DE4442672A1 - Universelle optische Schnittstelle - Google Patents

Description

Der Anmeldungsgegenstand betrifft ein Kopplungselement zur Kopplung eines ein optisches Signal führenden Übertragungsme­ diums mit einem weiteren, das optische Signal führenden Über­ tragungsmedium, wobei Mittel zur Ausrichtung des Übertra­ gungsmediums zu einer Bezugsposition vorgesehen sind.

Als Kopplungselement zur Kopplung von ein optisches Signal führenden Übertragungsmedien, wie z. B. Faserwellenleiter, sind lösbare Steckverbinder, die nach dem Prinzip der Faser­ stirnflächen-Stumpfkopplung aufgebaut sind, in vielfältiger Bauart bekannt. Die Faserstirnflächen-Stumpfkopplung erfor­ dert zur Erzielung einer möglichst geringen Dämpfung einen hohen Aufwand für die laterale und longitudinale Ausrichtung der Faserwellenleiter zueinander. Bei einer etwaigen Faser­ stirnflächen-Stumpfkopplung eines Faserwellenleitertyps großen Faserdurchmessers, wie z. B. 62,5 µm, mit einem Wellen­ leitertyp kleines Faserdurchmessers, wie z. B. 50 µm, treten zumindest erhöhte Werte für die Übergangsdampfung auf.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kopplungselement anzugeben, bei dem die Übergangsdämpfung nicht in so hohem Maß wie bei der Faserstirnflächen - Stumpf­ kopplung von der Positioniergenauigkeit abhängt und bei dem die Koppelung unterschiedlicher Übertragungsmedien nicht zwangsläufig mit einer erhöhten Übergangsdämpfung einhergeht.

Die Aufgabe wird durch das oben umrissene Kopplungselement gelöst, bei dem ein für unterschiedliche Übertragungsmedien gleicher, das optische Signal führender Strahl mit bezüglich der Bezugsposition des Kopplungselement es festgelegten Strahlparametern gegeben ist.

Der Anmeldungsgegenstand schafft ein universell einsetzbares Kopplungselement, bei dem zum einen Übertragungsmedien unab­ hängig von ihren optischen Eigenschaften wahlfrei koppelbar sind und bei dem zum anderen zur Einhaltung einer vorgegebe­ nen Übertragungsdampfung ein verringerter Aufwand für die Positioniergenauigkeit erforderlich ist. Darüberhinaus ist das Kopplungselement gleichermaßen als Träger für ein ein optisches Signal empfangendes Element, wie z. B. eine Photo­ diode, oder für ein ein optisches Signal aussendendes Ele­ ment, wie z. B. eine Laserdiode, verwendbar.

Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn in herkömmlicher Weise eine Mehrzahl von Übertragungsmedien in einem Kopplungsele­ ment zusammengefaßt werden sollen. Aus Journal of Lightwave Technology, Vol. 10, October 1992, Seiten 1356 . . . 1362 ist ein optischer Mehrfach-Steckverbinder bekannt, bei dem ein Trä­ gerelement eine Mehrzahl von einzelnen Kopplungselementen zusammenfaßt. Zur Erzielung der erforderlichen Positionierge­ nauigkeit sind die Kopplungselemente in dem Trägerelement gegeneinander in bestimmten Grenzen beweglich gelagert und jedes für sich ausrichtbar. Neben dem hohen aufbaumäßigen Aufwand macht es sich nachteilig bemerkbar, daß bei Verwen­ dung eines Faserwellenleiter-Leitungsbündels eines Faserar­ rays oder eines Faserbändchens mit vorgegebenem Abstand der einzelnen Fasern untereinander eine Aufspleißung der Fasern erforderlich ist. Bei einem weiteren, unter dem Warenzeichen MAC II vertriebenen Mehrfach-Steckverbinder sind eine Mehr­ zahl von Faserwellenleitern in einer starren Einheit zusam­ mengefügt. Dieser Mehrfach-Steckverbinder stellt hohe Anfor­ derungen an die Positioniergenauigkeit zum einen bei der Her­ stellung für die Abstände der Faserwellenleiter untereinander und zum anderen beim Kopplungsvorgang für die Ausrichtung der starren Einheit insgesamt.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Anmel­ dungsgegenstandes sind in dem Kopplungselement eine Mehrzahl von Übertragungsmedien zusammengefaßt. Das anmeldungsgemäße Kopplungselement bringt in seiner Ausführungsform für mehrere Übertragungsmedien neben einer Verringerung der Anforderungen für die Ausrichtung sowohl der Faserwellenleiter untereinan­ der als auch des Kopplungselementes mit dem Gegen-Kopplungs­ element den Vorteil mit sich, daß der vorgegebene Abstand der einzelnen Fasern eines Faserwellenleiter-Leitungsbündels in der Schnittstelle beibehalten werden kann.

Der Anmeldungsgegenstand wird im folgenden als Ausführungs­ beispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang an­ hand von Figuren näher beschrieben.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung eines beim Anmeldungs­ gegenstand zur Anwendung kommenden optischen Strahls, der anhand von Parametern festgelegt ist,

Fig. 2 die prinzipielle Anordnung mehrerer optischer Strah­ len nach Fig. 1, bei deren Zusammenfassung in einem Kopplungselement,

Fig. 3 das prinzipielle Zusammenwirken eines mehrere Sender aufweisenden Kopplungselementes a) mit einem mehrere Empfänger aufweisenden Kopplungselement b) oder mit einem Kopplungselement c), das ein Faserwellenleiter­ leitungsbündel abschließt und

Fig. 4 das Zusammenwirken eines Kopplungselementes mit einer Freistrahlübertragung.

Fig. 1 verdeutlicht die Strahlparameter eines ein optisches Signal führenden Strahls, wie er zur Koppelung eines Kopp­ lungselementes mit einem Gegen-Kopplungselement beim Anmel­ dungsgegenstand vereinbart ist. Ein Strahlparameter betrifft die Lage bzw. dessen Abweichung DOA (für: deviation optical axis) des Zentrumstrahls von der geometrischen Achse GA, die durch ein durch die Koordinaten x, y und z gegebene Bezugspo­ sition festgelegt ist. Weitere Strahlparameter betreffen den Ort und den Querschnitt der Strahltaille ST. Ein weiterer Strahlparameter betrifft die Divergenz DIV, von der der Schärfetiefenbereich nach Maßgabe der Wellenlänge des opti­ schen Signals abhängt. Der Querschnitt der Strahltaille ist vorzugsweise erheblich größer als der Querschnitt eines gän­ gigen Faserwellenleiters mit z. B. 62,5 µm Durchmesser bemes­ sen. Bezüglich der Strahltaille ist der Strahl symmetrisch.

Bezüglich der Toleranzen der Strahlparameter sei angemerkt, daß beim Anmeldungsgegenstand eine Abweichung der Strahlpara­ meter in erheblich geringerem Maße zu einer Erhöhung der Übergangsdampfung führt, als dies für eine Faserstumpfkoppe­ lung bekannt ist. Der Anmeldungsgegenstand macht sich die Erkenntnis zunutze, daß bei einem gegebenen Versatz ein im Durchmesser aufgeweiteter Strahl zu einer geringeren prozen­ tualen Abweichung der Deckung gegenüber einem nicht aufgewei­ teten Strahl führt.

Fig. 2 zeigt für ein Kopplungselement mit mehreren optischen Strahlen nach Fig. 1 die Ausrichtung der Strahlen zueinander. Die Strahlen sind parallel zueinander und weisen untereinan­ der gleiche Abstände auf.

Fig. 3 zeigt mit a), b) und c) bezeichnete Kopplungselemente mit jeweils mehreren Übertragungsmedien. Ein Übertragungsme­ dium kann durch einen Faserwellenleiter, der wiederum durch einen Glasfaserwellenleiter oder einen Kunststoffaserwellen­ leiter gegeben sein kann, ein ein optisches Signal abgebendes Sendeelement, wie z. B. eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode, ein ein optisches Signal empfangendes Element, wie z. B. eine Photodiode oder ein Fototransistor, oder durch eine Frei­ stahlübertragung gegeben sein. Mehrere Faserwellenleiter kön­ nen zu einem Faserwellenleiter - Leitungsbündel bzw. einem Faserbändchen zusammengefaßt sein; alternativ können die meh­ reren Faserwellenleiter durch einen planaren polymeren Wel­ lenleiter gegeben sein.

Das mit a) bezeichnete Kopplungselement weist eine Reihe von Sendeelementen SA (für: Sendearray) auf. Die Sendeelemente, die jeweils vorzugsweise durch eine Laserdiode gegeben sein mögen, senden, wie durch dünne Striche angedeutet, ein opti­ sches Signal aus. Im Strahlengang eines jeweiligen optischen Signals befindet sich ein optisches Element OE, das die Ein­ haltung von vorgegebenen Parametern des das optische Signal führenden Strahls sicherstellt. Das optische Element, dessen Ausgestaltung dem Fachmann geläufig ist, ist vorzugsweise durch eine mit Silizium gebildete Konvexlinse gegeben. Für mehrere in einem Kopplungselement zusammengefaßte Übertra­ gungsmedien, kann ein gemeinsames optisches Element vorgese­ hen sein, das entsprechend mehrere, als Konvexlinsen wirkende Auswölbungen aufweist. Das Kopplungselement gemäß Fig. 3b) weist eine Reihe von jeweils ein optisches Signal empfangen­ den Empfangselementen EA (für: Empfängerarray) auf. Jedes Empfangselement kann mit einem Fototransistor oder vorzugs­ weise mit einer Photodiode gebildet sein. Das Kopplungsele­ ment nach Fig. 3c) bildet den Abschluß eines Faserwellenlei­ ter - Leitungsbündels FWLB. Ein von einem einzelnen Faserwel­ lenleiter geführtes optisches Signal wird von dem Kopplungs­ element als Strahl mit den vorgegebenen Parametern abgegeben. Der Abstand zwischen den Strahlen, die mit den einzelnen Fa­ serwellenleitern korreliert sind, kann ebensogroß bemessen sein wie der Abstand zwischen den Faserwellenleitern im Be­ reich des Leitungsbündels.

Bei jedem Kopplungselement beziehen sich die vorgegebenen Parameter des jeweiligen Strahles auf eine Bezugsposition. Im Ausführungsbeispiel ist die Bezugsposition in Richtung des Strahles durch eine Anschlagfläche A bei Zusammenwirken mit einem Gegen-Kopplungselement gegeben. Die Bezugsposition seitlich zur Strahlenrichtung ist durch mit dem Kopplungsele­ ment in Wirkverbindung stehenden Führungselemente gegeben.

Die Führungselemente können, wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt, durch eine Stift-Nutkombination gegeben sein. Das im Ausführungsbeispiel dargestellte Kopplungselement ist hermaphroditisch ausgebildet; dies bedeutet, daß das Kopp­ lungselement sowohl als Stecker, wie auch als eine mit einem Stecker zusammenwirkende Kupplung bzw. Buchse einsetzbar ist. Bei einer nicht-hermaphroditischen Paarung eines Kopplungs­ elementes mit einem Gegen-Kopplungselement ist zu berücksich­ tigen, daß die Parameter eines jeweiligen Strahles möglicher­ weise gegenüber einer aus der Ebene der Strahltaille verscho­ benen Bezugsposition einzuhalten sind. Bei einer Ausführungs­ form, bei der das Kopplungselement speziell als Stecker und das Gegen-Kopplungselement speziell als eine mit dem Stecker zusammenwirkende Kupplung bzw. Buchse ausgebildet ist, kann die Anschlagebene gegenüber der Strahltaille verschoben sein, womit die beiden zusammenwirkenden Elemente unterschiedliche Anteile an dem Raum für den Strahl aufweisen. Dabei kann der Stecker Führungsstifte als die Bezugsposition festlegende Führungsflächen aufweisen, die mit entsprechenden Nuten des Gegen-Steckers zusammenwirken.

Gemäß einer physikalischen Gesetzmäßigkeit ist der Lichtweg umkehrbar. Über einen einem optischen Element zugeordneten Strahl ist ein optisches Signal in prinzipiell beliebiger Richtung übertragbar. Bei einer Ausführungsform eines Kopp­ lungselementes sind über einen Strahl eines optischen Ele­ ments bidirektionale Signale übertragbar. Bei einer Ausfüh­ rungsform eines Kopplungselementes mit mehreren Strahlen ist ein erstes optisches Signal über einen ersten Strahl in nur eine Richtung und ein zweites optisches Signal über einen zweiten Strahl in nur die entgegengesetzte Richtung übertrag­ bar.

Fig. 4 zeigt das Zusammenwirken eines Kopplungselementes mit einer Freistrahlübertragung. Ein Kopplungselement KE, SA, gibt mehrere Strahlen ab, die jeweils ein optisches Signal führen. Die Strahlen werden von einer im Abstand a befindli­ chen Sammellinse SL aufgenommen und derart gebündelt, daß sie einem im Abstand b befindlichen Kopplungselement KE, SE als Strahlen mit den vorgegebenen Parametern zugeführt sind. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß aus der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 81/01927 eine Anordnung bekannt ist, bei der eine Mehrzahl von Sende­ elementen über eine mit nur einer Sammellinse gebildeten Freistrahlübertragung jeweils einem aus einer Mehrzahl von Empfangselementen ein optisches Signal zuführen.

Claims (9)

1. Kopplungselement zur Kopplung eines ein optisches Signal führenden Übertragungsmediums mit einem weiteren, das opti­ sche Signal führenden Übertragungsmedium, wobei Mittel zur Ausrichtung des Übertragungsmediums zu einer Bezugsposition vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein für unterschiedliche Übertragungsmedien gleicher, das optische Signal führender Strahl mit bezüglich der Bezugspo­ sition des Kopplungselementes festgelegten Strahlparametern gegeben ist.

2. Kopplungselement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl ein kollimierter Strahl ist, dessen Strahlpa­ rameter durch die Lage der optischen Achse hinsichtlich der Bezugsposition, die Divergenz, den Querschnitt der Strahl­ taille, die Lage der Strahltaille hinsichtlich der Bezugspo­ sition und der Winkelabweichung der optischen Achse von der geometrischen Achse gegeben ist.

3. Kopplungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsposition durch an dem Kopplungselement ange­ formte Führungs- und Anschlagflächen gegeben ist.

4. Kopplungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Kopplungselement eine Mehrzahl von Übertragungsmedien zusammenfaßt, wobei die Lage der optischen Achse der zu den einzelnen Übertragungsmedien zugehörigen Strahlen hinsicht­ lich der Bezugsposition festgelegt sind.

5. Kopplungselement nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Strahlen untereinander gleich ist.

6. Kopplungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das eine und das weitere Übertragungsmedium jeweils durch einen Faserwellenleiter mit kleinem Durchmesser, einen Faser­ wellenleiter mit großem Durchmesser, einen planaren polymeren Freistrahlübertragung gegeben sind.

7. Kopplungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungselement im Zusammenwirken mit einem entspre­ chenden Gegen-Kopplungselement eine Schnittstelle für ein optisches Signal bildet.

8. Kopplungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungselement als Stecker, Kupplung, oder Buchse ausgebildet ist.

9. Kopplungselement nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungselement und das Gegen-Kopplungselement von untereinander gleicher Ausgestaltung sind.