DE3005646C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Ver­ zweigungsglied nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung dieses Verzweigungsgliedes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Die Bedeutung der optischen Nachrichtentechnik mit Glasfaser-Lichtwellenleitern ist in den letzten Jahren ständig gewachsen. Dabei weitet sich das Spektrum der möglichen Anwendungen laufend aus. Optische Leitungen für den Telefonverkehr wurden bereits an verschiedenen Orten in Betrieb genommen. Erste Datenbussysteme mit Lichtleitfasern wurden installiert. Datenbussysteme dienen zur Übertragung von Daten zwischen verschiedenen Anschlußstellen, z. B. an Bord von Schiffen oder Flugzeugen, in der industriellen Prozeßsteuerung oder in Fernsehbildverteilnetzen.

Weiter werden Lichtleitfasern eingesetzt in Faserinterferometern zur extrem präzisen Messung von Schall, Temperatur oder Rotation (Faserkreisel).

Für Datenbussysteme finden vorzugsweise Multimode-Lichtleitfasern mit großem Kerndurchmesser und einem stufenförmigen Brechungsindexprofil Verwendung. Der Kerndurchmesser liegt beispielsweise bei 200 µm, der optische Mantel kann ein Plastikmaterial sein (z. B. Silikonkautschuk) oder ein relativ dünner Glasmantel (5-20 µm). In Datenbussystemen sind optische Verzweigungsglieder von großer Bedeutung. Derartige Glieder stellen den Anschluß eines Teilnehmers (oder einer Meßstelle) an die gemeinsame Leitung her (T-Koppler) oder verknüpfen die Leitungen der einzelnen Teilnehmer miteinander (Sternkoppler). Mit den beiden Verzweigertypen T-Koppler und Sternkoppler sind eine Vielzahl von kombinierten Netzstrukturen realisierbar.

Es gibt einige bekannte Möglichkeiten, optische Lichtverzweiger herzustellen. Von besonderem Interesse ist dabei das asymmetrische Verzweigungsglied. Dieses wird für eine verlustarme Einkopplung von Lichtsignalleistung eines oder mehrerer Teilnehmer in eine Faserleitung benötigt. Zur Herstellung eines asymmetrischen Verzweigungsgliedes müssen unterschiedliche Fasern als Leitungsfaser und als Teilnehmerfaser verwendet werden.

Bei einem Verzweigungsglied mit gleichen Fasern treten prinzipiell hohe Verluste bei der Einspeisung auf. Dies wird anhand eines Beispiels erläutert. In Fig. 1 ist ein Verzweiger mit Fasern gezeigt, der ähnlich wie ein konventioneller Strahlteiler aufgebaut ist. Faser A, B und C haben gleichen Kerndurchmesser und gleiche numerische Apertur.

Lichtleistung aus Faser A und Faser B wird in Faser C eingekoppelt. Durch das Reflexionsvermögen der Spiegelschicht D kann das Verhältnis der eingespeisten Leistung aus Faser A zu der an Faser B eingestellt werden; unabhängig davon gehen bei gleicher Leistung in Faser A und Faser B 50% der gesamten ankommenden Lichtleistung verloren, das entspricht 3 dB. Die Reduzierung dieser hohen Verluste ist von erheblichem Interesse.

In der deutschen Patentanmeldung P 29 42 318 ist bereits ein asymmetrisches Verzweigungsglied vorgeschlagen. Dabei werden zwei Lichtleitfasern mit verschiedenem Kerndurchmesser miteinander verschmolzen, z. B. eine Faser mit 200 µm und eine Faser mit 50 µm Kerndurchmesser. Die Faser mit 200 µm Kerndurchmesser dient als Übertragungsfaser, die Faser mit 50 µm Kerndurchmesser als Einspeisefaser. Die Verluste der dortigen Anordnung liegen bei wenigen Zehntel dB verglichen mit 3 dB für identische Fasern. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß jeder Verzweiger für sich durch Verschmelzen hergestellt werden muß.

Ein Verzweigungsglied gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist bekannt aus der US-39 36 141. Das dort beschriebene Verzweigungsglied enthält einen T-Koppler, der mehrere Ein- und/oder Ausgangsfasern an eine Übertragungsleitung ankoppelt, die aus mehreren Lichtleitfasern (Faserbündel) besteht. Der T-Koppler ist über Koppelstellen in die Übertragungsleitung eingefügt und mit den Ein- und/oder Ausgangsfasern verbunden. Diese Koppelstellen enthalten Glasstäbe, die eine Verteilung des zu übertragenden Lichts bewirken. Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß viele verlustbehaftete optische Übergangsstellen, z. B. zwischen den Fasern und den Glasstäben, vorhanden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, für eine rationelle Serienfertigung ein Verzweigungsglied anzugeben, das bei niedrigen Verlusten an Lichtleistung einfach aus fertigen Faserlängen aufgebaut werden kann. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verzweigungsglieds anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 5 angegebenen Merkmale. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand weiterer Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 2A eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 2B, 3 und 4 Querschnitte von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Faser 2 (Fig. 2A) an den Koppelstellen K 1, K 2.

Fig. 2A, B zeigen als Beispiel eine erfindungsgemäße Ausführung, Mit Faser 1 und Faser 3 ist die Übertragungsfaser vor und nach dem Verzweigungsglied bezeichnet. Faser 2 ist ein Faserstück im Verzweiger, dessen Querschnitt für eine Faser mit Kern und Mantel aus Glas in Fig. 2B skizziert ist. Wie zu sehen ist, besitzt Faser 2 einen nutförmigen Einschnitt, der so gestaltet ist, daß Faser 4 oder Faser 5, die auch als Ein- und/oder Ausgangsfasern bezeichnet werden, in diese Nut eingelegt werden können und der Abstand X in Fig. 2B etwa gleich dem Radius R der Faser 2 ist. Damit wird ein in Faser 4 ankommendes Lichtsignal verlustfrei in Faser 3 eingekoppelt; die an der Koppelstelle K 1 auftretenden Verluste lassen sich berechnen: für einen Kerndurchmesser von 200 µm für Faser 1, 2, 3 und einen Kerndurchmesser von 60 µm für Faser 4, 5 ergibt sich ein Verlust bei einer Manteldicke von 3 µm von 0,7 dB, bei einem Kerndurchmesser von 30 µm für Faser 4, 5 ein Verlust von 0,2 dB. Koppelt man wie Fig. 2A an der Koppelstelle K 1 eine Faser 5 analog zu Faser 4 an der Koppelstelle K 2 an, so kann ein Großteil der sonst verlorengehenden Lichtleistung als Empfangssignal genutzt werden.

Zur Herstellung der Faser 2 geht man von einer Preform aus, die die gleiche Form wie Faser 2 in Fig. 2B hat. Dazu wird in einen Glasstab einer Dicke von beispielsweise 6-10 mm eine Nut mit einer definierten Tiefe geschliffen oder gefräst. Für Fasern mit einem Plastikmantel kann dieser Stab dann direkt zu einer Faser ausgezogen werden, für Fasern mit Kern und Mantel aus Glas kann der Kern mit der eingeschliffenen Nut in ein Rohr aus Mantelglas gesteckt werden und das Mantelglas auf den Kern aufgeschmolzen werden. Danach muß diese Nut gegebenenfalls nachgearbeitet werden, um einen Querschnitt der Preform zu erzielen, der dem Querschnitt von Faser 2 nach Fig. 2B mit R = 3-5 mm entspricht. Alternativ kann eine Mantelschicht auf den Stab mit Nut auch beispielsweise durch Abscheiden aus der Gasphase aufgebracht werden. Anschließend wird die Preform zur Faser ausgezogen. Auf diese Weise können große Längen der Faser 2 aus einer Preform gezogen werden: Bei R = 5 mm (Preform) und R′ = 100 µm (Faser) erhält man aus einer 10 cm langen Preform eine Faserlänge von 250 m. Da für ein Verzweigungsglied nur Stücke der Faser 2 von einigen cm benötigt werden, kann eine sehr große Menge Faserstücke für Verzweigungsglieder aus einer ausgezogenen Preform erhalten werden. Das Herstellen des Verzweigungsgliedes aus den gezogenen Fasern 2 und 4 (5) kann auf sehr einfache Weise durchgeführt werden: Möglichkeit 1: Abschneiden von Faser 2, 4, 5 von den Rollen, Einbetten von Faser 2 und 4 und Faser 2 und 5 in Steckerstifte und Bearbeiten der Enden der Steckerstifte wie für einzelne runde Fasern. Möglichkeit 2: Faser 2 und 4 werden gemeinsam an Faser 3 angespleißt, ebenso Faser 2 und Faser 5 an Faser 1. Der Spleiß kann beispielsweise mit einem Lichtbogen ausgeführt werden.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für Querschnittsformen von Faser 2, für die Einspeisung eines oder mehrerer Teilnehmer.

Claims (8)

1. Optisches Verzweigungsglied mit Fasern verschiedener Durchmesser, bestehend aus

• - einer Übertragungsfaser (1, 3), in der eine optische Nachrichtenübertragung möglich ist,
• - mindestens einer Ein- und/oder Ausgangsfaser (4, 5) sowie
• - einem faseroptischen T-Koppler, welcher in die Übertragungsfaser (1, 3) eingekoppelt ist, welcher die Ein- und/oder Ausgangsfaser (4, 5) enthält und welcher eine Nachrichtenübertragung zwischen der Ein- und/oder Ausgangsfaser (4, 5) und der Übertragungsfaser (1, 3) ermöglicht,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Übertragungsfaser (1, 3) einen wesentlich größeren Durchmesser besitzt als die Ein- und/oder Ausgangsfasern (4, 5),
• - daß der T-Koppler ein Faserstück (2) enthält, das in die Übertragungsfaser (1, 3) eingefügt ist, dessen Durchmesser demjenigen der Übertragungsfaser (1, 3) entspricht und daß über seine ganze Länge entlang der Mantellinien mindestens einen nutförmigen Einschnitt aufweist, dessen Querschnitt an diejenigen der Ein- und/oder Ausgangsfasern (4, 5) angepaßt ist,
• - daß die Ein- und/oder Ausgangsfasern (4, 5) in den Einschnitt des Faserstücks (2) derart eingeführt und befestigt sind, daß die Endflächen der Ein- und/oder Ausgangsfasern (4, 5) mit den zugehörigen Endflächen des Faserstücks (2) fluchten und daß die Ein- und/oder Ausgangsfasern (4, 5) seitlich aus dem Einschnitt heraustreten und
• - daß der nutförmige Einschnitt so ausgebildet ist, daß der Abstand (X) zwischen der Längsachse des Faserstücks (2) und dem aus dem Einschnitt herausweisenden Rand der Ein- und/oder Ausgangsfasern (4, 5) ungefähr gleich dem Radius (R) des Faserstücks (2) ist.

2. Optisches Verzweigungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserstück (2) einen kreisförmigen Querschnitt mit einem oder mehreren v-förmigen oder u-förmigen Einschnitt(en) aufweist und daß die in den (die) Einschnitt(e) eingelegte(n) dünne(n) Ein- und/oder Ausgangsfaser(n) (4 bis 8) den Querschnitt des Faserstücks (2) zu einem Kreis ergänzt (ergänzen).

3. Optisches Verzweigungsglied nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserstück (2) mit den eingelegten Ein- und/oder Ausgangsfasern (4 bis 8) in die Übertragungsfaser (1, 3) eingefügt ist mittels Koppelstellen (K 1, K 2), die als optische Steckverbindungen ausgebildet sind.

4. Optisches Verzweigungsglied nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserstück (2) mit den eingelegten Ein- und/oder Ausgangsfasern (4 bis 8) in die Übertragungsfaser (1, 3) eingefügt ist mittels Koppelstellen (K 1, K 2), die als optische Spleißverbindungen ausgebildet sind.

5. Verfahren zur Herstellung eines optischen Verzweigungsglieds nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Preform ein Glasstab einer Dicke von 6 bis 10 mm verwendet wird, in den eine Nut entlang einer Mantellinie geschliffen oder gefräst wird, und daß die Preform anschließend zu einer Faser ausgezogen wird, die in Faserstücke (2) zerschnitten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Preform vor dem Ziehen in ein Rohr aus Mantelglas gesteckt wird, daß das Mantelglas aufgeschmolzen wird und daß die Nut gegebenenfalls nachgearbeitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ziehen eine Mantelschicht durch Abscheiden aus der Gasphase auf die Preform aufgebracht wird.