DE2705369A1

DE2705369A1 - Verjuengt zulaufende fiberoptische anordnung

Info

Publication number: DE2705369A1
Application number: DE19772705369
Authority: DE
Inventors: Henry B Cole
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Technologies Inc
Priority date: 1976-03-08
Filing date: 1977-02-07
Publication date: 1977-09-15
Also published as: FR2344034B1; JPS52108833A; HK22781A; JPS6142242B2; GB1574355A; FR2344034A1; US4076378A; CA1073716A

Description

PATENTANWALT D-I BERLIN 33 5.2.77

MANFRED MIEHE _Λ falkenried<

L Ttltlon: (030) β 31W 50

Diplom-Chemiker ^ Telegramme: INDUSPROP BERLIN

Telex: O18S443

üS/02/2314 AO-24-60

AMERICAN OPTICAL CORPORATION Southbridge, Mass. 01550, USA

Verjüngt zulaufende fiberoptische Anordnung

Es wird eine verjüngt zulaufende fiberoptische Anordnung für die übertragung von Licht von einer Station zu einer anderen mit unterschiedlich großen lichtempfangenden und lichtaussendenden Flächen und vorherbestimmten Werten der lichtempfangenden und lichtaussendenden numerischen öffnung geschaffen. Die Anordnung weist eine Einheit aus nebeneinander angeordneten, mehrkernigen, individuell umkleideten und verjüngt zulaufenden optischen Fasern auf. Das Verjüngung»verhältnis bestimmt die Größen der Lichtempfangsund Liehtaussendungsflachen, während die Brechungsindices der einzelnen Faserkerne und Umkleidung zusammen mit dem Verjüngungsverhältnis die numerische öffnung bestimmen.

Die Erfindung betrifft allgemein Fiberoptiken und insbesondere Verbesserungen an Anordnungen aus verjüngt zulaufenden optischen Fasern.

Zwecks Überführung von Licht von einer im engen Abstandsverhältnis vorliegenden Anordnung aus Lichtquellen oder beleuchteten Abbildungselementen zu einer in einem relativ weiten getrennten Abstandsverhältnis vorliegenden Anordnungen weisen Einheiten aus Monofasern einen ausgeprägten funktioneilen Vorteil gegenüber den leichter herzustelenden Einheiten aus herkömmlichen verjüngt zulaufenden Fasern auf; und zwar die kleine Größe des Ausgangskerns, wodurch ein überlappen oder Vermischen des Lichtes oder der Abbildungselemente in der getrennten Anordnung und/ oder eine Verschwendung des ausgesandten Lichtes durch über-

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mäßige Spreizung vermieden werden. Diesen Vorteilen wirken je* doch die Schwierigkeiten, die Langwierigkeit der Arbeit und der Kostenfaktor entgegen, die sich ergeben im Zusammenhang mit der Anordnung und dem Halten einer Mehrzahl der Monofasern mit ihren entsprechenden Enden eng benachbart zueinander angeordnet und Halten der geqenüberliegnden Enden in einem Abstandsverhältnis. Verjüngt zulaufende Fasern jedoch, die leicht und wirksam in ein eng benachbartes Lageverhältnis über deren Längen gebracht werden können zwecks Vermeiden der genannten Herstellungsprobleme führen jedoch zur Ausbildung von relativ wenig wirksamen und/oder unterlegenen Vorrichtungen.

Wenn auch vorherbestimmte unterschiedliche Abstandsverhältnisse zwischen des Mittelpunkten entsprechender gegenüberliegender Faserenden bei herkömmlichen verjüngt zulaufenden Anordnungen dadurch ausgebildet werden können, daß eine Auswahl des Verjüngungsverhältnisses der Fasern oder der Anordnung getroffen wird, führt doch die erhebliche Größe des Lichtausgangskerns jeder Faser, d.h. das dicke Ende des verjüngten Teils, dazu, daß es zu dem oben genannten nachteiligen Überlappen oder Vermischen des Lichtes oder der Abbildungselemente und Verschwendung des ausgesandten Lichtes durch übermäßige Spreizung kommt.

Der Nachteil auf dem einschlägigen Gebiet der Technik liegt somit darin, daß es erforderlich war eine Auswahl zu treffen zwischen den unhandlichen Anordnungen aus Monofasern mit den dabei auftretenden Schwierigkeiten und dem Kostenfaktor der Herstellung und den herkömmlichen, kompakteren und leichter herstellbaren verjüngt zulaufenden Mehrfaser-Einheiten mit deren Nachteilen einerelativ wenig wirksame Lichtnutzung oder Lichtaueeendung des Abbildungselementes.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile auszuräumen und bedingt einen Vorteil in einer verjüngt zulaufenden,fiberoptischen Anordnung, bei der das Verjüngungeverhältnis der Anordnung als

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Ganzes vorgewählt werden kann, um so das angestrebte A-bstandsverhältnis des Abbildungselementes zusammen mit einer gleichzeitigen STeuerung der numerischen öffnung zu ergeben.

Erfindungsgemäß verfährt man dergestalt, daß eine verjüngt zulaufende, fiberoptische Anordnung geschaffen wird, die aus einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Fasern besteht, wobei jede Paser eine Mehrzahl an Kernen mit unterschiedlichen Brechungsindices und eine äußere Umkleidung mit einem kleineren Brechungsindex als demjenigen der Kerne aufweist. Das Vorsehen von mehr als dem herkömmlichen einzigen Kern pro Faser modifiziert die Verhaltensweise des dadurch geleiteten Lichtes und macht es möglich, eine unabhängige Steuerung bezüglich der numerischen öffnung und der Vergrößerung zu erzielen. Eine verjüngt zulaufende Faser kann so vorgesehen werden, daß das eine oder mehrere seiner Kerne an einem kleinsten Ende eintretende Licht lediglich aus dem innersten Kern an dem größeren Ende der verjüngt zulaufenden Einheit austritt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wirdim folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1A und 1B bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen - verbesserte verjüngt zulaufende, fiberoptische Anordnungen -bei einer beispielsweisen Anwendung;

Fig. 2, 3, 4 und 5 entsprechende Vorrichtungen zur übertragung von Abbildungen nach dem Stand der Technik, wobei die Figuren 2 und 4 Draufsichten auf Anordnungen aus ausgerichteten optischen Faern und Figuren 3 und 5 Vorderansichten der entsprechenden Anordnungen sind;

Fig. 6 eine stark vergrößerte Querschnittsansicht einer verjüngt zulaufenden optischen Faser, die hier beispielsweise für den Erfindungegegenstand steht;

Fig. 7 eine Ansicht eines vergrößerten Endes der Faser nach der Figur 6.

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In den Figuren 1A und 1B sind verjüngt zulaufende, faseroptische Anordnungen 10 und 1OA im Zusammenhang mit einem beispielsweisen Anwendungsgebiet wiedergegeben, und zwar der Verwendung im Zusammenhang mit der Übertragung eines Abbildungselementes, Trennoder Kombinationsvorrichtungen, wobei eine Anordnung aus Abbildung bildenden Elementen von Empfangsstationen R und R¹ zu den Sendestationen £ und E¹ überführt werden.

Die Anordnungen 10 und 10a sind hierso dargestellt, daß dieselben aus lediglich ftinf nebeneinander angeordneten, verjüngt zulaufenden optischen Fasern 12 bestehen, es versteht sich jedoch, daß weniger oder mehr, d.h. mehrere hundert oder tausend oder mehr derartige Fasern in jeder Anordnung in Abhängigkeit von dem speziellen Anwendungsgebiet angewandt werden können.

Die Vorfichtung aus den kombinierten Figueen 1A und 1B ist hier schematisch erläuternd für ein System zur Ausbildung eines Bildfaksimile, zur übertragung und zur Reproduktion gezeigt. Die Fasern 12 jeder Anordnung 10 empfangen jeweils ein Element einer beleuchteten Abbildung an der Station R und übertragen das Abbildungselement zu der Station E, wo Photodetektoren 12 jeweils individuell das Licht eines Abbildungselementes empfangen für die Umwandlung in ein elektrisches Signal mit einer Amplitude, die derjenigen der Intensität des hierdurch empfangenen Lichtes entspricht. Bei dem speziellen System nach den Figuren 1A und 1B, das hier lediglich zum Zwecke der Erläuterung wiedergegeben ist, werden von den Photodetektoren 12 kommende elektrische Signale individuell durch Verstärker 14 verstärkt und durch drahtlose Sender 16 an den Empfänger 18, siehe Figur 1B, übertragen. Darin werden die elektrischen Signale getrennt und individuell durch den Verstärker 20 verstärkt und erregen die Beleuchtungsvorrichtung 22, z.B. elektrische Lampen oder lichtaussende Dioden an der Empfangsstation R¹. Die optische Faseranordnung 10a überträgt sodann das von den Beleuchtungsvorrichtungen 22 empfangene Signal zu der Sendestation E¹. In dem Fall der übertragung von Faksimileabbildungen kann ein auf einer Trommel 26, siehe Fig. 1A, angeordnetes photographisches Diapositiv

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24, das durch die Lichtquelle 28 belichtet wird, durch Drehen der Trommel 26 und/oder seitliche Bewegung der optischen Faseranordnung 10 abgetastet werden, wodurch die Anordnung 1O mosaikartig Elemente der photographischen Abbildung empfängt für die weiter oben beschriebene übertragung. Die Reproduktion der Faksimileabbildung kann vermittels einer ähnlichen Trommel 30, siehe Figur 1B ausgeführt werden, auf der sich ein lichtempfindliches Papier befindet. Das Drehen der Trommel 30 und/oder die seitliche Bewegung der optischen Faseranordnung 10A mit Geschwindigkeiten und Richtungen entsprechend denjenigen der Trommel 26 und der Anordnung 10 während der übertragung der Signale von dem Sender 26 ausgehend wird zu der Ausbildung des Faksimile führen.

Einzelheiten bezüglich Systemen der Art nach den Figuren 1A und 1B finden sich in der US-PS 1 751 584.

Da sich die vorliegende Erfindung mehr auf eine Verbesserung verjüngt zulaufender optischer Fasern und Anordnungen derselben bezieht, wird dieselbe nachfolgend unter Bezugnahme auf die Anordnung 10, siehe Figur 1A, und den Fasern 12 derselben erläutert. Eine derartige Faser ist im Einzelnen in den Figuren 6 und 7 wiedergegeben.

In den Figuren 2 bis 5 sind Beispiele nach dem Stand der Technik von Vorrichtungen gezeigt, die der Bildspreizung oder Bildelement-Trennung dienen.

In den Figuren 2 und 3 ist eine Anordnung 34 nach dem Stand der Technik aus Monofäden 36 wiedergegeben, die benachbart zu einem Ende 38 der Anordnung eng benachbart zueinander vorliegen, benachbart zu dem gegenüberliegenden Ende individuell relativ e« im größeren Abstandsverhältnis vorhanden sind. Als solche wird die Anordnung bei dem mosaikartigen Empfang der im engen Abstandsverhältnis vorliegenden Anordnung des Lichtes an dem Ende 38 dieses Licht vermittels der allgemein bekannten Prinzipien der totalen Innenreflektion der im relativ breiten Abstandeverhältnis vorliegenden Anordnung an ihren gegenüberliegenden Ende übertragen. Bei einer derartigen Anordnung kann eine Steuerung der Grüße des Ausgangskegels 40 des ausgesandten Lichtes

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jeder Faser durch einfache Auswahl des Kerns und des Umkleidungsglaaes der Faser 36 erzielt werden, siehe hierzu z.B. die US-PSen 2 825 260 und 3 060 789. Die Anordnung aus der Einheit 34 ergibt die weiter oben erläuterten Vorteile der Steuerung des Ausmaßes der Trennung des beleuchteten Abbildungselementes ohne Überlappen oder Vermischen des Lichtes benachbarter, lichtaussendender Enden der Fasern 36.

Ein wesentlicher Nachteil der Benutzung einer derartigen Vorrichtung 34, siehe Figuren 2 und 3, nach dem Stand der Technik besteht jedoch darin, daß dieselbe ungewöhnlich schwierig und kostspielig in der Herstellung ist, insbesondere wenn eine große Anzahl einzelner Fasern vorliegt. Dies hat die Hersteller in vielen Fällen dazu veranlaßt, optisch weniger wirksame, jedoch leichter und wirtschaftlicher herstellbare optisch verjüngt zulaufende Elemente der Art nach den Figuren 4 und 5 entsprechend dem Stand der Technik herzustellen.

Während Vorrichtungen der letzteren Art, siehe hierzu z.B. die US-PS 2 992 587 zu einer Vergrößerung des Abbildungselementes führen, senden die einzelnen verjüngt zulaufenden Fasern 44, deren jede lediglich einen Kern hat, an dem dicken Ende 46 des Bündels 42 Licht in einem überlappenden Verhältnis zu dem Licht benachbarter Fasern aus, wie dies durch die Pfeile 43 wiedergegeben wird. Dies führt zu dem oben angegebenen Vermischen der Abbildungeelemente und unerwünschter Streuung oder Lichtverschwendung .

Erfindungsgemäß werden nun die Nachteile beider Arten von Vorrichtungen nach dem Stand der Technik entsprechend den Figuren 2 und 3 und 4 und 5 ausgeräumt und ein Ergebnis ähnlich demjenigen nach der Figur 2 erzielt, jedoch in einzigartiger Weise ohne daß die bisher vorliegenden verwickelten Probleme und Kostspieligkeit bei dem Herstellen derartiger Vorrichtungen aus geradlinigen, d.h. nicht verjüngt zulaufenden, Monofäden auftreten. Der Erfindungegegenstand macht sich des Vorteils der Herstellungevereinfachung zunutze , wie sie durch verjüngt zulaufende optische Fasern der Art nach den Fig. 4 und 5 gegeben ist, überwindet jedoch in einzigartiger Weise die oben erläuterten Nachteile derartiger Fasern in zusammengesetzten Anordnungen derselben. ₇₀9837/0628 __?_

Speziell unter Bezugnahme auf die Figuren 1A und 6 ergibt sich, daß die fiberoptische Anordnung 10 aus einer Mehrzahl einzelner Fasern 12 besteht, wobei jede Faser 12, siehe Fig. 6 und 7, eine Mehrzahl konzentrischer Kerne mit unterschiedlichen Brechungsindices und eineräußeren Umkleidung aufweisen, die einen kleineren Brechunqsindex als jeder der Kerne besitzt. Bei der gezeigten Ausführungsform der Faser 12, siehe Figuren 6 und S, modifiziert der Kern 48 mit kleinerem Index die Verhaltensweise des durch die Faser hindurchgeleiteten Lichtes und macht es möglich, eine unabhängige Steuerung gegenüber der numerischen öffnung und Vergrößerung zu erzielen.

Eine derartige Doppelkernfaser kann so ausgelegt werden, daß das in beide ihrer Kerne 48 und 50 an dem kleineren Ende der Faser eintretende Licht lediglich aus dem Kern 50 mit dem größten Brechungsindex an dem größeren Ende der Faser austritt. Indem in dieser Weise die Ausgangsfläche der fiberoptischen-Anordnung 10 auf einer Faser-Faser-Basis gesteuert wird, wird eine größere als übliche numerische Ausgangsöffnung (NA) ermöglicht, ohne daß eine Streuung und überlappen des Lichtes eintritt, wie dies z.B. der Fall bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik gemäß der Figur 3 ist. Mit anderen Worten, es ist möglich, erfindungsgemäß eine Anordnung 10 iu schaffen, die Über eine spezifische NA einen Lichtausgang ergibt und nicht zu einer Verschwendung des Lichtes durch Spreizen desselben Über die NA führt.

Unter spezieller Bezugnahme auf die Figur 6, die die Funktion der erfindungsgemäßen, doppelkernigen, verjüngt zulaufenden Fasern 12 einer optischen Anordnung 10 diagrammförnig wiedergibt, sieht man, daß die Modifizierung der Verhaltensweise des hierdurch übertragenen Lichtes aufgrund de* Vorsehens des zusätzlichen Kerns 48 eine unabhängige STeuerung gegenüber der numerischen öffnung und Vergrößerung ermöglicht, wie dies nachfolgend erläutert ist.

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Bei Vorliegen eines inneren Kerns 50 mit großem Brechungβindex r\y, einem äußeren Kern 48 mit mittlerem Brechungsindex n~ und Umkleidung 52 mit einem kleineren Brechungsindex n. wird das innerhalb eines gegebenen NA-Wertes NA , in den äußeren Kern 46 an dem kleineren Ende 54 der Faser 12 eintretende Licht lediglich von dem mittelsten Kern 15 an dem dicken Ende 56 der Faser 12 ausgesandt. Dieses durch die Linie L wiedergegebene Licht wird bei Eintritt in den äußeren Kern 48 zunächst im Inneren dieses äußeren Kerns durch die innere Totalreflektion an der n.-n» Grenzfläche gehalten.

Bei Zunahme des Faserdurchmessers wird jedoch die NA abnehmen, und das Über den inneren Kern 50 hin und her kreuzende Licht wird an dem Punkt P den kritischen Reflektionswinkel der n^-n, Grenzfläche erreichen. Von diesem Punkt an wird das Licht seinen Weg lediglich durch den inneren Kern aufgrund der bekannten inneren Totalreflektion an der n.-n- Grenzfläche fortsetzen und aus dem großen Ende 56 innerhalb einer NA mit dem Wert NA,- austreten.

Es versteht sich, daß die NA eines Systems wie desjenigen der Faser 12, siehe die Figuren 6 und 7, oder der Anordnung 10 der Faser 12, siehe Figur 1A, der sinus des Winkels der extremen meridionalen Anordnung ist, die im Inneren einer Faser eingefangen wird, nachdem ein Eintritt in die Faser erfolgt oder aus derselben austritt, sobald das Austritteende der Faser erreicht wird.

Zum Zwecke der Übertragung von Licht ausgehend von einem System eng benachbart zueinander angeordneter Lichtquellen oder beleuchteter Abbildungselemente zu relativ im großen Abstandsverhältnis vorliegenden Stellen kann die Anordnung 10 eine einzige Faserschicht aufweisen, d.h. eine Faserdicke besitzen, und die Fasern können im Querschnitt kreisförmig, quadratisch, hexagonal sein oder jede andere geeignete Konfiguration besitzen. In der abschließend vorliegenden Anordnung, z.B. Anordnung 10 oder 10a können die Fasern miteinander verschmolzen, verklebt, verbunden

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oder in anderer Weise miteinander zu einer Einheit vereinigt sein. Eine derartige Einheit kann ausqebildet werden unter Zusammensetzen einer Mehrzahl nicht verjüngt zulaufender Fasern in einem entsprechenden Muster, wie einer linearen Anordnung und sodann Verjüngen der Anordnung als Gaizes vermittels Erhitzen und Ziehen. Einzelheiten bezüglich der Erhitzungs- und ZiehvorgMnge für das Herstellen verjüngt zulaufender optischer Fasern finden sich in den US-PSen 2 992 516 und2 992 587.

Eine Analyse der Erfordernisse bezüglich des Verjüngungsverhältnisses und der ürechungsindices wie sie erforderlich sind für die Kern- und Umkleidungsbestandteile dor zum Herstellen der erfindungsgemäßen verjüngt zulaufenden, fiberoptischen Anordnungen , ist nachfolgend mitgeteilt.

Bei der Bewegung des Lichtes längs einer verjüngt zulaufenden Faser verändert dasselbe seine numerische öffnung gemäß der Regel» daß das Produkt aus

NA² . χ . Flache

dazu neigt, konstant zu bleiben. Bezüglich einer verjüngt zulaufenden Faser mit einem einzigen Kern ergibt dies die einfache

Gleichung

NA^ - r² NaJ (1)

wobei NA₀ die numerische Öffnung des Lichtes an dem kleinen Ende

ΪΪΑ. die numerische Öffnung des gleichen Lichtes an dem dicken

2 Ende und r das Verhältnis der Kernflächen an den zwei Enden ist.

Die gleiche Regel läßt sich ebenfalls dazu anwenden, um die sich verändernde numerische Öffnung bei verjüngt zulaufenden Fasern mit mehreren Kernen vorherzusagen. Bei der Anwendung der Regel ist es jedoch erforderlich, die relativen Flächen zu berücksichtigen, die den verschiedenen Kernen zugeordnet sind, sowie weiterhin die Tatsache, daß das Licht in den verschiedenen Kernen unterschiedliche numerische öffnungswerte annimmt. Bei verjüngt zulaufenden Fasern mit mehreren Kernen ist der Wert, der dazu neigt konstant zu bleiben, die Summe der produkte aus NA .x.Fläche

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für alle diejenigen Kerne, zu denen das Licht lugang hat. Angewandt auf eine Faser mit zwei Kernen ergibt dies die folgende Beziehung:

^NAsl ^a1 ^{+ NA}s2 ^(l-^a1^{} β r}"^NAei ^a1 ^{+ 1}^M^0-V

wobei a. üer Bruchteil der gesamten Kernfläche ist mit dem Material des Brechungsindex n-. In diesem Fall mit zwei Kernen wird die verbleibende Kernfläche durch einen zweiten Kern mit dem Brechungsindex n, eingenommen.

Nach dem Snell¹sehen Gesetz, das die Bieguna des Lichtes an einer Grenzfläche zwischen Materialien unterschiedlicher Brechungsindices definiert, wird hier angewandt, um das Verhältnis zwischen NA-, der numerischen öffnung in dem n- Kern an dem kleinen Ende und NA _ , der numerischen öffnung in dem n₂ Kern an dem gleichen Ende auszubilden, wie folgt:

^NAs1 ^{= NA}b2 ^{+ n}1 - ⁿ2
Uas Snell'sehe Gesetz ergibt ein ähnliches Verhältnis zwischen den NA-Werten in den zwei Kernen an dem dicken Ende:

NA^ ■» ΝΛ²" + ² - ² (4)

Durch geeignete Anwendung der Beziehungen (2), (3) und (4) kann man die von beiden Kernen abgegebenen Werte bestimmen, die sich aufgrund eines in jeden Kern in einem NA-Bereich eingegebenen Wert ergeben. Die gleiche grundsätzliche Verfahrensweise kann auf Fasern mit jeder beliebigen Anzahl an Kernen unter der Voraussetzung angewandt werden, daß die Werte des Brechungsindex, das Verjüngungsverhältnisses und die relativen Kernflächen bekannt sind.

Bei der Anwendung der obigen Regeln ist es ratsam an jedem Ende der Verjüngung zu überprüfen, in welche Kerne das Licht eintreten kann und welche Gegebenheiten die NA Werte begrenzen können. Ein geeignetes Beispiel in dem Fall von zwei Kernen kann untersucht werden vermittels Kombination der Beziehungen (2) , (3)

—2" "^"2*

und (4) und Auflösen nach NA_(i ausgedrückt in NA-; dies ergibt:

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2 - 2 2 2 2 2

NA₁₁ - £ 2{ΝΑ_β2 + (n.j - n₂ Ja₁J + U₁ -n₂ ) (1-a.,) (5)

Dieses Verhältnis ist geeignet für die Anwendung, wenn gilt: 2 2 2

^NAl1 " ⁿ1 > ⁿ2

d.h. wenn das unter Betrachtung stehende Licht sich immer noch in beiden Kernen fortpflanzt und noch nicht durch den n.. Kern eingefangen ist. Die NA für den Teil des Lichtes, der aus dem n₂ Kern austritt, ergibt sich gemäß der Gleichung (4) zus

2 2 2 1/2

NA_t2 -iWA_tl - U₁ - n₂ )} (6) Unter Anwenden der Gleichung (5) ergibt sich, daß:

2 _< 2 2

2

Es ist offensichtlich, daß NAt₂ negativ und NA,₂ imaginär

sein würde. Dies würde ein Hinweis darauf sein, daß das Licht nicht mehr vor und zurück zwischen n- und n. kreuzen kann, das Licht vielmehr durch den n.. Kern eingefangen worden ist. Wenn festgestellt ist, daß dies der Fall ist, sollte die folgende

Besiehung anstelle der Gleichung (5) angewandt werden:

— 2 1 NA_-, + (n, - n, )

NA -"-2 —= 1 (7)

üittese Beziehung ist richtig, wenn gilb:

2 2 _K 2

NA - n. n-11 ^{Ί 2}

Die Gleichung (7) ergibt sich durch Kombinieren der Gleichungen (2) und (3) nach Setzen von NA_&2 gleich Null (dies gibt wieder, daß kein Licht in dem Kern n₂ an dem großen Ende vorliegt. Die Gleichung (7) ist wahrscheinlich die zweckmäßigste Beziehung für verjüngt zulaufende Fasern mit doppeltem Kern, dieselbe ist anwendbar, wenn Licht in den Kern mit dem kleineren Index an dem kleinen Ende eintritt und durch den Kern mit größerem Index eingefangen wird unter Austritt an dem großen Ende.

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Der Grund warum beide Gleichungen (5) und (7) für das Beschreiben von NA,. über den gesamten vollständigen möglichen Bereich erforderlich sind, besteht darin, daß bei dem Einfangen das Licht eine diskrete Veränderung der Weise erfährt, daß sich die numerische öffnung mit dem Durchmesser verändert. Vor dem Einfangen folgt dasselbe der Regel für eine tFasermit doppeltem Kern, bei dem Einfangen verhält es sich wie bei einer herkömmlich verjüngt zulaufenden Fa*er mit einem Kern.

Eine fiberoptische Anordnung mit den weiter oben erläuterten Charakteristika läßt sich in der Praxis darstellen unter Anwenden der folgenden Parameter:

Brechungsindex des Kerns mit dem größeren Index n. » 1,72 Brechungsindex des Kerns mit dem kleineren Index n_ - 1,60 Brechungsindex der Umkleidung n, «= 1,48

Bruchteil der Kernfläche bezüglich η. κ. « 0,04 Verjüngungsverhältnis r * 10

Die größte numerische öffnung, die durch den n~ Kern an dem kleinen Ende annehmbar ist, wird durch die n_-n. Grenzfläche bestimmt und beläuft sich auf

_ 2 2 2 NA_g2 (max) = n₂ - n₃

» 1,6O² - 1,48² « 0,37

^82 (max) ■ °'⁶¹

Der entsprechende eingegebene Wert in den n. Kern wird sich

belaufen auf:

_ 2 _ 2 2 2

¹^sI (max) * ^NA2s (max) ^{+ n}1 ⁿ2

- O,61²+1,72²-1,6O²

- 0,37 +0,40

- 0,77

^sI (max) - °'⁸⁸

Das Licht wird ebenfalls am Rand an der n,-n₃ Grenzfläche zurückgehalten.

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Unter der Annahme eines völligen Einfangens in den η ..-Kern kann die Gleichung (7) dazu angewandt, um die maxiamale NA in diesem Kern an dem großen Ende vorherzusagen, wie folgt:

2	(max)	-1 NA² + η ²	2	1,72
NA_n		τ s2 j ^	- n₂ )
		_x 1_ ₍o,6ia	2
		10 0,04
	(max)	» 0,096
^t 1	» 0,31

üer NA-Grenzwert in dem n.. Kern fUr das vollständig eingefangene Licht würde sich belaufen auf:

2 2 0,5

NA₁₁ (eingefangen) » (n₁ - n₂ )

- 1,72² - 1,6O²)⁰'⁵ • 0,63

Ua der weiter oben gefundene Viert von 0,30 kleiner als 0,63 ist, würde das eingegebene Licht vollständig eingefangen und die Gleichung (7) ist die geeignete Gleichung für das Vorhersagen der numerischen öffnung an dem Ausgang. Somit würde das gesamte durch beide Kerne an dem kleinen Ende aufgenommene und zu dem großen Ende übertragene Licht aus dem Kern mit dem größeren Index in dem Bereich von bis zu etwa 0,31 NA austreten.

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Claims

Patentansprüche

V1. Anordnung aus verjüngt zulaufenden optischen Fasern, deren entsprechende kleinere und gegenüberliegende größere Enden nebeneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Fasern U2) eine Mehrzahl an Kernen (48,50) mit unterschiedlichem brechungsindex und eine äußere Umkleidung {jk) mit einem Kleineren Brechungsindex als jeder der Kerne (40,50) aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Kerne (48,50) und die Umkleidung (52) jeder Faser (12) in einem praktisch konzentrischen Verhältnis zueinander angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innerste (50) der praktisch konzentrischen Kerne (48,50) jeder Faser (12) den höchsten Brechungsindex aller Kerne (48,5O) aufweist.

4. AnorJnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeicha e t , daß Jie Mahrzahl der Kerne (49,50) jeder Faser (12) den innersten Kern (5O) und einen zweiten umgebenden Kern (58) aufweist, wobei die Unkleirlung (52) unmittelbar den zweiten ndin (43) unyibL.

i.. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Kerne (48,50) und die Umkleidung (52) allesamt aus Glas gebildet und miteinander unter Ausbilden einer einteiligen Einheit verschmolzen sind.

6. Verjüngt zulaufende optische Faser, dadurch gekennzeichnet , daß dieselbe aus einer Mehrzahl an Kernen (48,50) mit unterschiedlichem Brechungsindex und einer äußeren Umkleidung (52) mit einem kleineren Brechungsindex als jedem der Kerne (48,50) besteht.

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ORIGINAL INSPECTED

1. OfjLiäClit: rase* na ^n Aiis^racii G,daJ.jrjn cj e. λ a η a zeich net, daß die Menrzahl der Kerne (4ό,5ϋ) unc üie oiiikleidunc- (a (12) in einem praktisch konzentrischen Verhältnis

ü. Optische Faser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß der innerste (SC) der praktisch Xonzentrischen Kerne (43,50) jeder Faser (12) den höchsten brechungsindex axier Kerne (4o,5ü) aufweist.

9. Optische Faser nach Är.«5r>ruoh 8, dadurch gekennzeichr ο t , daß die Mehrzahl der I<erne (48,50) jeder Faser (12) den
innersten Kern (bü) und einen zweiten umgebenden Kern (58) aufweist, wobei c.ie Umkleidung (82) unmittelbar den zweiten Kern (43) umgibt.

1'"/. Optische Faser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Mehrzahl der Kerne (48,50) und die
l'mkleidung (52) allesamt aus Glas gebildet und miteinander unter /usbilden einer einteiligen Finheit verschmolzen sind.

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BAD ORIGINAL