DE2929186A1

DE2929186A1 - Division or coupling of light between optical fibres - via monocrystalline prisms made of gallium arsenide or gallium:aluminium arsenide

Info

Publication number: DE2929186A1
Application number: DE19792929186
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr Ing Maslowski
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-07-19
Filing date: 1979-07-19
Publication date: 1981-02-05
Also published as: DE2929186C2

Abstract

The light travelling through one optical waveguide fibre is transferred into one or two other fibres with a specific division ratio, by a prism. The prism consists of a monocrystalline wafer, the edges of which have been split along a pref. direction of orientation. The water is pref. Ga-As with either a (111)-, or a (100)- orientation. When GaAlAs emitters are used with a double-hetero structure the monocrystalline wafer is pref. GaAlAs with a higher aluminium content than the active zone of the emitter. Microprisms of high accuracy and with extremely accurate sharp edges provide exact prism angles.

Description

Sinrichtung zur Auskopplung eines definierten Anteils einesDevice for decoupling a defined proportion of a

Lichtbündels einer Lichtleitfaser Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art. Light bundle of an optical fiber The invention relates to a device of the type specified in the preamble of the claim.

Tn der optischen Nachrichtentechnik, insbesondere bei optischen Datenbussystemen tritt die Notwendigkeit auf, bei Lichtleitfasern (Multinlode) Lichtbündel zu teilen. Dies ist dann notwendig, wenn das Lichtbündel aus einer Lichtleitfaser in zwei weitere aufgeteilt werden soll oder wenn ein Anteil ausgekoppelt werden soll. Dazu werden optische Strahlteiler verwandt, insbesondere Prismen, mit deren hilfe man das Licht ablenken und in eine andere Richtung lenken kann.Tn of optical communication technology, especially in optical data bus systems the need arises to split light bundles with optical fibers (multinlode). This is necessary when the light bundle from one optical fiber into two others should be divided or if a portion should be decoupled. To be related to optical beam splitters, in particular prisms, with whose help one the light distract and steer in a different direction.

Bei Lichtleitfasern tritt jedoch beim Austritt des Lichtes am Faserende eine Aufweitung des Lichtbündeldurchmessers gemäS der numerischen Äppertur der Fasern ein. Außerdem sind die Lichtbündeldurchmesser sehr klein, nämlich sie betragen nur 30 bis 200 µm. Um Verluste durch das Aufweiten des Lichtbündeldurchmessers zu vermeiden, sollte der Abstand des aus sendenden Leitfaserendes und der aufnehmenden Lichtleitfaserenden hinreichend klein sein; wegen des geringen Lichtbündeldurchmessers wird eine extrem scharfe Prismenkante benötigt.With optical fibers, however, occurs when the light emerges at the fiber end an expansion of the light beam diameter according to the numerical aperture of the fibers a. In addition, the light beam diameters are very small, namely they are only 30 to 200 µm. To avoid losses from expanding the Light beam diameter to avoid, the distance between the transmitting fiber end and the receiving Optical fiber ends be sufficiently small; because of the small light beam diameter an extremely sharp prism edge is required.

Die Aufgabe besteht daher darin, Mikroprismen mit extremer Genauigkeit und extrem genauer scharfer Kante mit sehr genauen Prismenwinkeln zu schaffen. Mit ihrer Hilfe soll eine Einrichtung zur Auskopplung eines definierten Anteils eines Lichtbündels einer Lichtleitfaser und tberkopplung des anderen Anteiles in eine weitere Lichtleitfaser bzw. zur Überkopplung eines Lichtbündels in zwei Lichtleitfasern mit definiertem Teilungsverhältnis aufgebaut werden können. Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch die in den Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.The task is therefore to create microprisms with extreme accuracy and to create extremely precise sharp edges with very precise prism angles. With Their help should be a device for extracting a defined proportion of a Light bundle of an optical fiber and coupling the other part into one further optical fiber or for coupling a light bundle into two optical fibers can be built up with a defined division ratio. The task is after the invention solved by the measures specified in the claims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie geht aus von der Erkenntnis, daß extrem scharfe Kanten bei Einkristallen erzielt werden können, wenn diese in der Vorzugsrichtung gespalten werden.The invention is illustrated below with reference to drawings of exemplary embodiments explained in more detail. It is based on the knowledge that extremely sharp edges are used Single crystals can be obtained if they are split in the preferred direction will.

Eine GaAs-Einkristallscheibe mit (111)-Orientierung läßt sich z.B. in ein dreikantiges Prisma spalten, dessen Winkel an den Kanten 600 betragen. Es läßt sich auch ein vierkantiger Körper herstellen, dessen rhomboidförmiger Querschnitt an den Kanten Winkel von 600 und 1200 aufweist. Es läßt sich ferner ein sechskantiger Körper herstellen, der an allen Kanten Winkel von 1200 besitzt.A GaAs single crystal wafer with (111) orientation can be e.g. Split into a triangular prism with an angle of 600 at the edges. It a square body can also be produced with a rhomboid cross-section has angles of 600 and 1200 at the edges. It can also be a hexagonal Create a body that has angles of 1200 on all edges.

Eine GaLs-Einkristallscheibe mit (100)-Orientierung liefert Körper mit vier Kanten, deren Spaltflächen Winkel von 900 einschließen. Alle Spaltflächen stehen senkrecht zur Scheibenfläche.A GaLs single crystal disk with (100) orientation provides bodies with four edges, the cleavage surfaces of which are angles of 900 lock in. All cleavage surfaces are perpendicular to the disk surface.

In Fig. 1 ist die Strahlteilung an einer 90°-Kante eines nicht Prismas dargestellt. Da s Prisma muß/transparent sein, doch ist es vorteilhaft, wenn seine Außenflächen verspiegelt sind. Das Lichtbündel trifft durch die Sendefaser F1 auf das Prisma. Daran wird es aufgespalten und einerseits in die Empfangsfaser ?2, andererseits in die Empfangsfaser F geleitet. Die in der Zeichnung gestrichelt dargestellte Strahlaufweitung kann dabei vernachlässigt werden. Das Lichtbündel kam durch Verschiebung der Lichtleitfaser F1 in definiortem Teilungsverhältnis aufgeteilt werden.In Fig. 1, the beam splitting is at a 90 ° edge of a non-prism shown. The prism must / be transparent, but it is advantageous if its Outside surfaces are mirrored. The light bundle hits through the transmission fiber F1 the prism. Then it is split up and on the one hand into the receiving fiber? 2, on the other hand passed into the receiving fiber F. The beam expansion shown in dashed lines in the drawing can be neglected. The light beam came by shifting the optical fiber F1 can be divided in a defined division ratio.

In Fig. 2 ist die Strahlaufteilung eines Lichtbündels mittels eines transparenten 60°-Prismas dargestellt. Zur Vermeidung von Reflexionsverlusten für das Prisma verlassende Strahlen ir das Eingangsbündel durch die Sendefaser F1 so in das Prisma geleitet, daß Kontakt zwischen der Sendefaser F4 und dem Prisma besteht, beispielsweise dadurch, daß die Lichtleitfaser und das Prisma gemeinsam auf einer Grundplatte aufgeklebt werden. Um eine günstige Resonanzankopplung zu erhalten, sollte der Abstand zwischen der Lichtleitfaser und dem Prisma ein ganzzahliges Vielfaches von #/2 betragen z.B. 3,4 µm für #=850 mm. Auch in diesem Falle kann die aufteilung des Lichtbündels durch Verschiebung eingestellt werden. Die Strahlaufweitung ist auch hier vernachlässigbar. Sie ist gestrichelt dargestellt.In Fig. 2, the beam distribution of a light bundle by means of a transparent 60 ° prism. To avoid reflection losses for rays leaving the prism ir the input beam through the transmit fiber F1 so guided into the prism so that there is contact between the transmission fiber F4 and the prism, for example, in that the optical fiber and the prism together on one Base plate to be glued. To get a favorable resonance coupling, the distance between the optical fiber and the prism should be an integral multiple of # / 2 are e.g. 3.4 µm for # = 850 mm. In this case, too, the division of the light beam can be adjusted by shifting. The beam expansion is also negligible here. It is shown in dashed lines.

In Fig. 3 ist die Überkopplung von der Lichtleitfaser F1 in zwei weitere Lichtleitfasern F2 und F3 mittels eines Prismas mit rhomboidförmigem Querschnitt dargestellt. Das linke Teilbündel wird durch zweimalige Totalreflexion in die Dichtleitfaser F2 gelenkt, das rechte durchquert das Prisma und gelangt in die Lichtleitfaser F3. Die Lichtleitfaser F3 muß mit Resonanz ankopplung angesetzt werden. Bei wenigen Abstand besteht bereits keine Behinderung der Totalreflexion mehr für das linke Teilbündel. Die Lichtleitfasern F1 und F2 werden ebenfalls vorzugsweise mit Resonanzankopplung an das Prisma gebracht, doch ist hier auch optischer Kontakt möglich. Bis auf eine geringfügige Strahlaufweitung entstehen bei der Durchquerung des Lichts durch das Prisma keine Verluste. Durch Verschiebung der Lichtleitfaser F1 läBt sich auch in diesem Falle der Anteil des Lichtbündels für die Lichtleitfaser F2 und die Lichtleitfaser F3 verändern.In Fig. 3 is the coupling from the optical fiber F1 into two more Optical fibers F2 and F3 by means of a prism with a rhomboid cross-section shown. The left partial bundle is reflected in the sealing fiber by two total reflections F2 steered, the right one crosses the prism and gets into the Optical fiber F3. The optical fiber F3 must be coupled with resonance. At a small distance there is no longer any hindrance to total reflection the left partial bundle. The optical fibers F1 and F2 are also preferred brought to the prism with resonance coupling, but there is also optical contact here possible. Except for a slight widening of the beam, this occurs when crossing of the light through the prism no loss. By shifting the optical fiber In this case, too, the proportion of the light bundle for the optical fiber can be determined Change F2 and the optical fiber F3.

Für Lichtleitfasern werden heute als Lichtquellen vorzugsweise GaAlAs-Emitter auf Doppelheterostruktur-Basis verwendet. Nach der Erfindung ist für diese Strahlung vorzugsweise GaAlAs als Halbleitermaterial für die Mikroprismen geeignet, wobei jedoch der Al-Gehalt höher sein sollte als in der aktiven Zone der GaAl.s-Emitter. Einen zusätzlichen Vorteil bringt die Anwendung von GaAlx, As1-x, /GaAlyAs1-y/GaAlx,, As1-x,, Doppelheterostnlkturen (x', x " < y und y >als bei Emitter).Today, GaAlAs emitters are preferably used as light sources for optical fibers used on a double heterostructure basis. According to the invention is for this radiation preferably GaAlAs suitable as semiconductor material for the microprisms, wherein however, the Al content should be higher than in the active zone of the GaAl.s emitter. The use of GaAlx, As1-x, / GaAlyAs1-y / GaAlx ,, As1-x ,, double heterostructures (x ', x "<y and y> than with emitter).

Wird das Licht senkrecht zur Ebene geführt, dann wird eine Aufweitung des Strahles in dieser Richtung verhindert. Dadurch besitzt die Einrichtung einen verbesserten Eoppelwirkungsgrad bei Abstand von aussendender und aufnehmender Lichtleitfaser.If the light is guided perpendicular to the plane, then there is a widening of the beam in this direction prevented. As a result, the facility has a Improved double efficiency at a distance between the emitting and receiving optical fibers.

Die Vorteile der Einrichtung nach der Erfindung bestehen darin, daß das Prisma ideale Flächen und eine ideale Winkelmaßhaltigkeit auch bei kleinen Dimensionen besitzt, daß es einfach herstellbar ist und daß trotzdem die Kanten extrem genau und scharf sind. Die Doppelheterostrukturbasis verhindert zudem eine Strahl aufweitung.The advantages of the device according to the invention are that the prism ideal surfaces and ideal angular dimensional accuracy even with small dimensions possesses that it is easy to manufacture and that nevertheless the edges are extremely precise and are sharp. The double heterostructure base also prevents the beam from widening.

Claims

Claims 1. Device permissible decoupling of a defined Part of a light bundle of an optical fiber and coupling of the other part into another optical fiber or for coupling a light bundle into two Optical fibers with a defined division ratio using a prismatic Body, characterized in that a single crystal disk, the edges of which are used as the prism caused by gaps in the preferred direction, can be used.

2. Device according to claim 1, characterized in that as a single crystal disk Ga-As with (111) orientation can be used.

3. Device according to claim 1, characterized in that as a single crystal disk Ga-As with (100) orientation can be used.

4. Device according to claim 1, characterized in that when used of GaAlAs emitters based on a double heterostructure as a single crystal disk GaAlAs can be used whose Al content is higher than in the active zone of the GaAlAs emitter.