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Optischer Baustein für Multipleser/DemnltiDleser.
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Die Erfindung betrifft einen optischen Baustein für Multiplexer/Demultiplexer
nach dem Strahlteilerprinzip für mehrkanalige Nachrichten- oder Datenübertragung
in optischen Einzel-Lichtwellenleiter-Systemen.
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Ein derartiger Baustein als selektive Aus-(Ein-)Eoppelkaskade ist
bereits bekannt ("Electronics Letters", 5. Juli 1979, Vol.15, Nr.14, Seiten 414
und 415).
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Der dort beschriebene Baustein ist technologisch recht kompliziert.
Je Wellenlängen-Kanal wird eine Gradientenindex-Linse benutit, die teuer ist und
zudem insbesondere im Fall eines Nultiplexers exakt Justiert werden muß. Weiterhin
muß ae Kanal ein spezielles dichroitisches Filter hergestellt werden, da die Strahlquerschnitte
im Trennbereich mehrere Millimeter groß sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Baustein
der eingangs genannten Art technologisch einfacher zu gestalten und damit kostengünstiger
herstellen zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Lichtwellenleiter
auf einen gestreckten Wickelkörper zu einer Spule aufgewickelt und in dieser Lage
fixiert ist und daß der Strahlteiler zumindest auf einer Spulenseite die nebeneinanderliegenden
Lichtwellenleiter-Wicklungen schneidet und als ganten-Verlaufsfilter ausgebildet
ist, bei dem die Wellenlänge E der Filterkante senkrecht zu den Wicklungen mit dem
Ort
verschoben ist. Der Strahlteiler kann die Lichtwellenleiter
unter vorzugsweise 450, aber auch unter anderen Winkeln, insbesondere größeren,
schneiden. Zum Fixieren wird die Spule vorteilhaft in eine optisch transparente
Vergußmasse eingebettet. Um das Zusammenfügen dieses Bausteins mit den restlichen
Komponenten eines Nultiplexers /Demultiplexers weiter zu vereinfachen, ist vorgesehen,
daß die Vergußmasse parailel zu der durch die Achse der Lichtwellenleiter-Wicklungen
im Bereich des Strahlteilers aufgespannten Ebene eine polierte Planfläche aufweist,
deren Abstand von der Ebene der Lichtwellenleiter-Wicklungen klein ist.
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Zu einem ersten kompletten Demultiplexer wird dieser Baustein einfach
dadurch erweitert, daß eine Detektorzeile direkt aufgesetzt ist, wobei der Abstand
benachbarter Detektorflächen dem Abstand zweier Lichtwellenleiter-Wicklungen entspricht.
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Zur Verbesserung der Nebensprechdämpfung ist in Weitere.
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bildung der Erfindung vorgesehen, daß zwischen der Spule und der Detektorzeile
ein Bandpaß-Verlaufsfilter angeordnet ist. Insgesamt ergibt sich somit unter Verwendung
des erfindungsgemäßen optischen Bausteines ein einfacher Demultiplexer, bei dem
durchweg mit einer Lichtführung in Lichtwellenleitern gearbeitet wird, so daß Kollimations-
und Fokussierungslinsen entfallen. Für die Kanaltrennung ist darüber hinaus nur
noch ein einziges Kanten-Verlaufsfilter und gegebenenfalls ein Bandpaß-Verlaufsfilter
notwendig. Durch den Wegfall der aufwendigen Linsen und dadurch, daß für alle Strahlteiler
nur noch ein einziges gemeinsames Filter nötig ist, verringert sich rauch der Justieraufwand
bei der Herstellung erheblich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist
vorgesehen, daß im Bereich des Strahlteilers Je Wicklung ein weiterer Lichtwellenleiter
unter dem durch den Strahlteiler festgelegten Reflexionswinkel stumpf anstößt. Dabei
ist es ebenfalls möglich, daß sich zwischen der Spule und den weiteren Lichtwellenleitern
ein Bandpaß-Verlaufsfilter anordnen läßt. Zur mechanischen Stabilität dieser weiteren
Lichtwellenleiter und damit des gesamten Bausteines ist es vorteilhaft, für die
weiteren Lichtwellenleiter einen Halteblock vorzusehen. Der Halteblock kann dadurch
gebildet werden, daß die weiteren Lichtwellenleiter nach ihrer Justierung an der
Spule in Vergußmasse eingebettet werden. Ebenso ist es vorteilhaft auch möglich,
den Halteblock aus einem Grundkörper zu bilden, in den Führungsgräben für die weiteren
Lichtwellenleiter mit dem gewünschten Abstand vorgesehen sind, die Lichtwellenleiter
einzulegen und anschließend mit einem Deckel zu fixieren. Der gesamte so gebildete
Block kann dann nach dem Justieren mit der Spule durch optischen Kleber fest verbunden
werden.
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In Weiterbildung der Erfindung sind zur einfachen Herstellung eines
Bausteines folgende Verfahrensschritte nötig: Zunächst wird auf einen langgestreckten
Wickelkörper ein Lichtwellenleiter zu einer Spule aufgewikkelt und fixiert. Diese
Spule wird in zwei Teile getrennt. AnschlieOend werden die Trennflächen optisch
poliert. Im Bereich der Schnittebene wird auf eine dieser Trennflächen e in ein
Kanten-Verlaufsfilter aufgedampft.
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Zum Schluß werden beide Teile mit optischem Kleber wieder so zusammengefügt,
daß die Achsen der Lichtwellenleiter fluchten. Das optische Element ist damit einsatzbereit.
Es kann nun unmittelbar an eine Sendedioden- bzw. Detektorzeile angeschlossen werden
und somit einen Multiplexer bzw. Demultiplexer bilden, möglicher-
weise
unter Zwischenschalten eines Bandpaß-Verlaufsfilters. Es kann ebenso mit einer der
Anzahl der Wicklungen entsprechenden Anzahl weiterer Lichtwellenleiter verbunden
werden. An diese weiteren Lichtwellenleiter können dann entweder Sendedioden angeschlossen
werden -damit ergäbe sich ein Multiplexer - oder einzelne Detektorflächen einer
Detektoranordnung - damit ergäbe sich wieder ein Demultiplexer.
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Im folgenden werden anhand von fünf Figuren Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Bausteines sowie seine Herstellung und weitere Ausbildung zum
Multiplexer/Demultiplexer beschrieben und erläutert. Dabei zeigen: Fig.1 einen Schnitt
durch einen optischen Baustein, Fig.2 die Verbindung dieses Bausteins mit einer
Detektor-Anordnung zu einem Demultiplexer, Fig. 3 die Anordnung gemäß Fig. 2 in
perspektivischer Darstellung, Fig.4 Verbindungen des Bausteines nach Fig.1 mit abzwei-und
5 genden bzw. einmündenden Lichtwellenleitern.
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Fig.1 zeigt im Schnitt einen Wickelkörper 1, der bei dem fertigen
Baustein aus den beiden Teilen lt und 1 zusammengesetzt ist. Dieser Wickelkörper
kann beispielsweise aus Kunststoff gegossen sein. Auf den Wickelkörper ist ein Lichtwellenleiter
2 zu einer Spule aufgewickelt. Der Krümmungsradius dieser Spule sollte größer als
5 mm sein, damit es nicht zu merkbaren Verlusten innerhalb dieser Spule kommt. Der
Körper 1 mit dem aufgewickelten Lichtwellenleiter 2 ist in eine optisch transparente
Vergußmasse 3 mit den beiden Teilen 3' und 3"
eingebettet. Mit 4
ist die Trennfläche bezeichnet, die den Baustein in zwei Teile unterteilt und dabei
in diesem Ausführungsbeispiel die Windungen des Lichtwellenleiters 2 unter y = 450
schneidet. Zur wellenlängenselektiven Aus- bzw. Einkopplung wird eine Trennfläche
im Bereich der in der Figur rechts dargestellten Spulenhälfte mit einem Kanten-Verlaufsfilter
6 bedampft. Bei diesem Kanten-Verlaufsfilter 6 ändert sich die Wellen-Iänge A g
der Filterkante in der Filterebene senkrecht zu den Lichtwellenleiter-Achsen, d.h.
die Filterkante verschiebt sich von Windung zu Windung zu immer größeren Wellenlängen.
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Mittels eines optischen Klebers 5 werden die beiden Teile wieder fest
miteinander verbunden, wobei darauf zu achten ist, daß die Achsen entsprechender
Lichtwellenleiter-Windungen fluchten.
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Parallel zu den durch das Kanten-Verlauf sfilter getrennten Lichtwellenleiter-Windungen
weist die Vergußmasse 3 eine polierte Planfläche 7 auf. Dabei ist der Abstand d
dieser Fläche 7 von den benachbarten Lichtwellenleiter-Mänteln sehr klein gewählt,
da das Licht von dem unter 450 zu den Lichtwellenleiter-Windungen stehenden Kanten-Verlaufsfilter
6 divergent unter dem Lichtwellenleiter-Akeeptanswinkel i abgestrahlt wird und möglichst
ohne Verluste auf eine Detektorfläche oder in einen weiterführenden Lichtwellenleiter
übergekoppelt werden soll.
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In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel, das hier nicht näher dargestellt
ist, könnte die Vergußmasse soweit heruntergeschliffen werden, daß die Fläche 7
mit der Oberfläche der Lichtwellenleiter-Mäntel zusammenfällt, d.h. der Abstand
d gleich Null wird. Weitere Elemente wie Detektoren oder Lichtwellenleiter können
dann
direkt an die Oberfläche der Windungen anstoßen.
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Fig.2 zeigt die Erweiterung des in Fig.1 dargestellten Bausteines
zu einem Demultiplexer. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Auf die Fläche 7 des Bausteines ist zusätzlich ein Bandpaß-Verlaufsfilter 8 aufgedampft,
bei dem sich die Wellenlänge der Transmissionsmaxima senkrecht zur Zeichenebene
derart mit dem Ort ändert, daß bei Jeder Lichtwellenleiter-Windung das Transmissionsmaximum
im Bereich der Wellenlänge eines anderen zu übertragenden Kanals liegt. Auf das
Verlaufsfilter 8 ist mittels eines optischen Elebers eine Fotodetektorzeile 9 mit
den fotoempfindlichen Detektorflächen 10 aufgeklebt. Diese Detektorfläche 10 ist
entsprechend der durch den Akzeptanzwinkel 0< und den Abstand d festgelegten
Fleckgröße zu wählen. Bei der Fotodetektorzeile 9 kann es sich um eine monolithisch
integrierte Anordnung oder auch um eine Zusammenfügung einzelner Detektoren handeln.
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Insgesamt ergibt dieser Aufbau einen Demultiplexer mit einer Kaskadenstruktur.
Wird beispielsweise, wie durch den Pfeil 11 angedeutet, Licht mehrerer Wellenlängen
in den Lichtwellenleiter 2 eingespeist, so wird beim Durchlaufen dieses Lichtes
durch die Lichtwellenleiter-Spule in jeder Windung durch die unterschiedlichen Kanten-Verlaufsfilter
eine bestimmte Wellenlänge in Richtung auf den Detektor 9 herausreflektiert, wie
durch den Pfeil 12 angedeutet, und der Rest des Lichtes in der Spule weitergeführt.
Unter Umständen kann sogar - wie durch den Pfeil 13 angedeutet - ein Teil des bei
11 eingespeisten Lichtes die Spule wieder verlassen. Auf diese Art und Weise können
beispielsweise aus einem mehrkanaligen Ubertragungssignal durch einen ersten Demultiplexer
nur bestimmte Kanäle herausgefil-
tert werden und die übrigen über
eine weitere Ubertragungsstrecke zu einem weiteren Demultiplexer geführt werden.
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Die Schnittdarstellung der Fig.2 macht noch einmal die Vorteile des
erfindungsgemäßen Bausteines deutlich. Das Licht wird vom Einspeisen in den Demultiplexer
bis zum abschließenden Detektor ausschließlich in Lichtwellenleitern geführt. Zusätzliche
Fokussierungs- oder Eollimationslinsen und damit verbundene aufwendige Justiervorgänge
entfallen vollstandig, Der Baustein ist in seinem Aufbau einfach und in der Herstellung
kostengUnstig. Wenn man zumindest zwei Außenflächen der Vergußmasse als Bezugsflächen
ausbildet, lassen sich die beiden Hälften nach der Trennung und dem Aufdampfen des
Kanten-Verlauf sfilters selbstjustierend an zwei nicht dargestellten Hilfsschienen
zusammenfügen. Eine weitere Justierung ist dann nicht nötig.
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Fig.3 zeigt den Demultiplexer gemäß der Fig.2 in perspektivischer
Darstellung. Die Detektorzeile 9 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus sieben
Einzeldetektoren. Der Abstand D der Detektorflächen zueinander muß dabei dem Abstand
zweier benachbarter Lichtwellenleiter-Windungen entsprechen. Sowohl bei dem Xanten-Verlaufsfilter
6 als auch bei dem Bandpaß-Verlaufsfilter 8 ändert sich die Filtereigenschaft mit
dem Ort x.
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Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Demultiplexers, bei
der im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß den Fig.2 und 3 die Detektoranordnung
nicht unmittelbar auf die Fläche 7 aufgebracht ist. In diesem Ausführungsbei spiel
schließt an die Fläche 7 mit dem Bandpaß-Verlaufsfilter 8 ein Halteblock 15 mit
abzweigenden Lichtwellenleitern 16 an. Dabei entspricht die
Anzahl
dieser abzweigenden Lichtwellenleiter 16 der Anzahl der zu trennenden Kanäle. Die
Lichtwellenleiter 16 sind in einer Ebene senkrecht zur polierten Planfläche 7 und
senkrecht zur Zeichenebene angeordnet. Ihr Abstand entspricht dem Abstand benachbarter
Lichtwellenleiter-Windungen. Der Halteblock 15 ist mit dem erfindungsgemäßen Baustein
beispielsweise durch optischen Kleber fest verbunden. An die freien Enden der abzweigenden
Lichtwellenleiter 16 schließen sich dann wieder hier nicht dargestellte Fotodetektoren
an. Eine ebenso mögliche Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels bestünde darin,
daß das Bandpaß-Verlaufsfilter 8 auf der Fläche 7-weggelassen und statt dessen direkt
vor den Fotodetektoren angeordnet wäre.
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Die abschließende Fig.5 zeigt einen Multiplexer. Der Aufbau dieses
Multiplexers entspricht fast vollständig dem des in Fig.4 dargestellten Demultiplexers.
Es entfällt lediglich das Bandpaß-Verlaufsfilter. Außerdem sind die Lichtflußrichtungen
entgegengesetzt zu denen des Demultiplexers, wie durch die Pfeile 20 bis 23 angedeutet
ist. Bei dem Multiplexer sind die einmündenden Lichtwellenleiter 16 an ihren freien
Enden jeweils mit einem Sender, beispielsweise einer Lumineszenzdiode, verbunden.
Jeder Sender ist dabei auf eine andere Wellenlänge eingestellt.
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9 PatentansprLiche 5 Figuren
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