DE2614647A1 - Aus-/einkoppler fuer multimode-lichtleitfasern - Google Patents

Aus-/einkoppler fuer multimode-lichtleitfasern

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DE2614647A1 DE19762614647 DE2614647A DE2614647A1 DE 2614647 A1 DE2614647 A1 DE 2614647A1 DE 19762614647 DE19762614647 DE 19762614647 DE 2614647 A DE2614647 A DE 2614647A DE 2614647 A1 DE2614647 A1 DE 2614647A1
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    • Y10S359/90—Methods

Description

9f! 1 /ifi ' 7 SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unserdeichen*
Berlin und München VPA 76 P 7035 BRD
Aus-/E.inkoppler für Multimode-Lichtleitfasern
Die Erfindung betrifft 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 einzukuppeln, z.B. um einen Teilnehmer zu versorgen, Signale von einem Teilnehmer in eine Übertragungsleitung einzuspeisen oder um den Signalpegel in einer Leitung zu messen. 10
Man kennt bereits Aus- und Einkoppler für Glasfaserbündel, beispielsweise aus den Druckschriften F.LS;Thiel: "Topical Meeting on Optical Fiber Transmission", Jan. 7-9, 1975, Williamsburg, Virginia USA, Paper WE1-1 und A.F. Milton, A.B. Lee: " Topical Meeting on Optical Fiber Transmission", Jan. 7-9, 1975, YJilliamsburg, Virginia USA, Paper WE2-1.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 340 020 (=VPA 73/7129) ist eine Glasfaserverzv/eigung bekannt, bei der innerhalb eines gemeinsamen Fasermantels ein sich verzweigender Faserkern angeordnet ist. Diese bekannte Verzweigung kann auch als Ausbzw. 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.
VPA 75 E 7150b 7 0 9 8 4 1/0401
23.3.1976 ntd 17 Htr
3 26U6A7
Aufgabe der Erfindung ist es, einfach herzustellende Ausbzw. Einkoppler anzugeben, mit denen es möglich ist, einen sehr geringen Anteil der optischen Leistung, etwa nur wenige Promille, aus einer Glasfaser auszukoppeln. 5
Diese Aufgabe wird durch Koppler gelöst, die erfindungsgemäß die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 aufweisen.
Den erfindungsgemäßen Aus- bzw. Einkoppler ist gemeinsam, daß neben einer Hauptleitung, durch die der Hauptanteil der optischen Leistung geführt wird, in geringem Abstand von der Hauptleitung eine Abzweigleitung angeordnet ist. Aufgrund der engen Nachbarschaft der Hauptleitung zur Abzweigleitung wird Streulicht von der Hauptleitung zur Abzweigleitung übergekoppelt. Um diese Überkopplung zu ermöglichen, sind Hauptleitung und Abzweigleitung im Überkopplungsbereich als mantellose Lichtleiter ausgebildet.
Im Überkopplungsbereich liegt zwischen der Hauptleitung und der Abzweigleitung ein Medium, dessen Brechungsindex geringer ist, als der Brechungsindex der Haupt- und Abzweigleitung. Dieses Medium kann beispielsweise Luft sein. Es können auch durchsichtige Kleber verwendet.werden, z.B. Kleber auf Epoxydharzbasis wie z.B. Epotec 305.
25
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden als Medium Flüssigkristalle verwendet. Flüssigkristalle ändern unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes ihre optischen Eigenschaften, insbesondere weisen sie eine vom elektrischen Feld abhängige Doppelbrechung auf.
Durch Anlegen eines künstlichen elektrischen Feldes mittels metallischer Elektroden auf die Flüssigkristalle zwischen der Hauptleitung und der Abzweigleitung kann somit erreicht werden, daß nur Licht einer bestimmten Polarisationsrichtung, die im wesentlichen von der Richtung des elektrischen Feldes abhängt, von der Hauptleitung in die Abzweigleitung Ubergekoppelt wird.
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Ist die Differenz der Brechungsindices des Materials zwischen Haupt- und Abzweigleitung und der Haupt- und Abzweigleitung groß, d.h. hat das Medium einen wesentlich kleineren Brechungsindex als die Leitungen, werden nur die höheren Moden Ubergekoppelt. Bei einer kleineren Differenz der Brechungsindices werden auch niedrigere Moden übergekoppelt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beschrieben, die Ausführungsbeispiele zeigen.
Die Fig. 1 zeigt eine ankommende Lichtleitfaser 1, die in eine Hauptleitung 2 mündet, diese Hauptleitung mündet wiederum in eine abgehende Lichtleitfaser 3. Die Fortpflanzungsrichtung des Lichtes ist durch Pfeile symbolisiert. Die Hauptleitung hat einen quadratischen Querschnitt, wobei die Höhe bzw. die Breite der Hauptleitung der Dicke der Lichtleitfasern 1 und 3 entspricht.
Seitlich der Hauptleitung ist die Abzweigleitung 4 angeordnet, die in eine Abzweiglichtleitfaser 5 mündet. Diese Abzweigleitung besitzt von der Hauptleitung einen Abstand d, wobei die einander zugewandten Flächen 20, 40 der Hauptleitung und der Abzweigleitung parallel zueinander sifid. Die Höhe der Abzweigleitung entspricht der Höhe bzw. Breite der Hauptleitung. 25
Die Abzweigleitung ist im dargestellten Beispiel im wesentlichen keilförmig und besitzt eine quadratische Stoßfläche zum Anschluß an die Abzweiglichtleitfaser.
Durch Vorgabe des Abstandes d kann die Stärke der Überkopplung eingestellt werden. Je größer dieser Abstand ist, um so ge ringer ist die Überkopplung.
j;
Bei einem Ausführungsbeispiel wurden Lichtleitfasern mit einem Durchmesser von ca. 100 /um verwendet. Die Hauptleitung besaß eine Länge von ca. 1 mm und einen Querschnitt von ca. 100 /Um 100 /Um entsprechend dem Durchmesser der verwendeten Lichtleitfasern. Die Abzweigleitung wies an der Keilspitze einen Winkel von ca. 1° auf. Die der Hauptleitung zugewandte und zur
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Hauptleitung parallele Fläche der Abzweigleitung besaß etwa die gleichen Abmessungen wie die der Abzweigleitung zugewandte Fläche der Hauptleitung. Die Länge L der Abzweigleitung betrug ca. 1,5 mm. Der Abstand d betrug ca. 80 /um, damit wurden etwa 0,5 bis 1 Promille der in der Hauptleitung geführten Lichtleistung in die Abzweigleitung übergekoppelt.
Die Herstellung der Hauptleitung und der Abzweigleitung kann photolithographisch in der folgenden Weise geschehen: Eine lichtempfindliche Kunststoffolie, z.B. eine Folie auf Ristocetin-Basis (Ristonfolie),wird auf ein Substrat aufgebracht. Danach wird die Folie durch eine Maske belichtet, die der gewünschten Struktur entspricht, d.h. die Maske hat die Form einer Draufsicht auf die Haupt- und Abzweigleitung.
Die Dicke der Folie soll der Dicke der gewünschten Haupt- und Abzweigleitung entsprechen. Nach dem Belichten und Entwickeln bleiben somit auf dem Substrat nur die Haupt- und Abzweigleitung, die übrige Folie wird beim Entwickeln herausgelöst.
In Glasfasersystemen werden die Glasfasern im allgemeinen in Führungsnuten auf einem Substrat geführt. Diese Führungsnuten können ebenfalls photolithographisch hergestellt werden, indem auf ein Substrat eine lichtempfindliche Kunststoffolie aufgebracht wird," in der dann die Führungsnuten photolithography sch erzeugt werden, dabei kann die gleiche Kunststoffolie wie für die Herstellung der Haupt- und Abzweigleitung verwendet werden. Die Herstellung der Haupt- und Abzweigleitung und der Führungsnuten kann also vorteilhafterweise gleichzeitig erfolgen, wobei nur eine einzige Maske, deren Form einer Draufsicht auf die Führungsnuten und die Haupt- und Abzweigleitung entspricht, notwendig ist.
In der Figur besitzen die Stücke der Kunststoffolie, aus der die Führungsnuten hergestellt wurden, die Positionen 101 bis 105.
Als Substrate kommen nahezu beliebige mechanisch feste Materialien mit optisch glatter Oberfläche in Frage, dabei ist es zweckmäßig, wenn die Substrate verspiegelt sind oder einen
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deutlich geringeren Brechungsindex als die Glasfasern bzw. die Haupt- und Abzweigleitung aufweisen.
Die Lichtleitfasern stoßen an die Hauptleitung und an die Ab-Zweigleitung stumpf an, Reflexionsverluste an diesen Stoßstellen können durch Immersion oder Entspiegelung der Stoßflächen vermindert werden.
Der Koppler kann auch eine veränderte Form aufweisen, z.B. kann die Abzweigleitung die gleiche Form wie die Hauptleitung aufweisen, d.h. zwei mantellose Lichtleiter mit quadratischem Querschnitt sind parallel zueinander mit einem Abstand d angeordnet.
Zwischen die Hauptleitung und die Abzweigleitung kann ein transparentes Material eingebracht werden, z.B. Acrylglas.
Es ist auch möglich, zwischen Hauptleitung und Abzweigleitung Flüssigkristalle einzubringen. Um auf die Flüssigkristalle ein elektrisches Feld einwirken lassen zu können, kann beispielsweise auf dem Substrat oder unterhalb des Substrates eine Elektrode angeordnet v/erden, eine weitere Elektrode kann auf der Haupt- und Abzweigleitung liegen, wobei beide Elektroden den Zwischenraum zwischen Haupt- und Abzweigleitung überdecken müssen.
Die dargestellten Koppler können sowohl als Einkoppler als auch als Auskoppler benutzt werden. Als Auskoppler arbeiten sie im wesentlichen verlustfrei. Dagegen treten bei einem Betrieb als Einkoppler im allgemeinen Verluste auf.
Wird der in der Figur dargestellte Koppler als Einkoppler benutzt, so haben die Pfeile, die die Fortpflanzungsrichtung des Lichtes symbolisieren, die entgegengesetzte Richtung, d.h. die Lichtleitfasern 3 und 5 sind die ankommenden Lichtleitfasern, die Lichtleitfaser 1 ist die abgehende Lichtleitfaser. Angenommen, die ankommenden Lichtleitfasern besäßen die Querschnitte A, und A,- und einen Akzeptanzv/inkel O7. und O1-, wobei die Indices entsprechend den Positionsnummern der Licht-
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leitfasern gewählt sind, so muß für die abgehende Lichtleit- ' faser, die einen Querschnitt A^ und einen Akzeptanzwinkel Θ* besitzen möge, die folgende Bedingung erfüllt sein, wenn die Einkopplung verlustfrei erfolgen soll: 5
A1 sin 0 j. - A, sin θ , + A,- sin θ
Nur-in diesem Fall dürfen die Modenspektren der ankommenden Lichtleitfasern aufgefüllt sein, ohne daß prinzipielle Verluste beim Einkoppeln entstehen könnten. Diese Formel bedeutet, daß die Zahl der ausbreitungsfähigen Moden in der von der Hauptleitung abgehenden Lichtleitfaser genau der Summe der in den beiden anderen Glasfasern angeregten Moden ist.
Da aber in einem praktischen Lichtleitfasersystera meistens nur ein Fasertyp 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 Lichtleitfasern, die in die Hauptleitung mündet, noch nicht auf die Maximalzahl aufgefüllt ist. Damit kann noch Lichtleistung verlustfrei eingekoppelt werden, bis diese Maximalzahl dei? Moden erreicht ist.
In der Fig. 2 ist in Draufsicht dargestellt, wie ein Auskoppler 1000 mit einem Einkoppler 2000 kombiniert werden kann. Dabei durchläuft das Licht entsprechend der Pfeilrichtung zuerst einen Auskoppler danach einen Einkoppler. In diesem Fall ist verlustfreies Einkoppeln möglich, wenn durch den Einkoppler höchstens soviele Moden eingekoppelt werden, wie durch den Auskoppler zuvor ausgekoppelt worden sind. Man erkennt aus der Figur, daß der Einkoppler und der Auskoppler die gleiche Form aufweisen und nur bezüglich der Lichtausbreitungsrichtung entgegengesetzt angeordnet sind. In der Fig. 2 besitzt der Auskoppler 1000 die Abzweigleitung 41, die in die Lichtleitfaser 51 mündet, der Einkoppler 2000 besitzt die Abzweigleitung 42, an die die Lichtleitfaser 52 angeschlossen ist, die Hauptleitung 21 ist z.B. beiden Kopplern gemeinsam.
6 Patentansprüche
2 Figuren 709841/0401
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L e e r s e i \ e

Claims (7)

  1. 26U6A7
    Patentansprüche
    Aus- und Einkoppler für Multimode-Glasfasern, g e k e η η zeichnet durch eine Hauptleitung (2) und eine Abzweigleitung (4), die nebeneinander in einem Abstand voneinander auf einem Substrat angeordnet sind, wobei die Hauptleitung und die Abzweigleitung jeweils einander zugewandte, zueinander parallele Flächen (20, 40) aufweisen.
  2. 2. Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß die Hauptleitung einen quadratischen Querschnitt hat.
  3. 3. Koppler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet , daß die Abzweigleitung in Draufsicht keilförmig ausgebildet ist.
  4. 4. Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet , daß zwischen Haupt- und Abzweigleitung ein transparentes Material angeordnet ist.
  5. 5. Koppler nach Anspruch 4, dadurch gekv(e,nnzeich net , daß dieses Material ein Flüssigkristall ist.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung von Kopplern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Koppler mit einer den Kopplern entsprechenden Maske photolithographisch aus einem lichtempfindlichen Kunststoff hergestellt werden, der als Folie oder Schicht auf einem Substrat aufgebracht ist, dessen Brechungsindex geringer als der Brechungsindex des lichtempfindlichen Kunststoffes ist.
  7. 7 0 9 8 Λ 1 /0401
    VPA 75 E 7150 b
    ORIGINAL INSPECTED
DE19762614647 1976-04-05 1976-04-05 Aus-/einkoppler fuer multimode-lichtleitfasern Pending DE2614647A1 (de)

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