DE2609143A1

DE2609143A1 - Aus-/einkoppler fuer multimodeglasfasern

Info

Publication number: DE2609143A1
Application number: DE19762609143
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Dr Auracher; Ralf Dipl Ing Dr Kersten
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1976-03-05
Publication date: 1977-09-08
Also published as: FR2343265A1; US4089583A; JPS52108143A; GB1512196A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA 76 P 7020 BRD

Aus-/Einkoppler für Multimode-Glasfasern

Die Erfindung betrifft einen Aus- "bzw. Einkoppler für Multimode Glasfasern.

In Glasfaser-Übertragungssystemen ist es oftmals notwendig, an "bestimmten Stellen einen Teil der optischen Leistung aus einer Glasfaser auszukoppeln oder in diese zusätzlich optische Leistung einzukoppeln, z.B. um einen Teilnehmer zu versorgen, Signale von einem Teilnehmer in eine Übertragungsleitung einzuspeisen oder um den Signalpegel in einer Leitung zu messen.

Man kennt bereits Aus- und Einkoppler für Glasfaserbündel, beispielsweise aus den Druckschriften P.L. Thiel, "Topical Meeting on Optical Fiber Transmission", Jan. 7-9,1975, Williamsburg, Virginia USA, Paper WE 1-1 und A.F. Milton, A.B. Lee, "Topical Meeting on Optical Fiber Transmission", Jan. 7-9, 1975, Williamsburg,.Virginia USA, Paper V/E 2-1.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 340 020 (= VPA 73/7129) ist eine Glasfaserverzweigung bekannt, bei der innerhalb eine a gemeinsamen Fasermanteis ein sich verzweigender Faserkern angeordnet ist. Diese bekannte Verzweigung kann auch als Aus- bzw. Einkoppler benutzt werden. Zur Herstellung dieser bekannten Verzweigung wird eine Vorform mit einem verzweigten Kern, zu entsprechend verzweigten Glasfasern ausgezogen.-Ein derartiges Herstellungsverfahren ist jedoch verhältnismäßig aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einfach herzustellende Aus- bzw. Einkoppler anzugeben, mit denen es auch möglich ist, einen sehr geringen Anteil der optischen Leistung, etwa nur wenige Prozent oder Promille, aus einer Glasfaser auszukoppeln.

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Diese Aufgabe wird durch Aus- bzw. Einkoppler gelöst, die erfind ungsgemäß die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 aufweisen.

Den erfindungsgetnäßen Aus- und Einkopplern ist gemeinsam, daß sie eine gerade Hauptleitung mit quadratischem Querschnitt aufweisen, wobei von dieser Hauptleitung mindestens ein Abzweig mit gegenüber der Hauptleitung geringerem Querschnitt kreisbogenförmig oder geradlinig herangeführt ist. Die Grundflächen der Hauptleitung und der Abzweige liegen auf einer gemeinsamen Ebene♦

Vorteilhafterweise lassen sich die Aus- bzw. Einkoppler, zumindest bei geeignet gewählten Abmessungen, unter Verwendung einer einmal hergestellten Stempelform durch sogenanntes Embossing aus einem thermoplastischen Material herstellen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren, die Ausführungsbeispiele zeigen, beschrieben.

Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei Auskoppler. Diese Auskoppler besitzen jeweils eine Hauptleitung 1 mit quadratischem Querschnitt, mit einer Breite bzw. Höhe D. Aus dieser Hauptleitung ist der Abzweig 2 herausgeführt, er besitzt die Höhe D,wie die Hauptleitung, und die Breite W, wobei ¥ im allgemeinen kleiner als D ist.

Gemäß der Figur 1 kann der Abzweig kreisbogenförmig ausgebildet sein.

Gemäß der Figur 2 kann der Abzweig auch geradlinig unter.einem Winkel Q herausgeführt sein. Der Abzweig kann in eine Endleitung 3 münden, die z.B. parallel zur Hauptleitung angeordnet ist und den gleichen quadratischen Querschnitt wie die Hauptleitung besitzt.

An die Stirnflächen der Hauptleitung und des Abzweiges bzw. der Endleitung stößt jeweils eine Glasfaser 11, 12, 13 stumpf an. Reflexionsverluste an diesen Stoßstellen können duroh Immersion

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oder Entspiegelung der Stirnflächen vermindert werden.

Die Pfeile geben die Ausbreitungsrichtung des lichtes für eine Signalauskopplung wieder, die Jeweils umgekehrte Pfeilrichtung beträfe eine Signaleinkopplung.

In vielen Fällen sollen nur ganz geringe optische Leistungen aus der Hauptleitung ausgekoppelt werden, dann muß der Abzweig einen sehr geringen Querschnitt haben, d.h. er muß sehr schnal sein. Entspricht D dem Durchmesser der Glasfaser, ein typischer Wert für diesen Durchmesser liegt in der Größenordnung von 100 /um, so kann es sein, daß der Abzweig eine Breite von weniger als 10 /um haben muß. In diesem Pail hat der Abzweig gegenüber seiner Höhe eine sehr geringe Breite.

Da das Verhältnis der ausgekoppelten Leistung zur Leistung, die in die Hauptleitung durch die Glasfaser eingespeist wird, im wesentlichen vom Verhältnis der Querschnitte der Hauptleitung und des · Abzweiges abhängt, ist es in Fällen, wo nur eine ganz geringe Leistung ausgekoppelt werden soll, zweckmäßig, Abzweige mit sehr geringer Höhe vorzusehen. Derartige Aus-Einkoppler sind in den Figuren 3 und 4 beispielsweise gezeigt.

Gemäß der Figur 3 ist der Abzweig 2 wiederum kreisbogenförmig aus der Hauptleitung herausgeführt. Der Abzweig besitzt eine Höhe t, die geringer ist als die Höhe D der Hauptleitung und eine Breite W, die im allgemeinen ebenfalls geringer als die Breite D der Hauptleitung ist.

Gemäß der Figur 4 ist der Abzweig 2 geradlinig herausgeführt, er besitzt eine Breite W und eine Höhe t, die beide im allgemeinen kleiner als D sind. Der Abzweig führt zu einer Endleitung 3, die parallel zur Hauptleitung angeordnet ist und die gleiche Höhe und Breite wie die Hauptleitung besitzt. Mit der Hauptleitung bildet der Abzweig einen Winkel q

Auoh bei der Ausführungsform gemäß der Figur 3 kann der Abzweig zu einer Endleitung führen, die gleiche Höhe und Breite wie die Hauptleitung hat, jedoch mit der Hauptleitung einen Winkel bil-

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Eine derartige Anordnung ist in der Figur 5 dargestellt, wobei jedoch die Figur 5 eine Kombination eines Auskopplers und eines Einkopplers zeigt, wobei über einen ersten kreisbogenförmig herausgeführten Abzweig 2, der zu einer Endleitung 3 führt, eine Anzahl von Moden ausgekoppelt wird, die gleiche Anzahl von Moden kann über den zweiten Abzweig 20, der symmetrisch zum Abzweig 2 angeordnet ist und als Einkoppelleitung dient, wieder in die Hauptleitung eingekoppelt werden. As zweiten Abzweig kann ein Licbtsender, z.B. eine Laserdiode (nicht dargestellt) mit entsprechender Modenzahl angekoppelt sein,

Figur 6 zeigt eine Abwandlung des in Figur 5 dargestellten Kopplers. Hier ist gezeigt, daß von der Hauptleitung noch mehr Abzweige herausgeführt sein können, z.B. zwei Abzweige 2 zur Auskopplung und zwei Abzweige 20 zur Einkopplung von Licht. Im übrigen entspricht diese Ausführungsform der in Figur 5 dargestellten Form.

Bei allen dargestellten Ausl'ührungsbeispielen sind die Ausbzw. Einkoppler auf Substraten (nicht dargestellt) angeordnet.

Im folgenden wird die Dimensionierung der oben dargestellten Aus- bzw. Einkoppler abgeschätzt.-Das durch die Glasfaser in die Hauptleitung eingespeiste Licht regt in der Hauptleitung einen Lichtkegel mit. einem Öffnungswinkel 2 9 an, die Höhe und die Breite der Hauptleitung ist D, a.h. die Hauptleitung hat einen

2
Querschnitt von D . Der Abzweig hat die Höhe t, wobei t £ D gilt. Die Breite des Abzweiges ist ¥, wobei \i ό D gilt. Für das Verhältnis η_ zwischen der durch den Abzweig ausgekoppelten Leistung zu der in die Hauptleitung durch die ankommende Glasfaser eingespeisten Leistung gilt dann im Fall eines kreisförmig herausgeführten Abzweiges

Y₁ = Wt/D²
Xm Fall eines geradlinig herausgeführten Abzweiges

τι = Wt/4D wenn c < 2 W cos θ und θ <£ ττ/2, wobei c di3 Breite des Zwischenraumes zwischen Hauptleitung und Endleitung ist und wobei der Winkel g zwischen dem Abzweig und der Hauptleitung den Wert g = θ hat, d.h. dieser Winkel

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soll genau halb so groß wie der Öffnungskegel des durch die ankommende Glasfaser in die Hauptleitung eingespeisten Lichtes sein.

Bei den angegebenen Dimensionierungen erfolgt ein Auskoppeln verlustfrei.

Werden die Koppler als Einkoppler benutzt, so arbeiten sie nicht ohne weiteres verlustfrei. Angenommen, an die Hauptleitung des Einkopplers sei eine ankommende Glasfaser mit dem Querschnitt A.. und einem Akzeptanzwinkel Θ.. angeschlossen, am Abzweig sei eine zweite ankommende Glasfaser mit dem Querschnitt Ap und einem Akzeptanzwinkel θρ angeschlossen, so muß für die von der Hauptleitung abg3hende Glasfaser, die einen Querschnitt A" und einen Akzeptanzwinkel θ₀ besitzen möge, die folgende Bedingung erfüllt sein:

2 2 2

Asin Qq = A^ sin G₁ + A₂ sin Θ₂·

Nur in diesem EaIl dürfen die Modenspektren der ankommenden Glasfaser und der am Abzweig angeschlossenen Glasfaser aufgefüllt sein, ohne daß Verluste beim Einkoppeln entstehen könnten. Diese Eormel bedeutet, daß die Zahl der ausbreitungsfähigen Moden in der von der Hauptleitung abgehenden Glasfaser genau der Summe der in den beiden anderen Glasfasern angeregten Moden ist.

Da aber in einem praktischen Glasfasersystem meistens nur ein Pasertyp mit einheitlichem Querschnitt verwendet werden soll, läßt sich die obige Bedingung nicht erfüllen. Ein Ausweg, Verluste zu vermeiden, besteht jedoch darin, daß das Modenspektrum der ankommenden Glasfaser an der Hauptleitung noch nioht auf die Maximalzahl aufgefüllt ist, damit kann noch durch den Abzweig Lichtleistung verlustfrei eingekoppelt werden, bis diese Maximalzahl der Moden erreicht ist.

Der Ein-/Auskoppler nach Figur 5 arbeitet vorteilhafterv/eise verlustfrei, wenn durch den zweiten Abzweig nicht mehr Moden eingekoppelt werden, als durch den ersten Abzweig ausgekoppelt werden.

Im folgenden wird die Herstellung der Koppler genauer erläutert. VPA 75 E 7158a 709836/CU39

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Insbesondere die Koppler nach den Figuren 3, 4 und 5 können, wie oben angegeben, vorteilhaft durch Embossing aus einem thermoplastischen Material, z.B. Acrylglas, mittels eines entsprechend geformten Stempels geprägt werden.

Eine andere Möglichkeit, alle dargestellten Koppler herzustellen, besteht in fotolithografischen Verfahren.

Dazu wird eine lichtempfindliche Kunststoffolie, z.B. eine Folie auf Ristocetin-Basis (Ristonfolie), durch eine der gewünschten Struktur entsprechende Maske belichtet. Besitzt die Folie die Dicke der Hauptleitung des Kopplers, so können die Koppler nach den Figuren 1 und 2 in einem Arbeitsschritt hergestellt werden.

Die in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellten Koppler können in zwei fotolithografischen Arbeitsschritten hergestellt werden: Zuerst wird eine lichtempfindliche Kunststoffolie, deren Dicke der Dicke des gewünschten Abzweiges des Kopplers entspricht, auf einem Substrat aufgebracht und durch eine Maske belichtet, so daß nach der Entwicklung ein Folienstück, dessen Form genau dem Grundriß des gewünschten Kopplers entspricht, stehen bleibt.

Nun kann eine zweite lichtempfind-liche Kunststoffolie aufgebracht werden, deren Dicke der Differenz zwischen der Dicke der gewünschten Hauptleitung und der Dicke des Abzweiges entspricht. Mittels einer zweiten Maske, deren Form dem Grunariß der Hauptleitung und der Endleitung des Kopplers entspricht, wird nun diese zweite lichtempfindliche Kunststoffolie belichtet, so daß nach der Entwicklung die in der Höhe verstärkte Hauptleitung und die Endleitung stehen bleibt. Die Maske für den zweiten Bearbeitungsschritt muß zu dem vorher gefertigten Schichtstück, welches den Grundriß des Kopplers aufweist, genau justiert sein.

Man kann auch die zweite lichtempfindliche Kunststoffolie auf einem gesonderten Substrat aufbringen und auf diesem gesonderten Substrat mittels einer entsprechenden Maske die Verstärkungen für die Hauptleitung und die Endleitung gesondert herstellen. Danach müssen die zwei Substrate mit den Schichtseiten zueinander genau justiert werden, so daß die Verstärkungen für die VPA 75 E 7158a 709836/CH39

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Hauptleitung und die Endleitung genau auf die entsprechenden Flächenstücke des dünneren Schichtstückes treffen.

Der optische Kontakt zwischen den beiden Kunststoffschichten kann durch mechanisches Zusammendrücken und eventuelles Aufheizen noch verbessert werden.

In Glasfasersystemen werden die Glasfasern im allgemeinen in Führungsnuten auf einem Substrat geführt. Diese Führungsnuten können ebenfalls fotolithografisch hergestellt werden, indem auf ein Substrat eine lichtempfindliche Kunststoffolie aufgebracht wird, in der dann die Führungsnuten fotolithografisch erzeugt werden, dabei kann die gleiche Kunststoffolie wie für die Herstellung der Koppler verwendet werden. In der Figur 4 besitzen die Stücke der Kunststoffolie, aus der die Führungsnuten hergestellt wurden, die Positionen 101 bis 105. In den übrigen Figuren sind derartige Führungsnuten nicht dargestellt, um die Darstellungen übersichtlicher zu gestalten.

Vorteilhafterweise lassen sich auf dem gleichen Substrat mit den gleichen Arbeitsgängen sowohl der Aus-/Einkoppler als auch die Führungsnuten herstellen.

Als Substrate kommen nahezu beliebige mechanisch feste Materialien in Frage, es ist zweckmäßig, wenn die Substrate verspiegelt sind oder einen deutlich geringeren Brechungsindex als die Glasfasern bzw. die Aus- bzw. Einkoppler aufweisen.

8 Patentansprüche
6 Figuren

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-ίο

Leerseite

Claims

2609 Patentansprüche

1. Aus- und Einkoppler für Multimode-Glasfasern, gekennzeichnet durch eine Hauptleitung (1) mit quadratischem Querschnitt, aus der ein Abzweig (2, 20), der einen geringeren Querschnitt als die Hauptleitung aufweist, herausgeführt ist, wobei die Grundflächen der Hauptleitung und des Abzweiges auf einer gemeinsamen Ebene liegen und wobei Hauptleitung und Abzweig auf einem gemeinsamen Substrat liegen.

2. Aus-/Einkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzweig kreisbogenförmig herausgeführt ist.

3. Aus-/Einkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzweig geradlinig herausgeführt ist.

4. Aus-/Einkoppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzweig in eine Endleitung (3) mündet, die den gleichen Querschnitt wie die Hauptleitung besitzt und mit dieser einen Winkel bildet.

5. Aus-/Einkoppler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzweig in eine Endleitung (3) mündet, deren Querschnitt gleich dem Querschnitt der Hauptleitung ist, wobei die Endleitung parallel zur Hauptleitung angeordnet ist.

6. Aus-/Einkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Abzweig eine wesentlich geringere Dicke (t) als die Hauptleitung besitzt.

7. Verfahren zur Herstellung von Aus-/Einkopplern nach einem der' Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Koppler mittels einer den Kopplern entsprechenden Stempelforra aus einem thermoplastischen Material hergestellt werden.

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ORfGINAi INSPECTED

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8. Verfahren zur Herstellung von Aus-/Einkopplern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Koppler mit einer den Kopplern entsprechenden Maske fotolithografisch aus einem lichtempfindlichen Kunststoff hergestellt werden, der als Folie oder Schicht auf einem Substrat aufgebracht ist, dessen Brechungsindex geringer als der Brechungsindex des lichtempfindlichen Kunststoffs ist.

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