DE2937580A1 - Light guide coupler with low loss output coupling - uses graded index optical fibres for main guides and core-sheath optical fibres for auxiliary guides - Google Patents
Light guide coupler with low loss output coupling - uses graded index optical fibres for main guides and core-sheath optical fibres for auxiliary guidesInfo
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Abstract
Description
Kopplungsanordnung für LichtwellenleiterCoupling arrangement for optical waveguides
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kopplungsanordnung zwischen mindestens zwei Lichtwellenleitern zur verlustarmen Auskopplung von Licht aus einer durch einen Lichtwellenleiter gebildeten llauptleitung in mindestens eine durch einen anderen Lichtwellenleiter gebildete Nebenleitung, bei welcher die Lichtwellenleiter im Bereich der Koppelstelle im Durchmesser veikleinert und fest miteinander verbunden sind.The invention relates to a coupling arrangement between at least two fiber optic cables for low-loss decoupling of light from one through one Optical waveguides formed main line in at least one through another Optical waveguide formed secondary line, in which the optical waveguide in the area the coupling point are reduced in diameter and firmly connected to each other.
Lichtwellenleiter werden seit einiger Zeit in Versuchsstrecken zur Übertragung von Signalen im fernmeldetechnischen Bereich eingesetzt. Sie ersetzen dabei den bs hier üblichen Kupferleiter und haben gegenüber demselben einige Vorteile. Der Lichtwellenleiter ist leichter als ein Kupferleiter und er kann in einem größeren Frequenzbereich betrieben werden. Außerdem ist die Übertragung durch Lichtwellen im Lichtwellenleiter von elektromagnetischen Einflüssen unabhängig. Da es bereits gelungen ist, Lichtwellenleiter herzustellen, mit denen die optischen Signale dämpfungs- und reflexionsarm iibertragen werden könneii, kommt der V erbi nd iings- und Abzweigtechnik eine große Bedeutung zu. An Verbindungs- und Abzweigstellen sollen nach Möglickeit keile so großen Verluste erzeugt werden, daß die Vor teile der verlustarmen Übertragung wieder aufgehoben werden. Dieses Problem gilt fir alle bekannten Lichtwellenleiter, insbesondere also auch für Gradienteniasern und Kern-Mantel-Fasern.For some time now, fiber optic cables have been used in test routes Transmission of signals used in telecommunications. You replace the usual copper conductors here and have some advantages over the same. The fiber optic cable is lighter than a copper cable and it can be used in a larger one Frequency range are operated. In addition, the transmission is by light waves in the fiber optic cable independent of electromagnetic influences. Since it already has succeeded in producing fiber optic cables with which the optical signals are attenuated and can be transmitted with little reflection, comes the union ing and branching technology is of great importance. At connection and branch points if possible wedges should be generated so large losses that the parts before the low-loss transmission can be canceled again. This problem applies to everyone known optical waveguides, in particular also for gradient lasers and core-cladding fibers.
Abzweigstellen im Verlauf von Lichtwellenleitern werden beispielsweise in optischen Daten- oder Signalverteilungsnetzen benötigt, wenn optische Signale nicht nur in der liauptrichtung sondern iiber abzweigende Lichtwellenleiter auch in Srebenrichtungen übertragen werden sollen. Dabei ist es gleichgültig, ob ein solches Netz in Sternform oder in Hingform aufgebaut ist.Junction points in the course of optical waveguides are for example Required in optical data or signal distribution networks when optical signals not only in the direction of flow but also via branching fiber optic cables are to be transmitted in the direction of the vines. It does not matter whether a such a network is constructed in a star shape or in a ring shape.
Die Güte des ganzen Netzes hängt wesentlich davon ab, daß neben einer einwandfreien Verbindungs- und Anschlußtechnik auch sichergestellt ist, daß an den Abzweigstellen keine zu großen Verluste auftreten.The quality of the whole network depends essentially on the fact that in addition to one flawless connection and connection technology is also ensured that the Branch points do not cause excessive losses.
Die Abzweigstellen von Lichtwellenleitern werden auch als "Koppler" bezeichnet. Für den Aufbau solcher koppler ist eine Reihe von Konstruktionen bekannt, wie sie in der Übersicht von W. meyer "Verzweigungseinrichtungen in mehrwelligen optischen Datennetzen" (Mikrowellen-Magazin 1978, Heft 2, Seiten 153 bis 157) zusammengestellt sind. Von besonderem Interesse sind wegen ihrer leichten Herstellbarkeit sogenannte Taper-Koppler, bei denen der Durchmesser der als Lichtwellenleiter verwendeten Glasfaser im Koppelbereich verjüngt wird. Nach einem Vorschlag von B. S. Kawasaki und K. O. Hill "Low-loss access coupler for multimode fiber distribution networks" (Applied Optics, Vol. 16 (1977), Seite 1794 f) werden für besonders leicht herstellbare Koppler dieser Art beispielsweise zwei Fasern übereinandergelegt, im Kreuzungsbereich bis zur Erweichung unter Zug erhitzt, so daß sich die Faserduchmesser im Kreuzungsbereich verjüngen, und dabei miteinander verschmolzen.The branches of fiber optic cables are also called "couplers" designated. A number of designs are known for the construction of such couplers, as described in the overview by W. Meyer "Branching devices in multi-shaft optical data networks "(Microwave Magazine 1978, Issue 2, pages 153 to 157) compiled are. Of particular interest are so-called because of their ease of manufacture Taper couplers, in which the diameter of the glass fiber used as the optical waveguide is tapered in the coupling area. Following a suggestion by B. S. Kawasaki and K. O. Hill "Low-loss access coupler for multimode fiber distribution networks" (Applied Optics, Vol. 16 (1977), page 1794 f) are particularly easy to manufacture couplers of this type, for example, two fibers placed one on top of the other, in the intersection area up to heated under tension to soften, so that the fiber diameter is in the intersection area rejuvenate, and thereby fused together.
Eine Kopplungsanordnung, wie sie eingangs beschrieben ist, geht ebenfalls aus der Druckschrift Kawasaki/Hill und aus der DE-OS 28 12 346 hervor. In Anwendung der bekannten Schmelztechnik werden hier zwei oder mehr parallel zueinander verlaufende Fasern in einem Berührungspunkt zunächst miteinander verschmolzen und dann unter nochmaliger Wärmezufuhr in diesem Bereich etwas a'isgezogen. Die auf diese Weise erzeugten, relativ preiswerten Koppler sind sehr verlustarm, wenn es sich bei allen eingesetzten Fasern um Kern-Aantel-Fasern handelt.A coupling arrangement as described at the beginning is also possible from the publication Kawasaki / Hill and from DE-OS 28 12 346. In use the well-known melting technique become two or more in parallel here fibers running towards one another are initially fused together at a point of contact and then a'isdrawn a little in this area with renewed supply of heat. the relatively inexpensive couplers produced in this way are very low-loss, though all fibers used are core-Aantel fibers.
Beim Einsatz von Gradientenfasern fiir solche Koppler ergeben sich hingegen hohe Verluste. Wegen der mit ihnen möglichen hohen L;bertragungsraten sind aber gerade Cradientenfasern für optische Signalvertei lungsnetze besonders interessant.The use of gradient fibers for such couplers results in however, high losses. Because of the high transmission rates possible with them But gradient fibers are particularly interesting for optical signal distribution networks.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kopplungsanordnung für Lichtwellenleiter anzugeben, die unter Einsatz der fiir die Übertragung besonders günstigen Gradientenfaser so niedrige Verluste hat, daß sie ohne wesentliche Beeinträchtigung des Wirkungsgrades in optischen Signalverteilungsnetzen einsetzbar ist.The invention is based on the object of a coupling arrangement Specify for fiber optic cables that are used for transmission especially cheap gradient fiber has so low losses that it is without significant impairment the efficiency can be used in optical signal distribution networks.
Diese Aufgabe wird bei einer Kopplungsanordnung der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß für die Hauptleitung eine Gradientenfaser und für die Nebenleitung bzw. Nebenleitungen Kern-;lantel-Fasern verwendet werden, und daß die numerische Apertur der Kern-Mantel-Fasern zumindest etwa gleich derjenigen der Gradientenfaser ist.In the case of a coupling arrangement, this task becomes the one described above Kind according to the invention solved in that a gradient fiber for the main line and core; sheath fibers are used for the secondary line or secondary lines, and that the numerical aperture of the sheath-core fibers is at least approximately equal to that is the gradient fiber.
Die Hauptleistung der zu übertragenden Lichtsignale wird von für die Hauptleitung bzw. Hauptleitungen verwendeten Gradientenfasern mit hoher Übertragungsrate gefiihrt. Da von den Kopplern aus durch die Nebenleitungen in der Regel nur noch kurze Strecken zu überbrücken sind, können hier auch größere Laufzeitverzerrungen in Kauf genommen werden, so daß für diese Nebenleitungen Kern-'lantel-Fasern trotz ihrer schlechteren Überragungsrate eingesetzt werden können. Ein Koppler zwischen Gradientenfaser und Kern-Mantel-Faser mit vergleichbarer numerischer Apertur hat gegenüber einem Koppler mit zwei gleichen Gradientenfasern geringere Verluste und ist auch wirtschaftlicher, da Kern-Aantel-Fasern billiger als Gradientenfasern sind.The main output of the light signals to be transmitted is used by for the Main line or main lines used gradient fibers with a high transmission rate guided. Since from the couplers through the secondary lines usually only Short distances to be bridged can also lead to larger delay time distortions be accepted, so that core'lantel fibers for these secondary lines in spite of their poor transfer rate can be used. A coupler between Gradient fiber and core-clad fiber with a comparable numerical aperture compared to a coupler with two identical gradient fibers lower losses and is also more economical as core-aantel fibers are cheaper than gradient fibers.
Im folgenden wird die Funktionsweise einer Kopplungsanordnung nach der Erfindung beispielsweise erläutert: infolge der Verjüngung des Faserquerschichtts der die llauptleitung darstellenden Gradientenfaser werden, beginnend bei den höheren Wellentypen, Kernwellen in Mantelwellen umgewandelt, da der Kern diesel beit wegen der Verjüngung nicht mehr zu führen vermag. Diese Mantelwellen bleiben nun nicht auf den Bereich des mantels der Gradientenfaser beschränkt, sondern durchdringen den gesamten koppel bereich der mi teinander gekoppelten Fasern, vorstellbar als Strahlen, die sich unter verschiedenen Winkeln zur Achse der Gradientenfaser bei Totalreflexion an der Grenzschicht zur Umgebung ausbreiten. Nach dem Verjüngungsbereich setzt eine langsame Vergrößerung der Querschnitte der verkoppelten Fasern ein. Wenn ein bestimmter Querschnitt überschritten wird, kann eine einfallende Mantelwelle in eine Kernwelle umgewandelt und in der betreffenden Faser geführt werden. Der Winkelbereich, unter dem die Mantelwellen an einer bestimmten Stelle auf den empfangenden Faserquerschnitt der sich verdickenden, abzweigenden Fasern auftreffen dürfen, um als Kernwellen weiter geführt zu werden, wird durch die numerische Apertur der Fasern bestimmt.The functioning of a coupling arrangement is described below the invention explained for example: as a result of the tapering of the fiber cross-layer of the gradient fiber representing the main line, starting with the higher ones Wave types, core waves converted into standing waves, because the core works diesel can no longer lead to rejuvenation. These mantle waves do not stay now limited to the area of the cladding of the gradient fiber, but penetrate it the entire coupling area of the interconnected fibers, imaginable as Rays that are at different angles to the axis of the gradient fiber Spread total reflection at the boundary layer to the environment. After the rejuvenation area a slow increase in the cross-sections of the coupled fibers begins. if If a certain cross-section is exceeded, an incident standing wave can occur converted into a core wave and guided in the relevant fiber. Of the Angular range under which the standing waves at a certain point on the receiving Fiber cross-section of the thickening, branching fibers may impinge to To be carried on as core waves, is due to the numerical aperture of the fibers certainly.
Bei Kern-riantel-Fasern ist die numerische Apertur an jedem Punkt des Kernquerschitts gleich groß, während sie bei Gradientenfasern von der Mitte zum Rand des Kernquerschnitts hin nach iiaßgabe der quadratischen irofilfunktion abnimmt.For Kern-riantel fibers, the numerical aperture is at every point of the core cross-section is the same, while in the case of gradient fibers it is from the center towards the edge of the core cross-section according to the output of the quadratic profile function decreases.
Dies bedeutet, daß eine Gradientenfaser am Hand nur weniger steil als in der Mitte einfallende strahlen in Kernteilen umwandeln kann. Diese Eigenschaft führt zu den hohen Verlusten, wenn gleiche Gradientenfasern miteinander gekoppelt werden, während ein Koppler aus gleichen Kern-Mantel-Fasern relativ verlustarm ist.This means that a gradient fiber on the hand is only less steep than rays incident in the middle can convert into core parts. This attribute leads to the high losses when the same gradient fibers are coupled to one another while a coupler made of the same core-clad fibers is relatively low-loss.
In der erfindungsgemäßen Ausbildung der Koppleraanordnung werden nun eine oder mehrere Kern-Mantel-Fasern in den Nebenleitungen als Empfangs-Fasern fiir die von der verjüngten Gradientenfaser angeregten Mantelwellen verwendet. in der durchgebenden Gradientenfaser verbleiben die Wellen, die n i' ciit in Mantelwellen umgewandelt werden. hinzu kommt der Teil der Mantelwellen, der von der : cli wieder verdickende Gradientenfaser aufgefaangen wird. Es ist zweckmäßig, den Kernquerschnitt der empfangenden Kern-Mantel-Fasern möglichst groß zu wälil en , iim die Auftreffwahrschei nlichkeit von fiantelwellen auf den Kernquerschnitt zu vergrößern. Der Querschnitt des Kerns der Kern-Mantel-Fasern i st bei einem Koppler nach der Erfindung daher vorzugsweise größer als der Querschnitt des Kerns der Gradientenfaser. Es sollen insbesondere Kern-Mantel-Fasern verwendet werden, bei denen das Verhältnis Kernquerschnitt zu Gesamtquerschnitt größer als das entsprechende Verhältnis der Gradientenfaser ist.In the embodiment of the coupler arrangement according to the invention are now one or more core-sheath fibers in the secondary lines as receiving fibers the sheath waves excited by the tapered gradient fiber are used. in the passing through Gradient fibers remain the waves, which n i 'ciit converted into sheath waves will. in addition, there is the part of the mantle waves that is thickened again by the: cli Gradient fiber is collected. It is useful to measure the core cross-section of the receiving Core-sheath fibers should be as large as possible, with the likelihood of impact of giant waves to enlarge the core cross-section. The cross section of the core the core-sheath fibers are therefore preferred in a coupler according to the invention larger than the cross section of the core of the gradient fiber. It should in particular Core-sheath fibers are used in which the ratio of core cross-section to Total cross-section is greater than the corresponding ratio of the gradient fiber.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawings shown.
Fig. 1 zeigt eine Kopplungsanordnung mit zwei Fasern. In Fig. 2 ist eine Kopplungsanordnung mit drei Fasern dargestellt.Fig. 1 shows a coupling arrangement with two fibers. In Fig. 2 is a coupling arrangement with three fibers is shown.
Mit 1 ist eine Gradientenfaser bezeichnet, deren Kern 2 im dargestellten Ausführungsbeispiel einen im Verhältnis zum Gesamtdurchmesser kleinen Querschnitt hat. Die Gradientenfaser 1 bildet die Hauptleitung in einem optischen Signalverteilungsnetz. Mit der Gradientenfaser 1 ist eine Kern-ilantel-Faser 3 gekoppelt, die in eine Nebenleitung führt und einen relativ großen Kern 4 aufweist. In Verlauf der mit A bezeichneten Koppelstelle sind die beiden Fasern 1 und 3 im Querschnitt verjüngt und fest miteinander verbunden. Der Grad der Auskopplung von Lichtenergie aus der Gradientenfaser 1 in die Kern-Mantel-Faser 3 ist abhängig von der Länge der Koppelstelle A und der Querschnittsverminderung der Fasern in dieser Koppelstelle.1 with a gradient fiber is referred to, the core 2 of which is shown in the Embodiment a small in relation to the overall diameter cross section Has. The gradient fiber 1 forms the main line in an optical signal distribution network. A core-sheath fiber 3 is coupled to the gradient fiber 1 and is fed into a secondary line leads and has a relatively large core 4. In the course of the designated with A. At the coupling point, the two fibers 1 and 3 are tapered in cross-section and firmly attached to one another tied together. The degree of coupling out of light energy from the gradient fiber 1 in the core-clad fiber 3 is dependent on the length of the coupling point A and the reduction in cross-section of the fibers in this coupling point.
Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 ist es auch möglich, zwei Kern-Mantel-Fasern 3 und 5 mit einer Gradientenfaser 1 zu koppeln. Die Herstellung der Koppelstelle A geschieht dabei auf gleiche Weise wie bei nur zwei Fasern. Prinzipiell können, wenn dies räumlich möglich ist, auch mehr als zwei Kern-rtantel-Fasern mit einer Gradientenfaser gekoppelt werden.As shown in FIG. 2, it is also possible to have two core-sheath fibers 3 and 5 to be coupled with a gradient fiber 1. The manufacture of the coupling point A happens in the same way as with only two fibers. In principle can, if this is spatially possible, also have more than two core-rtantel fibers be coupled to a gradient fiber.
Die Ilerstcllung des Kopplers aus Gradientenfaser und Kern-Mantel-Faser kann mit jedem geeigneten Verfahren erfolgen.The creation of the coupler from gradient fiber and core-clad fiber can be done by any suitable method.
Vorzugsweise werden die zwei (oder mehr) Fasern zunächst an einer Stelle durch Wärmezufuhr miteinander verschmolzen. Danach werden die Fasern unter gleichzeitiger Wärmezufuhr an der Verschmelzungsstelle auf Zug beansprucht, wodurch die Verschmelzungsstelle zur Koppelstelle A ausgezogen wird. Bei diesem Verfahren läßt sich der Durchmesser der Fasern in der Koppelstelle genauestens erfassen, so daß die gewünschten Abmessungen leicht erreicht werden können.Preferably, the two (or more) fibers are first attached to one Place fused together by applying heat. After that the fibers are under simultaneous supply of heat at the fusion point stressed on train, whereby the fusion point to the coupling point A is pulled out. In this procedure if the diameter of the fibers in the coupling point can be precisely determined, see above that the desired dimensions can be easily achieved.
Bei dem beschriebenen und auch in den Zeichnungen dargestellten Herstellungsverfahren liegen die Glasfasern in der Koppelstelle A parallel zueinander. Es ist jedoch auch möglich, die Glasfasern in der Koppelstelle miteinander zu kreuzen.In the manufacturing process described and also shown in the drawings the glass fibers in coupling point A are parallel to each other. However, it is too possible to cross the glass fibers in the coupling point.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: KABELMETAL ELECTRO GMBH, 3000 HANNOVER, DE |
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |