DE2905360A1 - OPTICAL COUPLING DEVICE - Google Patents
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Description
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'ATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER ■ O 43OO ESSiN 1 · AM RUHHiSTEIN 1 · TEL.: (O2O1) 412687 Seite - ff- T 90'ATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER ■ O 43OO ESSiN 1 · AM RUHHiSTEIN 1 · TEL .: (O2O1) 412687 Page - ff- T 90
TRW, INC.
10880 Wilshire Blvd., Los Angeles, Kalifornien 90024, V.St.A.TRW, INC.
10880 Wilshire Blvd., Los Angeles, California 90024, V.St.A.
Optische KopplungsvorrichtungOptical coupling device
Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Kopplungsvorrichtung mit wenigstens zwei optischen Fasern, deren Enden über die Kopplungsvorrichtung optisch koppelbar sind.The invention relates to an optical coupling device with at least two optical fibers, the ends of which can be optically coupled via the coupling device.
In den letzten Jahren hat sich die optische Fasertechnologie rasch entwickelt. Auf vielen Gebieten finden optische Fasersysteme zunehmend Verwendung, so zum Beispiel auf den Gebieten der Telefonie, Gemeinschaftsantennenanlagen für die Datenübertragung, industrielle ProzeßSteuerungen, Raumfahrt- und Seefahrt-Nachrichtensystemen.In recent years, optical fiber technology has developed rapidly. Optical fiber systems are found in many areas increasingly used, for example in the fields of telephony, community antenna systems for data transmission, industrial process controls, space and marine communication systems.
Bekanntlich gibt es verschiedene Ursachen für eine schlechte Kopplung zwischen den Faserenden. Bei Einzelfaserverbindungen beziehen sich die Fehlerursachen auf die Orientierung, Anordnung und Geometrie der Enden der optischen Einzelfasern an deren Grenzfläche oder Verbindungsstelle.As is well known, there are various causes of poor coupling between the fiber ends. For single fiber connections the causes of the error relate to the orientation, arrangement and geometry of the ends of the individual optical fibers at their interface or junction.
Beispielsweise bei transversaler und seitlicher Fehlausrichtung der Enden der Fasern zueinander ergibt sich ein beträchtlicher Signalverlust an der Grenzfläche, der mit zunehmender seitlicher Versetzung anwächst.For example, in the event of transverse and lateral misalignment of the ends of the fibers to one another results in a considerable loss of signal at the interface, which is caused by increasing lateral displacement grows.
Außerdem führt eine longitudinale Beabstandung der Faser-In addition, a longitudinal spacing of the fiber
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enden oder eine Verschiebung in Längsrichtung zu wesentlichen Signaleinbüßen, die mit zunehmendem Abstand der stoßseitigen Enden anwachsen.end or a shift in the longitudinal direction to significant signal losses, which with increasing distance of the grow on butt ends.
Die Beabstandung bzw. Trennung der Faserenden führt vor allem wegen der natürlichen Divergenz eines aus dem Ende einer optischen Faser austretenden Lichtstrahlbündels zur beträchtlichen Signaleinbüßen. Zusätzliche Verluste können dann auftreten, wenn die Enden durch ein Medium voneinander getrennt sind, welches nicht den gleichen Brechungsindex wie die Faser hat; die dabei hervorgerufenen Verluste wirken sich kumulativ aus.The spacing or separation of the fiber ends leads primarily to one out of the end because of the natural divergence light beam exiting an optical fiber leads to a considerable loss of signal. Additional losses can be occur when the ends are separated by a medium which does not have the same index of refraction how the fiber has; the resulting losses have a cumulative effect.
Es hat sich gezeigt, daß auch axiale oder winkelmäßige Fehlausrichtungen beträchtlich zu der Verschlechterung des Übertragungswirkungsgrades beitragen, wobei die Verluste mit dem Winkel zwischen den benachbarten Stirnflächen der optischen Fasern zunehmen. Die Verluste aufgrund von Fresnel-Reflexion und die durch Querverschiebung eingeführten Signalverluste wirken ebenfalls kumulativ und tragen in erheblichem Umfang zu den Gesamtverlusten bei der Ankopplung optischer Fasern bei.It has been shown that axial or angular Misalignments contribute significantly to the deterioration in transmission efficiency, with the losses increase with the angle between the adjacent end faces of the optical fibers. The losses due to Fresnel reflection and those introduced by lateral displacement Signal loss is also cumulative and contributes significantly to the overall loss the coupling of optical fibers.
Gegenwärtig sind zwei Arten von optischen Kabeln im Einsatz, nämlich Bündelkabel mit Multifaserleitern, die alle das gleiche optische Signal führen, und Einzelfaser— kabel, bei denen jede Einzelfaser (wenn mehrere Fasern im Kabel vorhanden sind) einen getrennten Signalkanal bilden.Two types of optical cables are currently in use, namely bundle cables with multi-fiber conductors, the all carry the same optical signal, and single-fiber cables in which each single fiber (if several fibers are present in the cable) form a separate signal channel.
Ein anderes Kopplungsproblem bei herkömmlichen optischen Kabelkopplern, das zu einer beträchtlichen Verschlechterung des Wirkungsgrades führen kann, tritt dann auf, wenn optische Kabel mit großem Durchmesser an solche mit kleinerem Durchmesser anzukoppeln sind. Selbst bei genauer axialer Ausrichtung des Kabels mit großem Querschnitt zu dem desAnother coupling problem with conventional optical cable couplers is that of significant degradation of efficiency occurs when optical cables with a large diameter are connected to cables with a smaller diameter are to be coupled. Even with a precise axial alignment of the cable with a large cross-section to that of the
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kleinen Querschnitts entstehen beträchtliche Verluste an der Peripherie des Kabels mit kleinerem Querschnitt, wenn Licht aus dem größeren Kabel zum kleineren Kabel hin überführt werden soll.small cross-section results in considerable losses at the periphery of the cable with smaller cross-section when light should be transferred from the larger cable to the smaller cable.
Sowohl bei den Multifaserleitern als auch bei den Einzelfaserleitern besteht ein Bedarf an einer Vorrichtung, welche das Umschalten zwischen entweder Einzelfasern oder Gruppen von kohärenten oder Bündelfasern in genauer und reproduzierbarer Weise bewirkt, wenn die verbundenen Kabel nicht genau ähnliche Durchmesser haben. Es ist außerdem erwünscht, in einem optischen Relaisschalter einen Koppler vorzusehen, der auf einfache Weise eine Faser mit wenigstens einem optischen Faserpaar in und außer optischer Ausrichtung bringt, ohne dabei die Fasern an deren zwischenliegenden Grenzflächen zu beschädigen. Wegen der Schwierigkeit der Bewegung einer ersten Faser in und außer Ausrichtung mit einer zweiten Faser in einer genau wiederholbaren Weise ist es ferner erwünscht, einen faseroptischen Relaisschalter so auszubilden, daß er ein Paar von Faserenden koppelt und trennt, ohne dabei ein Faserende gegenüber dem anderen bewegen zu müssen. Schließlich ist in einem faseroptischen Relaisschalter eine Kopplungsvorrichtung erwünscht, welche die optische Verkopplung eines ersten Faserendes mit einem Ende einer zweiten Faser ermöglicht, ohne die beiden zu verkoppelnden Enden jeweils in Stoßverbindung bringen zu müssen.Both with the multifiber ladders and with the single fiber ladders There is a need for a device which enables switching between either single fibers or groups of coherent or bundle fibers is effected in an accurate and reproducible manner when the connected cables are not accurate have similar diameters. It is also desirable to provide a coupler in an optical relay switch, which in a simple manner a fiber with at least one optical fiber pair in and out of optical alignment without damaging the fibers at their intermediate interfaces. Because of the difficulty of the Moving a first fiber into and out of alignment with a second fiber in an accurately repeatable manner It is also desirable to configure a fiber optic relay switch to have a pair of fiber ends couples and separates without having to move one fiber end in relation to the other. Finally is in one fiber optic relay switch a coupling device desired, which the optical coupling of a first Fiber end with one end of a second fiber allows without the two ends to be coupled in each case in butt joint to have to bring.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine auch als optischer Relaisschalter verwendbare optische Kopplungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die bei einfachem konstruktiven AufbauIt is therefore the object of the invention to provide an optical coupling device which can also be used as an optical relay switch To provide that with a simple structural design
eine wirksame Kopplung zwischen zwei in gegenseitigem Abstand angeordneten Faserenden und ein praktisch verschleißfreies und zuverlässiges Umschalten der optischen Signale von einer ersten zu einer zweiten Faser oder zuan effective coupling between two mutually spaced fiber ends and a practically wear-free one and reliably switching the optical signals from a first to a second fiber or to
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einer Vielzahl von Fasern ermöglicht und eine Kopplung selbst dann bei hohem Wirkungsgrad ermöglicht, wenn die Enden der zu koppelnden Fasern keine genau aufeinander angepaßten, glatten und zur Achse der optischen Fasern normal verlaufenden Stirnflächen besitzen.a plurality of fibers and enables coupling with high efficiency even if the ends of the Fibers to be coupled are not precisely matched to one another, smooth and normal to the axis of the optical fibers Have end faces.
Ausgehend von einer optischen Kopplungsvorrichtung der eingangs angegebenen Art, schlägt die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß jeweils ein Ende der beiden Fasern auf eine konkave reflektierende Oberfläche eines reflektierenden Bauteils gerichtet ist und die konkave reflektierende Oberfläche so ausgebildet und relativ zu den beiden Faserenden angeordnet ist, daß ein optisches Signal in einer der beiden Fasern auf das Ende der anderen Faser reflektiert und an diesem fokussiert wird. Diese Kopplungsvorrichtung kann als faseroptischer Relaisschalter dadurch verwendet werden, daß das reflektierende Bauteil beweglich gehaltert wird, wobei die reflektierende Oberfläche in einer ersten Stellung des reflektierenden Bauteils das Ende der ersten Faser mit dem Ende der zweiten Faser koppelt und in einer zweiten Stellung des reflektierenden Bauteils das Ende der ersten Faser mit dem Ende einer dritten Faser koppelt, so daß die optischen Signale zwischen Faserpaaren umgeschaltet werden können.Starting from an optical coupling device of the type specified at the beginning, the invention proposes to solve this The task is that each end of the two fibers on a concave reflective surface of a reflective component is directed and the concave reflective surface is so formed and arranged relative to the two fiber ends is that an optical signal in one of the two fibers reflects on the end of the other fiber and focuses on this will. This coupling device can be used as a fiber optic relay switch in that the reflective component is movably supported, the reflective surface in a first position of the reflective component the end of the first fiber couples to the end of the second fiber and in a second position the reflective Component couples the end of the first fiber to the end of a third fiber so that the optical signals between fiber pairs can be switched.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von ir/der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:In the following the invention with reference to ir / the drawing illustrated embodiments explained in more detail. In the drawing show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Aus— führungsbeispiels der als Relaisschalter ver-.wendbaren optischen Kopplungsvorrichtung;1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment that can be used as a relay switch optical coupling device;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der optischen Kopplungsvorrichtung gemäß Fig. 1 in einer zweiten Stellung des reflektierenden Bauteils; FIG. 2 shows a schematic representation of the optical coupling device according to FIG. 1 in a second position of the reflective component;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer abgewandelten3 shows a schematic representation of a modified one
Ausführungsform der optischen Kopplungsvorrichtung,Embodiment of the optical coupling device,
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wobei sich das reflektierende Bauteil in einer ersten Stellung befindet;wherein the reflective member is in a first position;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des abgewandelten Ausführungsbeispiels der optischen Kopplungsvorrichtung, wobei sich das reflektierende Bauteil in einer zweiten Stellung befindet;4 shows a schematic representation of the modified exemplary embodiment of the optical coupling device, wherein the reflective member is in a second position;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels der optischen Kopplungsvorrichtung, die zur Kopplung einer ersten optischen Faser mit optischen Fasern unterschiedlicher Durchmesser dient;5 shows a schematic representation of another exemplary embodiment the optical coupling device, which is used for coupling a first optical fiber with optical fibers of different Diameter is used;
Fig. 6 eine schematische Darstellung teilweise geschnittener Faserenden unterschiedlicher Größen, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 verwendet werden können;6 shows a schematic representation of partially cut fiber ends of different sizes, which can be used in the embodiment of FIG. 5;
Fig. 7 eine Seitenansicht auf eine bevorzugte Ausführungs—7 is a side view of a preferred embodiment.
form des reflektierenden Bauteils unter schematischer Darstellung der mit diesem verwendeten optischen Fasern;shape of the reflective component under schematic Representation of the optical fibers used with this;
Fig. 8 eine Seitenansicht auf das reflektierende Bauteil in einer zweiten Stellung; und8 shows a side view of the reflective component in a second position; and
Fig. 9 einen Vertikalschnitt entlang der Linie 9—9 in Fig. 7.FIG. 9 is a vertical section along the line 9-9 in FIG.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines reflektierenden optischen Kopplers und Relaisschalters schematisch gezeigt, bei dem im Prinzip ein reflektierendes Bauteil 20 und mehrere optische Fasern 22, 24 und 26 vorgesehen sind.In Fig. 1 is a first embodiment of a reflective optical coupler and relay switch shown schematically, in which in principle a reflective component 20 and a plurality of optical fibers 22, 24 and 26 are provided.
Jede der optischen Fasern 22, 24 und 26 ist zum Zwecke der Erläuterung schematisch dargestellt. Das heißt, in jeder der optischen Fasern 22, 24 und 26 ist der Mantel im Schnitt, also gestrichelt dargestellt, während der Faserkern an sich weiß gezeigt ist, wenn nicht die Faser lichtleitend ist. In dem zuletzt genannten Fall sind die durch den Kern laufenden Lichtstrahlen schematisch dargestellt. Die optische Faser 22, welche aus der Richtung des Pfeils 28 Licht aufnimmt, enthält daher eine schematische Darstellung des Lichtstrahlenverlaufs, der mit 30 bezeichnet ist, und die Faser 24, dieEach of the optical fibers 22, 24 and 26 is shown schematically for purposes of illustration. That is, in each of the optical fibers 22, 24 and 26, the cladding is shown in section, that is, shown in dashed lines, while the fiber core itself is white is shown when the fiber is not light conducting. By doing the last-mentioned case, the light rays passing through the core are shown schematically. The optical fiber 22, which receives light from the direction of arrow 28, therefore contains a schematic representation of the light beam path, which is indicated at 30, and the fiber 24 which
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Licht in Richtung des Pfeils 32 überträgt, enthält Linien 34, welche die Lichtübertragung durch den Faserkern veranschaulichen· Transmitting light in the direction of arrow 32 contains lines 34 which illustrate the transmission of light through the fiber core
Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist das reflektierende Bauteil 20 gekrümmt, und die gekrümmte Form soll eine konkave, drei— dimensonale Fläche veranschaulichen, die vorzugsweise auf der Innenseite einer sphärischen Wandung angebracht ist· Zu beachten ist, daß die reflektierende Oberfläche dieselbe konkave Krümmung in den Querrichtungen haben sollte.As can be seen in Fig. 1, the reflective component is 20 curved, and the curved shape is intended to illustrate a concave, three-dimensional surface, which is preferably on the inside of a spherical wall is attached · It should be noted that the reflective surface is the same should have concave curvature in the transverse directions.
Die optische Faser 26 in Fig. 1 ist mit weißem Kern gezeigt, da sie in der dargestellten Stellung des reflektierenden Bauteils kein Licht überträgt. Die optischen Fasern 22, 24" und und das reflektierende Bauteil 20 sind innerhalb eines geschlossenen Behälters angeordnet, der vorzugsweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, deren Brechungsindex an denjenigen des Kerns der Fasern 22, 24 und 26 angepaßt ist. Das freie Ende 36 der optischen Faser 22 ist nahe der konkaven reflektierenden Oberfläche 38 des reflektierenden Bauteils angeordnet und auf diese gerichtet. Zu beachten ist, daß das durch die optische Faser 22 übertragene Lichtstrahlbündel nach dessen Austritt aus dem Ende 36 der optischen Faser 22 eine natürliche Divergenz hat» Die Divergenz ist durch die Linien 40 angedeutet, welche den Strahlungskegel des aus dem Ende der Faser 22 austretenden Strahlbündels veranschaulichen. Wenn das' Strahlbündel auf die reflektierende Fläche 38 fällt, wird es aufgrund der konkaven Ausbildung dieser Fläche gebündelt, d.h. konvergierend zurückgeworfen, wie dies durch die konvergierenden Linien 42 veranschaulicht ist, und an dem Ende 44 der optischen Faser 24 fokussiert« Das reflektierende Bauteil 20 wirkt daher als optischer Koppler zwischen den Enden der optischen Fasern 22 und 24 und bewirkt, daß ein in Richtung des Pfeils 28 in die optische Faser 22 eintretendes Signal durch die optische FaserThe optical fiber 26 in Fig. 1 is shown with a white core, because it does not transmit any light in the position of the reflective component shown. The optical fibers 22, 24 "and and the reflective member 20 are disposed within a closed container, preferably with a Liquid is filled, the refractive index of which is matched to that of the core of the fibers 22, 24 and 26. The free End 36 of optical fiber 22 is near the concave reflective surface 38 of the reflective member arranged and directed towards this. Note that the light beam transmitted through the optical fiber 22 after its exit from the end 36 of the optical fiber 22 has a natural divergence »The divergence is indicated by the lines 40, which the radiation cone of the beam emerging from the end of the fiber 22 illustrate. When the beam falls on the reflective surface 38, it will be due to the concave configuration This surface is bundled, i.e. reflected back in a convergent manner, as illustrated by the converging lines 42 and focused at the end 44 of the optical fiber 24. The reflective component 20 therefore acts as an optical one Coupler between the ends of optical fibers 22 and 24 and causes one in the direction of arrow 28 in the optical fiber 22 signal entering through the optical fiber
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24 übertragen und in Richtung des Pfeils 32 abgeleitet wird·24 is transmitted and derived in the direction of arrow 32
Die in Fig. 1 dargestellte Kopplungsvorrichtung kann als Relaisschalter verwendet werden, indem der Krümmungsradius der Oberfläche 38 derart gedreht wird, daß er das divergierende Lichtstrahlbündel aus der Faser 22 auf die Faser 26 in der in Fig. 2 dargestellten Weise reflektiert.The coupling device shown in Fig. 1 can be used as a relay switch by changing the radius of curvature of the surface 38 is rotated such that the diverging light beam from the fiber 22 onto the fiber 26 in the in Fig. 2 is reflected way.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist,konvergiert das aus dem Ende 36 der optischen Faser 22 austretende Lichtstrahlbündel in der zweiten Stellung des reflektierenden Bauteils 20 nach Reflexion an der reflektierenden Fläche 38 entsprechend den Linien 46 derart, daß es am Ende 48 der optischen Faser 26 fokussiert wird. Das Strahlbündel wird sodann durch die optische Faser 26 in Richtung des Pfeils 50 übertragen.As can be seen in FIG. 2, this converges from end 36 the light beam emerging from the optical fiber 22 in the second position of the reflective component 20 Reflection on the reflective surface 38 according to the lines 46 such that it is at the end 48 of the optical fiber 26 is focused. The beam is then transmitted through optical fiber 26 in the direction of arrow 50.
Es ist daher zu sehen, daß das reflektierende Kopplungsbauteil 20 nicht nur zum Übertragen eines optischen Signals von einem Faserende zu einem anderen, sondern durch Bewegung auch zum Umschalten von einem Faserweg zum anderen verwendet werden kann.It can therefore be seen that the reflective coupling member 20 is used not only for transmitting an optical signal from one fiber end to another, but also by moving to switch from one fiber path to another can be used.
In den Figuren 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform der optischen Kopplungsvorrichtung, verwendbar als reflektierender optischer Koppler und Relaisschalter, dargestellt, welche außerdem Mittel zum Abzweigen eines Teils des aus der ersten Faser zur zweiten Faser übertragenen Signals aufweist.In Figures 3 and 4 is another embodiment of the optical coupling device useful as a reflective optical coupler and relay switch, shown which further comprising means for branching off part of the signal transmitted from the first fiber to the second fiber.
Die Kopplungsvorrichtung nach den Figuren 3 und 4 weist einen reflektierenden Koppler 60, eine erste optische Faser 62, eine zweite optische Faser 64 und eine dritte optische Faser 66 auf.The coupling device of Figures 3 and 4 has a reflective coupler 60, a first optical fiber 62, a second optical fiber 64 and a third optical fiber 66.
Der reflektierende Koppler 60 besteht im Prinzip aus einem transparenten Bauteil mit einer teilversilberten konkavenThe reflective coupler 60 consists in principle of a transparent component with a partially silver-plated concave
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Oberfläche 68, welche den Hauptteil eines aus der optischen Paser 62 austretenden Strahlbündels 70 reflektiert, jedoch einen Teil 74 durchläßt. Die versilberte Oberfläche 68 des reflektierenden Kopplers 60 hat ebenfalls eine dreidimensionale konkave Konfiguration, z.B. in Form der Innenfläche einer Teil— kugel. Die Fläche 68 ermöglicht in einer ersten Stellung des reflektierenden Bauteils die Fokussierung des aus der optischen Faser 62 austretenden divergierenden Strahlbündels 70 auf das Ende der optischen Faser 64, und zwar über die durch die Linien 70 und 72 angedeutete Bahn. Da die Oberfläche 68 teilversilbert bzw. -verspiegelt ist, kann ein Teil des Lichtstrahls durch diese Fläche in der durch die gestrichelten Linien 74 dargestellten Weise durchtreten. Das Strahlbündel innerhalb der Linien 74 läuft zu einer Linse 76, welche das Reststrahlbündel entsprechend den Linien 78 bündelt und auf einer Faser fokussiert. Auch die Linien 78 und die Faser 80 sind gestrichelt gezeigt.Surface 68, which is the major part of one of the optical Paser 62 exiting beam 70 is reflected, but a portion 74 passes through. The silvered surface 68 of the reflective coupler 60 also has a three-dimensional concave configuration, e.g. Bullet. In a first position, the surface 68 enables the reflective component to be focused from the optical Fiber 62 exiting diverging beam 70 onto the end of the optical fiber 64, through the through Lines 70 and 72 indicated train. Since the surface 68 is partially silvered or mirrored, part of the Light beam pass through this area in the manner shown by the dashed lines 74. That The bundle of rays within the lines 74 runs to a lens 76, which the remaining bundle of rays corresponding to the lines 78 bundles and focuses on one fiber. Lines 78 and fiber 80 are also shown in dashed lines.
Wenn der Krümmungsradius der reflektierenden Fläche 68 durch Bewegung des reflektierenden Bauteils 60 winkelverschoben wird, wird das aus der Faser 62 austretende Lichtstrahlbündel entlang den Linien 62 reflektiert und auf der Faser 66 fokussiert· Es ist jedoch zu beachten, daß der kleine Lichtanteil immer noch durch die reflektierende Oberfläche 68 und entlang den Linien 74 zur Linse 76 durchfällt, welch letztere den durch das Bauteil 60 fallenden Teil des Lichtstrahlbündels konvergieren läßt und auf der Faser 80 fokussiert.When the radius of curvature of the reflective surface 68 is angularly displaced by movement of the reflective member 60 the light beam emerging from the fiber 62 is reflected along the lines 62 and focused on the fiber 66 It should be noted, however, that the small amount of light will still pass through the reflective surface 68 and along the Lines 74 to the lens 76 pass through, which latter converge the part of the light beam falling through the component 60 leaves and focused on the fiber 80.
Die in den Figuren 3 und 4 dargestellte optische Kopplungsvorrichtung erlaubt daher nicht nur die einfache Kopplungsund Relaisschalterfunktion, sondern erleichtert auch die Abzweigung eines Teils des durch die optische Faser 62 zugeführten Signals, bevor dieses die optische Faser 64 bzw. erreicht. Der Anteil des von der Hauptsignalquelle abgezweigten Teilsignals ist von dem Grad der Verspiegelung der Oberfläche 68 abhängig.The optical coupling device shown in FIGS. 3 and 4 therefore not only allows the simple coupling and relay switch function, but also makes it easier Part of the signal fed through the optical fiber 62 is branched off before it reaches the optical fiber 64 or achieved. The proportion of the partial signal branched off from the main signal source depends on the degree of mirroring of the surface 68 dependent.
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In Fig. 5 ist eine optische Faser 90 in Kombination mit einem reflektierenden Bauteil 92 gezeigt. Das reflektierende Bauteil 92 trägt eine konkave reflektierende Fläche 95, die ähnlich der reflektierenden Fläche 38 des reflektierenden Bauteils in Fig. 1 ausgebildet ist.In FIG. 5, an optical fiber 90 is shown in combination with a reflective component 92. The reflective component 92 carries a concave reflective surface 95 which is similar to the reflective surface 38 of the reflective component is formed in Fig. 1.
Das aus dem Ende der Faser 90 austretende Lichtstrahlbündel divergiert entsprechend den Linien 94 in Richtung auf die konkave Fläche 95. Nach der Reflexion an der reflektierenden Fläche des reflektierenden Bauteils 92 wird das Strahlbündel in der durch die Linien 96 veranschaulichten Weise fokussiert, und zwar entsprechend dem Abstand von der Reflexionsfläche auf unterschiedliche Durchmesser, wie dies durch die Punkte C, B und A entlang der Strahlenbahn angedeutet ist. Der· mit F bezeichnete Punkt ist die Stelle, an welcher das Strahlbündel auf einem Punkt fokussiert ist.The light beam emerging from the end of the fiber 90 diverges according to the lines 94 in the direction of the concave surface 95. After reflecting on the reflective Surface of the reflective component 92, the beam is focused in the manner illustrated by the lines 96, according to the distance from the reflection surface to different diameters, as indicated by points C, B and A along the beam path. The one with Point designated F is the point at which the beam is focused on a point.
In Fig. 6 sind schematisch die Enden einer optischen Faser 98, einer optischen Faser 100 und einer optischen Faser 102 gezeigt. Jede dieser Fasern enthält einen Kern, der dem Durchmesser des Strahlbündels 96 an den Stellen A, B bzw. C in Fig. 5 entspricht. Mit anderen Worten, wenn die optische Faser 98 in Fig. 6 zwischen den mit A bezeichneten Stellen angeordnet wird, so ist der Strahl 96 am Ende 104 der Faser 98 fokussiert. In ähnlicher Weise ist auch das Lichtstrahlbündel am Ende 106 der Faser 100 fokussiert, wenn letztere innerhalb der mit B in Fig* 5 bezeichneten Stellen angeordnet wird. Dasselbe gilt auch für die optische Faser 102, die zur Fokussierung des Lichtstrahlbündels 96 am Ende 108 der Faser 102 an irgendeiner Stelle zwischen den mit C in Fig. 5 markierten Positionen anzuordnen ist»In Fig. 6, the ends of an optical fiber are schematically shown 98, an optical fiber 100 and an optical fiber 102 are shown. Each of these fibers contains a core that makes the The diameter of the beam 96 at points A, B and C in FIG. 5 corresponds. In other words, if the optical When fiber 98 is placed between the locations labeled A in FIG. 6, beam 96 is at end 104 of the fiber 98 focused. Similarly, the light beam is also focused at the end 106 of the fiber 100, if the latter is located within the locations indicated by B in FIG. 5. The same also applies to the optical fiber 102, that is used to focus the light beam 96 at the end 108 of the fiber 102 at any point between the C in Fig. 5 is to be arranged marked positions »
Aufgrund dieser durch die konkave Oberfläche 95 hervorgerufenen Fokussierung kann eine Faser 90 mit optischen Fasern unterschiedlicher Größen, z.B. mit den in Fig. 6 dargestellten Fasern gekoppelt werden. Eine Faser mit noch kleinerem Durch-Because of this caused by the concave surface 95 A fiber 90 can be focused using optical fibers of various sizes, such as those shown in FIG Fibers are coupled. A fiber with an even smaller diameter
90983 5 /ORfI*90983 5 / ORfI *
messer als die Faser 98 muß daher zwischen den Punkten A gegenüber der reflektierenden Oberfläche angeordnet werden· Wenn die Faser 100 zwischen den mit B bezeichneten Stellen entlang der Reflexionsstrahlenbahn angeordnet wird, kann eine Faser mit einem demjenigen der optischen Faser 90 ähnlichen Durchmesser angekoppelt werden, wobei allenfalls wenig des aus der Faser 90 zugeführten Signals verlorengehen kann» In ähnlicher Weise können Fasern mit größerem Durchmesser, z.B. die optische Faser 102 zwischen den mit C in Fig» 5 angegebenen Stellen mit Bezug auf das reflektierende Bauteil angeordnet werden, wobei eine Kopplung zwischen stark ungleichen optischen Fasern ohne beträchtlichen Energieverlust des aus der Faser 90 austretenden Strahlenbündels möglich wird·Therefore, the diameter of the fiber 98 must be positioned between the points A opposite the reflective surface. If the fiber 100 is arranged between the locations designated by B along the reflection beam path, can a fiber with a diameter similar to that of the optical fiber 90 can be coupled, with at most Little of the signal supplied from fiber 90 can be lost »Similarly, fibers with larger Diameter, e.g., the optical fiber 102 between the locations indicated by C in Figure 5 with respect to the reflective Component can be arranged, with a coupling between highly dissimilar optical fibers without significant Energy loss of the beam emerging from the fiber 90 becomes possible
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des reflektierenden Bauteils ist in Fig. 7 mit 120 bezeichnet» Das reflektierende Bauteil 120 enthält einen Kunststoffkörper 122 mit einer konkaven Fläche 124 in Form eines Ringbandes» Die reflektierende Fläche 124 wird durch Versilbern einer sphärisch geformten Wand 126 hergestellt, welche einen Ring innerhalb des zylindrischen Körpers 122 des reflektierenden Bauteils 120 bildet. Wie am besten in Fig., 9 zu sehen ist, weist der zylindrische Körper 122 eine Zylinderwand 128 und eine kreisförmige Stirnwand 130 auf. Die konkave Wand 126 ist mit der Stirnwand 130 über einen zylindrischen Flansch 131 verbunden. Das'reflektierende Bauteil 120 ist an einer Welle 132 angebracht, die mit einem Motor 134 verbunden ist· Eine Drehung der Welle 132 bewirkt eine Drehung des Krümmungsradius des reflektierenden Bauteils, da die Achse 136 gegenüber der Achse des zylindrischen Bauteils 122 versetzt angeordnet ist. Daher wird bei Drehung des reflektierenden Bauteils 120 um die Achse der Welle 132 der Krümmungsradius der reflektierenden sphärischen Fläche winkelverschoben, wodurch auch der Reflexionswinkel geändert wird. A preferred embodiment of the reflective component is denoted by 120 in FIG. 7. The reflective component 120 contains a plastic body 122 with a concave surface 124 in the form of a ring band forms within the cylindrical body 122 of the reflective member 120. As best seen in FIG. 9, the cylindrical body 122 has a cylinder wall 128 and a circular end wall 130. The concave wall 126 is connected to the end wall 130 via a cylindrical flange 131. The reflective component 120 is attached to a shaft 132 which is connected to a motor 134. Therefore, when the reflective component 120 is rotated about the axis of the shaft 132, the radius of curvature of the reflective spherical surface is angularly displaced, whereby the angle of reflection is also changed .
9Ö983B/0 6049Ö983B / 0 604
In Fig, 7 sind in Kombination mit dem reflektierenden Bauteil 120 mehrere Fasern 140, 142 und 144 gezeigt· Die optischen Fasern 140, 142 und 144 sind vor dem vordersten Rand der reflektierenden Fläche 124 entsprechend der Darstellung in den Figuren 7 und 8 angeordnet.In Fig. 7 are in combination with the reflective component 120 several fibers 140, 142 and 144 shown. The optical fibers 140, 142 and 144 are in front of the foremost The edge of the reflective surface 124 is arranged in accordance with the illustration in FIGS. 7 and 8.
Es ist zu beachten, daß in Fig. 7 das Licht aus der Faser 140 in Richtung der Linie 146 austritt und von der Fläche 124 des reflektierenden Bauteils 120 in Richtung der Linien 48 reflektiert und zur Faser 142 gelenkt wird. Durch Erregung des Motors 134 werden die Welle 132 und das reflektierende Bauteil 120 um ein vorgegebenes Maß. in die in Fig. 8 gezeigte Stellung gedreht, wodurch das aus der optischen Faser 140 austretende Strahlbündel 146 entlang den Linien 150 in Richtung der optischen Faser 144 reflektiert wird. Die Achse, um die sich die Welle 132 dreht, ist in bezug auf die Fasern 140, 142 und 144 fest angeordnet.Note that in Figure 7, the light exits fiber 140 in the direction of line 146 and from the surface 124 of the reflective component 120 is reflected in the direction of the lines 48 and directed to the fiber 142. By excitement of the motor 134, the shaft 132 and the reflective member 120 become a predetermined amount. in the in Fig. 8 is rotated, whereby the beam 146 emerging from the optical fiber 140 along the lines 150 is reflected in the direction of the optical fiber 144. The axis about which shaft 132 rotates is related fixedly arranged on the fibers 140, 142 and 144.
Das reflektierende Bauteil 120 kann mit einem transparenten Bauteil 122 ausgestattet sein, wobei die Wände 128 und 130 entfernt sind, so daß eine Linse hinter der reflektierenden Fläche 124 angeordnet wird. Dabei ist die Oberfläche 124 nur tei!verspiegelt, so daß ein Teil des aus der Faser 140 kommenden Lichts abgezweigt werden kann.The reflective component 120 can be equipped with a transparent component 122, the walls 128 and 130 are removed so that a lens is placed behind the reflective surface 124. The surface is 124 only partially mirrored, so that part of the material from the fiber 140 coming light can be branched off.
Wie am besten in Fig. 9 zu sehen ist, sind die Fasern 140, 142 und 144 jeweils auf die konkave reflektierende Fläche 124 gerichtet, so daß die Achse der Faser in einer Ebene rechtwinklig zur Tangente der reflektierenden Fläche in deren Zentrum verläuft. So stellt beispielsweise in Fig. 9 die strichpunktierte Linie 152 die Achse der optischen Faser 142 dar, und die Faserachse ist auf die konkave Fläche 124 gerichtet und verläuft rechtwinklig zu der an den Mittelpunkt der konkaven Fläche 124 angelegten Tangente·As best seen in Figure 9, fibers 140, 142 and 144 are each on the concave reflective surface 124 so that the axis of the fiber is in a plane perpendicular to the tangent of the reflective surface in whose center runs. For example, in FIG. 9, the dash-dotted line 152 represents the axis of the optical Represents fiber 142, and the fiber axis is directed to the concave surface 124 and is perpendicular to it tangent placed at the center of the concave surface 124
0'9835/06CU0'9835 / 06CU
29U536029U5360
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, erleichtert die beschriebene optische Kopplungsvorrichtung die Kopplung zwischen optischen Faserenden, ohne dabei merkliche Übertragungsverluste hervorzurufen, und es ist möglich, sogar Fasern mit unterschiedlichen Durchmessern unter Verwendung eines reflektierenden Kopplers miteinander optisch zu verkoppeln. As can be seen from the above description, the described optical coupling device facilitates the coupling between optical fiber ends without causing noticeable transmission losses, and it is possible, even Optically couple fibers of different diameters with one another using a reflective coupler.
Außerdem findet die beschriebene optische Kopplungsvorrichtung eine besonders vorteilhafte Anwendung in einem optischen Relaisschalter, mit dem das optische Signal von einer Signalbahn in eine andere umgeschaltet werden kann» Durch die Verwendung eines reflektierenden Kopplers in dem Relaisschalter kann die Ausrichtung der Achsen zwischen den zu verkoppelnden Fasern in wirksamer Weise für die Signalübertragung von einer zur anderen Faser aufrechterhalten werden. Ferner vermeidet der reflektierende Koppler das wiederholte Zusammenstoßen und Reiben zwischen den zu koppelnden Faserenden, da der einzige bewegte Teil des Relaisschalters das reflektierende Bauteil ist»In addition, the described optical coupling device has a particularly advantageous application in an optical one Relay switch with which the optical signal from a signal path can be switched to another »by using a reflective coupler in the relay switch the alignment of the axes between the fibers to be coupled can be effective for the transmission of signals from a to the other fiber to be maintained. Furthermore, the reflective coupler avoids repeated crashes and rubbing between the fiber ends to be coupled, since the only moving part of the relay switch is the reflective one Component is »
Es ist außerdem zu beachten, daß der Begriff "Faser" in seiner allgemeinsten Bedeutung als optischer Wellenleiter verwendet wird und sich nicht nur auf Einzelfaserns sondern auch auf Faserbündel bezieht. Mit anderen Worten, der Koppler und Relaisschalter ist in gleicher Weise auf Faserbündel anwendbar, wie er vorstehend anhand von Einzelfasern beschrieben worden ist. Demgemäß bezieht sich der Ausdruck Faser nicht nur auf Einzelfasern, sondern auch auf ein Bündel von Fasern, welche das gleiche Signal führen.It should also be noted that the term "fiber" is used in its broadest sense as an optical waveguide and refers not only to individual fibers s but also on fiber bundles. In other words, the coupler and relay switch can be applied to fiber bundles in the same way as has been described above with reference to individual fibers. Accordingly, the term fiber refers not only to individual fibers, but also to a bundle of fibers which carry the same signal.
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