DE2920885A1

DE2920885A1 - Vorrichtung zur detektion eines lichtsignals in einem lichtleiter

Info

Publication number: DE2920885A1
Application number: DE19792920885
Authority: DE
Inventors: Andre Tardy
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1978-05-30
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1979-12-13
Also published as: IT1118721B; SE7904062L; JPS5554428A; IT7968113A0; BE876154A; GB2021806A; NL7904182A; DK222079A; FR2427626A1

Description

2 3, Mal 1979

VORRICHTUNG ZUR DETEKTION EINES LICHTSIGNALS IN EINEM LICHTLEITER

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion eines Lichtsignals, das sich von einem ersten Lichtleiter in Achsrichtung in einen zweiten Lichtleiter fortpflanzt, wobei die Brechungsindices der Hüllen kleiner als die Brechungsindxces der Kerne der beiden Lichtleiter gewählt sind.

Die Erfindung bezieht sich vor allem auf Multimode-Lichtleiter.

Es ist bekannt, bei einem Lichtleiter-Informationsübertragungssystem Abzweigungen vorzusehen, durch die an einem bestimmten Punkt des Lichtleiters nur ein Teil des Lichts, das diesen Lichtleiter durchläuft und die Information trägt, austritt. Dies ermöglicht das Auffangen dieser Information durch einen Sensor. Die Herstellung solcher Abzweigungen weist Probleme auf, die sich von Problemen bei der Injektion eines Lichtsignals in einen Lichtleiter zwischen seinen beiden Stirnseiten unterscheiden.

Es ist tatsächlich relativ einfach, ein Signal mit großer Amplitude in einen Lichtleiter einzukoppeln, während an dem Punkt, an dem eine Abzweigung hergestellt werden soll, die Intensität des im Leiter vorhandenen Lichts oft wegen der Länge der bereits durchlaufenen Strecke schwach ist. Man muß also einen Empfänger verwenden, der gleichzeitig die gewünschte große Empfindlichkeit und einen geringen Rauschfaktor aufweist.

Es sind außerdem verschiedene Abzweigvorrichtungen bekannt, mit denen ein Teil des Lichts zu einem Sensor gelenkt wird.

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Diese Vorrichtungen enthalten entweder eine Lichtleiterunterbrechung oder zumindest eine Unterbrechung seiner Hülle oder Verformungen des Lichtleiters in Kontakt mit einem Indexadapter. Letzterer stellt die optische Verbindung zwischen dem Lichtleiter und einem Sensor oder einem anderen Lichtleiter her, der das abgelenkte Licht weiterleitet«

Es ist insbesondere eine Abzweigvorrichtung bekannt, bei der das abgeschnittene Ende eines ersten Lichtleiters großen Durchmessers sich gegenüber der Enden zweier in Signallaufrichtung stromabwärts liegender zweiter Lichtleiter kleinen Durchmessers befindet, die nebeneinander angeordnet sind. Die Durchmesser sind so gewählt, daß der Querschnitt des Kerns des ersten Lichtleiters in etwa die Querschnitte der Kerne der beiden zweiten Lichtleiter bedeckt«, Einer dieser beiden letzteren Lichtleiter kann das abgelenkte Licht zu einem Sensor führen» Die Herstellung dieser Vorrichtung ist einfach, aber es ist offensichtlich, daß die Lichtverluste aufgrund der runden Querschnitte der Kerne und aufgrund der Tatsache, daß die Hüllen eine größtmögliche Annäherung der beiden zweiten Lichtleiter verhindern, sehr groß sind» Wenn einer der beiden zweiten Lichtleiter dazu genutzt wird. Licht in den Lichtleiter großen Durchmessers in Gegenrichtung zur Richtung des auszukoppelnden Lichts einsukoppeln, ist auch der Exnkopplungswxrkungsgrad gering.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Detektion eines Lichtsignals in einem Lichtleiter und eventuell zur Injektion von Licht in den Lichtleiter in Gegenrichtung anzugeben, durch die ein hoher Detektionswirkungsgrad und evtl. ein Injektionswirkungsgrad von fast 100% erreicht wird.

tj . .

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Elemente in verschiedenen Zeichnungen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung entlang der Achse der Lichtleiter.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer Ebene II-II senkrecht zur Achse der Lichtleiter. Fig. 2 zeigt eine Duplex-Verbindung, bei der die erfindungsgemäße Vorrichtung zweimal angewandt wird und bei der die Information in zwei entgegengesetzte Richtungen auf demselben Lichtleiter übertragen wird.

Fig. 4 zeigt eine Alternative zu Fig. 3. Gemäß den Figuren 1 und 2 kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zum Auskoppeln eines Teils des Lichts, das sich in der durch den Pfeil 8 gekennzeichneten Richtung in einem ersten Multimode-Lichtleiter 9 mit einer Achse 14 fortpflanzt, verwendet werden.

Dieser Lichtleiter kann eine Indexabstufung aufweisen. Sein Kern 10 hat einen Durchmesser A von 85 Mikron und seine Hülle Il einen Außendurchmesser von 125 Mikron und eine tatsächliche numerische Öffnung von 0,146.

Seine in Signalrichtung (Pfeil 8) liegende Stirnseite liegt ebenso wie die Stirnseite eines zweiten Lichtleiters 2 mit

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gleicher Achse, der an den ersten Lichtleiter geschweißt ist, in der Kontaktebene 12*

Dieser zweite Lichtleiter kann einen Indexgradienten aufweisen. Sein Kern 4 hat einen Durchmesser B von 55 Mikron und seine Hülle hat den gleichen Außendurchmesser wie die des ersten Lichtleiters, mit einer tatsächlichen numerischen Öffnung von 0,16.

Ein Sensor 18 ist auf der Hülle des Lichtleiters 2 stromabwärts in Bezug auf die Ebene 12 angebracht. Er hat eine rechteckige lichtempfindliche Oberfläche 20, deren größte Länge parallel zur Achse 14 liegt. Die stromaufwärts liegende Kante dieser Oberfläche befindet sich vorteilhafterweise in einer Entfernung zur Ebene 12, die geringer als der doppelte Außendurchmesser des zweiten Lichtleiters ist. Vorteilhafterweise befindet sie sich in unmittelbarer Nähe der Ebene 12. Es scheint vorteilhaft, daß die lichtempfindliche Oberfläche des Sensors eine Breite aufweist, die zwischen 2 und 10 mal dem Durchmesser des Lichtleiters entspricht .

Diese lichtempfindliche Oberfläche ist mechanisch und optisch mit dem Lichtleiter 2 durch ein Adaptermilieu 22 verbunden, das durch einen transparenten Klebstoff gebildet wird, dessen Index mindestens gleich dem Index der Hülle des zweiten Lichtleiters gewählt ist. Es scheint vorteilhaft, wenn dieses optische Adaptermilieu den Lichtleiter auf der ganzen Länge der lichtempfindlichen Oberfläche des Sensors umgibt oder zumindest auf dem größten Teil dieser Länge.

Durch diese Anordnung des Sensors 18 gelangt auf die lichtempfindliche Oberfläche des Sensors ein sehr großer Teil des

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abgelenkten Lichts. Es handelt sich hier um den Teil des Lichts, der an der Peripherie des Kerns 10 verläuft und nicht in den Kern 4 des zweiten Lichtleiters, sondern in die Hülle 6 dieses Leiters eindringt. Dieses Licht gelangt anschließend in das optische Adaptermilieu 22 und kommt zum größten Teil zum Sensor 18, entweder direkt, oder nach totaler Reflexion an der Trennoberfläche zwischen diesem Milieu und der Atmosphäre. Ein nicht dargestellter lichtundurchlässiger Schirm wird vorteilhafterweise vorgesehen, um ein Auftreffen von parasitärem Licht auf dem Sensor 18 zu verhindern, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis dieses Sensors verringert würde.

Wenn ein Lichtsignal den Kern des zweiten Lichtleiters 2 in Gegenrichtung zum Pfeil 8 durchläuft, ist es offensichtlich, daß dieses Licht mit einem Wirkungsgrad von fast 100% in den Kern des ersten Lichtleiters 9 eingekoppelt wird, da der Durchmesser dieses Lichtleiters größer ist, natürlich unter der Voraussetzung, daß die Werte der numerischen Öffnung einander angenähert sind.

Es ist außerdem offensichtlich, daß die ersten und zweiten Lichtleiter 9 und 2 je nach Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgewählt werden. Wenn z.B. Licht in Richtung des Pfeils 8 von einem sehr weit entfernt liegenden Punkt übertragen wird, wird der erste Lichtleiter, der dieses Licht über eine lange Strecke übertragen soll, vor allen Dingen danach ausgewählt, daß er nur schwache Verluste und einen geringen Herstellungspreis aufweist, während der zweite Lichtleiter dann so gewählt wird, daß er einen Kerndurchmesser B kleiner als der Durchmesser A des ersten Lichtleiters hat. Es ist jedoch auch möglich, besonders wenn das Licht sich nur in Richtung des Pfeils 8 fortpflanzt und wenn das

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vom ersten Lichtleiter in den Kern des zweiten Lichtleiters 2 eingekoppelte Licht vom zweiten Lichtleiter über eine lange Strecke geführt werden soll, zuerst den Typ des zweiten Lichtleiters dahingehend zu wählen, daß er geringe Verluste und einen geringen Herstellungspreis hat, und dann den Typ des ersten Lichtleiters 9 so zu wählen, daß der Durchmesser A seines Kerns größer als der Durchmesser B des zweiten Lichtleiters ist. Die Verluste im ersten Lichtleiter können dann groß sein, wenn das Licht von einem weit entfernten Punkt kommt. Es ist dann vorteilhafter, einen ersten Lichtleiter 9 kleiner Länge zu wählen, der durch Schweißen mit einem dritten Lichtleiter 24 großer Länge und beispielsweise vom gleichen Typ wie der zweite Lichtleiter 2, mit gleichem Kerndurchmesser B wie der zweite Lichtleiter verbunden ist. In diesem Fall stellt dieser dritte Lichtleiter die Verbindung mit dem entfernten Punkt her, von dem das Licht kommt«,

Das Verhältnis A/B der Kerndurchmesser der ersten und zweiten Lichtleiter wird je nach Größe des auszukoppelnden Lichtbruchteils gewählt. Wenn einer der beiden Lichtleiter vom Typ mit Indexgradient ist, kann der Kerndurchmesser nicht so einfach definiert werden wie bei einem Lichtleiter mit Indexabstufung«

,zu wählen Für den Fachmann ist es jedoch einfach, die Durchmesser so), daß das vom Kern des ersten Lichtleiters kommende Licht zu einem ausreichenden Teil in die Hülle und im übrigen in den Kern des zweiten Lichtleiters übergeht, während in der anderen Richtung das aus dem Kern des zweiten Lichtleiters kommende Licht fast ganz in den· Kern des ersten Lichtleiters übergeht.

Gemäß Pig. 3 werden zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen an den beiden Enden einer Duplex-Verbindung verwendet, bei der die Information in beiden Richtungen durch einen einzigen Lichtleiter 30 großer Länge übertragen wird.

Dieser Lichtleiter wird in Hinblick auf geringe Verluste und geringen Herstellungspreis ausgewählt. Er ist für beide Vorrichtungen der erste Lichtleiter. An den beiden Enden der Verbindung koppeln ein erster Sender 32 und ein zweiter Sender 34 in entgegengesetzte Richtungen durch eine Information modulierte Lichtsignale in einen ersten "zweiten" Lichtleiter 36 bzw. einen zweiten "zweiten" Lichtleiter 37 ein, die beide einen geringeren Kerndurchmesser als der Lichtleiter 30 haben und an die beiden Enden des Lichtleiters 30 angeschweißt sind.

Das Schweißen der Lichtleiter kann mithilfe bekannter Verfahren durchgeführt werden, wobei an jeder Schweißstelle ein Verlust von etwa 0,2 dB oder weniger entsteht.

Ein solches Schweißverfahren wird z.B. in der FR-PS 2 348 168 (EN 76 10 971) beschrieben.

Das vom Sender 32 kommende Licht geht in den Kern des ersten "zweiten" Lichtleiters 36 über und dann, mit einem sehr geringen Verlust von z.B. 5%, in den Kern des Übertragungslichtleiters 30. Am anderen Ende dieses Lichtleiters gehen 50% des verbleibenden Lichts auf die Hülle des zweiten "zweiten" Lichtleiters 37 und von dort auf den Sensor 39 über. Dieses Ergebnis kann mit einem Durchmesserverhältnxs von etwa A/B =1,5 erzielt werden.

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Etwa 45% des vom Kern des Lichtleiters 30 kommenden Lichts geht in den Kern des zweiten Lichtleiters 37 über, der es bis zum Sender 34 leitet, in dem es sich verliert.

Die gleichen Verhältnisse gelten für das Licht, das sich in die entgegengesetzte Richtung fortpflanzt.

In einer Richtung wird also das zu übertragende Signal vom Sender 32 ausgesandt und am Ausgang vom Sensor 39 aufgefangen, während das Signal in der anderen Richtung vom Sensor 34 zum Sensor 38 verläuft.

Fig. 4 zeigt eine Umkehrung der Verhältnisse im Vergleich zu Fig. 3. Hier liegt ein kurzer "zweiter" Lichtleiter 40 zwischen zwei "ersten" Lichtleitern 42 und 44 großer Länge. Das Verhältnis A/B der Kerndurchmesser dieser Lichtleiter ist nahe 1, wodurch in beiden Richtungen nur ein kleiner Teil, z.B. 5%, des von den ersten Lichtleitern übertragenen Lichts abgezweigt wird. Zwei Sensoren 46 und 48 sind an den beiden Enden dieses zweiten Lichtleiters angeordnet und optisch mit den Hüllen dieser Lichtleiter über Adaptermilieus 50 und 52 verbunden. Sie sind durch ein optisches Adapter-Trennmilieu 54 getrennt, das den zweiten Lichtleiter 40 umgibt. Die innere Oberfläche dieses Trennmilieus ist in optischem Kontakt mit der Hülle dieses Lichtleiters und leitet das in dieser Hülle befindliche Licht in das Milieu.

Die äußere Oberfläche dieses Milieus ist optisch absorbierend, wodurch verhindert wird, daß das aus der Hülle ausgetretene Licht wieder zurückkommt. Die Länge dieses Trennmilieus kann z.B. doppelt so groß sein wie die der Sensoren. Man erhält so ein System, dessen Exnspeisungsverluste auf der Übertragungs-

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leitung 15',-ί betragen und mit den selektiv im Sensor 46 ein Lichtsignal, das vom Lichtleiter 42 kommt, und im Sensor 47 ein Lichtsignal empfangen wird, dps vom Lichtleiter 44 kommt,

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Claims

Fo Il -289 D

COMPAGNIE GENERALE D¹ELECTRICITE S.A. 54, rue La Boetie, 75382 PARIS CEDEX O8 Frankreich

VORRICHTUNG ZUR DETEKTION EINES LICHTSIGNALS IN EINEM LICHTLEITER

PATENTANSPRÜCHE

1 - Vorrichtung zur Detektion eines Lichtsignals, das sich von einem ersten Lichtleiter in Achsrichtung in einen zweiten Lichtleiter fortpflanzt, wobei die Brechungsindices der Hüllen kleiner als die Brechungsindices der Kerne der beiden Lichtleiter gewählt sind, dadurch gekennzeichnet,, daß der Kerndurchmesser des ersten Lichtleiters (9) größer als der Kerndurchmesser des zweiten Lichtleiters (2) gewählt ist, daß die beiden Lichtleiter zueinander koaxial und in stirnseitiger optischer Kopplung (12) ausgerichtet sind und daß ein Lichtsensor (18) in optischem Kontakt mit der Hülle (6) des zweiten Lichtleiters in der Nähe der stirnseitigen Kopplung angeordnet ist.

2 - Vorrichtung nach Anspruch 1„ dadurch gekennzeichnet,, daß die lichtempfindliche Oberfläche (20) des Sensors (18) eine in Richtung des zweiten Lichtleiters (2) längliche Form aufweist«,

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3 - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der lichtempfindlichen Oberfläche (20) des Sensors (18) zwei bis zehnmal so groß wie der Durchmesser des zweiten Lichtleiters (2) ist.

4 - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das der Lichtquelle zugewandte Ende der lichtempfindlichen Oberfläche (20) des Sensors (18) sich in einer solchen Entfernung von der der Liühtquelle zugewandten Stirnseite (12) des zweiten Lichtleiters (2) befindet, die geringer als der doppelte äußere Durchmesser des zweiten Lichtleiters ist.

5 - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Kopplung der beiden Lichtleiter (2,9) durch Schweißung bewirkt wird.

6 - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Hüllen (11,6) des ersten (9) und zweiten Lichtleiters (2) in etwa den gleichen Außendurchmesser aufweisen.

7 - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Adaptermilieu (22) die optische Verbindung zwischen der Oberfläche der Hülle (6) des zweiten Lichtleiters (2) und der lichtempfindlichen Oberfläche (20) des Sensors (18) herstellt, wobei der optische Index dieses Milieus mindestens gleich dem der Hülle ist.

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8 - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Adaptermilieu (22) den zweiten Lichtleiter (2) umgibt.

9 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichartige zweite Lichtleiter (36,37) zu beiden Seiten eines ersten Lichtleiters (30) angeordnet sind und je einen Lichtsensor (38, 39) tragen, so daß Signale in einem oder dem anderen Sensor je nach der Signallaufrichtung erkannt werden.

1 0 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurchgekennzeichnet, daß zwei gleichartige erste Lichtleiter (42,44) zu beiden Seiten eines zweiten Lichtleiters (40) angeordnet sind, daß letzterer in der Nähe seiner beiden Enden je einen Sensor (46,48) trägt und daß zwischen den beiden Sensoren ein Lichtabsorber (54) auf der Hülle sitzt, der einen Lichtübergang von einem Sensor zum anderen verhindert.

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