DE2461795C2 - Koppelvorrichtung zum Ein- oder Auskoppeln von Licht in oder aus einem Lichtwellenleiter - Google Patents
Koppelvorrichtung zum Ein- oder Auskoppeln von Licht in oder aus einem LichtwellenleiterInfo
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Description
a) Die Lichtquelle (32; 32') ist eine kantenemittierende Diode, die so orientiert ist, daß die
Emission senkrecht zur gemeinsamen Achse erfolgt
b) Zwischen Lichtquelle (32; 32') und Mischer (18; 18') ist auf der gemeinsamen Achse ein
photoelektrischer Lichtdetektor (34; 34') angeordnet.
25
2. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lichtdetektor
(34) und dem Mischer (18) lichtfokussierende Mittel (56) vorgesehen sind.
3. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (48) in einer
seiner Form tntsprechenden Ausnehmung eines Gehäuses (38) eingebettet ist i:nd daß Lichtquelle
(32) und Lichtdetektor (34) mit einem durchsichtigen Klebe- oder Bindemittel (54) im R- flektor eingebettet
sind.
4. Koppelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebe- oder Bindemittel
(54) auf der dem Mischer (18) zugewandten Seite zur Fokussierung eine gekrümmte Oberfläche (56)
aufweist.
5. Koppelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Oberfläche (561
den Mischer (18) nicht berührt.
6. Koppelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtquelle (32) und Lichtdetektor
(34) voneinander beabstandet sind.
7. Koppelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung Paraboloidform
hat.
8. Koppelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtdetektor (34') auf
einer Oberfläche der Lichtquelle (32') angebracht ist.
9. Koppelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Mischer (18) zügewnndte
Lichtdetektorfläche kleiner ist als die zugehörige Mischerendfläche (20).
10. Koppelvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mischer (18) an der Oberfläche des Klebe- oder Bindemittels (54) flach
anliegt.
11. Koppelvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lichtdetektor
(34') und der Lichtquelle (32') eine Isolierschicht (72) vorgesehen ist.
12. Koppelvorrichtiing nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Lichtdetektor (34) in Form von epitaxialen Schichten auf die Lichtquelle (32)
Die Erfindung betrifft eine Koppelvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-AS 11 99 205 ist eine Koppelvorrichtung
zum Einkoppeln von Licht in einen Wellenleiter bekannt, bestehend aus einer Lichtquelle, einem
Lichtwellenleiter und einem zwischen Lichtquelle und Lichtwellenleiter angeordneten optischen Mischer aus
transparentem Materia! sowie mit einem an der Lichtquelle angeordneten rotationssymmetrischen Re-Rektor,
auf dessen Achse die Lichtquelle liegt und der das von der Lichtquelle emittierte Licht zum Mischer
und zum Lichtwellenleiter hin reflektiert, wobei die Achsen des Reflektors, des Mischers und des Lichtwellenleiters
fluchten.
Diese Koppelvorrichtung dient somit einschließlich zum Einkoppeln von Licht in einen Lichtwellenleiter
und weist auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden und die Anschlußseite für den Lichtwellenleiter
bildenden Seite einen weiteren Reflektor auf, der für einen kleinen Bereich zwischen dem Brennpunkt und
dem Lichtwellenleiter notwendig ist, um die dort auftreffende Strahlung zu reflektieren. Diese Koppelvorrichtung
ermöglicht nicht das Auskoppeln von Licht aus dem Lichtwellenleiter sowie das gleichzeitige Ein-
oder Auskoppeln von Licht in bzw. aus dem Lichtwellenleiter.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Koppelvorrichtung zu schaffen, die bei kompakter
Ausbildung sowohl das Einkoppeln als auch das Auskoppeln von Licht in bzw. aus dem Lichtwellenleiter
auf ein und derselben Seite des Lichtwellenleiters ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer Koppelvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Palentanspruchs 1 durch
die Merkmale im kennzeichnenden Veil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Koppelvorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Koppelvorrichtung ermöglicht vorteilhafterweise auf ein und der gleichen Seite eines Lichtwellenleiters
sowohl das Ein- als auch das Auskoppeln von Licht in bzw. aus dem Lichtwellenleiter. Für das Ein- und
Auskoppeln dient der Reflektor, der im wesentlichen um die Lichtquelle und d:n Detektor herum verlaufend und
vorzugsweise in Abstand zum Mischer vorgesehen ist. Durch den Einsatz einer kantenemittierenden Diode als
Lichtquelle wird das Einkoppeln von Licht in den Mischer trotz des vor der Lichtquelle angeordneten
Detektors sichergestellt und gleichzeitig eine kompakte Anordnung von Reflektor, Lichtquelle und Detektor
ermöglicht.
Die Koppelvorrichtung eignet sich insbesondere zur Nachrichten- und Datenübertragung im Frequenzbereich
von 1015 Hz in Verbindung mit einem Lichtwellenleiter
mit einem Kern und einem durchsichtigen Mantel, dessen Brechungsindex kleiner als der des Kernes ist.
Dabei können mehrere Stationen entweder durch Leitungen, Leitungsschleifen oder -schienen aneinander
angeschlossen werden. Die Lichtwellenleiter übertragen Daten bzw. Siqnale in zwei Richtungen, wobei in der
Koppelvorrichtung selbst ebenfalls die Übertragung in zwei Richtungen durchführbar ist.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsfor-
men der Koppelvorrichtung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Scnnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Koppelvorrichtung, und
F i g. 2 eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Koppelvorrichtung.
Die Ausführungsform einer Koppelvorrichtung gemäß Fig. 1 zeigt,daß die Enden eines Lichtwellenleiters
10, der aus mehreren einzelnen Leitern 11 besteht, durch
eine Endzwinge 12 in einer die Enden in parallel ausgerichteter Lage und in einer Ebene gehalten
werden. Die Enden des Lichtwellenleiters 10 und die Endzwinge 12 werden so. geschliffen und poliert daß
alle Endflächen des Lichtwellenleiters 10 bzw. dessen einzelne Leiter 11 im wesentlichen senkrecht zu ihrer r,
Längsachse verlaufen. Die Endzwinge 12 besteht vorzugsweise aus einem Material mit ähnlichen
Schleifeigenschaften wie die Lichtwellenleiter 11, z.B. Glas, Messing und dergleichen.
Die Endfläche des Lichtwellenleiters 10 liegt an einer ersten Endfläche 16 eines durchsichtigen stabförmigen
Mischers 18, entgegengesetzt zu einer zweiten Endfläche 2ö; beide Endflächen verlaufen vorzugsweise
senkrecht zur Längsachse des Mischers 18. Der Mischer 18 ist vorzugsweise zylindrisch; andere Formen sind 2ί
allerdings ebenfalls möglich. Die Oberfläche des Mischers 18 bildet mit dem umgebenden Medium eine
optische Grenzfläche, weiche das auffallende Licht zurück in den Mischstab wirft. Vorzugsweise wird die
Grenzfläche durch eine durchsichtige Mantelschicht 22 s„
mit genügend kleinerem Brechungsindex als dem des Mischers 18 gebildet. »Durchsichtig« bezieht sich hier
auf die von dem Lichtwellenleiter fortzupflanzenden Wellenlängen. Der Mischer 18 ist in einem Flanschträger
24 angebracht, der seinerseits durch eine Verbin- r> dungsmuffe 26 an der Endzwinge 12 befestigt ist.
Als Lichtquelle und Lichtdetektor sind vorzugsweise eine Festkörper-Lichtquelle 32 und ein Festkörper-Detektor
34 an der Endfläche 20 vorgesehen. Die Lichtquelle 32 besteht aus einer kantenemittierenden
Diode, vorzugsweise z. B. einer Laserdiode mit doppeltheterogenem Übergang und großem optischem Hohlraum,
so daß das Licht geleitet und parallel zur Übergangsebene anstatt senkrecht zu dieser durch die
obere und untere Fläche austritt. Kantenemittierende ·τ>
Laserdioden können bei Zimmertemperatur bei Strömen unterhalb des Laserschwellenstroms kontinuierlich
als inkohärente Emitter betrieben werden, ohne ihre Eigenschaft der Kantenemission zu verlieren. Der große
elektrische Kontakt 36 der Diode dient gleichzeitig als >n Wärmesenke, während der sonstige Anschluß über eine
unstarre Leitung 40 hergestellt wird.
Der Lichtdetektor 34 besteht vorzugsweise aus einer gewöhnlichen p-i-n- oder Lawinenphotodiode. Der
Anschluß an den Lichtdetektor 34 wird über eine starre 3>
Leitung 42 und eine unstarre, freie Leitung 44 hergestellt. Die Leitung 42 dient während der
Herstellung gleichzeitig als zeitweilige Abstützung für den Lichtdetektor 34.
Die kantenemittierende Diode wird verwendet, weil
der Lichtdetektor 34 zwischen der Lichtquelle 22 and dem Mischer 18 liegt Die Innenfläche eines Gehäuses
38 wird mit einer das Licht von der Lichtquelle 32 auf den Mischer 18 reflektierenden Fläche 48 versehen.
Infolge der geringen Öffnungsweite bzw. numerischen Öffnung der bisher verfügbaren, mit geringen Verlusten
arbeitenden Lichtwellenleiter soll das von der Fläche 48 reflektierte Licht einen möglichst weitgehend kollimierten
Strahl bilden. Die beispielsweise parabolische Fläche 48 kann mit einem lichtreflektierenden Material,
wie Silber, Chrom und dergleichen, beschichtet sein oder das Gehäuse 38 wird aus einem entsprechend
polierbaren Material hergestellt Ist die Schicht 50 metallisch, muß ein Kontakt mit den Leitungen und
Anschlüssen sorgfältig vermieden werden, z. B. durch geeignete Isolierung der letzteren.
Der Lichtdetektor 34 wird im Gehäuse 38 durch ein geeignetes, durchsichtiges Klebemitte! 54 festgelegt,
z. B. Silikonflüssigkeiten, Äthylcya- oocrylat-Epoxyharze,
fviethylsiloxane und dergleichen.
Das in dem optischen Lichtwellenleiter 10 fortgepflanzte Licht fällt in den Mischer 18 und trifft dann auf
den Lichtdetektor 34 entsprechend dem Strahlengang 58 in Fig. 1. Ist die Oberfläche 56 des Klebemittels 54
linsenförmig ausgebildet, wird das Licht entsprechend dem Strahlengang 58 auf die Oberfläche des Lichtdetektors
34 fokussiert, die kleiner als die Endfläche 20 des Mischers 18 ist.
Vorzugsweise strahlt die im Brennpunkt der Parabolfläche 48 befindliche Lichtquelle das Licht in allen
Richtungen aus. Nach Reflexion durch die Fläche 48 fällt der zylindrische Lichtkegel 60 auf die Endfläche 20 des
Mischers 18. Ist die Oberfläche 56 linsenförmig, so wird das reflektierte Licht entsprechend dem Strahlengang
62 auf die Systemachse fokussiert. Das ist besonders günstig, wenn die Abmessungen des Lichtdetektors 34
und der Lichtquelle 32 fast so groß wie die Endfläche 20 sind; das von der Lichtquelle 32 ausgestrahlte Licht muß
in diesem Falle so fokussiert sein, daß es auf die ErJfläche 20 fällt.
In der Ausführungsform nach Fig.2 ist die Oberfläche
des durchsichtigen Klebemittels 6fi flach. Die Innenfläche des Gehäuses 68 ist mit einem konusförmigen
Lichtreflektor beschichtet. Der Lichtdetektor 34' sitzt unmittelbar auf einer die Lichtquelle 32' bedeckenden
Isolierschicht 72. Eine monolithische Ausbildung von Lichtdetektor 34' und Lichtquelle 32' läßt sich auch
dadurch erreichen, daß auf die Diodenfläche epitaxiale Schichten aufgewachsen werden. Da der Lichtdetektor
34' von der Lichtquelle 32' getragen wird, kann das durchsichtige Klebemrterial 66 entfallen. Der Mischer
18' «iut vorgzugsweise direkt auf der Detektoroberfläche
auf.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Koppelvorrichtung zum Ein- oder Auskoppeln von Licht in oder aus einem Lichtwellenleiter, mit
einer Lichtquelle, einem Lichtwellenleiter, einem zwischen Lichtquelle und Lichtwellenleiter angeordneten
optischen Mischer aus transparentem Material und mit einem an der Lichtquelle angeordneten
rotationssymmetrischen Reflektor, auf dessen Achse die Lichtquelle liegt und der das von der Lichtquelle
emittierte Licht zum Mischer und zum Lichtwellenleiter hin reflektiert, wobei die Achsen des
Reflektors, des Mischers und des Lichtwellenleiters fluchten, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
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