DE2600893A1 - Lichtverteiler fuer optische nachrichtensysteme - Google Patents

Lichtverteiler fuer optische nachrichtensysteme

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DE2600893A1 DE19762600893 DE2600893A DE2600893A1 DE 2600893 A1 DE2600893 A1 DE 2600893A1 DE 19762600893 DE19762600893 DE 19762600893 DE 2600893 A DE2600893 A DE 2600893A DE 2600893 A1 DE2600893 A1 DE 2600893A1
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Description

26UU833
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München VPA 76 ρ 7001 BRD
•t.
Lichtverteiler für optische Nachrichtensysteme
Die Erfindung betrifft einen Lichtverteiler für optische Nachrichtensysteme.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2 340 020 (VPA 73/7129) ist eine Verzweigung für Lichtleiterfasern bekannt. Bei dieser Verzweigung ist innerhalb eines gemeinsamen Fasermantels ein sich verzweigender Faserkemangeordnet. Um eine derartige Verzweigung herzustellen, wird zuerst aus einem Glasblock' eine Vorform des sich verzweigenden Kernes herausgesägt. Darauf werden Glasteile für die Ummantelung dieses Kernes gesägt und mit der Vorform des sich verzv/ei genden Kernes verbunden. Der so hergestellte Rohling wird danach zu einer Lichtleiterfaser mit mehreren Kernen ausgezogen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lichtverteiler anzugeben, der in besonders einfacher Weise hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Lichtverteiler der eingangs genannten Art gelöst, der entsprechend den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruches 1 ausgebildet ist.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Lichtverteilers ist es, daß 3in optisches Signal, welches von einer Lichtleitfaser in den Lichtverteiler eintritt, auf mehrere weiterführende Lichtleiter gleichmäßig verteilt wird. Dies ist insbesondere ein Vorteil für Verteilernetze für das Kabelfernsehen.
Ein weiterer Vorteil ist, daß trotz des außerordentlich einfachen Aufbaus des Lichtverteilers ein Wirkungsgrad von 79 % erreicht werden kann, wobei unter Wirkungsgrad das Verhältnis der Summe der in alle abgehenden Lichtleiter eingekoppelten Lichtintensität
VPA 75 E 716'·5
T" ^82*'0451
zu der Lichtintensität in dem ankommenden Lichtleiter verstanden wird.
Vorteilhafterweise kann der Lichtverteiler in Flachbauweise hergestellt werden, d.h. er kann auf einem Substrat hergestellt werden, wobei alle Bearbeitungsschritte von nur einer Seite des Substrates aus erfolgen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren erläutert.
Die Fig. 1 zeigt eine prinzipielle Ausführungsform des Lichtverteilers: Der Lichtverteiler 1 ist eine dünne Scheibe aus einem streuarmen und absorptionsarmen Material. Die Dicke dieser Scheibe liegt ungefähr in der Größenordnung des Durchmessers der Kerne der Lichtleiter 2 bis 7» bei nicht ummantelten Lichtleitern liegt die Dicke des Lichtverteilers in der Größenordnung des Durchmessers der Lichtleiter. Dabei wird durch den ankommenden Lichtleiter 2 ein Lichtsignal in den Lichtverteiler eingespeist, durch die abgehenden Lichtleiter 3 bis 7 wird dieses Signal weitergeleitet. Die Stoßflächen des Lichtverteilers, an denen der ankommende Lichtleiter bzw. die abgehenden Lichtleiter angeordnet sind, liegen auf einem Kreis. Zur Vermeidung von Reflexionsverlusten können die Stoßflächen in bekannter Weise immertiert sein.
Aufgrund der Scheibenform des Lichtverteilers wird das durch den ankommenden Lichtleiter in den Verteiler eintretende' Licht in der Richtung, die senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtes und parallel zur Scheibenoberfläche bzw. Scheibenunterseite ist, aufgefächert. Senkrecht zu dieser Richtung wird das Lichtgeführt. Dabei ist das Maß der Auffächerung des Lichtes vom Brechungsindex des Lichtverteilers und vom maximalen Abstrahlwinkel des Lichtes des ankommenden Lichtleiters abhängig.
Im folgenden wird anhand der Fig. 2 berechnet, wie groß die Breite L des dem ankommenden Lichtleiter 2 gegenüberliegenden Bereiches des Lichtverteilers ist, die aufgrund der Auffächerung des Lichtes beleuchtet wird. Der ankommende Lichtleiter 2 besitzt den Radius r. Bei ummantelten Lichtleitern ist r der Radius des Lichtleiterkerns. Unter ummantelten Lichtleitern versteht man solche, die einen
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Kern mit hohem Brechungsindex und einem Mantel mit demgegenüber geringem Brechungsindex besitzen. Der maximale Abstrahlwinkel des ankommenden Lichtleiters ist mit S bezeichnet. Damit tritt ein Lichtstrahl vom ankommenden Lichtleiter gegenüber einem Einfallslot 1000 unter einem maximalen Winkel von cT+oc in den Lichtverteiler ein, dabei gilt ungefähr 06= r/2-n-R, wobei mit R der Radius des Lichtverteilers bzw. der Radius des Kreises, auf dem die Stoßflächen des Lichtverteilers liegen, bezeichnet ist. Alle Winkel werden hier und im folgenden im Bogenmaß gemessen, d.h. als Vielfaches bzw. als Bruchteil eines Vollkreises mit dem Umfang 2ir . Für den Winkel e , den der einfallende Lichtstrahl maximal gegenüber dem Einfallslot innerhalb des Lichtverteilers einnimmt, gilt: e= arc sin ( h
wobei η der Brechungsindex des Materials des Lichtverteilers ist.
Damit gilt für das Maß der Breite L:
L = 2 {Ze - <*) R.
Damit gibt L die maximale Breite der Stoßfläche für die abgehenden Lichtleiter an. Besitzen nun die abgehenden Lichtleiter den Radius r , so ist die Maximalzahl N der abgehenden Lichtleiter1 gegeben durch:
N = L/2 ra = (2 ε- oo) R/ra·
Zweckmäßigerweise wird der Radius R so^wählt, daß N eine ganze Zahl ist.
Im folgenden wird der Wirkungsgrad des Lichtverteilers berechnet, und zwar für den Fall, daß N eine ganze Zahl ist, und daß der Lichtverteiler eine Dicke besitzt, die zumindest so groß ist wie der Durchmesser der Lichtleiterkerne bei ummantelten Lichtleitern bzw. wie der Durchmesser der Lichtleiter bei nicht ummantelten Lichtleitern. Der Wirkungsgrad des Lichtverteilers ist dann das Verhältnis der Größe der Fläche, die auf der Seite der abgehenden Lichtleiter am Lichtverteiler beleuchtet wird, zum Gesamtquerschnitt der abgehenden Lichtleiter, wenn diese nicht ummantelt sind, bzw. zum Gesamtquerschnitt der Kerne der abgehenden Lichtleiter, bei ummantelten Lichtleitern. Um einen maximalen Wirkungsgrad zu erhalten, müssen die abgehenden Lichtleiter an der Stoßi'läche des Lichtverteilers möglichst eng beeinander liegen. Bei ummantelten Lichtleitern ist es deshalb zweckmäßig die Ummantelung dieser Lichtleiter in der Nähe des Lichtverteilers zu entfernen, dadurch
VPA 75 E 7163 709829/0451
können die Lichtleiterkerne eng benachbart an der Stoßfläche angeordnet werden. Die Dicke des Lichtverteilers muß möglichst gering sein, sie darf jedoch nicht kleiner sein als der Durchmesser des ankommenden Lichtleiters bzw.,bei ummantelten Lichtleitern, der Durchmesser des Kerns des ankommenden Lichtleiters. Ist der Lichtverteiler dünner, so tritt nicht das gesamte ankommende Licht in den Lichtverteiler ein.
Für den Wirkungsgrad gilt also:
rj, = N fr r K /h . L ,
wenn 2 rrr ^h und 2 r „ = h.
K aK
Dabei ist h die Dicke des Lichtverteilers; r,, ist der Radius des Kerns des ankommenden Lichtleiters bzw. bei nicht ummantelten Lichtleitern der Radius des ankommenden Lichtleiters; r K ist der Radius des Kerns der abgehenden Lichtleiter, bzw. bei nicht ummantelten Lichtleitern der Radius der abgehenden Lichtleiter.
Falls 2rTA = h = 2 r ,, gilt, erhält man, da außerdem L = 2 Nr ir gilt: *y ρ aiv an.
ri = TT rK /4 rR = ir/4 = 79 %.
Dies ist der maximale Wirkungsgrad, wenn der ankommende Lichtleiter und die abgehenden Lichtleiter die gleiche Bauart und gleiche Durchmesser besitzen. Bei ummantelten Lichtleitern wird dieser Wirkungsgrad nur erreicht, wenn der Mantel der abgehenden Lichtleiter entfernt ist und die Lichtleiterkerne dieser Lichtleiter möglichst eng benachbart an den Lichtverteiler anstoßen. Diese Bauform ist die besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Die Fig. 3 zeigt nun ein Beispiel dafür, wie diese besonders bevorzugte Ausführungsform aufgebaut sein kann. Auf einem Substrat 100, beispielsweise Glas oder ein anderes tragfähiges Material, liegt eine Kunststoffolie 101. Diese Kunststoffolie besitzt Führungsnuten zur Aufnahme von Lichtleitern und Freiräume zur Aufnahme der Lichtverteiler.
Diese Führungsnuten und Freiräume können dadurch hergestellt werden, daß lichtempfindliche Kunststoffolien mittels einer Maskenstruktur, die ein Abbild der Führungsnuten und Freiräurae ist, belichtet worden, bei der Entwicklung der Kunststoffolie werden dann die Bereiche der Führungsnuten und Freiräume in der Kunststoffolie herausgelöst.
VPA75E7165 709829/0451
In der Figur erkennt man weiterhin den ankommenden Lichtleiter 10,2 und einen abgehenden Lichtleiter 104. Die Kerne der Lichtleiter sind mit 103 bzw. 105 bezeichnet. An den Stoßstellen der Lichtleiter mit dem Lichtverteiler 106 ist der Mantel der Lichtleiter abgeätzt worden, so daß nur die Lichtleiterkerne an den Lichtverteiler stoßen. Die Dicke des Lichtverteilers entspricht dem Durchmesser der Lichtleiterkerne. Der Lichtverteiler ist auf einer Zwischenschicht 107 angeordnet, deren Dicke der Dicke des Mantels der Lichtleiter entspricht.
Diese Zwischenschicht kann aus einem beliebigen Material bestehen, jedoch soll der Brechungsindex der Zwischenschicht möglichst wesentlich kleiner als der Brechungsindex des Lichtverteilers sein, so daß kein Licht vom Lichtverteiler in die Zwischenschicht gestreut werden kann. Der Lichtverteiler kann beispielsweise aus dem gleichen Material bestehen wie die Lichtleiterkerne, die Zwischenschicht aus dem gleichen Material wie der Lichtleitermantel. Als Lichtleiter können beispielsweise Corning-Fasern mit einen Faserdurchmesser von 140 /um undeinem Kerndurchmesser von 90 ,um verwendet werden.
Diese Zv/ischenschicht, die im Falle der Corning-Fasern ca. 20 ,um bis 25 /um dick ist, kann aus einer Kunststoffolie bestehen. Damit der Lichtverteiler durch eine eventuelle Welligkeit der Folie nicht unerwünscht angehoben werden kann, kann er durch kleine Federn auf die Zwischenschicht gedrückt werden.
Der Lichtverteiler kann auch aus einem doppelbrechenden Material hergestellt sein, dadurch kann, abhängig von der Orientierung des doppelbrechenden Materials, eine unterschiedliche Beeinflussung des durch den ankommenden Lichtleiter einstrahlenden Lichtes erreicht werden, wenn dieses Licht abwechselnd in verschiedenen Richtungen polarisiert ist.
Der Lichtverteiler kann auch aus einem Material mit steuerbarem Brechungsindex hergestellt sein, z.B. kann der Lichtverteiler Flüssigkristalle enthalten. Dadurch läßt sich sowohl die Intensität als auch der Polarisationsgrad des Lichtes in den abgehenden Lichtleitern steuern.
VPA 75 E 7163 709829/0451
Eine ungleichmäßige Aufteilung der Lichtintensität auf die abgehenden Lichtleiter läßt sich dadurch erreichen, daß der Lichtverteiler einen örtlich unterschiedlichen Brechungsindex "besitzt. Z.B. kann der Brechungsindex des Lichtverteilers bereichsweise durch Ionenimplantation verändert worden sein.
Man kann auch einen Lichtverteiler aus einem Material mit steuerbarem Brechungsindex benutzen, um den örtlichen Brechungsindex und damit die Intensitätsverteilung des Lichtes auf die abgehenden Lichtleiter gezielt zu ändern. Dabei werden auf dem Lichtverteiler einzeln ansteuerbare Elektroden angeordnet,so daß jeweils im Bereich der angesteuerten Elektroden aufgrund des elektrooptischen Effektes der Brechungsindex geändert wird.
Der Lichtverteiler kann auch aus einem elektrooptischen Material bestehen, mit Hilfe entsprechend geformter Elektroden läßt sich dann, durch Anlegen einer Spannung an diese Elektroden, das durch den ankommenden Lichtleiter einstrahlende Licht auf die Stirnflächen der abgehenden Lichtleiter fokussieren. Dadurch läßt sich, zumindestens theoretisch, ein Wirkungsgrad von 100 % erzielen.
Besteht der Lichtverteiler aus einem Material mit dem Brechungsindex η = 2, so verlassen die Lichtstrahlen den Lichtverteiler achsenparallel zur Längsachse des ankommenden Lichtleiters, eine Fokussierung des Lichtes auf die abgehenden Lichtleiter kann dann über gleichartige Linsen zwischen den abgehenden Lichtleitern und dem Lichtverteiler erfolgen. Damit läßt sich ebenfalls ein Wirkungsgrad von mehr als 79 % erzielen.
6 Patentansprüche
3 Figuren
VPA 75 E 7163
709829/0451

Claims (6)

  1. ■ Patentansprüche
    M yLichtverteiler, mit dem durch einen ankommenden Lichtleiter eintreffendes Licht auf mehrere abgehende Lichtleiter verteilt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Lichtverteiler aus einer Scheibe aus einem absorptionsarmen und streuarmen Material besteht, daß er einander gegenüberliegende Stoßflächen zum Anschluß an den ankommenden (2) und die abgehenden Lichtleiter (3-7) besitzt, und daß diese Stoßflächen auf einem gemeinsamen Kreis liegen.
  2. 2. Lichtverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß er mit ummantelten Lichtleitern verbunden ist, und daß er eine dem Kerndurchmesser der Lichtleiter entsprechende Dicke aufweist.
  3. 3. Lichtverteiler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet , daß er aus einem doppelbrechenden Material besteht.
  4. 4. Lichtverteiler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net , daß er Flüssigkristalle enthält.
  5. 5. Lichtverteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet , daß er ein Material mit elektrisch steuerbarem Brechungsindex (elektrooptischer Effekt) enthält und einzeln ansteuerbare Elektroden besitzt.
  6. 6. Lichtverteiler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet , daß er aus einem Material besteht, dessen Brechungsindex den Viert 2 besitzt.
    VPA 75 E 7163
    709829/0451
    CRiGiNAL INSPECTED
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