DE2657595A1

DE2657595A1 - Optischer richtungskoppler

Info

Publication number: DE2657595A1
Application number: DE19762657595
Authority: DE
Inventors: Stewart Edward Miller
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1976-12-18
Publication date: 1977-07-07
Also published as: CA1062058A; NL7614339A; FR2336695A1; NL185799C; JPS5282349A; JPS5950041B2; GB1562738A; NL185799B; FR2336695B1; DE2657595C2; US4019051A

Description

BLUMBACH · WESER . BERGEN · KRAMER

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestra3e-43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237

■5

Western Electric Company, Incorporated Miller 70 New York, N.Y., USA

Optischer Richtungskoppler

Die Erfindung "bezieht sich auf einen optischen Richtungskoppler zur selektiven Kopplung optischer Wellenenergie zwischen einem Haupt-Wellenleiter und einem Zweig-Wellenleiter, mit einer Modenumsetzeinrichtung zum Einkoppeln eines Teils der optischen Wellenenergie, die sich längs des Kernes eines optischen Wellenleiters fortpflanzt, in einen ausgewählten Bereich des Wellenleitermantels.

Für künftige optische Ubertragungssysteme wird erwartet, daß Anordnungen zum Entnehmen von Signalwelleninformation aus optischen Wellenleitern erforderlich sein werden. Beispielsweise kann es für die Überwachung und Steuerung der Übertragung über eine optische Wellenleiterstrecke erforderlich sein, das sich

7 0 9 8 2 7 / 0 6 ß A

München: Kramer · Dr.Weser · Hirsch — Wiesbaden: Biumbäch · Dr. Bergen · Zwirner

durch die einzelnen optischen Wellenleiter fortpflanzende Signal periodisch längs der Strecke abzutasten. Optische Sammelstrecken werden erfordern, daß Signale zu Weiterverwendungszwecken an zahlreichen ausgewählten Stellen längs dor Strecke zu entnehmen sind. In den meisten Fällen würde es wünschenswert sein, wenn ein Teil des sich längs des optischen Yiellenleiters fortpflanzenden Signa]s aus dem Wellenleiter entnommen werden könnte, ohne diesen zu unterbrechen oder abzuschließen. Leiterabschlüsse fügen dem System unerwünschte optische Verluste hinzu und erhöhen nachteiligerweise die Forderung nach hochpräzisen Anschluß- und Verbindungsanordnungen.

Anordnungen für einen Signalenergieabgriff aus einem mittleren Teil eines optischen Faserwellenleiters, ohne daß dazu die Faser abgeschlossen oder unterbrochen werden müßte, sind bekannt. Beispielsweise beschreibt die US-PS 3 936 631 eine Anordnung, bei der Energie aus dem Faserwellenleiter durch einen dielektrischen Körper ausgekoppelt wird, der in Kopplungsbeziehung mit einem gewissen Längenstück der Faser stehend angeordnet ist, wobei die abgezweigte Energie durch einen benachbart dem dielektrischen Körper angeordneten Photodetektor in ein entsprechendes elektrisches Signal für die weitere Verwendung umgesetzt wird. Um ummantelte Faserwellenleiter anzuzapfen, v/erden das meiste des äußeren Mantels oder der ganze Mantel von der Faser in der Nähe der Faserabgriffsstelle

709827/0664

entfernt, so daß der dielektrische Körper des Abgriffes die Energie direkt aus dem inneren Kern entnehmen kann. Der dielektrische Körper des Abgriffes ist zumindest innerhalb etwa dreier optischer Wellenlängen des inneren Kerns angeordnet, um die gewünschte Kopplungsbeziehung zu erhalten. Alternativ wird die Faser in der Nähe des Faserabgriffes gebogen, um einen Teil der optischen Energie zu veranlassen, aus dem inneren Kern in den äußeren Mantel abzustrahlen, von dem sie dann durch den dielektrischen Körper entnommen werden kann. In jedem Fall wird ein gewisser Bruchteil der Energie aus der Faser abgezweigt, vorausgesetzt, daß der Brechungsindex des dielektrischen Körpers etwa gleich dem Brechungsindex des Außenmantels der Faser oder größer als dieser ist.

Entsprechend der US-PS 3 931 518 ist die vorstehend beschriebene Anordnung dahingehend verbessert, als das Entfernen eines Teils oder des ganzen Mantels vermieden wird durch eine Kombination mit Mitteln zum Umsetzen der sich im Kern eines optischen Wellenleiters fortpflanzenden optischen Energie in vom Mantel geführte Moden. Die Modenumsetzeinrichtung hat dabei etwa die Form einer oder mehrerer gewellter oder geriffelter Platten, die gegen die Faser gedruckt werden, um einen unmittelbar vor dem Faserabgriff liegenden Bereich der Faser periodisch zu deformieren. Richtige Wahl der räumlichen Periodizität der Riffelungen in den Platten sowie einen hinreichend großen auf die Platten ausgeübten Druck vorausgesetzt, ver-

709827/0664

ursacht die periodische Deformation der Faser die gewünschte Kopplung für Moden höherer Ordnung und stellt sicher, daß ausreichend Energie in den Moden höherer Ordnung der Faser verteilt ist, um so für eine Auskopplung durch den dielektrischen Kopplungskörper zur Verfügung stehen. Durch Einstellen der Druckes der Platten auf die Faser ist es möglich, den Kopplungsgrad der Moden höherer Ordnung einzustellen, der in der Faser stattfindet.

Keine der vorstehend erwähnten Anordnungen ist jedoch für eine Verwendung in einem Nachrichtenübertragungssystem befriedigend. Da keine der beiden Anordnungen Wellenenergie, die sich in beiden Richtungen fortpflanzt, daran hindern kann, den Ausgangsabgriff zu erreichen,um aus dem System ausgekoppelt zu werden, kann auch keine dieser Anordnungen als echter Richtungskoppler betrachtet werden. Ein bekannter echter Richtungskoppler enthält generell zwei gesonderte optische Wellenleiter, die in einem vermittelnden Medium relativ dicht beeinander und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Sich in einer ersten Richtung im einen optischen Wellenleiter fortpflanzendes Licht wird teilweise oder ganz auf den anderen Wellenleiter entweder durch die Existenz einer schwachen Kopplung zwischen den beiden Wellenleitern über das Zwischenmedium übertragen, oder durch Anlegen elektrischer oder magnetischer Felder zwecks Änderung der Kopplung

709827/0664

zwischen den Wellenleitern im Bereich des Zwischenmediums. In diesem Zusammenhang sei beispielsweise verwiesen auf die ÜS-PSen 3 408 131, 3 558 213, 3 589 794 und 3 859 503.

Das Problem bei diesen bekannten Richtungskopplem liegt darin, daß die Kopplerparameter eine Funktion des Mode der Wellenfortpflanzung sind. Folglich wird ein Koppler, der dafür entworfen ist, einen bestimmten Bruchteil an sich in einem gegebenen Mode fortpflanzender Wellenenergie zu koppeln, nicht denselben Bruchteil an Wellenenergie koppeln, die sich in einem anderen Mode fortpflanzt. Tatsächlich gibt es keinen bekannten Weg, wie bekannte Richtungskoppler zur Verwendung bei Multimodenübertragungssystemen angepaßt werden könnten.

Diese Probleme werden bei einem Richtungskoppler entsprechend der Erfindung im Prinzip dadurch gelöst, daß ein Teil der im Kern geführten Wellenenergie in mantelgeführte Moden umgesetzt wird und anschließend die umgesetzte Wellenenergie in einen angrenzenden Zweig-Wellenleiter eingekoppelt wird, der stromabwärts vom Kern-zu-Mantel-Modenumsetzer gelegen ist. Modenabstreif- und -absorbierglieder, die auf beiden Seiten des Kopplers angeordnet sind, entkoppeln den Koppler und den Rest des Systems von störenden Mantelmoden, die vom Koppler und/oder in anderen Bereichen des Systems erzeugt worden sind.

Erfindungsgemäß können solche Richtungskoppler mit einer opti-

7 0 9 8 ? 7 / 0 6 ß k

sehen Faser oder mit auf einem Substrat gebildeten integrierten optischen Wellenleitern verwirklicht werden. Die Erfindung ist insbesondere bei Multimodensystemen brauchbar, kann jedoch gleichermaßen auch bei Einzelmodensystemen verwendet werden.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen gekennzeichnet und nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 · eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung, bei der Modenabstreif- und -absorbiermittel und Modenkopplungsmittel mit einem Haupt- und mit Zweigwellenleitern kombiniert sind, wobei die Wellenleiter als integrierte optische Wellenleiter in Planarform ausgebildet sind;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer typischen Anordnung für die Modenabstreif- und -absorbiermittel nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht von optischem Haupt- und Zweigwellenleiter der Fig. 1 in der Nähe des Verzweigungspunktes ;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer zur Anordnung nach Fig. 1 äquivalenten Anordnung zur Verwendung bei optischen Faserwellenleitern; und

7 0 9 8 2 7/0664

Fig. ..5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform ähnlich Fig. 4, wobei aber anstelle der optischen Zweigwellenleiter Energieabgriffe vorgesehen sind.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Richtungskoppler 10 für optische Wellenleiter in der erfindungsgemäßen Ausbildung zur Verwendung mit einer Zwischenlänge beispielsweise eines optischen Multimodenwellenleiters 12 in Planarform. Ein optischer Multimodenwellenleiter ist ein solcher, der eine Vielzahl Fortpflanzungsmoden unterschiedlicher Ordnungen zu führen vermag. Wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt, ist der Richtungskoppler 10 aufgebaut aus: einem optischen Hauptwellenleiter 12 mit einem Kern, der von Mantelmaterial 15 und 16 kleineren Brechungsindexes als der des Kernmaterials umgeben ist; einer Modenumsetzeinrichtung 18, die längs des Umfangs des Kerns des Wellenleiters vorgesehen ist; einem ersten und zweiten optischen Zweig-Multimodenwellenleiter 20 und 32 in Planarform, die auf gegenüberliegenden Seiten der Modenkopplungseinrichtung 18 auf den Wellenleiter 12 zulaufen. Jeder Zweigleiter hat einen Kern 32 bzw. 34, der von Mantelmaterial 15 und umgeben ist. Zwei Abstreif- und Absorbierglieder 26 und 28, die je über dem optischen Hauptwellenleiter 12 gebildet sind, befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten der Modenumsetz-Zweigkopplungszone des Richtungskoppler.

Die Modenkopplungseinrichtung 18 kann durch jede Anordnung ge-

709827/0684

bildet sein, die wenigstens einen Teil der kerngeführten Moden im Kern 14 des Wellenleiters 12 veranlaßt, in mantelgeführte Moden umgesetzt zu werden. Wie in Fig. 1 dargeetellt, kann die Modenumsetzeinrichtung 18 durch periodische Kernbreitenänderungen gebildet sein, um den Übergang von kerngeführten Moden auf mantelgeführte Moden zu bewerkstelligen.

Wie aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich wird, dient der erste Zweigwellenleiter 20 zur Auskopplung der von rechts nach links laufenden Mantelmoden aus dem Wellenleiter 12, während der zweite Zweigwellenleiter 32 zur Auskopplung sich von links nach rechts fortpflanzender Mantelmoden aus dem Wellenleiter 12 vorgesehen ist. In den Fällen, in denen sich nur in einer Richtung im Wellenleiter 12 fortpflanzende Wellenenergie gekoppelt werden soll, braucht der Richtungskppler 10 nur den Zweig-Wellenleiter 20 oder 32 stromabwärts von der Modenumsetzeinrichtung 18 angeordnet zu haben. Für die nachstehende Erläuterung sei angenommen, daß die gewünschten kerngeführten Moden, die aus dem Wellenleiter 12 auszukoppeln sind, sich von rechts nach links im Kern 14 des Wellenleiters 12 fortpflanzen. Es veisteht sich Jedoch, daß die Beschreibung gleichermaßen für den zweiten Zwe.lg-Wellenleiter 32 hinsichtlich kerngeführter Moden zutrifft, die sich von links nach rechts im Wellenleiter 12 fortpflanzen. In jedem Fall wird nach Erreichen der Modeumsetzeinrichtung 18 ein

709827/066^

COPY

Erf"·-',

2öb7bü5

Teil der kerngeführten Moden in mantelgoführte Moden umgesetzt. Diese Mantelmoden pflanzen sich dann weiter in derselben Richtung im den Kern 14 umgebenden Mantel 15 und 16 fort, bis sie den stromabwärts gelegenen Zweig-Wellenleiter erreichen.

Der Kern 22 des optischen Zweig-Wellenleiters 20 ist vorteilhaft aus einem Material eines Brechungsindexcs gebildet, der größer als der Brechungsindex eines jeden der Mantelmaterialien 15, 16 des Wellenleiters 12 und der Mantelmaterialien 15, 25 des Zweig-Wellenleiters 20 ist.« Wie in Fig. 1 dargestellt, verzweigt sich der Zweig-Wellenleiter 20 aus dem Haupt-Wellenleiter 12 unter einem spitzen Winkel zur ausgewählten Stromabwärtsrichtung, wobei das eine Ende des Kerns 22 in Kontakt mit dem Mantel 15, 16 des Wellenleiters 12 steht. Mit dieser Anordnung werden, wenn die ausgekoppelten Mantelmoden das Gebiet erreichen, wo der Kern 22 des Zweig-Wellenleiters 20 den Mantel 15, 16 des Wellenleiters 12 berührt, die Mantelmoden in den Kern 22 übertragen, um sich dort als kerngefUhrte Moden weiter fortzupflanzen.

Anhand des Brechungsgesetzes, aas den Einfallswinkel mit dem Brechungswinkel verknUpft, ist es möglich, den bevorzugten Winkel 0 zu bestimmen, den ein Zweig-Wellenleiter 20 oder 32 mit dem Haupt-Wellenleiter 12 für einen maximalen Übergang von Uchtenergie bilden sollte. Das Brechungsgesetz lautet:

7 0 υ .1 2 7 / 0 6 B L COPY

2657Ö95

η., sin θ. = Πρ sin Θ_Γ (1)

v/oboi η. den Brechungsindex des Mantelmaterials 16 des Wellenleiters 12 bedeutet, ferner n₂ den Brechungsindex des Kernmaterials 22 oder 34 des Zweig-Wellenleiters 20 bzw, 32, Θ. den Einfallewinkel des sich im Mantel 16 des Wellenleiters fortpflanzenden Lichtes gegenüber einer Bezugsebene, deren Normale die Längsachse 25 des Wellenleiters 12 ist, und schließlich 0_r den Brechungswinkel für das in den Kern 22 oder 34 des Zweig-Wellenleiters 20 bzw. 32 eingekoppelte Licht gegenüber der Bezugsebone. In Fig. 1 ist Q^ gleich 90° und 9_r beträgt 90° - Θ. Setzt man diese Werte in Gleichung (i) ein, so erhält man

- = sin (90-9) = cos θ (2)

Wenn man annimmt, daß

n₂ = U₁(I + £) und (3)

cos θ = 1 - ~θ² (4)

1st, wobei «f das Differenzial ist, um das der Brechungsindex n^ größer als der Brechungsindex n₂ ist, dann vereinfacht sich Gleichung (2) zu

Aus Gleichung (5) sieht man, daß der bevorzugte Winkel Θ,

709827/066/.

COPY

*y

den der Zweig-Wellenleiter 20 oder 32 mit dem Haupt-Wellenleiter 12 bilden soll, gleich /2J 1st.

Die Abstreif- und Absorbicrglicder 26 und 28 sind hauptsächlich deswegen vorgesehen, um jegliche störende Mantelmoden auszukoppeln und zu absorbieren, die in den Mantel 15, 16 aus anderen Quellen als der Modenumsetzeinrichtung 13 eingeführt sind.·, Die Abstreif- und Absorbierglieder 26 und 28 sind je über dem Mantel des Haupt-Wellenleiters gebildet und sind aus einem optischen Material eines Brechungsindexes aufgebaut, der gleich oder grö ßer ist als der Brechungsindex des Materials der Mantelschicht 16. Zur Absorption der ausgekoppelten Stör-Mantelmoden enthalten die Abstreif- und Absorbierglieder 26 und 28 vorzugsweise Ionen irgendeines gut beKannten lichtabsorbierenden Materials, die in das optische Material eingebettet sind. Dieses lichtabsorbierende Material kann beispielsweise die Ionen von Eisen, Kupfer oder Kobalt umfassen. Alternativ kann eine Schicht aus lichtabsorbierendem Material (nicht dargestellt), beispielsweise Ruß, auf das optische Material der Abstreif- und Absorbierglieder 26 und 28 niedergeschlagen werden, um lie ausgekoppelten störenden Mantelmoden zu absorbieren. Die Absüreif- und Abüorbierglieder 26 und 28 entfernen selbstverständlich auch Mantelmoden, die von der Modenumsetzeinrichtung 18 erzeugt, jedoch nicht in d^n Zweig-Wellenleiter 20 eingekoppelt worden sind.

709827/066A
COPY

Λό

Wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt, wird der Richtungskoppler 10 im Regelfall erzeugt durch Niederschlagen einer ersten Mantelmaterialschicht 15 auf der Oberfläche eines Substrates 30. Sodann wird das Kernmaterial 14 des optischen Hauptwellenleiters 12 auf die Mantelschicht 15 niedergeschlagen und wird die Modenkopplungseinrichtung 18 auf dem freiliegenden Kern 14 erzeugt. Nach einem Abdecken der Mantelschicht 15 in dem Gebiet, wo der Zweig-Wellenleiter 20 und/oder 32 liegen soll, wird die Mantelschicht 16 sowohl auf den Kern 14 als auch auf die Mantelschicht 15 niedergeschlagen. Als nächstes wird der Kern 22 und/oder 34 des Zweig-Wellenleiters 20 bzw. 32 auf der Mantelschicht 15 erzeugt, wonach die Mantelschicht 24 auf sowohl den Kern 22 und/oder 34 als auch die Mantelschicht 15 niedergeschlagen wird. Schließlich wird das die Abstreif- und Absorbierglieder 26 und 28 bildende Material auf die Mantelschicht 16 niedergeschlagen. Das Abstreif- und Absorbierglied 26 erstreckt sich, wie dargestellt, von der Oberkante des Substrates 30 über den Wellenleiter 12 und benachbart zum Wellenleiter 32, um störende Mantelmoden zu absorbieren, die sich längs des Wellenleiters 12 von rechts nach links in Fig. 1 fortpflanzen, um so diese Mantelmoden daran zu hindern, daß sie den Zweig-Leiter 20 erreichen. Das Abstreif- und Absorbierglied 28 erstreckt sich, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, von der Oberkante des Sutebrates 30 über den Wellenleiter 12 und benachbart zum Wellenleiter 20, um

709827/0664

störende Mantelmoaen zu absorbieren, die sich längs des Wellenleiters 12 von links nach rechts in Fig. 1 fortpflanzen, um dadurch diese Mantelmoden daran zu hindern, den Zweig-Wellenleiter 32 zu erreichen. Die Abstreif- und Absorbierglieder 26 und 28 könnten sich auch vollständig über das Substrat 30 hinweg erstrecken, um auch die- Zweig-Wellenleiter 32 und 20 zu bedecken und so auch die sich in beiden Richtungen in den Wellenleitern 20 und 32 fortpflanzenden störenden Mantelmoden zu entfernen.

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht eines optischen Richtungskoppler _? der ähnlich wie der Koppler nach Fig. 1 ausgebildet istj jedoch zur Verwendung bei einem in Form einer optischen Multimodenfaser vorliegenden Haupt-Wellenleiter 42 entworfen ist. Wie in Fig ^ 4 dargestellt, weist der Koppler 40 einen Haupt-Fäserwellenleiter 42 mit einem Kern 44 auf, der von einer Mantelschicht 46 eines kleineren Brechungsindexes als der des Materials des Kerns 44 umgeben ist. Weiterhin ist eine Modenumsetzeinrichtung 48 vorgesehen, ferner ein erster und zweiter, gleichfalls als optische Multimodenfaser ausgebildete Zweigwellenleiter 50 und 56 mit Kernen 52 bzw. 67, die von Mantelmaterialschichter.. 54 bzw. 68 eines kleineren Brechungsindexes als der des Materials der Kerne 52 und 67 umgeben sind, und schließlich zwei Abstreif- und Absorbierglieder 56 und 58. Die Modenumsetzeinrichtung 48 und die beiden Abstreif- und Absorbierglieder 56 und 58 befinden sich

709827/0664

$e in Kontakt mit dem Mantel 46 des Faserwellenleiters 42 und sind vorzugsweise an einer Unterlage 60 befestigt, um die Ausbildung von Spannungen innerhalb des Faserwellenleiters 42 im wesentlichen zu vermeiden.

Die Modenumsetzeinrichtung 48 entspricht der in der oben erwähnten US-PS 3 931 518 beschriebenen. Wie dort angegeben ist, weist die Modenumsetzeinrichtung 48 ein Paar geriffelter Platten 62 und 63 auf, die gegen die Faser 42 gedrückt werden, um einen stromaufwärts von der angrenzenden Zweig-Faser 50 gelegenen Bereich der Faser 42 periodisch zu deformieren. Die Platten 62 und 63 können gegen einen Bereich der Faser 42 gedrückt werden, der den äußeren Mantel 46 einschließt. Die räumliche Periodizität der Riffelung oder Wellung in den Platten 62 und 63 und der von den Platten auf die Faser 42 ausgeübte Druck (beispielsweise wird Druck auf die Platte 62 in Richtung des Pfeils 64 in Fig. 4 ausgeübt), werden so gewählt, daß eine periodische Deformation in den Querschnittsabmessungen des inneren Kerns 44 der Faser 42 und/oder in der Richtung der Faserkernachse entsteht. Die gewünschte Modenumsetzung tritt in der Faser 42 auf, vorausgesetzt, daß die räumliche Periodizität der Riffelung oder Wellung in den Platten 62 und 63 und damit die Deformation in der Faser 42 richtig gewählt sind.

Die Wahl der richtigen räumlichen Periodizität für die Moden-

709827/066 4

Umsetzeinrichtung erfolgt entsprechend der in den Arbeiten von D. Marcuse bzw. von D. Marcuse land R. M. Derosier in Bell System Technical Journal, Band 48, Seiten 3187 - 3232 (Dezember 1969) entwickelten Theorie. Es versteht sich jedoch, daß die vorstehende Beschreibung der Modenumsetzeinrichtung zu Erläuterungszwecken erfolgte und nicht im beschränkenden Sinne aufzufassen ist und daß die Modenumsetzeinrichtung 48 durch jede andere Anordnung gebildet sein kann, die die gewünschte Modenumsetzung liefert.

Die Abstreif- und Absorbierglieder 56 und 58 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Richtungskopplers 40 und in Kontakt mit dem Mantel der Paser 42 angeordnet. Die Abstreif- und Absorbierglieder 56 und 58 dienen zur Absorption der sich längs der Faser 42 fortpflanzenden störenden Mantelmoden und sind durch einen Block aus dielektrischem Material gebildet, das vorzugsweise vergleichsweise nachgö)ig und beispielsweise Weichplastisches Material ist, um ein vernünftig großes Kontaktgebiet mit dem Mantel 46 zu ermöglichen. Zur Auskopplung der Mantelmoden hat der dielektrische Materialblock der Abstreif- und Absorbierglieder 56 und 58 einen Brechungsindex^ der gleich oder größer als der des Materials des Mantels 46 ist. Zur Absorption der ausgekoppelten Mantelmoden können die Abstreif- und Absorbierglieder 56 und 58 entweder Ionen eines lichtabsorbierenden Materials, beispielsweise Eisen, Kupfer oder Kobalt, enthalten, oder mit einer Schicht aus lichtabsor-

709827/0664

XO

bierendem Material, beispielsweise Ruß auf der Fläche versehen sein, die der die Mantelschicht 46 kontaktierenden Fläche gegenübersteht.

Der Betrieb des Kopplers 40 der Fig. 4 entspricht dem des Kopplers 10 nach Fig. 1. Wenn man annimmt, daß sich Licht von rechts nach links im Kern 44 der Faser 42 fortpflanzt, dann werden die kerngeführten Moden sich hinter dem Abstreif- und Absorbierglied 56 ohne beeinflußt zu werden, fortpflanzen und ein Teil davon wird in Mantelmoden durch die Modenumsetzeinrichtung 48 umgesetzt. Die nxchtumgesetzten kerngeführten Moden fahren fort, sich im Kern 44 hinter dem Abstreif- und Absorbierglied 58 unbeeinflußt hiervon fortzupflanzen. Die in Mantelmoden umgesetzte Energie wird in den Kern 52 der Zweigfaser 50 eingekoppelt und pflanzt sich darin weiter als kerngeführte Moden fort. Die an den Mantel 46 der Faser 42 angrenzende Stirnfläche der Zweigfaser 50 wird vorzugsweise mit einer solchen Kontur versehen, daß sie dem Außenumfang der Faser 42 entspricht, um ein maximales Kontaktgebiet zwischen Kern 52 und Mantel 46 sicherzustellen. Die Abstreif- und Absorbierglieder 56 und 58 dienen dazu, Mantelstöraoden zu entfernen, die zum Richtungskoppler 40 hinlaufen, um sicherzustellen, daß nur durch die Modenumsetzeinrichtung 48 erzeugten Mantelmoden in die Zweigfasern eingekoppelt werden.

Fig. 5 zeigt eine modifizierte Ausführungsform des Kopplers

709827/0664

nach Fig. 4, bei der die Zweigfasern 50 und 66 durch Faserabgriffe 70 bzw., 80 ersetzt worden sind, die die aufgenommenen Mantelmoden, die von der Modenumsetzeinrichtung 48 erzeugt worden sind, in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandeln. Die Faserabgriffe 70 und 80 können durch jede bekannte Vorrichtung gebildet sein, die Lichtenergie _s die sich in einem benachbarten Material fortpflanzt, in ein repräsentatives elektrisches Signal umzusetzen vermag. Eine solche Anordnung _? die in den oben genannten US-PSen beschrieben ist, ist in Figo 5 dargestellte Typischerweise weist eine solche Vorrichtung eine Scheibe 72, 82 auf, die aus vergleichsweise nachgiebigem dielektrischem Material, beispielsweise Weichplastik, hergestellt ist und einen Brechungsindex hat, der mit dem des Mantels 46 der Faser 42 in Beziehung steht. Die Scheibe 72, 82 dient zur Auskopplung von optischer Energie aus dem Mantel 46 der Faser 42 und hat,wie in jenen Patentschriften angegeben, vorzugsweise einen Brechungsindex zwischen dem 0,8fachen des Brechungsindexes des Fasermantelmaterials und einem Wert, der größer als der Brechungsindex des Mantelmaterials ist. Beim Andrücken der Scheibe gegen den Mantel 46 wird die obere Fläche der Scheibe durch die Faser deformiert, und es entsteht ein vergleichsweise grosses Kontaktgebiet. Zur Umsetzung der ausgekoppelten optischen Energie in ein entsprechendes elektrisches Signal sitzt ein Photodetektor 74, 84 an der rückwärtigen Fläche der Scheibe 72, 82. Der Photodetektor 74, 84 ist beispielsweise eine Fest-

709827/0 664

τι

körper-Photodiode in p-i-n-Form, z. B. die SGD 100A, 100 mil, p-i-n-Siliciumphotodiode, hergestellt und vertrieben von der E. G. & G., Inc. Diese Diode ist dafür entworfen, auf die Wellenlänge des optischen Signals, das sich durch die Faser 42 fortpflanzt, anzusprechen_f welche beispielsweise bei etwa einem Mikrometer liegt. Das resultierende elektrische Signal wird über Leiter 76, 86 vom Photodetektor 74, 84 zu einem Verbraucher übertragen»

709827/0 6 64

Leerseite

Claims

BLUMBACH · WESER . BERGEN · KRAMER ZWIRNER . HIRSCH 2657695 PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN Postadresse München: Patentconsul! 8 München 60 RadeckesfaCe 43 Telefon ;CS9) 88 3ό 03 / 88 36 04 Teiex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult ö2 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186 257 Western Electric Company, Incorporated Miller Patent a nsprüche

1. Optischer Richtungskoppler aus

einem optischen Haupt-Wellenleiter (12) mit einem Kernbereich (14), der von einer Schicht eines Mantelmaterials (15, 16) umgeben ist, dessen Brechungsindex kleiner als der des Materials des Kernbereiches ist, einer Modenumsetzeinrichtung (18), die längs des Haupt-Wellenleiters (12) angeordnet und zur Verstärkung einer Modenkopplung zwischen sich längs des Wellenleiters (12) fortpflanzenden kerngeführten Moden und mantelgeführten Wellenfortpflanzungsmoden vorgesehen ist, und Kopplungsmittel (20), die längs des Wellenleiters (12) benachbart zu der Modenumsetzeinrichtung (18) angeordnet sind, um mantelgeführte Moden aus dem Haupt-Wellenleiter (12) auszukoppeln,

dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Abstreif- und Absorbiereinrichtung (26, 28) längs des Haupt-Wellenleiters (12) auf gegenüberliegenden

709827/0664

München: Kramer ■ Dr.Weser · H:rs:.h — vVie-baden: B!jrrO3Cii · Dr. Be'gen

2 6 5 7 b ü

Seiten der aus der Modenumsetzeinrichtung und den Kopplungsini tteln bestehenden Gesamtanordnung (18, 20) angeordnet sind, um sich längs des optischen Haupt-Wellenleiters (12) fortpflanzende mantelgeführte Moden zu entfernen und zu absorbieren.

2. Richtungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kopplungsmittel (20) einen optischen Zweig-Wellenleiter aufweisen, der sich vom optischen Haupt-Wellenleiter (12) unter einem spitzen Winkel zu dessen Längsachse abzweigt, daß der optische Zweig-Wellenleiter einen von Mantelmaterial (24) eingeschlossenen Kern (22) aufweist, daß der Kern des Zweig-Wellenleiters einen Endes an den Mantel des optischen Haupt-Wellenleiters angrenzt und einen Brechungsindex besitzt, der gleich oder größer als der Brechungsindex des Mantelmaterials des Haupt-Wellenleiters ist.

3. Richtungskoppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der optische Haupt-Wellenleiter (12) und die Kopplungsmittel durch integrierte optische Wellenleiter in Planarform auf einem Substrat gebildet sind.

4. Richtungskoppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Haupt-Wellenleiter (12)

7 Π ^c) fi ') 7 / 0 6 B L

■ι-

und die Kopplungsmittel durch optische Faser-Wellenleiter gebildet sind.

5. Richtungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kopplungsmittel eine Scheibe (72) aus dielektrischem Material vorgesehen ist, die in Kopplungsbeziehung mit dem Mantel des optischen Haupt-Wellenleiters steht, und daß die Scheibe einen Brechungsindex hat, der vom 0,8fachen bis zu mehr als dem Ifachen des Brechungsindexes des Mantelmaterials des Hauptwellenleiters reicht.

6. Richtungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Abstreif- und Absorbiereinrichtung (26, 28) je einen Körper aus dielektrischem Material, der in Kopplungsbeziehung mit dem Mantel des optischen Haupt-Wellenleiters steht, und ein Lichtabsorptionsmittel aufweist und daß der Körper einen Brechungsindex besitzt, der gleich oder größer als der des Mantelmaterials des optischen Hauptwellenleiters ist.

7. Richtungskoppler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtabsorptionsmittel gebildet ist entweder durch eine Schicht aus lichtabsorbierendem Material auf dem dielektrischen Körper oder durch eine Mehrzahl lichtabsorbierender Teilchen (Ionen), die in dem

709827/0664

657595

dielektrischen Körper eingebettet sind, und daß das Lichtabsorptionsmittel so angeordnet ist, daß es die optische Energie absorbiert, die aus dem Mantel des optischen Hauptwellenleiters durch den dielektrischen Körper ausgekoppelt wird.

8. Richtungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kopplungsmittel (20, 24) zwischen der Modenumsetzeinrichtung (18) und jeder Abstreife und Absorbiereinrichtung (26, 28) angeordnet sind.

9. Richtungskoppler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kopplungsmittel (20, 24) ein optischer Wellenleiter ist, der den optischen Hauptwellenleiter mit seinem einen Ende unter einem spitzen Winkel an jenem Teil des Hauptwellenleiters berührt, der die benachbarte Abstreif- und Absorbiereinrichtung enthält.

^W/ku 7 0 9 8 7 7 / 0 6 B h