DE2731957B2

DE2731957B2 - Optischer Entzerrer zum Verbinden zweier Wellenleiterabschnitte eines optischen Fernmelde-Wellenleiters

Info

Publication number: DE2731957B2
Application number: DE19772731957
Authority: DE
Inventors: Pietro Di Turin Vita (Italien)
Original assignee: CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA
Current assignee: Telecom Italia SpA
Priority date: 1976-07-16
Filing date: 1977-07-14
Publication date: 1979-05-31
Also published as: FR2358671A1; NL7707788A; DE2731957C3; FR2358671B1; GB1582532A; CA1072790A; IT1071131B; DE2731957A1

Description

Strahlen mit dem kritischen Winkel, entzerren, während die dazwischenliegenden Strahlen nicht ausreichend berücksichtigt werden und infolgedessen nicht entzerrt werden. Aus dieser Teil-Entzerrung ergibt sich als wichtigste Folge, daß die Breite des empfangenen ^r> Impulses nur um 75% der Breite, die der Impuls ohne Entzerrung hat, vermindert wird. Eine solche Reduktion kann genügen, wenn die Übertragung nicht über lange Strecken verläuft oder wenn das Band der übertragbaren Frequenzen nicht ursprünglich sehr breit ist. Andernfalls stellt die Breite des empfangenen Signals immer noch ein wichtiges Problem dar. Eine Verbesserung der Entzerrung durch zusätzliche Korreklurlinscn ist wegen der Lichtverluste bei häufigem Medienübergang unerwünscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung einer minimalen Zahl von Brechungselementen eine möglichst vollkommene Entzerrung, also eine erhebliche Verringerung der Impulsunschärfe, zu erzielen, indem die Wegunterschiede der Lichtstrahlen aller möglichen Winkel kompensiert werden. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Sie betrifft einen Voll-Emzerrer mit der Hauptcharakteristik, daß er eine vollständige Entzerrung durchführt, also sämtliche Strahlen unabhängig von ihrem Winkel, den sie beim Austritt aus dem Wellenleiierabschnitt einnehmen, entzerrt, wobei dieser Winkel ersichtlich zwischen dem Winkel Null des Axialstrahls und dem kritischen Winkel liegt Die Erfindung erlaubt es, daß, ausgehend von einem m einzigen theoretischen Prinzip, unterschiedliche Ausführungen entsprechend den Charakteristiken der Übertragungsleitung und der zur Verfügung stehenden Technologie möglich sind. Sie ist mit maximal zwei Brechuiigskörpern darstellbar, so daß der Reflexions-Energieverlust, wie er stets bei Brechungsvorgängen auftritt, minimaüsiert ist. Die Brechungskörper sind die beiden identischen Brechungslinsen.

Die Ausführungen nach den Ansprüchen 2 und 3 betreffen bevorzugte Entzerrer für den üblichen Fall kreiszylindrischer Fasern als Wellenleiter, und zwar beschreibt Anspruch 2 eine plankonvexe Vollinse und Anspruch 3 eine plankonvexe Fresnel-Linse. Als weitere Alternative wäre es auch möglich, eine Linse zu verwenden, deren Brechungsindex als Materialeigenschaft sich in Abhängigkeit vom Abstand zur Syste machse ändert. Die Erzielung eines gewünschten Gradicntenverlaufs ist an sich bekannt (E. W. Marchand »Gradient lnd.°x Lenses« in E. W ο I f, Progress in Optics Xl, North-Holland 1973. Seiten 307-337). Sofern a'isreichende Strahlungsenergie zur Verfügung steht, daß gewisse Verluste bei der Entzerrung zugelassen werden können, können auch gemäß Anspruch 4 Hologramme mit Linsencharakteristik verwendet werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigt

Fig. I ein Diagramm zur allgemeinen Beschreibung w des Verhaltens der optischen Strahlenwege durch den erfindungsgemäßen Voll-Entzerrer,

F i g. 2 Schnittlinien von den Gesamtentzerrer bildenden Linsen,

Fig.3 ein Diagramm des Verhaltens der Lichtstrahlen im Fall einer Linse mit einer Schnittline nach einer Kurve A in F i g. 2,

Fig.4 ein Diagramm des Verhaltens der Lichtstrahlen im Fall einer Linse mit einer Schnittlinie nach e.^;ner Kurve Bin Fig.2,

Fig.5 einen schematischen Querschnitt durch das optische System eines Entzerrers, der Linsen mit dem Querschnitt nach der Kurve A in F i g. 2 verwendet,

F i g. 6 einen schematischen Querschnitt durch das optische System eines Entzerrers, der Linsen mit dem Querschnitt nach der Kurve ßin F i g. 2 verwendet,

F i g. 7 einen schematischen Querschnitt durch das optische System eines Entzerrers entsprechend einer ersten Abwandlung der Ausführungsform, in der die Linsen nach F i g. 5 verwendet werden,

Fig.8 einen schematischen Querschnitt durch das optische System eines Entzerrers entsprechend einer ersten Abwandlung der Ausführungsform, in der die Linsen nach F i g. 6 verwendet werden,

Fig.9 einen schematischen Querschnitt durch den Entzerrer im Fall einer Ausführungsform, die einen Körper niit stetigem Indexprofil verwendet

Der Aufbau und die Betriebswe.ai; des erfindunfesgemäßen Entzerrers werden aus der Theorie anschaulich, die der Erfindung zugrunde liegt und es ermöglicht die Schnittlinien nach Fig.2 zu erhalten. Diese Theorie wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fi g. 1 für die verschiedenen hier betrachteten Elemente kurz erläutert In Fig. 1 sind zwei Wellenleiterabschnitteg.g und zwei Linsen L. L' angedeutet, deren Achsen auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Theoretische Untersuchungen haben gezeigt, daß eine vollständige Vergleichmäßigung der optischen Strahlenwege erzielt werden kann, wenn die Bedingung erfüllt ist:

see θ + sec H' = I + sec H₁,

wobei:

θ = der von einem allgemeinen, vom ers'en Abschnitt feines Wellenleiters (Fig. 1) ausgehenden Strahl a mit der Achse des Systems, also mit der den beiden Abschnitten g und g" des Wellenleiters sowie den Linsen L und L' gemeinsamen Achse, gebildete Winkel;

Θ' = Winkel zwischen der Achse und einem Strahl a". der von der zweiten Linse Z/ausgeht und dem Strahl a entspricht;

ß_M = kritischer Winkel des Wellenleiters = halber maximaler Aperturwinkel.

Es wird festgelegt:

w = Radius desjenigen Teils der Linse, der durch einen den Winkel Θμ einnehmenden Strahl b übergriffen wird;

5 = Abstand eines Endpunkts P des Wellenleiterabschnitts g*on der Linse L;

dann gilt:

= s tan (4

Af

Um viel Informationen zu übertragen, werden im Fernnachrichtenwesen allgemein Fasern von niedriger Leitung verwendet, d. h. mit einem sehr kleinem maximalem Aperturwinkel 2Θμ. Es kann also stets vorausgesetzt werben:

Θ_Μ <: 1 rad (3)

Die Gleichung (3) ermöglicht die Verwendung der

bekannten Beziehung

sec θ % I +

wodurch die Gleichung (1) folgendermaßen umgewandi'll wird:

β¹ + β'² = «^ und die Gleichung (2) umgewandelt wird /u:

woraus erhalten wird: u-< s.

(4)

Fs wird weiterhin festgelegt:

Radius desjenigen

.!!..,...,oir.nr. «truhl

Teils der Linse /.. der

;^y = Radius desjenigen Teils der Linse /.'. der von dem entsprechenden Strahl;/" übergriffen wird: Es wird angenommen, daß der /weite Wellenleitcrabschnitt g ebenfalls den Abstand s von der zweiten Linse /.'hat:

f(r) = die variable Brennweite der Linsen in Abhängigkeit vom Radius r,

(/ = Abstand der Linsen voneinander.

Es gilt:

r = ν tan θ. also r = s(j; r¹ = stati9'. also r¹ =s λΘ'.

Zur Darstellung der Gleichung (4) durch ein System von zwei Brechungslinsen, die koaxial zu den zwei Wcllenleiterabschnitten unter dem gegenseitigen Abstand fliegen, muß die in Abhängigkeit "on der Größe r variable Brennweite die Beziehung erfüllen

Linsen als am zweckmäßigsten. Die Schnittlinie ?.(r)des konvexen Linsenteils kann aus der Gleichung (5) erhalten werden, wobei ein kartesisches r-z-Koordinatcnsystcm zugrunde gelegt ist. dessen z-Achsc mit der Systemachse zusammenfällt. Es seien:

r.(r) — Schnittlinie der Linse (Kontur);
η = Brechungsindex der Linse.

Dann gilt für plankonvexe Linsen:

wobei der Veränderungsbereich von r ersichtlich OS rS w ist.

Die Gleichung (5) mit dem Vorzeichen + vor dem Wurzelzeichen wird durch Linsen mit variabler Brennweite erfüllt, bei denen der Lichtstrahlenweg gemäß F i g. 3 verläuft. Diese Figur zeigt, daß die auf die erste Linse auftreffenden und beispielsweise hinsichtlich der gemeins2imen Achse zur oberen Halbebene des Systems gehörenden Strahlen so gebrochen werden, daß Strahlen zwischen den beiden Linsen entstehen, die sich paarweise überschneiden.

Werden Linsen veränderlicher Brennweite verwendet, die die Gleichung (5) mit dem Vorzeichen — vor dem Wurzelzeichen erfüllen, so verlaufen die Lichtstrahlen gemäß F i g. 4, woraus ersichtlich ist, daß ciie auf die erste Linse auftreffenden und beispielsweise hinsichtlich der gemeinsamen Achse zur oberen Halbebene des Systems gehörenden Strahlen so gebrochen werden, daß Strahlen zwischen den beiden Linsen entstehen, die sich niemals schneiden.

Die Gleichung (5) ergibt die Kontur oder Schnittlinie der den Entzerrer bildenden Linsen, nachdem einmal der für die Verwendung beabsichtigte Linsentyp festgelegt ist. nämlich plankonvex, symmetrisch bikonvex oder asymmetrisch bikonvex.

Aus technologischen Gründen der Herstellung der Linsen erscheint die Verwendung von plankonvexen

♦ |sH„|^! iircsin

r²

2,/ 2(1

f consl.

Die Gleichung (b) läßl zwei Profile zu, von denen das eine dem Vorzeichen + und das /weite dem Vorzeichen -- /wischen dem zweiten und dem dritten Ausdruck innerhalb tier eckigen Klammer entspricht. Diese Vorzeichen entsprechen genau und gleichsinnig zugeordnet den Vorzeichen -f und - der Gleichung (5) und in Abhängigkeit von dem gewählten Vor/eichen erzeugen die Linsen l.iehtslnihlen, die sich entlang den in I" i g. 3 (Vor/eichen + ) b/w. F i g. 4 (Vorzeichen - ) gezeigten Wegen fortpflanzen.

F i g. 2 /eigl die Gleichung (6) graphisch. Hierin stellt eine Kurve Λ das l.insenprofil dar. wenn die Formel (6) mit dem Vor/eichen + gewählt wird, und eine Kurve B das l.insenprofil. wenn die Formel (6) mit dem Vor/eichen - gewählt wird. Die Kurven Λ und ß nach F i g. 2 be/ielicn sich auf eine der I lalbebencn, in die die Achse des Systems (F i g. )) die Axialebene leih.

Aus der beschriebenen allgemeinen Theorie ergeben sich verschiedene praktische Ausführungsformen.

Fine erste Ausführungsform wird mit zwei plankonvexen Linsen R und R' erhalten, die in zwei parallelen und zur Systemachse senkrechten Ebenen angeordnet sind und einen Querschnitt gemäß F i g. 5 haben. Sie haben eine plane !lache VPIV'und eine konvexe Fläche VW. deren Profil VOidentisch dem Profil OV'ist und genau der Kurve A nach F i g. 2 entspricht. Der gesamte Entzerrer entspricht dem Schema nach Fig.3, wobei die dort einge/eichenten Linien L und L' durch die Linsen R und R' mit dem Querschnitt nach Fig. 5 ersetzt sind. Die Lichtstrahlen verlaufen entlang den in F i g. 3 dargestellten Wegen.

1st der optische Wellenleiter eine im Querschnitt kreisförmige Faser, so sind die beiden Linsen R und R' (Fig. 5) räumlich symmetrisch in bezug zur z-Arhse OPI. die die gemeinsame Achse des Systems ist, so daß sie also eine semi-pseudo-toroidale Form haben. Die plane Fläche der Linsen ist dann ein Kreis. Ist der optische Wellenleiter ein dünnes Band, bei dem die Streuung der Lichtstrahlen nur in der Richtung der größeren Bandausdehnung stattfindet, so sind die beiden Linsen R und R' räumlich symmetrisch in bezug zu einer Ebene, die durch die Achse OPI läuft und senkrecht auf der Zeichenebene steht. Es ergibt sich dann für Linsen mit einer plan-pseudo-bizylmdrischen Form, daß das Band mit seiner größeren Ausdehnung, also in der Richtung der Strahlenstreuung, orthogonal auf der Symmetrieebene, also auf den Erzeugenden der Pseudo-Zylinder, steht. Die plane Räche der Linsen ist hierbei rechteckig.

Bei einer zweiten Ausführungsform werden zwei plankonvexe Linsen Wund //'verwendet, die wiederum in zwei parallelen und zur Systemachse senkrechten

Ebenen ungeordnet sind und deren Querschnitt in F- i g. 6 dargestellt ist. Die beiden Linsen /7, //'haben eine ebene Fläche CEC'imd eine konvexe Fläche CDC wobei das Profil CDdcm Profil DCvollkommen gleicht und genau der Kurve B nach Fig. 2 entspricht. Hinsichtlich der Wirkungsweise entspricht dieser Enferrer dem Schema nach F i g. 4, bei dem die Linien /-und /.'durch die Linsen H und /Versetzt sind und die Lichtstrahlen entlang den in Fig.4 eingezeichneten Strahlenwegen fortschreiten.

Sofern der optische Wellenleiter eine im Querschnitt kreisförmige F'aser ist. sind die beiden Linsen //und //' nach I'ig. 6 raumsymmetrisch in bezug zur Achse Dl., die clic gemeinsame Achse des Systems ist. die Linsen haben also eine plan-kuspidalc (plan-rotationsspitzcnförmige) Gestalt. Ist jedoch der optische Wellenleiter ein dünnes Hand, so Mini die Linsen // und //' raumsymmetrisch in bezug zu einer Ebene,die durch (.1 ■ Achse Df: verlauft und senkrecht auf der Zeichenebene sieht Es ergibt sich, daß für die Linsen, die dann eine plan pseudo-zylindrische Form mit der in Fig. b dargestellten Querschnittsflüche haben, das Hand so angeordnet ist. daB seine größere Ausdehnung, also die Richtung der l.ichlMiahlenstrcuung, rechtwinklig in bezug zu den Erzeugenden des Pseudozylindcrs liegen.

Line weitere die Prinzipien der F.rfindung verwendende Ausführungsform ergibt sich durch Verwendung von l^:resnel-Linsen, deren Profil /.'(r) durch eine Mehrzahl M von Rillen unterbrochen ist. In diesem Fall ermöglicht es ''ic Gleichung (6). die Form des Profils Z'fr^durch die /n-i-Rille zu bestimmen. Wird für die Fresnel-Linse die sich mit der Genauigkeit der geforderten Entzerrung erhöhende Zahl M von Nuten festgelegt, so gilt die folgende Beziehung:

Z'(r) = :\r) - ζ

(7)

wobei für das Vcrändcrungsfeld des Radius r für jede Rille gilt:

m - I „ή

M * = ^r = M ^W

Die Funktion /. in Gleichung (7) ist die Funktion / nach Gleichung (6). Sie enthält die doppelten Vorzeichen + und —,die auch zur Bestimmung der Form der Fresnel-Linsen dienen. Wird in Gleichung (6) und so in Gleichung (7) das Vorzeichen + verwendet, so hat die Fresnel-Linse ein gezahntes Profil nach Kurve A (Fi g. 2). Wird in Gleichung (6) und somit in Gleichung (7) das Vorzeichen - verwendet, so hat die Fresnel-Linse ein gezahntes Profil nach Kurve S(F i g. 2).

Wird berücksichtigt, was oben über die Wahl eines Systems mit zwei parallelen, plankonvexen Sammellinsen, deren Achse mit der Achse der optischen Wellenleiter zusammenfällt, gesagt wurde, können leicht die IJnsensysteme mit den schematisch in F i g. 7 und 8 dargestellten Querschnitten erhalten werden. F i g. 7 zeigt Linsen K und K' mit einem der Kurve A nach Fig.2 entsprechenden Profil und Fig.8 zeigt Linsen X und X' mit einem der Kurve B nach F i g. 2 entsprechenden Profil. Für das Linsenpaar K, K' nach F i g. 7 entsprechen die Lichtstrahlenwege dem Schema nach F i g. 3 und für das Linsenpaar X. X' nach F i g. 8 dem Schema nach F i g. 4.

Sofern der optische Wellenleiter eine im Querschnitt kreisförmige Faser ist, sind die beiden Linsen K und K' (Fig.7), Xund Λ''(Fig.8) raumsymmetrisch in bezug zur Systemachse FG bzw. NQ, wodurch sie eine der

F'orm des Ausführungsbeispiels nach F i g. 5 für die Linsen nach F i g. 7 bzw. des Ausführungsbeispiels nach F i g. 6 für den Fall der Linsen nach F i g. 8 analoge Form haben. Die Oberfläche wird indessen durch konzentrische Ringe gebildet und jeder Ring hat ein durch die Gleichung(7)gegebenes Profil.

Ist der optische Wellenleiter ein dünnes Band, so sind die beiden Linsen Kund K', /Vund A^raumsymmetrisch in bezug zu einer Ebene, die durch die Achse FG bzw. NQ verläuft und senkrecht zur Zeichenebene liegt. Fs ergibt sich dann, daß die Linsen eine Form entsprechend dem Ausführungsbeipiel nach F i g. 5 bzw. nach Fig. b haben und das Hand wiederum mit seiner größeren Ausdehnung senkrecht /\\ den Erzeugenden der F'seiido-Zylinder anzuordnen ist. Die Linsenoberflächen haben dann geradlinige Rinnen, von denen jede ein Profil nach Gleichung(7) hat.

Die Prinzipien der Erfindung können auch mit Hilfe der neueren Holographietechnik dargestellt werden.

Im einzelnen können die in den F i g. J und 4 durch Linien I. und /.'dargestellten Körper, anstatt wie bei den beschriebenen Beispielen Linsen zu sein, zwei Hologramme sein, auf denen die l.insenprofile nach F i g. 5 bzw. b aufgenommen sind, wodurch die Ausführungsschwicrigkeiten für Linsen der beschriebenen Art überwunden werden können. So aufgezeichnete Hologramme haben auf die einfallenden Lichtstrahlen die gleiche Wirkung wie die Linsen 5 und 6, so daß auch für solche Ausführungsformen die angestellten Betrachtungen gelten, die sich auf den Fall von kreiszylindrischen Fasern und von dünnen Bändern beziehen. Eine geeignete Aufzeichnung der Hologramme genügt.

F.s ist jedoch zu bedenken, daß solche Hologramme gewisse Verluste erzeugen. Die in den erstgenannten Ausführungsbeispielen vorhandenen Linsen werden deshalb zweckmäßigerweise nur dann durch Hologramme ersetzt, wenn in der Faser zur Verfügung stehende Energie ausreichend ist, um diese Verluste zuzulassen.

Schließlich können die der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipcn auch unter Verwendung eine» transparenten Körpers mit stetigem Brechungsindex angewandt werden. Neuere Techniken der Herstellung von optischen Fasern ermöglichen es, transparente zylindrische Körper in Form von kleinen Stangen oder Drähten herzustellen,die einen sich graduell in Richtung des Zylinderradius ändernden Brechungsindex aufweisen. Im einzelnen ermöglicht die sogenannte CVD-Technik (Chemical Vapour Deposition, chemische Dampfniederschlagung), zylindrische Körper zu erhalten, bei denen die Änderung des Brechungsindex eine Kontinuierliche Funktion des Radius dieses Körpers ist. Mit Hilfe dieser Technik' kann ein Zylinder mit einem entlang dem Radius gemäß einem gegebenen Gesetz variablen Brechungsindex hergestellt werden.

Außerdem können nach dieser Technik dünne Bänder hergestellt werden, in denen sich der sich fortschreitend ändernde Brechungsindex entlang einer der kartesischen Achsen des Querschnitts, beispielsweise in Richtung der Achse der größeren Ausdehnung, ändert, während er entlang der zweiten Achse konstant bleibt.

Fm folgenden wird ein Abschnitt eies derartigen Erzeugnisses, das zylindrisch oder bandförmig sein kann, als »Körper mit graduellem Index« bezeichnet Seine Länge wird durch die Bedingung bestimmt, daß sämtliche vorn ersten Weüenleiterabschnitt g(Fig. 1) ausgehenden Lichtstrahlen ausgangsseitig vom Körper mit dem graduellen Index zur Endfläche des zv/eiten Wellenleiterabschnitts g' gelangen müssen. Es wurde

theoretisch ermittelt und experimentell nachgeprüft, daß es mit einem Linsensystem entsprechend gegebenen optischen Charakteristiken stets möglich ist, einen einzelnen Körper mit graduellem Index zu schaffen, der die einfallenden Lichtstrahlen im Sinne des betrachteten Linsensystems beeinflussen kann.

Beispielsweise das in Fig. 5 schematisch dargestellte Linsensystem wird durch die Gleichung (6) in ihrem konvexen Linsenprofil z(r)a\s Funktion des gegenseitigen Abstands fi'tler Linsen, des Abstandes «rder Linsen von den Endflächen der optischen Wellenleitenibschnitte und vom kritischen Winkel Θα» des Wellenleiters bestimmt. Ks ist möglich, durch mathematisches Verarbeiten eine Funktion n(r) /u erhalten, die die Änderung des Brechungsindex η innerhalb des Körpers so steuert, daß sie dem beschriebenen Linsensystem gleichwertig wird. Hei dieser Ausführungsform hat der F-nt/prrpr die vleirbc AnRrnponmotric in ilen beiden Fällen, daß der aus der Gleichung (h) erhaltene Brechungsindex n(r) unter Verwendung des Vorzeichens + zwischen dem zweiten und · dem dritten Ausdruck in der eckigen Klammer oder unter Verwendung des Vorzeichens — erhalten wird.

Diese Art von Entzerrer ist schematisch in F i g. 9 dargestellt, mit einem im Querschnitt dargestellten Körper .S' mit graduellem Index. Der Unterschied zwischen den beiden Fällen besteht ersichtlich im Veriinderungsgesetz des Brechungsindex des Körpers .5. nämlich ob das Äquivalent des Systems nach Fi g. 5 oder des Systems nach F i g. 6 dargestellt werden soll.

Ist der optische Wellenleiter eine im Querschnitt kreisförmige Faser, so ist der Körper S ein gerader Zylinder mit einem Mindestradius w(Fig. I) und einer Länge /. die sich aus den beschriebenen Bedingungen ergibt. Ist jedoch der optische Wellenleiter ein dünnes Band, so ist der Körper S ein gerades Parallelepipcdon mit rechteckigem Querschnitt und mit einem Brechungsindex, der sich in der Richtung der längeren Querschnittsseitc (der Seite y in F ig. 9) in der Schnittebene ändert und entlang der zu dieser ersten Richtung senkrechten Richtung konstant bleibt. Für die übrigen geometrischen Abmessungen gelten nach wie vor die oben dargelegten Betrachtungen über den zylindrischen Körper 5.

Die praktische Verwirklichung des erfindungsgemäßen optischen Entzerrers erfordert unabhängig von der Ausführung unter den beschriebenen Ausführungsformen einige gemeinsame Maßnahmen.

Das optische System und die Endflächen des optischen Wellenleiters können in einen — in der Zeichnung nicht dargestellten — Block aus transparentem Material eingebettet sein, dessen Brechungsindex gleich dem des Kerns des optischen Wellenleiters ist. Ist der Entzerrer für Wellenleiter aus dünnem Band gebaut und somit die Entzerrung nur in einer einzigen Richtung erforderlich, so sind zwei reflektierende Deckplatten zweckmäßig, die parallel zur Streuebene liegen. Diese Deckplatten sind unter gegenseitigem Abstand gleich der kleineren Ausdehnung des Bands und in einer solchen Stellung angeordnet, daß sie in gewisser Weise einen Überzug des Bands selbst fortsetzen. Ihr achsparalleler Längsschnitt ist in I" i g. 9 mit T bezeichnet.

Die beschriebenen Ausführungsformen können in mehrfacher Weise abgewandelt werden. Beispielsweise können die das System bildenden Linsen einen Brechungsindex haben, der niedriger liegt als der des Mediums, in das sie eingebettet sind. In diesem Fall haben sie eine plankonkave Form, deren kurvige Profile wiederum einer der /.'.ei durch die Gleichung (b) gegebenen Beziehungen entsprechen. Werden andere Linsenarten, die von der Gleichung (5) abgeleitet sind, benützt, so genügt es. aus dieser Formel geeignete Profile sowohl für symmetrische als auch für asymmetrische bi-konkave Linsen abzuleiten.

Flierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Entzerrer zum Verbinden zweier Wellenleiterabschnitte eines optischen Fernmelde-Wellenleiters des Mehrmodentyps mit stufigem Brechung:sindexprofil, mit einem eines Symmetrieachse aufweisenden optischen System aus oder äquivalent zu zwei identischen Linsen, die zueinander und zu den Wellenleiterabschnitten koaxial sind und an zwei parallelen, zur Systemachse senkrecht stehenden Ebenen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsen (L, L') eine sich in Abhängigkeit vom Abstand (r) von der Systemachse (PP') ändernde Brennweite (f(r)) haben, die eine Funktion sowohl des Abstands (s) jede:r der beiden Linsen vom nächsten Wellenleiterabschnitt (g,g) als auch des Abstands ^zwischen den Linsen und weiterhin des maximalen Aperturwinkels (2Θ*/) der beiden Wellenleiterabschnitte ist, und daß diese Funktion für Wellenleiterfasern von kleinem maximalem Aperturwinkel durch die folgende mathematische Beziehung definiert ist:

2. Optischer Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein optisches System aus zwei zur Systemachse rotationssymmetrischen Linsen besteht, deren erzeugende, zu rotierende Fläche in einem karttsischen r-z-Koordinatensystem, dessen z-Achse mit der Systemar\se zusammenfällt, im ersten Quadranten vor folgenden Begrenzungskurven eingeschlossen wird:

ζ = 0; und z[r) =

(n = Brechungsindex)

3. Optischer Entzerrer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sein optisches System aus zwei zur Systemachse rotationssymmetrischen Fresnd-Linsen mit einer gegebenen Anzahl (M) von nicht mit der Systemachse zusammenfallenden Füllen besteht, deren erzeugende zu rotierende Fläche zwischen der (m- I)- und der m-ten Rille in einem kartesischen r-Z'- Koordinatensystem, dessen Z'-Achse mit der Systemachse zusammenfällt, im ersten Quadranten von folgenden Begrenzungskurven eingeschlossen wird:

Z' = 0; und
_ I

dr

_ C

"J ·

ms tan ft_M dr

(» = Brechungsindex)

4. Optischer Entzerrer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sein den beiden Linsen äquivalentes optisches System aus zwei identischen Hologrammen besteht, die so aufgezeichnet sind, daß sie als die Linsen wirken.

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Entzerrer nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.
Bekanntlich tritt das in einen optischen Wellenleiter eintretende Lichtsignal als eine Mehrzahl von Strahlen auf, die unterschiedliche Winkel mit der Achse des Wellenleiters bilden und unter unterschiedlichen Winkeln auf die Wand des Kerns des Wellenleiters auftreifen, an der sich der Brechungsindex sprunghaft ändert An dieser Wand werden die Strahlen nach den bekannten physikalischen Gesetzen reflektiert.

Es erweist sich, daO die verschiedenen eulang der Fasern fortschreitenden Strahlen unterschiedliche

!0 Wege mit verschiedenen Längen nehmen: Der Axialstrahl schreitet entlang dem kürzesten Weg fort, während der den sogenannten kritischen Winkel oder halben maximalen Aperturwinkel, d. h. den maximalen Winkel gegen die Faserachse, bei dem noch Totalreflexion eintritt, mit der Faserachse einnehmende Strahl entlang dem längsten optischen Weg fortschreitet. Zwischen diesen beiden Extremzuständen verlaufen dazwischen liegende Strahlen mit Zwischenwinkeln zur Wellenleiterachse. Diese Strahlen nehmen Wege mit einer Zwischen-Länge, die zwischen der Weglänge des Axialstrahls und der des Strahls mit dem kritischen Winkel liegt

Diese unterschiedliche Weglänge führt zu einer Verbreiterung des für eine digitale Übertragung gebrauchten Impulssignals. Tatsächlich zeigt es sich in einem Querschnitt der Faser des Wellenleiters in einem gewissen Abstand vom Generator, daß das theoretisch als Zeitpunkt-Impuls (Dirac-Impuls) erzeugte Signal eine endliche Breite aufweist, die sich mit dem Abstand

jo des untersuchter* Querschnitts vom Generator erhöht

Bei großen Entfernungen stellt diese Signalverbreiterung die Hauptursache dar, daß bei dieser Art von Wellenleitern das übertragbare Frequenzband erheblich beschränkt ist, da die Impuls-Wiederholungsfrequenz auf die Breite der am Empfänger eintreffenden Signale abgestimmt werden muß, um zu verhindern, daß Interferenzen zwischen aufeinanderfolgenden Signalen auftreten.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit sind verschiedene Arten sogenannter Entzerrer bekanntgeworden. Bei einem auf den Signalempfang hin arbeitenden elektronischen Entzerrer (US-PS 37 77 150) werden die Strahlen mit den verschiedenen Winkeln gegen die Wellenleiterachse elektronisch in getrennten Zonen

Vi erfaßt und die Signale durch geeignete, sich entsprechend den Winkeln ändernde Verzögerungsstrecken geleitet, womit die Signalbreite theoretisch um 90% verkleinert werden kann. Wegen der Schwierigkeit der Ausführung wird dieser Entzerrer jedoch nicht mehr verwendet. Als jüngere Entwicklung sind optische Entzerrer bekannt (z.B. US-PS 37 59 590).

Diese optischen Entzerrer bestehen allgemein aus Sammellinsen unterschiedlicher Form, die gemäß den bekannten Brechungsgesetzen die durchtretenden Lichtstrahlen in verschiedenen Winkeln brechen. Das gemeinsame Prinzip dieser Entzerrer besteht darin, daß solche Strahlen, die den Winkel Null mit der Achse des optischen Wellenleiters einnehmen, also die Axialstrahlen, in Strahlen umgewandelt werden, die mit der Achse des Wellenleiters den halben maximalen Aperturwinkel einnehmen, und daß umgekehrt Strahlen mit dem halben maximalen Aperturwinkel in Axialstrahlen umgewandelt werden, so daß aufgrund dieses Austauschs der Unterschied der optischen Wege ausgeglichen wird.

Diese Entzerrer haben die gemeinsame Charakteristik, daß sie nur die den längsten und den kürzesten Weg einnehmenden Strahlen, also die Axialstrahlen und die