DE2915114A1

DE2915114A1 - Optischer stern-koppler fuer multimode-lichtleitfasern

Info

Publication number: DE2915114A1
Application number: DE19792915114
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Phys Stockmann; Hans-Hermann Dipl Phys D Witte
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-04-12
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1980-10-23
Also published as: FR2454109B1; FR2454109A1; US4362357A; GB2046942A; GB2046942B; JPS55142305A

Description

29151U

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und Minchen YPA _ _{ft r} , _Rnn

79 ρ 7 O 5 1 ΟΠΟ

Optischer Stern-Koppler für Multimode-Lichtleitfasern.

Die Erfindung "betrifft einen optischen Stern-Koppler für Multimode-Lichtleitfasern, bei dem zwei Bündel von Lichtleitfasern über ein Mischerelement miteinander verbunden sind, wobei die Packungsdichte der Fasern am Eingang bzw. Ausgang des Mischerelementes möglichst hoch sein soll.

Derartige Stern-Koppler sind beispielsweise aus »Applied Optics», Bd.13 (1974), Seiten 2540-2545 bekannt. Sie sind für die optische Nachrichtentechnik von großer Bedeutung. In ihnen laufen Fasern in einen gemeinsamen Knotenpunkt ein und eine gleich große Anzahl von Fasern wieder heraus. Das Licht irgendeiner anregenden Faser soll dabei möglichst verlustfrei und gleichmäßig auf alle abgehenden Fasern verteilt werden. Insbesondere bei einer größeren Zahl von zu versorgenden Terminals ergeben sich bei der Terwendung von Stern-Kopplern geringere Gesamtverluste als bei den ebenfalls bekannten T-förmigen Anordnungen. Dadurch

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kann der dynamische Bereich auf der Empfängerseite geringer ausgelegt werden. Außerdem ist die sternförmige Anordnung störsicherer gegen totalen Ausfall. Bei dem bekannten dreidimensionalen Stern-Koppler ist mit steigender Anzahl der Fasern ein wachsender technischer Aufwand notwendig, um eine hohe Packungsdichte der Fasern am Mischerelement zu erreichen. Gleichzeitig muß dabei, gewährleistet sein, daß jede Faser parallel zur Achse des stabförmigen Mischerelementes ausgerichtet ist, Wegen dieser technischen Schwierigkeiten weist der bekannte Sternkoppler in der Praxis beträchtlich über den theoretischen Werten liegende Einfügeverluste auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stern-Koppler der eingangs genannten Art mit vergleichsweise geringen Einfügeverlusten anzugeben, der in einer einfachen Technologie kostensparend gefertigt werden kann und sich damit für die Herstellung größerer Stückzahlen eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Mischerelement ein plahare_r-Wellenleiter vorgesehen ist, dessen Dicke annähernd gleich dem Faserdurchmesser ist und an dessen Ein- und Ausgang die in derselben Ebene liegenden ankommenden und abgehenden Fasern angekoppelt sind. Bei diesem Stern-Koppler ist die optimale Packungsdichte erreicht, wenn sich die in einer Ebene liegenden Fasern berühren. Das ist technisch leicht zu realisieren. Ordnet man weiterhin, wie in der Planartechnik üblich, Fasern und Mischerelement auf einem gemeinsamen Substrat an, so ist gleichzeitig die axiale Ausrichtung der Faser zum Mischerelement sichergestellt. Im einfachsten Fall kann das Mischerelement ein langgestrecktes, rechteckiges Plättchen, z.B. ein allseitig poliertes Glasplättchen, sein. Seine Breite ist dabei

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■ k-

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N mal Faserdurchmesser, wobei N die Anzahl der ankommenden bzw. abgehenden Fasern ist. Dabei steigt die Mischung der im Plättchen geführten Moden mit seiner Länge.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Plättchen tailliert ist. Das läßt sich beispielsweise aus dem rechteckigen Plättchen durch Herausschleifen von Kreisabschnitten auf den Längsseiten und anschließendes Polieren erreichen. Die Mischung wird dadurch gesteigert.

Eine sehr gute Mischung aller Moden läßt sich ebenfalls vorteilhaft mit einem kreisbogenförmigen Mischerelement erzielen. Auch hier steigt mit wachsender Länge der Kreisbögen der Mischungsgrad. Halbkreisbögen, die zudem noch mäanderförmig zusammengesetzt sein können, bieten weiterhin den Torteil, daß Ein- und Ausgangsseite des Mischerelementes gleichzeitig bearbeitet werden können.

Zur Herstellung dieser Mischerelemente bieten sich folgende, an sich bekannte Möglichkeiten an:

1. Beliebig geformte planare Mischerelemente können

aus fotoempfindlichem Glas in einem fotolithografischen Prozeß hergestellt werden (Schott Informationen 4/1978, Seite 21-22),

2. Die Mischerelemente werden durch Ionenaustausch in Quarzglas erzeugt. Die Mischerform wird von einer Aluminiummaske bestimmt (Opt. Commun. 27/3 (1978), Seiten 358-360).

Mit der Dickfilmtechnik können beliebige Mischerformen hergestellt werden. Auf einem Substrat (z.B. Quarzglas) wird fotolithografisch die Negativform der gewünschten

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Mischerstruktur in der Dicke der Fasern aufgebracht. Die Form wird dann mit einem optischen Kleber, dessen Brechungsindex höher als der des Substrats ist, aufgefüllt. Ein Deckel, z.B. aus dem Material des Substrats bestehend, wird darauf gedrückt, um die Struktur zu schützen und um die Kleberdicke möglichst gleich dem Faserdurchmesser zu machen. Nach dem Aushärten des Klebers wird bei Bedarf die Negativform entfernt und der Kleber übernimmt die Funktion des Wellenleiters.

Für die Herstellung eines halbkreisbogenförmigen Mischerelementes wird hier vorteilhafterweise vorgeschlagen, von einem Glasstab auszugehen, der zunächst zu einem Rohr aufgebohrt wird, dessen Wandstärke der Breite des Mischerelementes entspricht. Man kann auch gleich von einem entsprechend vorgefertigten Glasrohr ausgehen. Anschließend wird das Rohr parallel zu seiner Achse in zwei gleiche Hälften zerlegt. Die Schnittkanten werden poliert. Von diesen Hälften werden senkrecht zur Rohrachse Scheiben gesägt und auf die gewünschte Dicke des Mischerelementes geschliffen und poliert. Dieser letzte Schleif- und Poliervorgang kann an einer großen Zahl von Scheiben gleichzeitig vorgenommen werden. Die Außenfläche des so entstandenen Mischerelementes ist wie auch bei den durch andere Verfahren hergestellten Mischerelementen vor Staub und Beschädigung zu schützen, um Streuverluste der geführten Lichtwellen zu verhindern. Zu diesem Zweck wird beispielsweise das Mischerelement mit optischem Kleber (nsieber^Mischer^ ^verg°^ssen-

Eine weitere Möglichkeit, den massiven Glasstab zu verarbeiten, besteht darin, erst den Stab längs seiner Achse aufzutrennen und dann das Material beider Hälften von der Stabachse her bis zur gewünschten Wandstärke der Rohrhälften wegzuschleifen. Bei beiden Verfahren

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erhält man auf einfache Weise eine Yielzahl identischer Mischerelemente.

Im folgenden werden anhand von drei Figuren drei bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stern-Kopplers und deren Herstellung beschrieben und erläutert. Dabei zeigen

Fig.1 einen Stern-Koppler mit einem taillierten Mischerelement,

Fig.2 je einen nach unterschiedlichen Verfahren herge- ^*¹ ^ stellten Stern-Koppler mit halbkreisförmigem Mischerelement.

In der Fig.1 ist das Mischerelement mit 1 bezeichnet. Mit 2 sind die an die eine Stirnfläche des Mischerelementes 1 stoßenden, in einer Ebene mit dem Mischerelement liegenden Fasern und mit 3 die an die andere Stirnfläche in entsprechender Weise stoßenden Fasern bezeichnet. Das Mischerelement 1 und die Fasern 2 und 3 sind gemeinsam auf einem Substrat 4 angeordnet und fixiert.

Im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig.2 weist der Stern-Koppler ein halbkreisförmiges Mischerelement 6 auf, an dessen Stirnflächen wiederum die ankommenden Fasern 2 und die abgehenden Fasern 3 anstoßen. Die Fasern 2 und 3 und das Mischerelement 6 sind mittels einer Dickfilm-Struktur 7 auf einem Substrat 8 in ihrer Lage zueinander fixiert. Parallel zu den Fasern stößt das Substrat 8 mit einer geraden Anschlagkante 9 an einen Anschlag 10 an.

Ein derartiger Stern-Koppler läßt sich wie folgt zusammenbauen: Auf das Substrat 8 mit der geraden Anschlag-

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. 7.

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kante 9 wird eine Dickfilm-Struktur 7 zur genauen Positionierung von Fasern und Mischerelement gebracht. Dadurch fällt das spätere Justieren der Stirnflächen des Mischerelementes 6 auf die Fasern 2 bzw. 3 fort. Die Struktur 7 wird nun so ausgerichtet, daß die Fasern nach dem Einlegen parallel zur Anschlagkante 9 des Substrats 8 liegen. Anschließend wird das Substrat entlang der Linie 11, auf der die Koppelstellen zwischen den Fasern 2, 3 und dem Mischerelement 6 liegen, getrennt. Nachdem die Fasern auf der einen Substrathälfte eingelegt und verklebt sind, werden die dem Mischerelement zugewandten FaserStirnflächen poliert, bis sie bündig mit der Substratkante 11 abschließen. Beide Substrathälften werden danach miteinander verbunden, beispielsweise verklebt, wobei man sie mit den Anschlagkanten 9 gegen den gemeinsamen Anschlag 10 bringt. Die beiden Teile der Dickfilm-Struktur 7 sind dadurch wieder in ihrer ursprünglichen Lage zueinander. Zum Schluß wird das Mischerelement an seinem von der Dickfilm-Struktur 7 vorgegebenen Platz befestigt.

Die Fig.3 zeigt ein gegenüber der Fig.2 etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auf einem Substrat 8 ist ein Anschlag 12 für die Fasern angeordnet. Gegen diesen Anschlag 12 werden mehr Fasern 13 bzw. 14 gelegt, als es der Breite der Stirnflächen des Mischerelementes 6 entspricht. Dadurch vereinfacht sich die Kopplung der ebenen Faserzeilen an das Mischerelement 6 erheblich.

Man kann praktisch auf die Dickfilm-Technik als Justierhilfe und den gemeinsamen Anschlag für die Substrathälften verzichten. Die Fasern werden lediglich gegen den Anschlag 12 gelegt. Der weitere Zusammenbau erfolgt wie bei dem Ausführungsbeispiel, gemäß Fig.2. In einem letzten Schritt braucht das Mischerelement 6 nur noch

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innerhalb der Breite seiner Stirnflächen gegen die Fasern gedrückt zu werden, was mit freiem Auge möglich ist. In einem anschließenden Funktionstest werden die Fasern ausgewählt, die im Bereich der Stirnflächen des Mischerelementes 6 liegen.

Aus den bisherigen Ausführungen ging bereits hervor, daß sich die Mischerelemente in großer Stückzahl reproduzierbar und einfach herstellen lassen. Es ist auch bereits ein Verfahren Torgeschlagen, mit dem sich ebene Faserseilen praktisch beliebiger Breite kostengünstig herstellen lassen. Dazu werden auf ein Substrat viele Fasern mit entsprechend dünnem Mantel auf Berührung nebeneinandergelegt, verklebt und mit einem Deckel abgeschlossen. Diese Einheit wird quer zur Faserrichtung - zersägt. Die Schnittflächen werden samt Fasern poliert. Die Einzelteile können dann entlang der Fasern in gewünschten Breiten aufgeschnitten werden. Aus dem gleichen Substrat kann auch der Träger für das Mischerelement hergestellt werden. Die Einzelteile mit den Fasern und der Träger mit dem Mischerelement sind dann nur noch miteinander zu verbinden.

Insgesamt lassen sich somit Stern-Koppler in großer Stückzahl mit reproduzierbaren Eigenschaften billig herstellen. Die einfache Technologie dazu schafft die Toraussetzung,, daß auch die Einfügeverluste gering sind. Insbesondere die bevorzugten Formen der Mischerelemente in den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig.1 bis 3 sorgen für eine sehr gute Mischung aller Moden bei einer insgesamt kleinen Abmessung des Stern-Kopplers.

4 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

YPA ftp 705 ί BRD Patentansprüche:

1. Optischer Stern-Koppler für Multimode-Lichtleitfasern, bei dem zwei Bündel von Lichtleitfasern über ein Mischerelement miteinander verbunden sind, wobei die Packungsdichte der Fasern am Ein- bzw. Ausgang des Mischerelementes möglichst hoch sein soll, dadurch gekennzeichnet , daß als Mischerelement ein planarer Wellenleiter (1, 6) vorgesehen ist, dessen Dicke annähernd gleich dem Faserdurchmesser ist und an dessen Ein- bzw. Ausgang die in.derselben Ebene liegenden ankommenden und abgehenden Fasern (1,2, 13, 14) angekoppelt sind. ■

2. Optischer Stern-Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Mischerelement ein langgestrecktes, rechteckiges Plättchen vorgesehen ist.

3. Optischer Stern-Koppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Plättchen (1) tailliert ist.

4. Optischer Stern-Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischerelement (6) kreisbogenförmig ausgebildet ist.

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