DE4308553A1

DE4308553A1 - Koppelanordnung für bidirektionale optische Nachrichtenübertragung

Info

Publication number: DE4308553A1
Application number: DE4308553A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Bolze; Erich Dr Gottwald
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-03-17
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 1994-09-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Koppelanordnung für bidirektio nale optische Nachrichtenübertragung entsprechend dem Ober begriff des Anspruchs 1.

Optische Signale, die auf zwei verschiedenen Glasfasern lau fen, können mit Hilfe von sogenannten 2 : 1-Kopplern auf einer Glasfaser vereinigt werden. Derartige 2 : 1-Koppler, die die Kopplung zwischen zwei Signalwegen auf der einen und einen Signalweg auf der anderen Seite bewirken, werden häufig mit tels symmetrischer Faserschmelzkoppler realisiert, bei denen über eine bestimmte Strecke zwei Glasfasern aneinander ge schmolzen sind. Bei der 2 : 1-Kopplung werden dabei auf der einen Seite beide Faserenden als Eingänge verwendet, während auf der anderen Seite der Ausgangsanschluß nur mit einem der Faserenden verbunden ist. Die Leistung der Signale beider Fa sern verteilt sich dabei - vollkommene Symmetrie vorausge setzt - auf beide Ausgangsanschlüsse, da aber nur einer der Ausgangsanschlüsse beschaltet ist, geht die Hälfte der Ein gangsleistung am nichtbeschalteten Anschluß verloren. Die be schriebenen 2 : 1-Koppler werden beim bidirektionalen Betrieb unter Verwendung der gleichen Wellenlänge empfangsseitig zur Auftrennung und sendeseitig zur Zusammenführung des Sende- und Empfangssignals, also des Signals der lokalen Laserdiode und des der Fotodiode zuzuführenden Signals verwendet. Auch in diesem Falle halbiert sich die Leistung der jeweiligen Si gnale beim Durchgang durch einen symmetrischen 2:1-Koppler. Diese Leistungsminderung wurde beim Stande der Technik mit tels stärkerer Laser und empfindlicher Photodioden kompen siert, bei verzweigten optischen Netzen wurde auch eine Ver minderung der Teilnehmerzahl und damit der Leistungsverzwei gungen vorgenommen, um insbesondere mit geringeren Anforde rungen an die Empfängerempfindlichkeit auszukommen.

Die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Koppelanordnung für bidirektionale optische Nachrichten übertragung mit der Wirkung eines 2 : 1-Kopplers anzugeben, die vergleichsweise geringe Verluste aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Kopplungsanordnung der eingangs erwähnten Art gelöst, die entsprechend dem Kenn zeichen des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.

Eine Ausbildung der erfindungsgemäßen Koppelanordnung ist im Patentanspruch 2 beschrieben, eine im Hinblick auf den ver gleichsweise geringem Aufwand besonders vorteilhafte Weiter bildung der erfindungsgemäßen Koppelanordnung enthält der Patentanspruch 3.

Die Erfindung soll im folgenden anhand zweier in der Zeich nung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert wer den.

Dabei zeigt:

Fig. 1a eine erfindungsgemäße Koppelanordnung mit fünf Polarisations-Strahlteilern und zwei Faraday- Rotierern,

Fig. 1b die Polarisationsrichtungen der einzelnen Strahl komponenten, die in Fig. 1a auftreten und

Fig. 2 eine vereinfachte Koppelanordnung mit nur drei Polarisations-Strahlteilern und einem Faraday- Rotierer.

Die in der Fig. 1 dargestellte Koppelanordnung zur 2 : 1-Kopp lung zwischen einer Laserdiode LD und einer Photodiode PD einerseits und einem Lichtwellenleiter andererseits ist über den bidirektionalen Anschluß EA mit dem Lichtwellenleiter verbunden und übernimmt von diesem einen ankommenden Licht strahl mit der Leistung P₁ und gibt einen Lichtstrahl mit der Leistung P₂ ab. Mit dem bidirektionalen Anschluß EA ist der erste Anschluß eines ersten Polarisations-Strahlteilers PST1 verbunden, dessen zweiter Anschluß über einen ersten Faraday- Rotierer FR1 mit dem ersten Anschluß eines zweiten Polarisa tions-Strahlteilers PST2 verbunden ist. Mit dem zweiten An schluß dieses Polarisations-Strahlteilers ist der erste An schluß eines dritten Polarisations-Strahlteilers PST3 verbun den, an dessen zweiten Anschluß die Laserdiode LD angekoppelt ist. Mit dem dritten Anschluß des zweiten Polarisations- Strahlteilers PST2 ist der erste Anschluß eines vierten Pola risations-Strahlteilers PST4 verbunden, an dessen dritten An schluß die Photodiode PD angekoppelt ist. Der ankommende Lichtstrahl mit der Leitung P₁ und der an den Lichtwellenlei ter abgegebene Lichtstrahl können beliebige Polarisation auf weisen, die Wellenlängen sind wenigstens angenähert gleich, die durch Esemplarstreuungen der für Sender und Empfänger verwendeten Laserdioden bedingten Wellenlängenunterschiede liegen beim Ausführungsbeispiel im Bereich einiger 10 nm.

Mit dem dritten Anschluß des ersten Polarisations-Strahltei lers PST1 ist über einen zweiten Faraday-Rotierer FR2 der erste Anschluß eines fünften Polarisations-Strahlteilers PST5 verbunden, dessen zweiter Anschluß mit dem zweiten Anschluß des vierten Polarisations-Strahlteilers verbunden ist, wäh rend der dritte Anschluß des fünften Polarisations-Strahltei lers mit dem dritten Anschluß des dritten Polarisations- Strahlteilers PST3 verbunden ist. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Elementen der Koppelanordnung erfolgen über übliche Monomode-Lichtwellenleiter.

Zur Erläuterung der Funktion der Koppelanordnung nach Fig. 1a sind in der Fig. 1b die Polarisationsrichtungen der ein zelnen in der Koppelanordnung auftretenden Strahl-Komponenten dargestellt. Ein am bidirektionalen Anschluß EA der Koppel anordnung ankommender Lichtstrahl mit der Leistung P₁ wird vom ersten Polarisations-Strahlteiler PST1 in die beiden hin sichtlich ihrer Polarisationsrichtung zueinander senkrechten Komponenten a, b aufgeteilt. Diese beiden Komponenten a, b durchlaufen die an den ersten Polarisations-Strahlteiler PST1 angeschlossenen Faraday-Rotierer FR1, FR2, werden dabei in ihrer Polarisationsrichtung um 45° gedreht und erscheinen als polarisationsmäßig verdrehte Komponenten A, B an den ersten Eingängen der nachgeschalteten Polarisations-Strahlteiler PST2, PST5. Diese Polarisations-Strahlteiler sind so ausge wählt, daß die beiden verdrehten Komponenten A, B jeweils zu zugeordneten Anschlüssen des vierten Polarisations-Strahltei lers umgeleitet werden und von diesem wiederum zu einem Lichtstrahl mit der Leistung P₁ kombiniert werden, der auf die Photodiode PD trifft. Der Lichtweg für den ankommenden Lichtstrahl mit der Leistung P₁ ist dabei für die erzeugten Komponenten a, b bzw. A, B bis auf Reflexionsverluste in den einzelnen Bauelementen praktisch verlustfrei, so daß die Leistung P₁ an der Photodiode PD weitgehend der Leistung des ankommenden Lichtstrahls entspricht.

Ein von der Laserdiode LD ausgehender Lichtstrahl mit der Leistung P₂ wird entsprechend vom dritten Strahlteiler PST3 in eine dritte und eine vierte Komponente c, d mit zueinander senkrechter Polarisationsrichtung aufgeteilt und vom ersten bzw. dritten Anschluß dem zweiten Polarisations-Strahlteiler PST2 bzw. dem fünften Polarisations-Strahlteiler PST5 zuge leitet. Der dritte Polarisations-Strahlteiler ist dabei so ausgewählt, daß die Polarisations-Richtung der dritten Kom ponente c, wie auch aus Fig. 1b ersichtlich, senkrecht zur Polarisationsrichtung der verdrehten ersten Komponente A ist, entsprechend ist die Polarisationsrichtung der vierten Kompo nente d senkrecht zur Polarisationsrichtung der zweiten ver drehten Komponente B. Der zweite Polarisations-Strahlteiler PST2 ist nun so ausgewählt, daß die am zweiten Anschluß an kommende dritte Komponente c praktisch verlustfrei zum ersten Anschluß und damit zum ersten Faraday-Rotierer FR1 durchge lassen wird. Entsprechend gibt der erste Faraday-Rotierer FR1 eine in der Polarisation um 45° verdrehte dritte Komponente c an den zweiten Anschluß des ersten Polarisations-Strahltei lers PST1 ab.

Entsprechend ist die Polarisationsrichtung der vierten Kom ponente d senkrecht zur Polarisationsrichtung der zweiten verdrehten Komponente B. Daher gelangt die vierte Komponente d über den fünften Polarisations-Strahlteiler PST5 praktisch verlustfrei zum zweiten Faraday-Rotierer FR2 und von dort polarisationsmäßig als um 45° verdrehte vierte Komponente D zum ersten Polarisations-Strahlteiler PST1. Aus Fig. 1b ist ersichtlich, daß auch die dritte und vierte verdrehte Kompo nente C, D zueinander senkrechte Polarisationsrichtungen haben und zwar so ausgerichtet, daß sie vom ersten Polarisa tions-Strahlteiler PST1 zu einem Lichtstrahl mit der Leistung P₂ kombiniert werden können, der über den bidirektionalen Anschluß EA an den Lichtwellenleiter abgegeben wird. Auch in diesem Falle treten keine systembedingten Leistungsverluste auf. Entscheidend für die Funktion der Koppelanordnung nach Fig. 1a ist dabei, daß durch den ersten und den zweiten Faraday-Rotierer FR1, FR2 die Spiegelsymmetrie gebrochen wird, daß also ein Strahl der durch einen der Faraday-Rotie rer läuft, eine andere Polarisationsrichtung hat und bei Re flexion und nochmaligem Durchlaufen des Faraday-Rotierers nicht in sich selbst gespiegelt wird. Dadurch sind die Pola risationsrichtungen der dritten verdrehten Komponente C pa rallel zur Polarisationsrichtung der ersten Komponente a und die Polarisationsrichtung der vierten verdrehten Komponente D parallel zur Polarisationsrichtung der zweiten Komponente b.

Eine hinsichtlich ihres Aufbaus vereinfachte Koppelanordnung ist in der Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Koppelanordnung sind der zweite Faraday-Rotierer FR2 mit dem fünften Polari sations-Strahlteiler PST5 durch eine erste polarisationser haltende Faser TF1 und der dritte Polarisations-Strahlteiler PST3 durch eine zweite polarisationserhaltende Faser TF2 er setzt. Die Verbindung vom dritten Anschluß des dritten Pola risations-Strahlteilers PST3 zum dritten Anschluß des fünften Polarisations-Strahlteilers PST5 entfällt; auch die vierte Komponente d entfällt. Die Laserdiode LD ist dabei direkt über die zweite polarisationserhaltende Faser TF2 an den zweiten Anschluß des zweiten Polarisations-Strahlteilers an gekoppelt, wobei an diesem Anschluß praktisch nur Licht ent sprechend der dritten Komponente c auftritt (da die Laser diode in entsprechender Weise ausgerichtet ist), das in der vorbeschriebenen Weise weitergeleitet wird.

Die polarisationserhaltende Faser TF1 ist derart tordiert, daß die Komponenten b in ihrer Polarisationsrichtung um 45° gedreht wird. Die daraus entstehende Komponente B läßt sich mit der Komponente A durch den vierten Strahlteiler PST4 zu einem Lichtstrahl mit der Leistung P₁ kombinieren.

Für den Aufbau der Ausführungsbeispiele wurden handelsübliche Bausteine verwendet, die tordierten Fasern sind in sich ver drehte polarisationserhaltende Monomode-Fasern.

Claims

1. Koppelanordnung für bidirektionale optische Nachrichten übertragung bei wenigstens angenähert gleicher Wellenlänge und beliebiger Polarisation mit einem bidirektionalem An schluß an einen Lichtwellenleiter und unidirektionalen An schlüssen an eine Laserdiode und eine Photodiode, dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem bidirektionalen Anschluß (EA) der erste Anschluß eines ersten Polarisationsstrahlteilers (PST1) verbunden ist,
daß mit dessem zweiten Anschluß über einen ersten Faraday-Ro tierer (FR1) der erste Anschluß eines zweiten Polarisations- Strahlteilers (PST2) verbunden ist,
dessen zweiter Anschluß mit dem ersten Anschluß eines dritten Polarisations-Strahlteilers (PST3) verbunden ist, daß der dritte Anschluß des zweiten Polarisations-Strahlteilers (PST2) mit dem ersten Anschluß eines vierten Polarisations- Strahlteilers (PST4) verbunden ist, daß der dritte Anschluß des ersten Polarisations-Strahlteilers (PST1) über einen zweiten Faraday-Rotierer (FR2) mit dem ersten Anschluß eines fünften Polarisations-Strahlteilers (PST5) verbunden ist, daß dessen zweiter Anschluß mit dem zweiten Anschluß des vierten Polarisations-Strahlteilers (PST4) verbunden ist, daß der dritte Anschluß des fünften Polarisations-Strahlteilers (PST5) mit dem dritten Anschluß des dritten Polarisations- Strahlteilers (PST3) und dessen zweiter Anschluß an eine Laserdiode (LD) angekoppelt ist und daß der dritte Anschluß des vierten Polarisations-Strahlteilers (PST4) an eine Photo diode (PD) angekoppelt ist.

2. Koppelanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß durch den ersten Polarisations-Strahlteiler (PST1) ein an seinem ersten Anschluß ankommender Lichtstrahl in eine erste und in eine zweite zueinander senkrechte Komponente (a, b) aufgeteilt wird, wobei die erste Komponente zum ersten Faraday-Rotierer (FR1) und die zweite Komponente zum zweiten Faraday-Rotierer (FR2) gelangt, daß die Komponenten (a, b) durch die Faraday-Rotierer jeweils gleichsinnig um 45° ge dreht und die verdrehten Komponenten (A, B) an den nachge schalteten zweiten bzw. fünften Polarisations-Strahlteiler (PST2, PST5) abgegeben werden, daß das vom dritten Polarisa tions-Strahlteiler (PST3) an seinem zweiten Anschluß aufge nommene Licht der Laserdiode (LD) in eine dritte und eine vierte hinsichtlich ihrer Polarisationsrichtung zueinander senkrechte Komponente (c, d) aufgeteilt wird und daß dabei die Polarisationsrichtung der dritten Komponente (c) senk recht zur Polarisationsrichtung der verdrehten ersten Kompo nente (A) ist, daß die dritte Komponente am ersten Anschluß des dritten Polarisations-Strahlteilers (PST3) und die vierte Komponente an dessen dritten Anschluß auftritt, daß der zwei te Polarisations-Strahlteiler (PST2) in seinem Aufbau dem dritten Polarisations-Strahlteiler (PST3) hinsichtlich der Durchlässigkeit für Licht bestimmter Polarisationsrichtungen entspricht, so daß die dritte Komponente (c) vom zweiten An schluß des zweiten Polarisations-Strahlteilers (PST2) annä hernd verlustfrei zu dessem ersten Anschluß gelangt und gleichzeitig für die erste verdrehte Komponente (A) der Lichtweg zum dritten Polarisations-Strahlteiler (PST3) ge sperrt, und über den dritten Anschluß zum vierten Polarisa tionsstrahlteiler (PST4) durchlässig ist,
daß entsprechend der fünfte Polarisations-Strahlteiler (PST5) so ausgebildet ist, daß die an seinem dritten Anschluß auf tretende vierte Komponente (d) nahezu verlustfrei zu seinem ersten Anschluß durchgelassen und die zweite verdrehte Kompo nente (B) nur zum zweiten Anschluß und damit zum vierten Po larisationsstrahlteiler (PST4) gelangt,
C und D gelangen an Anschluß 2 und 3 von PST1 also durch den ersten und den zweiten Faraday-Rotierer (FR1, FR2) die Spie gelsymmetrie der Koppleranordnung gebrochen wird und damit ein durch einen der Faraday-Rotierer durchlaufender Licht strahl nach der Reflexion und dem nochmaligen Durchlaufen durch den Faraday-Rotierer hinsichtlich der Polarisation nicht in sich selbst gespiegelt wird sondern eine andere Po larisationsrichtung hat,
daß durch den ersten bzw. zweiten Faraday-Rotierer (FR1, FR2) aus der dritten und der vierten Komponente (c, d) eine dritte bzw. vierte verdrehte Komponente (C, D) erzeugt wird, deren Polarisationsrichtungen parallel zur ersten bzw. zweiten Kom ponente (a, b) sind und dadurch im ersten Polarisations- Strahlteiler (PST1) zu einem Strahl vereint werden.

3. Koppleranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Faraday-Rotierer (FR2) und der fünfte Polari sations-Strahlteiler (PST5) durch eine polarisationserhalten de und tordierte Faser (TF1) ersetzt ist, die den dritten An schluß des ersten Polarisations-Strahlteilers (PST1) mit dem zweiten Anschluß des vierten Polarisations-Strahlteilers (PST4) verbindet, daß der dritte Polarisations-Strahlteiler (PST3) durch eine zweite polarisationserhaltende Faser (TF2) ersetzt ist, die die Laserdiode (LD) an den zweiten Anschluß des zweiten Polarisations-Strahlteilers (PST2) ankoppelt und
daß die Verbindung vom dritten Anschluß des dritten Polarisa tions-Strahlteilers (PST3) zum dritten Anschluß des fünften Polarisations-Strahlteilers (PST5) entfällt.