjodsilane Si Cl3I Siliziumtetrabromid Si Br4 Disiliziumhexachlorid
Si2 Cl6 Siliziumoxychlorid Si2 O Cl6 Monoschwefelbromid S2 Br2 Monoschwefelchlorid
S2 Cl2 Schwefeldichlor S Cl2 Schwefelmonoxytetrachlorid S2 O Cl4 Pyrosulphurylchlorid
S2 O5 Cl2 Thiocarboxylchlorid C S Cl2 Thiocarboxyltetrachlorid C S Cl4 Thiocyanogen
(SCN)2 Sulphurylchlorid SO2 Cl2 Sulphurylchlorid SO Br2 Sulphuroxychlorid SO Cl2
Thiophosphorylmonobromiddichlorid PS Br C12 Thiophosphoryldibromidmonochlorid PS
Br2Cl Thiophosphorylchlorid PS C13 Zinnbromidtrichlorid Sn Br Cl3 Zinndibromiddichlorid
Sn Br2 Cl2 Zinntetrachlorid Sn C14 Zinntribromidchlorid Sn Br3 Cr Zinndichloriddijodid
Sn C12 I2 Titaniumtetrachlorid Ti C14 Vanadiumtetrachlorid V Vanadiumoxytrichloid
VO Cl
Jede der aus der obenstehenden Tabelle ausgewählte Kern flüssigkeit
kann nach geeigneter Reinigung durch bekannte Verfahren als zur Benutzung für die
Erfindung geeignet angesehen werden. Durch die Benutzung dieser Flüssigkeiten gemäß
der Erfindung können Lichtleiter mit einer Dämpfung von etwa 20 dB/km hergestellt
werden, und mit einer derart perfekten Bohrungsoberfläche, daß nur eine geringe
Modeumwandlung stattfindet.
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Viele der erwähnten Kernflüssigkeiten sind in einem reinen und trockenen
Zustand leicht erhältlich; nach Analyse mit den üblichen Verfahren erscheinen sie
rein und trocken.
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Es ist jedochgefunden worden, daß bei der Übertragung von Licht über
eine relativ große Entfernung von z.B. 500 m durch ein derartiges Material wesentliche
Absorptionsspitzen in dem Infrarotb-ereich ausgemacht werden können, die wesentlich
zu der Dämpfung des Leiters beitragen. Man findet Spitzen, die den Absorptionslinien
von Wasser entsprechen, z.B. bei etwa 95Q nm, 1160 und 1450 nm. Durch Superentwässerung
von normalerweise als Wasser,frei angesehenen Flüssigkeiten, so daß die Wasserkonzentration
auf eine Größenordnung von einem 8 Teil in 10 verringert wird, können Lichtleiter
hergestellt werden, bei denen die gemessene Dämpfung von etwa 20 dB/km auf etwa
5 dB/km verringert ist; derartige Leiter ergeben eine überlegene Ubertragungsgüte
bei fernmeldetechnischen Anwendungszwecken.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Enden
der flüssigkeitsgefüllten Faser durch Faserabschlüsse verschlossen, die über die
Faser fassen, und die selbst durch ein geeignetes optisches Element abgeschlossen
sind. Diese Endverschlüsse bilden ein Flüssigkeitsreservoir, halten Blasen fest
und richten die Faser aus. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform, die
jedoch nicht wesentlich für die Erfindung ist, kann die Bohrung der Endisich kappe
so geformt sein, daß eine oder mehrere ringförmige
Kammern bilden,
in der sich eine Blase bilden kann, und in der überschüssige Flüssigkeit untergebracht
werden kann. Die Einschnürungen richten die Faser aus und verhindern, daß Gasblasen
das Ende der Faser erreichen. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die
Endkappe aus einem Rohr mit vielen Bohrungen hergestellt werden, deren eines Ende
mit einem transparenten Fenster verschlossen ist, mit der Möglichkeit der Verbindung
aller Bohrungen des Rohres mit vielen Bohrungen nahe dem Fenster. Einige dieser
Rohre können dann zur Anordnung einer Anzahl von Lichtleitern benutzt werden, während
der Rest eine Flüssigkeitsreserve und einen Ausdehnungshohlraum hält. Dadurch bleibt
der Leiter mit Flüssigkeit gefüllt, auch wenn sein Flüssigkeitskern sich in Abhängigkeit
von Temperaturänderungen ausdehnt oder zusammenzieht.
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Nach der Erfindung können auch neue Fernmeldeanlagen vorgesehen sein.
Eme derartige Anlage besteht im wesentlichen aus einer Lichtquelle, einer Vorrichtung
zur Aufdrückung von Signalen auf das Licht und eine Vorrichtung zum Empfang des
Lichts und zur Abnahme des Signals, wobei die Lichtquelle und die Empfangsvorrichtung
durch einen Licht leiter nach der Erfindung verbunden sind.
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Eine bevorzugte Lichtquelle kann ein Laser sein, der kohärentes Licht
aussendet, oder eine nicht kohärentes Licht aussendende Lampe. Der Laser kann z.B.
ein Galliumarsenid-Laser sein, oder die Lampe kann eine lichtemittierende Galliumarsenid-Diode
sein; in jedem dieser Fälle kann das emittierte Licht nahe dem infraroten Bereich
des Spektrums liegen, d.h. bei etwa 900nm.
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Die Signalaufdrückung kann durch Modulation des Lichtes bewirkt werden,
z.B. Amplitudenmodulation, Pulskodemodulation oder Frequenzmodulation - mit an sich
bekannten Verfahren.
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Die Licht leiter nach der Erfindung können eine Anzahl von übertragungskanälen
bilden, und ein Weg zur Verwirklichung besteht darin, daß man Lichtstrahlen aus
einer Anzahl von
Lasern oder anderen Licht emittierenden Vorrichtungen
benutzt, wobei jeder Strahl in einem anderen Winkel zur Achse der Faser gerichtet.
-ist. Jeder Strahl erregt eine Gruppe von Übertragungsmoden, wobei jedes Mitglied
der Gruppe die gleiche Fortpflanzungsgeschwindigkeit besitzt. Am Ausgang ende der
Faser können die Modegruppen getrennt detektiert werden, dä das jeder Gruppe zugeordnete.,
austretende Licht auf der Oberfläche eines Kegels liegt, dess-en halbvertikaler
Winkel durch den Winkel zwischen der Faserachse und den auftreffenden Strahl bestimmt
wird.
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Ein weiterer Weg der Benutzung eines Lichtleiters nach der Erfindung
besteht darin, daß man eine Anzahl von Strahlen mit verschiedener Wellenlänge entlang
demselben Weg in den Lichtleiter einspeist. Durch lichtstreuende Elemente an ei-.
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nem oder beiden Enden des Lichteiters können eintretende und/oder
austretende Strahlen entsprechend ihrer Wellenlänge räumlich zusammengeführt und/oder
getrennt werden. Natürlich können die oben beschriebenen Verfahren. auch in Kombination
miteinander benutzt werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und
der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil eines Lichtleiters
nach der Erfindung; Fig. 2 zeigt einen Endabschnitt des in Fig. 1 gezeigten Lichtleiters;
Fig. 3 zeigt einen Lichtleiter nach Fig. 1 und 2 in einer Vielkanalübertragungsanlage
nach der Erfindung; Fig. 4 zeigt einen Licht leiter in einem anderen Vielkanalübertragungsanlage,
Fig.
5 zeigt einen Endabschnitt eines Lichtleiters mit einer Sammellinse; Fig. 6 und
7 zeigen einen anderen Endabschluß für eine Anzahl von Licht leitern.
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Bei den zu beschreibenden Ausführungsbeispielen nach der Erfindung
wird angenommen, daß die Lichtübertragungsanlage mit lichtemittierenden Festkörpervorrichtungen
arbeitet, die im Infrarotbereich bei Wellenlängen von etwa 900 nm arbeiten, da derartige
Vorrichtungen bekannt sind und moduliert werden können. Ferner sind geeignete Lichtdetektorelemente
zur Benutzung auf der Empfangsseite zum Empfang und zur Demodulation des Signals
erhältlich.
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Als Mantelmaterial wird hochreines, im Handel erhältliches Silicaglas
gewählt, und als Kernflüssigkeit wird PeAchloräthylen ( C2 C14) gewählt, da diese
Materialien besonders gute übertragungseigenschaften bei etwa 900 nm aufweisen.
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Der Licht leiter 2 nach der Erfindung besteht aus einem Mahtel 4 aus
Silicaglas, der dadurch hergestellt wird, daß man ein lagermäßiges Rohr von hoher
Reinheit und im Handel erhältlichen Silicaglas mit einem Innendurchmesser von 4,5
mm, einem Außendurchmesser von 11 mm und einer Länge von etwa 100 cm auszieht. Das
Rohr wird durch bekanntei Verfahren gründlich gereinigt und dann in eine oxypropanflamme
oder eine Sauerstoff- Wasserstoff-Flamme führt, sodaß aus der Schmelzzone eine feine,
hohle Faser gezogen werden kann.
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Man muß sorgfältig darauf achten, daß das Rohr, aus dem die Faser
gezogen wird, um seinen Umfang gleichmäßig erhitzt wird, sodaß die Achse der Faser
sich nicht gegenüber der Achse des Rohres verschiebt. Die Faser kann beim Ziehen
auf eine geeignete Trommel gewickelt werden, die mit konstanter Geschwindigkeit
gedreht wird und die notwendige ZugkrlRl aufbringt. Durch geeignete Einstellung
der relativen Einspei
raten kann der Mantel auf einen Innendurchmesser
von 70 µm, einen Außendurchmesser von 17O/Lm und eine nutzbare Länge von etwa 500
m aus 20 cm Rohr gezogen werden.
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Bei dem Ausziehen der faser auf einen -Innendurchmesser dieser Größenordnung
sind die Ob erflächenspannungs effekte beträchtlich und wesentlich zum Erreichen
einer sehr glatten Innenfläche 5 der Faser. Für ein optimales Arbeiten des Lichtleiters
sollte der Innendurchmesser der Faser über deren ganze Länge im wesentlichen konstant
bleiben. Diese Anforderung ist nicht so streng wie die Forderung nach Glätte der
Innenfläche 5 der Faser, und eine allmähliche Änderung des Innendurchmessers kann
toleriert werden. Die Gleichförmigkeit des Innendurchmessers hängt natürlich von
den Zugbedingungen ab.
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Der Mantel 4 ist mit einer Kernflüssigkeit 6 gefüllt zwecks Bildung
einer Trennfläche 8, die für die Lichtfortpflan-zung in dem Lichtleiter 2 lebenswichtig
ist. Die Glätte der Trennfläche 8 wird allein durch die Glätte der Innenfläche 5
bestimmt; um die Größenordnung der Glätte zu würdigen, kann man die Innenfläche
5 mit neu vitrifiziertem Glas vergleichen, das unter idealen Bedingungen nur Oberflächenstörungen
von einigen wenigen -Molekülhöhen aufweist. Eine sehr gute Kernflüssigkeit 6 ist
Perlchloräthylen ( C2 C14), das deshalb gewählt wird, weil sein Brechungsindex bei
900 nm höher ist als der von Silicaglas, weil seine Transparenz gegenüber Licht
von 900 nm Wellenlänge gut ist, weil es einen geeigneten Schmelz- und Köchpunkt
aufweist und in reinem Zustand leicht erhältlich ist.
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Das Perlchloräthylen für den Kern wird zunächst durch bekannte Verfahren
chemisch gereinigt und dann bekannten Ultrafiitriverfahren unterworfen, um alle
Fremdstoffe mit einer Teilchen- oder Molekülgröße zu entfernen, die merkbar größer
ist als die der Fltiss igkeit . Während die Faser noch auf der
Trommel
aufgewunden ist, wird ein Ende durch eine Öffnung in einer Hochdruckpumpe eingeführt,
die mit den gereinigten Flüssigkeiten für den Kern gefüllt ist, und nach Abdichtung
wird die Flüssigkeit durch ein Ultrafilter in den Mantel 4 gedrückt. Drücke von
bis zu 10000 p.s.i. können zur Steigerung der Füllgeschwindigkeit benutzt werden;
sogar bei 10000 p.s.i. dauert die Füllung einer ein Kilometer langen Faser mit den
in diesem Beispiel gewählten Abmessungen mehrere Stunden.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Endkappen aus dickwandigem
Glasrohr mit einem Innendurchmesser von mehr als 200µm hergestellt, sodaß diese
über den Mantel 4 des Lichtleiters 2 gleiten. Ein Ende 14 der Endkappe 10 ist durch
ein geeignetes optisches Element abgeschlossen, das aus einem ebenen,linsenförmigen,
gitterartigen oder prismenartigen optischen Element in Abhängigkeit von der Anwendung
des Lichtleiters 2 bestehen kann. Vor dem Anbringen des gewünschten optischen Elements
wird der rohrförmige Abschnitt 12 jeder Endkappe 10 durch bekannte Glasbearbeitungsverfahren
derart behandelt, daß seine Innenbohrung 16 im Längsschnitt wellenförmig ausgebildet
ist. Auf diese Weise werden ringförmige Reservoire 18 für überschüssige Flüssigkeit
und für irgendwelche Blasen zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 12 der Endkappe
10 und der Außenfläche des Mantels 4 gebildet, sodaß wenigstens ein Teil der differentiellen
thermischen Ausdehnung zwischen dem Kern und dem Mantel während normaler Änderungen
der Umgebungstemperatur aufgenommen werden können.
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Bevor die Endkappen 10 in ihre Endlage gebracht werden, füllt man
sie voruzugsweise mit etwas Kernflüssigkeit, und der Mantel 4 wird auch etwas überfüllt,
sodaß etwas von der Flüssigkeit 6 herausgedrückt wird, wenn die Endkappen 10 in
ihre Endlage gedrückt werden; die einzigen Blasen in dem System werden in den ringförmigen
Bezervoiren 18 nahe deren offenen Enden gehalten. Danach können die Endkappen durch
ein
geeignetes Abschlußelement 20 oder durch Klebstoff festgelegt werden.
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Wenn der oben beschriebene- Lichtleitär 2 eine Endkappe 10 mit einem
linsenförmigen optischen Element 22 (Fig. 5) aufweist, sodaß die in den Lichtleiter
eingespeiste Lichtenergie aus einer relativ schwachen Lichtquelle 24 maximal aüsgenutzt
wird, kann eine relativ kleine Informationsmenge dem resultierenden Lichtstrahl
aufgedrückt werden, und theoretisch ist die Bandbreite eines solchen Systems nur
10 bis 20 MHz bei einer Faserlänge von 1 km. Die Benutzung von Endkappen 10 mit
optischen Elementen in Form von ebenen Stücken 25 aus Glas und eines stark gerichteten
Strahles erlaubt dagegen eine Bandbreite von wenigstens 100 MHz für jeden Strahl,
Fig. 3 zeigt eine Anzahl von Laservorrichtungen 30a, 30b, die ihre Strahlen 32aj
32b auf den Mantel 4 des Lichtleiters 2 in Winkeln auftreffen lassen, die gegenüber
anderen Strahlen verschieden sind, sodaß die Strahlen 32a, 32b in verschiedenen
Modes sich fortpflanzen. Jeder der Strahlen kann moduliert werden und ergibt einen
Üb-ertragungskanal mit einer Bandbreite, die größer ais 100 MHz ist. An der Empfangsseite
des Lichtleiters 2 sind eine Anzahl von Detektorelementen 34a, 34b vorgesehen, die
einen der durchlaufenden Strahlen empfangen, der den Mantel 4 in getrennten Kegeln
verläßt. Die Winkeltrennung der Strahlen 32a, 32b kann nur etwa 20 betragen und
dennoch wird jeder Strahl auf bestimmten Kegeln austreten.
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Fig. 5 zeigt eine Anzahl von Laservorrichtungen 3-6a, 36b, von denen
jede Strahlen erzeugt, die von den anderen in ihrer Wellenlänge getrennt sind, sodaß
entlang desselben Weges Strahlen übertragen werden können, die empfangsseitig frequenzmäßig
getrnnt werden können. Endkappen 10 mit Prismenelementen 38 könrin zur Collimierung
und Streuung der Strahlen entsprechend {j(r Wellenlänge benutzt werden. Natürlich
kann man auch die nach Wellenlängen getrennten Kanäle in jedem der modegetrennten
Kanäle
nach Fig. 3 benutzen, um die Informationskapazität der Lichtleiter zu erhöhen.
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Fig. 6 zeigt im Längsschnitt eine andere Endkappenanordnung in einer
Bauweise mit einer Vielzahl von Bohrungen. Fig 7 ist ein Schnitt entlang der Linie
A-A. Dieses Ausführungsbeispiel besteht aus einer äußeren Röhre 40? die eine vielzahl
kleinerer Rohre 41 umgibt. Diese Bauweise lä.t sich zweck mäßig dadurch herstellen,
daß man ein Glasrohr geeigneten Durchmessers mit Rohren kleinen Durchmessers vollpackt
und die ganze Anordnung auszieht, aber jede andere geeignete Me-Diode kann angewandt
werden. Das Innere des Rohres 40 einschließlich der Rohre 41 und die Zwischenräume
zwischen ihnen, wird mit Kernflüssigkeit gefüllt. Ein Ende des Rohres 40 wird durch
ein optisches Fenster 42 verschlossen, und das andere Ende wird wie bisher durch
ein Dichtungselement 43 verschlossen.
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Wie in der Zeichnung gezeigt ist, sind die beiden Lichtleiter 44,
46 mit ihren Enden in die Endkappe eingebracht, es können jedoch natürlich eine
größere Anzahl aufgenommen werden.
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Die Lichtleiter der beschriebenen Art haben Dämpfungen von weniger
als 30 dB/km und wenig mehr Umwandlung; sie sind daher sehr für übertragungsanlagen
gwignet. Wenn jedoch eine zusätzliche Entwässerung der Kernflüssigkeit 6 ( C2Cl4
) vorgenommen wird, z.B. durch Benetzung eines Trccknungsmittels wie Phosphorpentoxyd
oder eines Molekularsiebes zur Entfernung aller Wasserspuren in der Flüssigkeit,
so kann die in derartigen Anlagen gemessene Dämpfung sogar so niedrig wie 5 dB/km
sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt,
was Fachleuten ohne weiteres verständlich ist.
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So ist die Auswahl der Materialien für den Kern und den Mantel eines
bestimmten Lichtleiters offensichtlich abhängig von der bestimmte, benutzten Übertragungswellenlänge.
Ebenso sollte die Kernflüssigkeit Gefrierpunkte und Schmelzpunkte aufweisen,
die
weit außerhalb der vorgesehen Umgebungstemperaturbereiche oder Arbeitstemperaturbereiche
liegen. Obwohl festsitzende Endkappen an der Außenfläche der Lichtleiter bevorzugt
werden so kann doch ein, gewisser Grad gleitender Bewegung vorgesehen sein, falls
dies für bestimmte Bedingungen wünschenswert ist, um eine relative thermische Ausdehnung
der Kern- und Mantelmaterialien aufzunehmen. Die Mäntel können in geeignetem Plastikmaterial
zum Schutz und zur Verstärkung eingeschlossen sein.
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Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel wurde der Ausgang einer
Standardfernsehkamera benutzt, um eine Galliumarsenidlichtemittierende Diode zu
betreiben, die ein Lichtsignal mit einer Wellenlänge nahe 900 nm erzeugte, das mit
dem Ausgang der Kamera moduliert wurde. Die lichtemittierende Diode wurde fast an
ein Ende einer 90Q m langen Faser angelegt? die einen Endabschluß der beschriebenen
Art aufwies. Am anderen Ende der -Faser wurde eine Silizium-PIN - lichtempfindliche
Diode in gleicher Weise angelegt. Das elektrische Signal der lichtempfindlichen
Diode wurde dann verstärkt und einem üblichen Fernsehempfänger zugeführt, der hervorragende
Bilder des Gesichtsfelds der Kamera widergab.
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Patentansprüche: