DE2849501A1

DE2849501A1 - Optische koppelanordnung

Info

Publication number: DE2849501A1
Application number: DE19782849501
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Petermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1978-11-15
Filing date: 1978-11-15
Publication date: 1980-05-29
Also published as: DE2849501C2

Description

"Optische Eoppelanordnung"
Die Erfindung betrifft eine optische Koppelanordnung zur Kopplung von Licht energie aus wenigstens einer ersten Lichtleitfaser, in der die ankommenden Lichtwellen geführt werden, in wenigstens eine zweite Lichtleitfaser, in der ein Teil der Lichtwellen weitergeführt wird.
Zur Verwendung in optischen Nachrichtenübertragungssystemen gewinnen zunehmend sogenannte "Datenbussysteme" an Bedeutung (Fig. 1). Bei einem solchen Datenbussystem besteht u. a. das Problem, die in einer Hauptfaser oder ersten Lichtleitfaser 1, in welcher die ankommenden Lichtwellen geführt werden, enthaltene Information an verschiedenen Stellen (Eoppelbereiche E1 2 s E1 4) dieser Faser auszukoppeln und zu detektieren. Um auch am Ende der Hauptfaser noch genügend Lichtenergie zur Verfügung zu haben, soll zudem die Energieentnahie in der Weise erfolgen, daß unterschiedliche Energieanteile an den einzelnen Koppelbereichen längs der Faser ausgekoppelt werden können, z. B. an einem in unmittelbarer Nähe des Senders liegenden Koppelbereich ein geringer prozentualer Anteil der dort vorhandenen Lichtenergie und in größerer Entfernung vom Sender ein entsprechend höherer Anteil der dort noch vorhandenen Energie.
Eine Detektion der Lichtwellen kann etwa durch transparente Photodioden erfolgen, welche in die Hauptfaser eingefügt sind. Solche Photodioden müssen aber speziell angefertigt werden und haben eine vorgegebene Absorption, die nicht einstellbar ist.
Häufig ist es auch wünschenswert, elektrische und optische Komponenten stärker voneinander zu trennen und durch rein optische Mittel eine Uberkopplung eines Teils der Energie aus einer ersten Lichtleitfaser, z. B. der Hauptfaser, in eine zweite Lichtleitfaser herbeizuführen. Wie aus der Druckschrift "Buåita et al., Appl. Opt. 15 (1976) Seite 2031 oder T. Oseki, B. 5. Kawasaki, Appl. Phys. Lett. 28 (1976) Seite 528" bekannt ist, kann eine solche Kopplung in der Weise realisiert werden, daß die Fasern miteinander verschmolzen werden. Dieses Verfahren läßt sich jedoch sehr schlecht bei einwelligen Fasern anwenden und ist hauptsächlich für die mechanische Verbindung vielwelliger Fasern geeignet. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens ist darin zu sehen, daß eine Änderung des Koppelgrads nach der Verbindung nicht mehr möglich ist.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine optische Koppelanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, durch die ein vorgegebener Energieanteil aus mindestens einer ersten Lichtleitfaser ausgekoppelt und in mindestens eine zweite Lichtleitfaser eingekoppelt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst: die erste Lichtleitfaser weist vor dem Koppelbereich eine Verformung auf, derart, daß Lichtenergie vom Kern in den Mantel übergekoppelt wird, der Mantel der ersten Lichtleitfaser ist mit dem Kern der zweiten Lichtleitfaser längs des Koppelbereichs mechanisch verbunden, der Brechungsindex des Mantels der ersten Lichtleitfaser ist zumindest annähernd gleich dem Brechungsindex des Kerns der kieLnerals ds Brechungsindex des Kens der zweiten Lichtleitfaser.
Die in der erfindungsgemäßen Koppel anordnung verwendete erste Lichtleitfaser 1 kann als einwellige oder auch vielwellige Faser ausgebildet sein. Die zweite Lichtleitfaser 2, 3, 4 (Fig. 1) muß in jedem Fall eine vielwellige Faser sein. Der ausgekoppelte Energleanteil hängt dabei vom Grad der Verformung der ersten Lichtleitfaser ab. Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 läßt sich der Grad der Verformung durch Änderung des Krürmungsradlus R in besonders einfacher Weise variieren. Diese Koppel anordnung soll im folgenden näher beschrieben werden, wobei die erste Lichtleitfaser zunächst als einwellig angenommen wird.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der gekrümmten Faser, wobei mit 1K der Faserkern In der Fasermantel und 1U die Umhüllung der Faser bezeichnet ist. Wie z. B. aus der Druckschrift "L. Lewin, IEEE Trans. MT?-22 (1974), Seiten 718-727" bekannt ist, verläßt ein Anteil der Lichtenergie je nach Krümmung der Lichtleitfaser den Faserkern 1K und gelangt in den Fasermantel In. Dieser Energieanteil verbleibt auch dort, sofern der Brechungsindex der Umhüllung 1U kleiner als der Brechungsindex des Mantels 1n gewählt wird. Aus dem Fasermantel 1n kann die Energie dann leicht in den Kern 2K der zweiten Lichtleitfaser 2 übergekoppelt werden. Der fur eine ausreichende Auskopplung notwendige Krümmungsradius R hängt stark von den Faserparametern der ersten Lichtleitfaser 1 ab. Zur Auskopplung von Lichtwellen der Wellenlänge 1,06/um aus einer Faser mit einem Kerndurchmesser von 10 /um und einem relativen Brechzahlunterschied A = 0,15 % benötigt man üblicherweise einen Krümmungsradius R in der Größenordnung von R # 10 mm. Bei einem dußendurchmesser der Faser von 150/um führt dies zu einer maximalen örtlichen Dehnung einer Faser von weniger als 0,7 %, was wet unterhalb der Bruchspannung liegt. Bei vielwelligen Fasern mit einem Kerndurchmesser von 45/um und einer Numerischen Apertur zwischen 0,15 und 0,2 ergeben sich ähnliche Werte für den erforderlichen Erümmungsradius.
An der Koppelstelle K1, 2 (entsprechend K1, 3 , K1, 4 in Fig. 1) wird die im Fasermantel 1M der Faser 1 befindliche Leistung in den Kern 2E von Faser 2 eingekoppelt. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt der Anordnung längs der Schnittlinie C C' (Fig. 2) mit dem Faserkern 1K und Fasermantel In von Faser 1 und dem Faserkern 2K von Faser 2. Für Faser 2 wird zweckmäßig eine kunststoffummantelte Faser verwendet, bei der im Koppelbereich die Kunststoffumhüllung zum Zwecke der Verschmelzung von Mantel 1M und Kern 2K entfernt worden ist. Um eine effektive Verkopplung zu erreichen, soll der Brechungsindex des Kerns 2K von Faser 2 dem Brechungsindex des Mantels In von Faser 1 möglichst ähnlich sein. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird nicht die gesamte in Mantel 1M von Faser 1 vorhandene Leistung in die Faser 2 übergekoppelt, sondern nur der durch die Beziehung d2 / (d2 + d2 ) definierte Anteil. Bei einem Durchmesser 2K 1M 2K d1 = 100 µm und d2 = 200 µm werden 80 % der Mantelwellen von Faser 1 in die Faser 2 übergekoppelt, was völlig ausreichend ist.
In Fig. 5 ist schließlich dargestellt wie eine Verformung der Lichtleitfaser 1 in einfacher Weise herbeigeführt werden kann. Die Lichtleitfaser 1 wird zunächst in einer Grundplatte geführt und kurz vor dem Koppelbereich schlaufenförmig gekrümmt. Im oberen Teil der Schlaufe ist eine Schraube vorgesehen, welche in Pfeilrichtung bewegt wird, wodurch sich der Krümmungsradius ändert.
Die erfindungsgemäße Anordnung wurde der besseren Ubersichtlichkeit wegen nur am Beispiel eines einzigen Eoppelbereichs K1, 2 veranschaulicht. Durch die Möglichkeit, einen gewünschten Energieanteil aus der Hauptfaser 1 - oder auch einer weiterführenden Faser 2, 3, 4 - gezielt auszukoppeln, ist die Anordnung Jedoch insbesondere zur Kopplung mehrerer Lichtleitfasern untereinander geeignet. Weiterhin ist es vorteilhaft, solche Anordnungen als selbständige Koppelelemente herzustellen, die z. B. über optische Stecker mit den übrigen Komponenten, wie etwa den Lichtleitfasern des Datenbussystems, verbunden werden.

Claims

Patentansprüche Optische Koppelanordnung zur Kopplung von Lichtenergie aus wenigstens einer ersten Lichtleitfaser, in der die ankommenden Lichtwellen geführt werden I:i wenigstens eine zweite Lichtleitfaser, in der ein Teil der Lichtwellen weitergeführt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: die erste Lichtleitfaser (1) weist vor dem Koppelbereich (K1, 2) eine Verformung auf, derart, daß Lichtenergie vom Kern (1K) in den Mantel (1n) übergekoppelt wird, der Mantel (1X) der ersten Lichtleitfaser (1) ist mit dem.

Kern (2K) der zweiten Lichtleitfaser (2) längs des Eoppelbereichs (Ki, 2) mechanisch verbunden, der Brechungsindex des Mantels (1X) der ersten Lichtleitfaser (1) ist zumindest annähernd gleich dem Brechungsindex des Kerns (2K) oder kleiner als der Brechungsindex des Kerns oder zweiten Lichtleitfaser (2).
2. Optische Koppelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtleitfaser (1) vor dea Koppelbereich (Ki, 2) gekrümmt ist.
3. Optische Eoppelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R) der ersten Licht>-leitfaser einstellbar ist.
4. Optische Koppelanordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtleitfaser (1) zumindest im gekrümmten Bereich mit einer Umhüllung zur versehen ist, deren Brechungsindex kleiner ist als der des Mantels (1n) der ersten Lichtleitfaser (1).
5. Optische Koppelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die zweite Lichtleitfaser (2) eine vielwellige Faser ist.
6. Optische Koppelanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2X) der zweiten Lichtleitfaser (2) aus Kunststoff besteht.