DE2428570C2

DE2428570C2 - Anordnung zur optischen Signalübertragung

Info

Publication number: DE2428570C2
Application number: DE2428570A
Authority: DE
Inventors: Roy Edward Corning N.Y. Love; Frank Louis Painted Post N.Y. Thiel
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1973-07-05
Filing date: 1974-06-14
Publication date: 1987-02-26
Also published as: NL183693C; JPS5816374B2; NL7409066A; CA997181A; IT1015697B; DE2428570A1; NL183693B; FR2236319B1; JPS5039403A; FR2236319A1; GB1479298A

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur optischen Signalübertragung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Anordnung ist aus der US PS 34 55 625 (Fig. 4) bekannt. Bei dieser Anordnung wird eine Richtungskopplung von eingehenden Faserbündeln zu einem ausgehenden Faserbündel durch eine kreisförmige Kammer mit inneren reflektierenden Flächen und ein die Kammer ausfüllendes Kopplungsmaterial erreicht. Die Faserbündel sind hierbei gleichmäßig um einen zentralen Punkt herum angeordnet, wobei zum Zwecke einer zufriedenstellenden Reflektion die Zahl der Faserbündel auf drei beschränkt ist, wodurch eine Reflektion bei Einhaltung von Winkelabständen von 120° gegeben ist.
Die US-PS 34 55 667 beschreibt einen optischen Koppler, der drei in gleichem Winkelabstand zueinander liegende Kanäle enthält, wodurch eine Kopplung zwischen insgesamt drei Lichtleitern möglich wird. Die Lichtleiter bzw. Kanäle sind hierbei ebenfalls nach Art einer Y-Konfiguration zueinander gekoppelt, so daß sich die Zahl anzukoppelnder Lichtleiter nicht erhöhen läßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine Kopplung zwischen einer beliebigen Zahl von Übertragungsleitungen bzw. Lichtwellenleitern, insbesondere bei mehr als drei Übertragungsleitungen möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung nach dem Oberbegriff durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung schafft eine einfache, verlustfreie Anordnung zur Kopplung mehrerer Übertragungsleitungen, insbesondere zur Nachrichten- und Datenübertragung. Eine der Zahl der Stationen entsprechende Zahl von optischen Leitungen, nachfolgend Übertragungsleitungen genannt, ist mit einem Ende an jeweils eine Station angeschlossen und mit dem anderen Ende mit der Anordnung verbunden. Die von einer beliebigen Vielzahl von Stationen empfangenen Signale werden vom Koppler von jedem Leitungsanschluß zu allen anderen Leitungsanschlüssen verteilt.
Im folgenden wird eine bevorzugte Anordnung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch einen Teil eines bekannten Systems zur Datenübertragung
Fig. 2 schematisch den bei dem System nach Fig. 1 verwendeten Koppler,
Fig. 3 in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Anordnung,
Fig. 4 und 5 im Querschnitt verschiedene Ausbildungen des bei der Anordnung verwendbaren optischen Kopplers.
In einer Sammelschiene oder einem Teil einer Sammelschleife eines Datenübertragungssystems ist gemäß Fig. 1 eine größere Zahl von Stationen an eine endlose optische Leitung 10 angeschlossen. Der theoretisch unendliche Daten- oder Signalkreislauf wird in der Praxis durch Dämpfung nach einem Durchlauf nicht mehr wahrnehmbar. Die optischen Signale werden aus der Leitung 10durch mit den Stationen über die Leitungen 13 verbundene Koppler 12 entnommen und in die Leitung 10 eingegeben. Die Übertragung in der Schleife kann entweder nur in einer Richtung, z. B. der Pfeilrichtung 14, oder in beiden Richtungen, also den Pfeilrichtungen 14 und 15, erfolgen. Die Datensammelschiene besteht aus einer Anzahl von Stationen, die an einer gemeinsamen, an den Enden nicht verbundenen optischen Leitung angeschlossen sind. Auch in einer solchen Sammelschiene kann die Übertragung in einer oder in beiden Richtungen erfolgen. Soll jede Station mit jeder anderen Station in Verbindung treten, so muß sie in beiden Richtungen erfolgen. Beide Systeme, Sammelschienen oder -schleifen, sind sehr aufwendig und verlustreich, weil jede Station einen Koppler zur Verbindung mit der Hauptleitung benötigt. Für jeden Koppler müssen erhebliche, Verluste bedingende Anschlußverbindungen, Mischer usw., vorgesehen werden.
Einen solchen gegabelten Koppler zeigt zur Veranschaulichung die Fig. 2. Ein Teil einer Übertragungsleitung 10&min; ist mit einer ersten Endfläche eines Mischstabs 21 verbunden, ein weiterer Teil der Übertragungsleitung 10&min; ist mit einer ersten Endfläche eines Mischstabs 22 verbunden. Die zweiten Endflächen beider Mischstäbe 21 und 22 sind durch das eine Bündelteil 23 eines optischen Wellenleiters miteinander verbunden. Die weiteren Bündelteile 24, 25 dieses Wellenleiters verbinden die zweiten Endflächen der Mischstäbe 21, 22 mit der ersten Endfläche eines dritten Mischstabs 26. Die Mischstäbe bestehen aus einem für die jeweiligen Wellenlängen durchsichtigen Material und können durchsichtige Mantelschichten 27, 28, 29 tragen, die zusammen mit den Stabflächen lichtreflektierende Grenzflächen bilden. Die Faserbündel 31, 32 verbinden die zweite Endfläche des Mischstabs 26 mit einem Lichtdetektor 33 und einer Lichtquelle 34.
Durch unmittelbare Lichtübertragung und durch Innenreflexion von der Kern-Mantel-Grenzfläche verteilen die Mischstäbe das optische Signal einer beliebigen Faser an der einen ihrer Endflächen auf alle Fasern an ihrer anderen Endfläche. Ein Teil des in dem einen oder anderen Leitungsteil 10&min; fortgepflanzten Signals wird durch Kopplung des Faserbündels 23 und der Mischstäbe 21, 22 in den jeweils anderen Leitungsteil geleitet, und zwar geschieht dies in der Ausbildung gemäß Fig. 2 in beiden Richtungen: optische Signale aus beiden Leitungsteilen 10&min; sind über die Mischstäbe 21, 22 und die optischen Wellenleiterbündel 24, 25 an den Mischstab 26 und über diesen an den Detektor 33 gekoppelt. Umgekehrt sind die von der Lichtquelle 34 ausgehenden Lichtsignale über den Mischstab 26 und die Bündel 24, 25 an beide Leitungsteile 10&min; gekoppelt.
Verluste entstehen an den Mischstäben 21, 22 und ihrer Verbindung mit den Leitungsteilen 10&min;. In Anordnungen entsprechend der Fig. 1 nehmen diese Verluste im indirekten Verhältnis zur Anzahl der Stationen zu. Diese erheblichen Verluste werden in der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden. Eine Anzahl von Stationen 41-46 ist über die optischen Leitungen 51-56 mit einem gemeinsamen Passivkoppler 48 verbunden (Fig. 3). Jede der Stationen 41-46 kann einen Mischstab, z. B. Mischer 26 gem. Fig. 2, enthalten. Zur Vereinfachung ist dies nur im Fall der Station 41 gezeigt, wo der Mischstab 57 durch die Wellenleiterbündel 58, 59 mit einem Lichtdetektor und einer Lichtquelle verbunden ist. Der Koppler 48 erhält jeweils ein Signal irgendeiner der Stationen und koppelt einen Teil desselben an die mit jeder aller anderen Stationen verbundene Übertragungsleitung. Hierzu sind zwei Ausbildungen eines Kopplers in den Fig. 4 und 5 gezeigt.
Der Koppler der Fig. 4 besteht aus einem durchsichtigen zylindrischen Mischstab 61 mit einer durchsichtigen Mantelschicht 62, deren Brechungsindex kleiner als der des Stabkern ist. Die Endflächen 63, 64 verlaufen senkrecht zur Längsachse des Stabs und sind poliert. Auf die Endfläche 65 ist ein lichtreflektierender Überzug 65 aufgebracht. Ein Bündel von optischen Leitungen 66 ist durch den Träger 67 so abgestützt, daß die Längsachsen der Enden im wesentlichen parallel zur Längsachse des Stabs 61 verlaufen und ihre Endflächen parallel zu denen des Stabs liegen. Zwischen ihren Enden und der benachbarten Endfläche kann eine flüssige Schicht mit angepaßtem Brechungsindex vorgesehen werden, um eine gute optische Kopplung zu erhalten; die Polierung der Endflächen kann dann auch unterbleiben.
Jede Leitung des Bündels 66 ist mit einer anderen Station verbunden. Das optische Signal einer beliebigen Station wird in den Koppler geleitet; im Mischstab 61 gelangt das Signal unmittelbar oder durch Reflexion von der Grenzfläche zwischen dem Stab und der Schicht 62 auf den Spiegel 65, der es zurück zur Endfläche 64 reflektiert. Von hier wird es auf alle Leitungen des Bündels 66 verteilt.
Der Stab 61 muß mindestens so lang sein, daß er das von einer Station bzw. einem Wellenleiter empfangene Licht auf alle angeschlossenen Leiter verteilt. Die Skizze der Fig. 4a erläutert dies am Beispiel eines von einem ersten Leiter empfangenen Lichtsignals am Punkt a, das zum Teil dem Wellenleiter am Punkt b der Endfläche 64 zugeleitet werden soll. Der einfallende Strahl 64 a soll von der Mitte der Endfläche 63 als Strahl 64 b reflektiert werden und den zweiten Wellenleiter beleuchten. Der Winkel R_c des Strahls 64 a mit der Achse des ersten Wellenleiters wird als Einfangshalbwinkel des Wellenleiters bezeichnet. Da die Enden des Wellenleiters parallel zur Achse des Stabs 61 liegen, kann der Winkel R_c auch im Verhältnis zur Stabachse gemessen werden. Der Winkel R_c errechnet sich nach der Gleichung °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Die Mindestlänge L _m des Stabs ergibt sich aus der Gleichung °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;worin d der Durchmesser des Stabs 61 nach Maßgabe der maximalen Querschnittsabmessung des an der Endfläche 64 angeschlossenen Wellenleiterbündels ist. L _m ist eine Mindestgröße, ein längerer Mischstab ergibt also ebenfalls die geeignete Beleuchtung bzw. Verteilung eines optischen Signals auf alle angeschlossenen Wellenleiter.
Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des Stabes 61 d = 365 µm (entspricht dem Dreifachen des Faserdurchmessers mit 125 µm). Für eine übliche Multimoden-Faser mit 0,2 NA, δ c = 8 ergibt sich L _m = 1334 µm.
Der in einem Gehäuse 71 untergebrachte Koppler der Fig. 5 enthält eine Vielzahl durchsichtiger Mischstäbe 72-77; ihre Zahl entspricht der der Stationen. Jeder Stab hat zwei zu seiner Längsachse senkrecht verlaufende ebene Endflächen. Die optischen Leitungen 81-86 sind an einer Endfläche mit je einer der Stationen und je einer ersten Endfläche der Mischstäbe 72-77 verbunden. Die zweite Endfläche eines jeden Mischstabs ist mit der zweiten Endfläche der übrigen Mischstäbe über je eines der Bündel 88 der optischen Wellenleiter verbunden. Beispielsweise geht das von der Station an der Leitung 81 kommende optische Signal in den Mischer 72 und beleuchtet dort alle gegenüberliegenden Wellenleiterbündel. Ein Teil des Signals wird durch eines der Bündel mit jedem der übrigen Mischstäbe 73-77 gekoppelt und über die Leitungen 82-86 auf die übrigen Stationen verteilt.
Im Gegensatz zu einer elektrischen Verknotung, die wegen der Impedanzunterschiede bei hohen Frequenzen für die Datenübertragung hoher Geschwindigkeit niemals ernsthaft in Betracht gezogen wurde, treten bei der erfindungsgemäßen optischen Anwendung derartige Schwierigkeiten nicht auf.
Im Gegensatz zur gewöhnlichen Sammelschienen- oder Schleifenschaltung geht das Signal bei der erfindungsgemäßen Anordnung nur durch einen Koppler. Die Verluste in Decibel steigen daher nicht linear mit der Anzahl der Stationen, sondern nur logarithmisch, weil die Signalenergie auf alle Stationen gleichmäßig verteilt wird.

Claims

1. Anordnung zur optischen Signalübertragung mit wenigstens drei Stationen, einer der Zahl von Stationen entsprechenden Zahl von optischen Signalübertragungsleitungen und einem gemeinsamen, passiven optischen Koppler, der einen Reflektor mit einem transparenten Lichtleiter und einem Träger zur Halterung der parallel gebündelten Endabschnitte der Übertragungsleitungen enthält und an den jede Übertragungsleitung mit ihrem einen Ende angeschlossen ist, während sie mit ihrem anderen Ende an die zugehörige Station angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,

-daß der Lichtleiter (11) die Form eines Stabes aufweist,

- daß die Endflächen der Übertragungsleitungen (66) in einer festen, beabstandeten Beziehung gegenüber der reflektierenden Fläche (65) des Reflektors vorgesehen sind und

- daß die reflektierende Fläche (65) des Reflektors senkrecht zur Längsachse des Lichtleiters (61) verläuft.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (61) erste und zweite einander gegenüber liegende Endflächen aufweist, daß die Endflächen der paralellen Enden der Übertragungsleitungen (66) an der ersten Endfläche des Lichtleiters (61) enden, daß die reflektierende Fläche (65) des Reflektors an der zweiten Endfläche des Lichtleiters (61) angeordnet ist und daß der Lichtleiter (61) mit einem lichtübertragenden Mantel umgeben ist, dessen Brechungsindex kleiner als der des Lichtleiters (61) gewählt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (61) zylindrische Form hat.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Endflächen (63, 64) des Lichtleiters (61) senkrecht zu seiner Längsachse stehen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche (65) durch einen reflektierenden, auf der zweiten Endfläche (63) des Lichtleiters (61) aufgebrachten Überzug gebildet ist.