DE4111624C1

DE4111624C1 -

Info

Publication number: DE4111624C1
Application number: DE4111624A
Authority: DE
Inventors: Heinz 8019 Glonn De Staudinger
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1991-04-10
Filing date: 1991-04-10
Publication date: 1992-07-30
Anticipated expiration: 2011-04-11
Also published as: FR2675269A1; GB9207162D0; GB2254934A

Description

Die Erfindung betrifft einen faseroptischen 3×3-Koppler sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Aus der EP 00 74 789 und der DE 30 36 868 A1 sind 2×2-Koppler und aus der US-PS 47 55 021 ist ein 4×4-Koppler bekannt, bei denen die zu verbindenden Lichtleitfasern einseitig bis nahe an den Faserkern abgeschliffen und über ihre Schliffflächen miteinander verbunden sind. Die Koppeleigenschaften derartiger Koppler werden im wesentlichen durch den Abstand der Kerne sowie die sog. Koppellänge bestimmt, innerhalb derer Lichtwellen vom einen Faserkorn zum anderen überkoppeln können. Schon die Verbindung von jeweils zwei Lichtleitfasern bedarf einer erheblichen Präzision, da sich die Kerndurchmesser bei Monomode-Licht leitfasern im Bereich von 10 µ bewegen und der Abstand der Kerne im Koppelbereich ca. 1-5 µ betragen soll. Dabei wird noch vorausgesetzt, daß die beiden Faserkerne längs der Koppelstrecke möglichst parallel verlaufen sollen. Um dies zu erreichen, werden gemäß EP 00 74 789 bzw. DE 30 36 868 A1 jeweils zwei Lichtleitfasern kreisbogenförmig gebogen und im Scheitelbereich der Krümmung bis nahe an den Faserkern plan abgeschliffen. Die beiden Fasern werden dann längs ihrer Schliffflächen miteinander verbunden.

Zur Erzeugung eines 4×4-Kopplers werden zwei derartige, über Schliffflä chen miteinander verbundene Lichtleiterpaare wiederum kreisbogenförmig gekrümmt und erneut im Scheitelbereich der Krümmung bis nahe an beide nebeneinander verlaufende Faserkerne plan geschliffen, wobei diese Schlifffläche nun senkrecht zur ersten verläuft. Daraufhin werden zwei solcher mit seitlichem Anschliff versehene Lichtleiterpaare über ihre Schliffflächen miteinander verbunden, so daß sich ein Koppler mit der Querschnittform eines vierblättrigen Kleeblattes ergibt.

Eine analoge Übertragung dieser Herstellungsverfahren auf einen 3×3-Koppler war bisher nicht möglich, da sich in diesem Fall die Licht leitfaserkerne lediglich in der Mitte des Koppelbereiches auf einem gleichseitigen Dreieck befinden. Links und rechts von dieser Mitte verschieben sich die Abstände der Lichtleitfasern in nicht linearer Weise, so daß eine Unsymmetrie in der Kopplung zwischen den drei Licht leitfasern zustande käme. Daher werden 3×3-Koppler in der Regel nach einem anderen Verfahren, nämlich durch Verdrillen und anschließendes Verschmelzen bei gleichzeitigem Ziehen der drei herge stellt. Derartige Schmelzverfahren sind jedoch nur unzureichend reproduzierbar. Aus der DE-38 34 366 A1 ist zwar ein 3×3-Koppler aus geschliffenen Lichtwellenleitern bekannt, jedoch besteht der darin beschriebene Koppler nur aus Kunststoff-Lichtwellenleitern, die in eine Ebene nebeneinanderliegen. Die Kopplung zwischen den beiden äußeren Wellenleitern ist somit anders als zwischen dem mittleren und einem äußeren Wellenleiter.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen 3×3-Koppler sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, der reproduzierbar herstellbar ist und eine gleichmäßige Kopplung über alle drei Lichtleiter aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch einen 3×3-Koppler nach Patentanspruch 1 sowie durch einen nach Patentanspruch 2 hergestellten 3×3-Koppler.

Bei dem erfindungsgemäßen 3×3-Schliffkoppler sind die Faserkerne der drei miteinander im Koppelbereich verbundenen Lichtleitfasern räumlich symmetrisch zueinander angeordnet, d. h., die Mitten der Faserkerne liegen im Koppelbereich bei jedem senkrecht zu den Faserachsen verlaufenden Schnitt auf den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreieckes.

Die Erfindung wird im folgenden eines in den Figuren teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1a eine Seitenansicht zweier über Schliffflächen miteinander ver koppelter Lichtwellenleiter,

Fig. 1b einen Querschnitt durch eine Anordnung gemäß Fig. 1a und

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen 3×3-Schliffkoppler.

Der erfindungsgemäße Schliffkoppler wird nun wie folgt hergestellt: Als erstes werden zwei der drei miteinander zu koppelnden Lichtleiter 1 und 2 nach bekannten Methoden (beispielsweise gemäß EP 00 74 789) kreisförmig mit einem Biegeradius r₁=r₂=r gebogen, im Scheitel bereich der Krümmung plan bis nahe an den Faserkern 1.1 bzw. 2.1 abge schliffen und die beiden Lichtleiter längs ihrer Schlifffläche mitein ander verklebt, so daß sich die in Fig. 1a dargestellte Geometrie ergibt. Der Krümmungsmittelpunkt M₁ des Faserkernes 1.1 hat in dem dargestellten Koordinatensystem die Koordinaten x=r+d, y=0 und z= 0; analog dazu hat der Krümmungsmittelpunkt M₂ des Faserkernes 2.1 die Koordinaten x=-r-d, y=0 und z=0 . In einem beliebigen Abstand vom Koordinatenmittelpunkt haben die beiden Faserkerne somit folgenden Abstand Δx:

Ein Schnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 1a senkrecht zur y-Koordina te im Bereich des Koordinatenursprunges würde dann das in Fig. 1a dar gestellte Bild ergeben. Die Verbindung der beiden Fasern längs ihrer gemeinsamen Schliffflächen muß dabei so genau erfolgen, daß die beiden Krümmungsebenen in einer gemeinsamen Ebene zusammenfallen, die Mitten der Faserkerne sich also ständig in der x-y-Ebene befinden.

Bei der Verbindung eines derartig hergestellten 2×2-Kopplers mit einer dritten Lichtleitfaser zur Realisierung eines 3×3-Kopplers ist nun zu beachten, daß der Abstand des Faserkernes 3.3 von der x-y-Ebene im Bereich der Koppellänge stets so groß sein soll, daß mit den Faserkernen 1.1 und 1.2 stets ein gleichseitiges Dreieck entsteht. Für die Höhe h eines gleichseitigen Dreiecks mit den Seiten Δx gilt:

Da die Forderung nach einem gleichseitigen Dreieck zwischen den Mittel punkten 1.11, 2.11 und 3.11 der drei Faserkerne 1.1, 2.1 und 3.1 für alle Schnitte parallel zu x-z-Ebene im Koppelbereich des 3×3-Kopplers gelten soll, gilt:

Wird in diese Gleichung die obige Formel für Δx eingesetzt so ergibt sich

Nach Umformung entsteht daraus:

Diese Formel beschreibt eine Ellipse mit den beiden Halbachsen a= und b=r sowie dem Mittelpunkt M₃ mit den Koordinaten x =y=0 und z=(r+d). Daraus folgt, daß nun die dritte Lichtleit faser 3 entsprechend der obigen Ellipsenformel gekrümmt wird und im Scheitelbereich der Krümmung wiederum bis nahe an den Faserkern abge schliffen wird. Die miteinander bereits zu einem 2×2-Koppler verbundenen Fasern 1 und 2 werden nun senkrecht zu ihrer ersten gemeinsamen Schlifffläche im Bereich ihrer gemeinsamen Verbindung so weit plan abgeschliffen, bis sich der gesamte Abstand h gemäß obiger Formel ergibt (Fig. 3). Bei der Verbindung der angeschliffenen Lichtleitfaser 3 mit den erneut angeschliffenen Lichtleitfasern 1 und 2 ist dann lediglich darauf zu achten, daß die Mitte 3.11 des Faserkernes 3.3 bei Betrachtung aus der z-Richtung mittig zwischen die beiden Faserkerne 1.1 und 2.1 zu liegen kommt, also im wesentlichen in der Ebene der miteinander verkleb ten ersten Schlifffläche der ersten und zweiten Lichtleitfaser.

Claims

1. Faseroptischer 3×3-Koppler aus drei, längs einer Koppelstrecke miteinander verbundener Lichtleitfaser, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne der Lichtleitfasern (1, 2, 3) innerhalb der Koppelstrecke in jeder senkrecht zur Koppelstrecke verlaufenden Ebene auf den Ecken eines gleichseitigen Dreieckes liegen.

2. Faseroptischer 3×3-Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Lichtleitfaser (1, 2) kreisbogenförmige Krümmungen in der gleichen Ebene und mit gleichen Radien r aufweisen, wobei Kreismittelpunkte die Koordinaten besitzen, wobei d der minimale Abstand der Lichtleitfaserkerne (1.1, 2.1) im Scheitelpunkt der Krümmung ist,
daß eine dritte (3), mit der ersten (1) und zweiten (2) verbundene Lichtleitfaser eine ellipsenförmige Krümmung mit der Halbachse a=r. und b=r sowie einen Mittelpunkt aufweist, wobei deren Krümmungsebene senkrecht zu derjenigen der ersten und zweiten Lichtleitfaser (1, 2) ausgerichtet ist und, daß sämtliche Lichtleitfasern (1, 2, 3) über plane Schliffflächen miteinander verbunden sind.

3. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen 3×3-Kopplers nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) eine erste und eine zweite Lichtleitfaser werden jeweils kreisbogen förmig mit gleichem Biegeradius gekrümmt und der Fasermantel im Scheitelbereich der Krümmung bis nahe an den Faserkern plan abgeschliffen,
b) die erste und zweite Lichtleitfaser werden längs ihrer Schliff flächen verbunden und deren Fasermaterial in einer im gleichen Abstand zu beiden Faserkernen verlaufenden Ebene erneut bis nahe an den Faser kern plan abgeschliffen,
c) eine dritte Lichtleitfaser wird elliptisch gekrümmt und der Faser mantel im Scheitelbereich der Krümmung bis nahe an den Faserkern plan abgeschliffen und
d) die dritte Lichtleitfaser wird längs ihrer Schlifffläche mit der freien Schlifffläche der verbundenen ersten und zweiten Lichtleitfa ser derart verbunden, daß die Faserkerne in jeder senkrecht zur gemeinsamen Verbindungsfläche verlaufenden Ebene auf den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks liegen.