DE2951020C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrostrahlteiler nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1. Ein solcher Mikrostrahlteiler ist beispielsweise aus der US-PS 41 30 345 bekannt.

In den letzten Jahren wurden in der Entwicklung von optischen Nachrichtensystemen große Fortschritte erzielt. Erste optische Versuchsstrecken über Längen von mehreren Kilometern wurden bereits an vielen Stellen installiert. Neben diesen Weitver­ bindungen zur Übertragung von Nachrichten gibt es eine Reihe von Anwendungen über kürzere Distanzen:

Meßeinrichtungen zur Steuerung von Prozessen in Fabriken oder Elektrizitätswerken, Datenübertragung auf Schiffen oder Flug­ zeugen oder zwischen Rechnereinheiten. Sowohl für die Weitverbindungen als auch in besonderem Maße für Datenbussysteme sind optische Bauteile von erheblichem Inter­ esse, mit denen Licht aus einzelnen Übertragungsleitungen inein­ ander übergekoppelt werden kann.

In der konventionellen Optik werden zum Aufteilen von Lichtbündeln Strahlteiler verwendet. Da­ bei handelt es sich meistens um zwei rechtwinklige Pris­ men, die mit ihren Hypotenusen verkittet sind. Eine der Hypotenusenflächen ist in der Regel mit einer dielektri­ schen oder metallischen, teilweise reflektierenden Spie­ gelschicht versehen. Es gibt eine Reihe von Versuchen, dieses Strahlteilerprinzip auch für die Aufteilung von Licht aus Lichtleitfasern anzuwenden.

Eine Möglichkeit ist in der DE-OS 27 48 921 be­ schrieben. Hierbei ist die Lichtleitfaser in eine Glas­ kapillare eingebettet, unter 45° zur Achse geschnitten, die Schnittfläche poliert und mit einer teildurchlässigen Spiegelschicht versehen. Der aus der Faser herausgespie­ gelte Anteil des Lichtes fällt hier auf eine Photodiode.

In einer anderen Druckschrift (Y. Suzuki and H. Kashiwagi: Concentrated-type directional coupler for optical fibers, Appl. Opt., 15, (1976), pp. 2032-2033) wird ein Mikroprisma mit einer Kantenlänge von 180 µm zur Aufteilung des Lichtes ver­ wendet.

Ferner ist aus der DE-OS 27 23 972 ein Mikrostrahlteiler be­ kannt, der aus zwei rechtwinkligen Prismen besteht, die mit ihren teilweise reflektierenden Hypotenusen miteinander ver­ kittet sind.

Bei allen diesen Beispielen ist als Hauptschwierigkeit zu sehen, daß das in den Fasern geführte Lichtbündel nur einen kleinen Durchmesser hat. Im Falle einer typischen Gradientenfaser be­ trägt der Kerndurchmesser, in dem das Lichtbündel geführt wird, typischerweise 50 bis 80 µm. Ohne Abbildungsoptik liegen dann die zulässigen Abstände zwischen zwei Fasern für Verluste unter 0,5 dB zwischen 75 µm und 120 µm. Die Kantenlänge eines Strahl­ teilerprismas darf dann ebenfalls nur 75 µm bis 120 µm betragen. Verwendet man Linsen zur Strahlaufweitung, wird der zulässige Abstand, und damit die Kantenlänge des Prismas zwar größer; dies wird jedoch mit zusätzlichem Justieraufwand und erheblich ver­ ringerten Winkeltoleranzen erkauft.

Aus der gattungsgemäßen US-PS 41 30 345 ist schließlich ein Strahlteiler bekannt, der zwischen den Hypotenusen zweier großer sich zu einem Quader ergänzenden rechtwinkliger Prismen angebracht ist, die ihrerseits als Halterung für die Lichtwellenleiter dienen. Dieser Strahlteiler ist als große, teildurchlässige, jedoch leicht zerbrechliche Platte ausgebildet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Mikrostrahlteiler der ein­ gangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei einfachem Aufbau des Mikro­ strahlteilers dessen zuverlässige Justierung und mechanische Stabilität gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dem Patentanspruch 1 zu entnehmen. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Aus­ führungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung.

Der erfindungsgemäße Aufbau eines Mikrostrahlteilers wird im folgenden anhand der Figur mit einem Beispiel beschrieben. Als optische Einrichtungen werden hier Gradientenfasern mit einem Kerndurchmesser von 50 µm verwendet. Der Außendurchmesser der Fasern sei 60 µm. Man ordnet nun drei Fasern 1, 2, 3 gemäß der Figur an (z. B. in V-Nuten), wobei die Stirnflächen 4 plan sind.

Als Folge des geringen Außendurchmessers der Fasern von 60 µm können die Fasern vorteilhafterweise mit einem Ab­ stand A von nur etwa 60 µm zueinander fixiert werden, wo­ durch die Verluste infolge der Aufweitung des Lichtbündels außerhalb der Fasern relativ klein sind. Anstelle einer Faser mit einem Außendurchmesser von nur 60 µm kann auch eine Faser mit einem Außendurchmesser von etwa 130 µm, wie sie üblicherweise in der optischen Nachrichtentechnik verwendet wird, benutzt werden, diese Faser wird dann im Durchmesser auf etwa 60 µm im Bereich der Koppelstelle verkleinert, zum Beispiel durch Abätzen des Fasermantels von 130 auf 60 µm. In jedem Fall kann ein Abstand A von etwa 60 µm erhalten werden. Aus diesem kleinen Abstand resultieren Verluste für die Überkopplung von Faser 1 nach Faser 2 von etwa 0,4 dB, wenn sich zwischen den Fasern ein Medium mit etwa gleichem Brechungsindex befindet. Diese bereits geringen Verluste können weiter vermindert werden:

• a) durch ein Medium mit größerem Brechungsindex im Bereich zwischen Faser 1 und 2;
• b) durch Mikrolinsen, z. B. durch Rundschmelzen der Faserenden der Fasern 1, 2, 3 bei gleich­ zeitig höherem Brechungsindex der Fasern gegenüber dem Medium im Freiraum zwischen den Fasern 1 und 2.

Zum erfindungsgemäßen Aufbau des Mikrostrahlteilers wird nun in den Bereich zwischen den Fasern 1, 2, 3 eine Platte 5, wie in der Figur gezeigt, eingebracht.

Die erfindungsgemäße Lösung benützt eine Platte 5, die in der Dicke etwa den Abmessungen der Lichtleitfaser entspricht, also etwa 60 µm bis 200 µm dick ist. In den anderen beiden Dimen­ sionen dagegen können die Maße der Platte 5 so vergrößert werden, daß diese relativ mühelos gehand­ habt werden kann. Verwendet man eine rechtwinklig-gleich­ schenklige Platte, so kann die Kathetenlänge beispiels­ weise zwischen 5 mm und 1 cm liegen. Dabei werden hohe Anforderungen an die Flächenpolitur der Seiten 6 und 7 und an die Kantenschärfe nur in dem quadratischen Bereich zwischen den Fasern 1, 2, 3 mit den Abmessungen 60 µm × 60 µm gestellt.

Wegen der geringen Dicke der Platte 5 können mehrere Platten in großer Anzahl zusammen geschliffen und poliert werden. Die Fläche 6 wird im allgemeinen anschließend mit einer dielektrischen oder metallischen, teilweise reflek­ tierenden Spiegelschicht bedampft werden; auch hier kann eine große Anzahl von Platten gleichzeitig verspiegelt werden.

Für den Aufbau des Mikrostrahlteilers werden zum Beispiel die Fasern 1, 2, 3 auf einer gemeinsamen Ebene fixiert, zum Beispiel in V-Nuten. In den freien Raum zwischen den Fasern wird dann wie in der Figur die Platte 5 eingeschoben. Anschließend wird der freie Raum zwischen den Faserstirn­ flächen (60 µm × 60 µm) mit einem durchsichtigen Material ausgefüllt. Als verwendbare Materialien kommen beispielsweise Epoxydharz, Silikon­ kautschuk, optische Kitte, Glaslote in Betracht.

Claims (9)

1. Mikrostrahlteiler zwischen drei gleichartigen Licht­ leitfasern, deren Außendurchmesser vorzugsweise 60 µm be­ trägt, welcher die Lichtenergie aus der ersten Lichtleit­ faser auf die gegenüber der ersten Lichtleitfaser gelegene, parallel zu dieser angeordnete, zweite Lichtleitfaser sowie auf die dritte Lichtleitfaser aufteilt, die senkrecht zu der ersten und zweiten Lichtleitfaser angeordnet ist und mit ihrer Stirnfläche an die Stirnflächen der ersten und zweiten Lichtleitfaser angrenzt und welcher als teildurch­ lässige, ebene Schicht ausgebildet ist, die senkrecht auf der von den Lichtleitfasern aufgespannten Ebene steht und den rechten Winkel zwischen der zweiten und der dritten Lichtleitfaser halbiert, dadurch gekennzeichnet, daß die teildurchlässige, ebene Schicht von der ersten Seite (6) einer lichtdurchlässigen, prismatischen Platte (5) mit dreieckigem Querschnitt getragen wird, deren Boden- und Deckfläche (8) senkrecht zu der teildurchlässigen, ebenen Schicht und damit parallel zu der von den Lichtleitfasern (1-3) aufgespannten Ebene, außerhalb der Stirnflächen (4) der Lichtleitfasern (1-3) verlaufen, deren zweite Seite (7) senkrecht zur optischen Achse der zweiten Lichtleitfaser (2) unmittelbar neben deren Stirnfläche (4) verläuft und damit zur ersten Seite (6) hin einen Öffnungswinkel von 45° aufweist, und deren dritte Seite zur besseren Justierung der teildurchlässigen, ebenen Schicht wenigstens fünf Millimeter von der Stirnfläche (4) der dritten Licht­ leitfaser (3) entfernt ist.

2. Mikrostrahlteiler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Platte (5) zwischen 60 µm und 200 µm dick ist, daß ihre Boden- und Deckfläche (8) die Form eines rechtwinkligen Dreiecks haben, und daß die teildurch­ lässige, ebene Schicht zwischen den Hypothenusen der beiden Dreiecke verläuft.

3. Mikrostrahlteiler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die teildurchlässige, ebene Schicht auf­ gedampft ist und eine metallische oder dielektrische Spiegelschicht bildet.

4. Mikrostrahlteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern (1-3) und die Platte (5) mit einem durchsichtigen Material miteinander vergossen sind.

5. Mikrostrahlteiler nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtleitfasern (1-3) Gradientenfasern mit einem Kerndurchmesser von 50 µm und einem Außendurchmesser von 60 µm verwendet werden, daß die Stirnflächen (4) dieser Gradientenfasern plan sind und daß die Gradientenfasern in einem Abstand (A) von etwa 60 µm zueinander fixiert sind.

6. Mikrostrahlteiler nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außendurchmesser der Gradientenfasern etwa 130 µm beträgt und im Bereich der Stirnflächen bis auf 60 µm verkleinert ist.

7. Mikrostrahlteiler nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den freien Raum zwischen den Licht­ leitfasern (1-3) ein lichtdurchlässiges Medium mit einem größeren Brechungsindex als derjenige der Lichtleitfasern (1-3) eingebracht ist.

8. Mikrostrahlteiler nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stirn­ flächen (4) und dem als Mikrostrahlteiler verwendeten Bereich der Platte (5) zusätzlich Mikrolinsen eingefügt sind.

9. Mikrostrahlteiler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Mikrostrahlteiler Lichtenergie aufteilt, die in einem Halbleiterlaser erzeugt wurde.