DE3819811A1 - T-koppler fuer lichtwellenleiter - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem T-Koppler für Lichtwellenleiter nach Gattung des Hauptanspruchs. Aus dem Fachbuch, Ralf Th. Kersten, "Einführung in die optische Nachrichtentechnik", Springer-Verlag, 1983, S. 393-395, sind T-Koppler bekannt. Gemäß einem ersten prin­ zip werden die Mäntel von Lichtwellenleitern entfernt und die ver­ bleibenden Lichtwellenleiterkerne verkoppelt. Dies ist beispielswei­ se durch eine Kreuzung der Lichtwellenleiterkerne unter einem be­ stimmten Winkel oder durch eine Parallelführung der beiden Kerne über eine bestimmte Strecke erreichbar. Da nur der Mantel bearbeitet wird, unterbricht ein derartiger T-Koppel die optische Übertragungs­ strecke nicht. Als schwerwiegender Nachteil ist die starke Modiab­ hängigkeit der beiden Kopplerprinzipien angegeben. Hohe Modi werden bevorzugt übergekoppelt. Ein modusabhängiger Auskoppelwirkungsgrad macht sich besonders störend bei Übertragungsstrecken bemerkbar, die mehrere T-Koppler enthalten. Hohe Modi werden bereits durch den er­ sten Koppler ausgekoppelt, so daß der Wirkungsgrad des zweiten Kopp­ lers verringert ist.

Gemäß einem anderen Prinzip ist eine Unterbrechung des Lichtwellen­ leiters vorgesehen. An der Unterbrechungsstelle wird beispielsweise ein teildurchlässiger Spiegel oder beispielsweise ein Prisma ange­ ordnet.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße T-Koppler für Lichtwellenleiter weist den Vor­ teil auf, daß ohne Unterbrechung der optischen Hauptübertragungs­ strecke eine Signalein- und/oder Signalauskopplung möglich ist, wo­ bei eine Bevorzugung höherer Modi entfällt. Erfindungsgemäß ist das Einbringen von Kerben in den Lichtwellenleiterkern vorgesehen. Das im Lichtwellenleiterkern geführte Licht wird an einer der beiden Seiten der Kerbe in eine Richtung im wesentlichen quer zur Lichtwel­ lenleiterachse reflektiert und kann somit den Kern durch den Mantel verlassen. Auf umgekehrtem Wege ist eine Signaleinkopplung möglich.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen T-Kopplers ist die sehr geringe Ausfallwahrscheinlichkeit der optischen Ubertragungs­ strecke, da eine Störung im T-Koppler oder in der Abzweigung, bei­ spielsweise ein Ausfall eines optischen Bauelements durch Verschmut­ zung, keine Auswirkungen auf die am T-Koppler vorbeigeführte Strah­ lung im Lichtwellenleiter hat.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen T-Kopplers ist die Mög­ lichkeit, die Signalein- und/oder Signalauskopplung in beidseitiger Richtung der Hauptübertragungsstrecke durchführen zu können.

Der erfindungsgemäße T-Koppler ist preisgünstig herstellbar, da au­ ßer der Anbringung der Kerbe keine weiteren Maßnahmen erforderlich sind. Einfalls- und Ausfallswinkel der optischen Strahlung liegen an den Kerbenseiten in Bereichen, in denen eine Totalreflexion statt­ findet.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen T-Kopplers ergeben sich aus Unteransprüchen.

Die Abhängigkeit des Auskoppelwirkungsgrads bezüglich höherer Modi der Strahlung im Lichtwellenleiter ist besonders gering, wenn ein Lichtwellenleiter mit Stufenprofil des optischen Unterbrechungsindex verwendet wird.

Ein maximaler Wirkungsgrad der Signalein- und Signalauskopplung an den Kerben ist durch die Aufbringung einer hochreflektierenden Schicht auf den Kerbenseiten erreichbar. Die hochreflektierende Schicht ist vorzugsweise von einer Schutzschicht überzogen, die eine Abschirmung gegenüber Umwelteinflüssen gewährleistet.

Anstelle der Aufbringung der hochreflektierenden Schicht direkt auf die Kerbenseiten ist es auch möglich, ein der Kerbenform angepaßtes Prisma vorzusehen, dessen Oberflächen die hochreflektierende Schicht tragen.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen des erfin­ dungsgemäßen T-Kopplers ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung.

Zeichnung

Fig. 1 zeigt ein Schnittbild durch einen Lichtwellenleiter und

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Lichtwellen­ leiters jeweils mit erfindungsgemäßen T-Kopplern.

Der in Fig. 1 gezeigte Lichtwellenleiter 10 ist ein Teil einer op­ tischen Übertragungsstrecke, in der optische Signale in die eine und/oder in die andere Richtung 11, 12 übertragen werden. Die Signale sind in einer optischen Strahlung 13, 14 enthalten, die sich in Achsrichtung 15 des Leiters 10 ausbreitet. Die in Fig. 1 paral­ lel zur Achsrichtung 15 eingezeichneten Strahlungen 13, 14 sind im allgemeinen jeweils aus mehreren Strahlungsmodi zusammengesetzt.

Die optische Übertragungsstrecke wird beispielsweise zur optischen Signalübertragung in Flugzeugen oder in Kraftfahrzeugen verwendet. Um unterschiedliche Vorrichtungen über die optische Übertragungs­ strecke erreichen zu können, sind an vorgegebenen Stellen Abzwei­ gungen 16, 17, 18 vorgesehen, an denen wenigstens ein Teil der Strahlung 13, 14 aus- oder eingekoppelt wird. Die Abzweigungen 16 bis 18 werden als T-Koppler bezeichnet.

Der Lichtleiter 10 ist im allgemeinen zusammengesetzt aus einem Lichtwellenleiterkern 19 und einem Lichtwellenleitermantel 20. Zur Strahlungsein- oder -auskopplung in den T-Kopplern 16 bis 18 sind erfindungsgemäß Kerben 21, 22, 23 vorgesehen, die den Mantel 20 durchbrechen und in den Kern 19 eindringen.

Im T-Koppler 16 wird eine Strahlung 24 im wesentlichen senkrecht zur Achse 15 in den Leiter 10 eingekoppelt. Die Strahlung 24 geht bei­ spielsweise von einem Sender 25 aus, der über einen Anschluß 26 elektrisch steuerbar ist. Die Strahlung 24 trifft auf die Seiten­ flächen 27 der Kerbe 21. Ein Teil 28 der Strahlung 24 wird in die eine Richtung 11 und ein Teil 29 der Strahlung 24 wird in die andere Richtung 12 an den Seitenflächen 27 reflektiert. Die Strahlungsteile 28, 29 überlagern sich ungestört der im Leiter 10 gegebenenfalls vorhandenen Strahlung 13, 14.

Im T-Koppler 17 findet eine Strahlungsauskopplung aus dem Leiter 10 statt. Ein Teil 30 der in Richtung 11 und/oder ein Teil 31 der in Richtung 12 laufenden Strahlung wird an den Seitenflächen 32 der Kerbe 22 als Strahlung 33 in eine Richtung, vorzugsweise senkrecht zur Achse 15, reflektiert. Die Strahlung 33 gelangt beispielsweise auf einen Empfänger 34, der an einem Ausgang 35 ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der optischen Strahlung 33 abgibt.

Im nächsten T-Koppler 18 ist ein Beispiel für eine Signalein- und -auskopplung gezeigt. Die ein- und ausgekoppelte Strahlung 36, 37 wird beispielsweise über einen weiteren Lichtwellenleiter 38 einer Sender-Empfänger-Kombination zugeleitet. Die ein- und ausgekoppelte Strahlung 36, 37 wird bzw. wurde an den Seitenflächen 39 der Kerbe 23 in der bereits beschriebenen Weise im wesentlichen in Achsrich­ tung 15 reflektiert.

Die Seitenflächen 27, 32, 39 der Kerben 21-23 bilden jeweils einen Winkel mit der Achsrichtung 15 von vorzugsweise 45°. Bei den übli­ chen Werten des Kernmaterial-Brechungsindex tritt unter diesem Win­ kel eine Totalreflektion an den Seitenflächen 27, 32, 39 auf. Die im Lichtwellenleiter 10 vorkommenden Strahlungsmodi werden von den Ker­ ben 21-23 bei einer Strahlungsauskopplung näherungsweise gleich­ mäßig gedämpft. Eine Bevorzugung von niedrigen Modi findet insbeson­ dere dann nicht mehr statt, wenn anstelle eines Gradientenpro­ fil-Lichtwellenleiters ein Lichtwellenleiter 10 mit Stufenprofil des optischen Brechungsindexes verwendet wird. Die gleichmäßige Dämpfung aller Strahlungsanteile in einem T-Koppler bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, daß in nachfolgenden T-Kopplern der Auskoppelwir­ kungsgrad mit dem in den vorangegangenen T-Kopplern übereinstimmt.

In einem anderen Ausführungsbeispiel bildet nur eine Seitenfläche der Kerben 21-23 mit der Achsrichtung einen Winkel von näherungs­ weise 45°. Die Neigung der anderen Seitenfläche ist beliebig. Diese Ausführung eignet sich für Anwendungen, bei denen eine Strahlungs­ ein- oder -auskopplung im T-Koppler 16-18 von bzw. in die eine oder in die andere Richtung 11, 12 vorgesehen ist.

Die Reflexionsverluste auf den Seitenflächen 27, 32, 39 werden durch eine Verspiegelung der Flächen verringert.

In einer ersten Ausgestaltung wird hochreflektierendes Material 40 auf die 0berfläche der Seiten 27, 32 aufgebracht. Das hochreflek­ tierende Material 40 ist vorzugsweise von einer Schutzschicht 41 überzogen. Die Schutzschicht 41 schirmt das Material 40 von Umwelt­ einflüssen ab. Insbesondere wird eine Oxidation von Metallen ver­ hindert, die beispielsweise als Material 40 eingesetzt werden.

In einer anderen Ausgestaltung ist ein Prisma 42 vorgesehen, das in die Kerbe 23 oberflächenbündig eingreift. Vor dem Einbringen des Prismas 42 wird auf diejenigen Prismenseiten das hochreflektierende Material 40 aufgebracht, die nach dem Einbringen des Prismas 42 in die Kerbe auf den Seitenflächen 39 der Kerbe 23 zu liegen kommen. In Abhängigkeit von der Passungsgüte kann auf die Schutzschicht 41 bei der Verwendung des Prismas 42 verzichtet werden.

Die Verspiegelung der Seitenflächen 27, 32 und der Kerben 21, 22 bzw. die Verspiegelung der Prismenoberfläche ergibt den weiteren Vorteil, daß die Reflexion an den Seitenflächen 27, 32, 39 unabhän­ gig vom Brechungsindex des Lichtwellenleiter-Kernmaterials ist.

Ein Fehler in einem der T-Koppler 16-18, beispielsweise eine Zer­ störung des hochreflektierenden Materials 40 oder beispielsweise das Lösen des Prismas 42 aus der Kerbe 23, führt lediglich zum Ausfall der Signalein- oder -auskopplung im betreffenden T-Koppler 16-18. Ein weiterer Einfluß auf die optische Übertragungsstrecke im Licht­ wellenleiter 10 tritt nicht auf. Ein Ausfall eines oder mehrerer T-Koppler 16-18 hat somit nicht gleich den Ausfall des gesamten Übertragungssystems zur Folge.

Der Querschnitt des Lichtwellenleiters 10 kann kreisförmig sein oder eine beliebige andere Form aufweisen. In einer besonderen Ausge­ staltung ist die Umfangslinie aus Geraden zusammengesetzt, so daß beispielsweise ein rechteckiger oder quadratischer Querschnitt ent­ steht. Diese Form weist den Vorteil einer einfachen Ankopplung der Abzweigungen 16 bis 18 auf. Wenn der Lichtwellenleiter 10 auch zu Beleuchtungszwecken eingesetzt wird, ermöglicht die freie Gestaltung des Querschnitts die Realisierung jedes Designs.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Lichtwellen­ leiters 50, der ein Lichtwellenleiterstück 51 mit rechteckigem Quer­ schnitt enthält, das an beiden in Übertragungsrichtung 52 liegenden Enden 53, 54 jeweils in mehrere Lichtleiter 55, 56 mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt übergeht. Das Lichtwellenleiterstück 51 weist eine erfindungsgemäße Kerbe 57 mit Seitenflächen 58, 59 auf, die Teil eines T-Kopplers 60 ist. Die Kerbe 57 enthält die in Fig. 1 gezeigte hochreflektierende Schicht 40 und gegebenenfalls die Schutzschicht 41 oder beispielsweise das in Fig. 1 gezeigte Prisma 42. Das der Kerbe 57 gegegenüberliegende Teil mit der Bezugs­ zahl 61 kann ein optischer Sender, ein optischer Empfänger oder bei­ spielsweise ein Lichtwellenleiter sein, der zu einer Sender-Empfän­ ger-Kombination führt. Fig. 2 zeigt die besonders einfache Reali­ sierungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen T-Kopplers 60, wenn der Lichtwellenleiter 50 oder wenigstens ein Lichtwellenleiterstück 51 einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Ein besonderer Vorteil des in Fig. 2 gezeigten Lichtwellenleiters 50 liegt darin, daß ein Si­ gnal in mehrere Lichtwellenleiter 55, 56 eingespeist und/oder von mehreren Lichtwellenleitern 55, 56 abgezweigt werden kann. Die Ab­ messungen des Lichtwellenleiterstücks 51 richten sich dabei nach der Anzahl der Lichtwellenleiter 55, 56.

Claims (11)

1. T-Koppler für einen Lichtwellenleiter, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kerbe (21, 22, 23; 57) im Lichtwellenleiterkern (19; 51) eingebracht ist, an deren Seitenfläche (27, 32, 39; 58, 59) eine Strahlungsein- und/oder Strahlungsauskopplung durch Reflexion auf­ tritt.

2. T-Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Seitenfläche (27, 32, 39; 58, 59) der Kerbe (21, 22, 23; 57) derartig geneigt ist, daß die Strahlungsein- und/oder Strahlungs­ auskopplung in eine vorgegebene Richtung erfolgt.

3. T-Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Seitenfläche (27, 32, 39; 58, 59) der Kerbe (21, 22, 23; 57) mit der Lichtwellenleiterachse (15) einen Winkel von etwa 45° bildet.

4. T-Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sei­ tenfläche (27, 32; 58, 59) der Kerbe (21, 22; 57) mit einem hoch­ reflektierenden Material (40) verspiegelt ist.

5. T-Koppler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hoch­ reflektierende Material (40) mit einer Schutzschicht (41) abgedeckt ist.

6. T-Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kerbe (23; 57) ein Prisma (42) angeordnet ist, dessen an die Seiten­ fläche (39; 58, 59) der Kerbe (23; 57) grenzende Oberfläche mit dem hochreflektierenden Material (40) verspiegelt ist.

7. T-Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quer­ schnitt des Lichtwellenleiters (10; 51) eine aus Geraden zusammen­ gesetzte Umfangslinie hat.

8. T-Koppler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Licht­ wellenleiter (10; 50) wenigstens teilweise als Lichtwellenleiter­ stück (51) mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist.

9. T-Koppler nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (10; 51) als Stufenprofil-Lichtwellenleiter aus­ gebildet ist.

10. T-Koppler nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (10; 51) als Gradientenprofil-Lichtwellenleiter ausgebildet ist.

11. T-Koppler nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (10; 51) als Mehrstufenprofil-Lichtleiter aus­ gebildet ist.