DE69004639T2

DE69004639T2 - Kopplungsvorrichtung zwischen optischen Übertragungselementen.

Info

Publication number: DE69004639T2
Application number: DE1990604639
Authority: DE
Inventors: Gerard Andre Legeay; Bernard Francois Maurel; Pierre Charles Morillon
Original assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Current assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Priority date: 1989-09-08
Filing date: 1990-09-03
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2010-09-04
Also published as: DE69004639D1; FR2651897B1; EP0416989A1; EP0416989B1; FR2651897A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Kopplung zwischen einem ersten optischen Übertragungselement und einem oder mehreren zweiten optischen Übertragungselementen.
Ein optisches Übertragungselement kann z.B. eine optische Faser, ein Photoemissionselement oder ein Photoempfänger oder ein optisches System sein. Ein solches Übertragungselement verwirklicht einen Zugang oder "Port" einer Kopplungsvorrichtung. Die Kopplungsfunktion soll hier im weiten Sinne verstanden werden. Sie bezieht sich auf einfache Verbindungen zwischen zwei oder mehreren Übertragungselementen, auf Kommutierungen, Abzweigungen oder Multiplexierungen von optischen Signalen, die durch die Übertragungselemente weitergeleitet werden.
Mehr im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Koppeln wenigstens eines ersten mit zweiten optischen Übertragungselementen, umfassend eine Sandwichanordnung, bestehend aus einer Mittelschicht zum Leiten der Lichtbündel zwischen den optischen Übertragungselementen und zwei Außenschichten, die die Seiten der Mittelschicht überdecken, um die Lichtbündel zu führen, wobei der Brechungsindex der Mittelschicht größer als die Brechungsindizes der Außenschichten ist.
Eine solche Kopplungsvorrichtung zum Koppeln wenigstens einer Eingangsfaser mit Ausgangsfasern ist in dem in APPLIED OPTTCS, Bd. 19, Nr. 21, 1. November 1980, Seiten 3588-3590, Optical Society of America; R. WATANABE et al.: "Slab waveguide demultiplexer for multimode optical transmission in the 1.0-1.4-um wavelength region" erschienenen Artikel und in dem in AGARD CONFERENCE PROCEEDINGS, Istanbul, 23. - 27. September 1985, Nr. 383, Seiten 11-1 - 11-8; V. Russo et al.: "A spherical waveguide multiplexer - demultiplexer" erschienenen Artikel veranschaulicht. In dieser Kopplungsvorrichtung sind die Außenseiten der Fasern vor einer geradlinigen Kante der Sandwichanordnung, die eben und starr ist, ausgerichtet. Ein konkaves oder ebenes Beugungsgitter mit Strichen (Rillen) ist, z.B. mit Kunststoffkitt, an eine Kante der Anordnung gegenüber den Außenseiten der Fasern aufgebracht.
Das Lichtsignal, das aus der Eingangsfaser austritt, ist in der Mittelschicht der Anordnung eingeschlossen und wird von dem Beugungsgitter in Richtung der Ausgangsfasern gebeugt. Die Reflexionsrichtung auf dem Beugungsgitter hängt von der Wellenlänge ab, und die Kopplungsvorrichtung dient in der Folge als Wellenlängenmultiplexer oder -demultiplexer.
In dieser bekannten Kopplungsvorrichtung erhöht das miniaturisierte Beugungsgitter die Kosten der Vorrichtung, und mit der Anordnung der optischen Fasern auf der gleichen Seite der Anordnung ist es nicht möglich, die Kopplungsvorrichtung analog zu einem klassischen Faserverbinder zu machen, bei dem die Eingangsfaser an einem Ende der Vorrichtung, gegenüber demjenigen angeordnet ist, bei dem zumindest eine Ausgangsfaser angeordnet ist; diese bekannte Anordnung verleiht optischen Übertragungsleitungen eine lineare Kontinuität.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Kopplungsvorrichtung zu schaffen, bei der das erste Übertragungselement etwa den zweiten Übertragungselementen gegenüberliegt und deren Aufbau ein integrierter optischer Aufbau ist, bei dem für die Kopplung zwischen Elementen kein Beugungsgitter verwendet wird.
Zu diesem Zweck ist eine erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung, wie im Anspruch 1 definiert.
Gemäß einer von den durch die Ansprüche 2 bis 12 definierten bevorzugten Ausführungsform ist der Spiegel, der in bezug auf die parabolische Kante klein ist, vollständig in der Anordnung enthalten oder in einer Kante angeordnet, die die Achse der parabolischen Kante schneidet. Der Spiegel liegt der parabolischen Kante gegenüber, um das auseinanderlaufende Lichtbündel aufzunehmen. Das erste Übertragungselement, etwa eine optische Faser, ist z.B. in einem Schlitz der Anordnung untergebracht, der die parabolische Kante kolinear zur Achse der parabolischen Kante durchquert und einen Boden gegenüber dem Spiegel aufweist oder über eine in die Anordnung integrierte zweckmäßige optische Führung mit dem kleinen Spiegel verbunden ist.
Um eine optische Drehverbindung zu erhalten, umfaßt die Anordnung mindestens eines der in den Ansprüchen 13 bis 18 definierten Merkmale. Die Anordnung ist an eine vorzugsweise zylindrische Rotationsfläche um eine zur Achse der parabolischen Kante parallele Achse angepaßt. in diesem Fall stützt entweder eine sich in bezug auf die erste Anordnung drehende Trommel die zweiten Übertragungselemente gegenüber der schneidenden Kante ab oder eine zweite Anordnung, die zu der ersten analog ist und eine schneidende Kante gegenüber derjenigen der ersten Anordnung aufweist, ist in bezug auf die erste Anordnung drehbar angebracht. Insbesondere können mehrere drehbare Verbindungen gemäß der Erfindung konzentrisch zu einer Rotationsachse vorgesehen werden.
Wenn die Kopplungsvorrichtung als Multiplexer-Demultiplexer verwendet wird, umfaßt sie eine Anzahl zweiter Sandwichanordnungen, die parallel zur Achse der parabolischen Kante der ersten Anordnung verlaufende parabolische Kantenachsen und Kanten aufweisen, die sich mit entsprechenden parabolischen Achsen schneiden, die in bezug auf die schneidende Kante der ersten Anordnung Seite an Seite ausgerichtet sind. Für eine Demultiplexerfunktion sind die schneidenden Kanten der zweiten Anordnungen jeweils mit filternden Schichten beschichtet, die verschiedenen Wellenlängen entsprechen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen beim Lesen der folgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die entsprechenden beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische, herausgebrochene Ansicht einer Folie mit Sandwichanordnung ist;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht einer Kante einer Sandwichanordnung ist, die mit dem Ende einer optischen Faser gekoppelt ist, die vor einer in die Anordnung integrierten Linse angeordnet ist;
Fig. 3 eine diametrale Schnittansicht der Linse, ausgeführt längs Linie III-III von Figur 2 ist;
Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht einer Sandwichanordnung mit parabolischer Reflexionskante und mit Oberflächenloch und integriertem Spiegel gemäß der Erfindung ist;
Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht der Kollimation der Lichtstrahlen in einem sich drehenden optischen Faserkoppler gemäß der Erfindung ist;
Fig. 6 eine Draufsicht der hier auf eine Ebene abgewickelten Sandwichanordnung ist, die eine Hülse in dem Koppler von Fig. 5 bildet;
Fig. 7 eine detaillierte Draufsicht der Sandwichanordnung von Fig. 6 in der Höhe eines Endes der ersten optischen Faser und eines konvexen Spiegels ist;
Fig. 8 eine schematische perspektivische Ansicht einer sich drehenden optischen Vielfachverbindung, mit mehreren konzentrischen Hülsen ist; und
Fig. 9 eine schematische Draufsicht eines optischen Multiplexers-Demultiplexers gemäß der Erfindung ist.
Eine erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung umfaßt als Hauptelement mindestens eine optische Führung, die eine dünne Sandwichanordnung 1 aufweist. Wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt diese Anordnung eine Übertragungsmittelschicht 10 aus einem ersten Material, das einen Brechungsindex n&sub0; aufweist, und zwei äußere Führungsschichten 11 und 12, die jeweils die Seiten der Mittelschicht überdecken. Die Schichten 11 und 12 haben Brechungsindizes n&sub1; und n&sub2;, die voneinander verschieden sein können und die von n&sub0; verschieden sind. Das gleiche gilt für die Dicken der drei Schichten, die verschieden sein können. Außerdem kann die Sandwichanordnung 1 etwa eben sein oder kann in Kurvenform, z.B. entsprechend einer üblicherweise konischen oder vorzugsweise zylindrischen Rotationsfläche vorgesehen sein, wie dies im folgenden ersichtlich wird.
In Analogie zu den optischen Fasern ist die Mittelschicht 10 zum Weiterleiten der Lichtbündel wie im Faserkern transparent. Die Außenschichten 11 und 12 dienen wie eine optische Faserummantelung zum Reflektieren und Führen der Lichtbündel. Der Index n&sub0; der Mittelschicht 10 ist größer als die Indizes n&sub1; und n&sub2;, die gleich oder verschieden sein können. Gleichwohl kann die Anordnung im Schnitt entlang der Dicke betrachtet wie in einem diametralen Teil einer optischen Faser vom Typ mit Stufenprofil oder vom Typ mit Indexgradienten sein.
Beispielsweise kann die Mittelschicht 10 im festen Zustand sein. Die Anordnung weist eine vorbestimmte Kontur auf, die durch maschinelles Bearbeiten oder Schneid-Stanzbearbeitung erhalten worden ist; z.B. wird die Schicht 10 durch axiales Bohren eines Vollzylinders erhalten. Die Mittelschicht besteht z.B. aus Plexiglas (eingetragenes Warenzeichen) oder aus Glas mit einem konstanten oder sich entlang der Dicke ändernden Brechungsindex, aus Kunstharz, aus Kunststoffmaterial, aus Siliciumdioxid, etc.. Die Außenschichten 11 und 12 können metallische Schichten, aus Silikon, aus dotiertem Glas oder auch aus Gas wie beispielsweise Luft sein. Z.B. werden die Schichten 11 und 12 durch Aufbringen auf die Seiten der Mittelschicht mittels Elektrolyse oder durch Behandlung dieser Seiten mittels Ionendiffusion in die Mittelschicht erhalten. Die Anordnung kann also eine dünne flexible Folie bilden, die auf eine feste Unterlage mit vorbestimmter Oberfläche, z.B. zylindrisch, aufgeklebt wird, oder aber starr sein und durch thermische Deformation oder durch Formen an die vorbestimmte Oberfläche angepaßt werden.
Gemäß anderen Ausführungsvarianten kann die Mittelschicht 10 im gasförmigen Zustand, etwa Luft oder Vakuum, oder im flüssigen Zustand, etwa Wasser, sein. Z.B. können die beiden Außenschichten zwei ebene oder auf dieselbe Weise in einer Form angepaßte übereinander angeordnete Platten sein und jeweils zwei große Aussparungen aufweisen. Die Aussparungen haben eine gleichmäßige Höhe in der Plattendicke und eine bestimmte Kontur und erstrecken sich gegenüberstehend parallel zu den Plattenseiten. Zwischen den Aussparungen ist das Gas oder die Flüssigkeit eingeschlossen.
Die Sandwichanordnung 1 hat begrenzte Abmessungen und weist insbesondere eine z.B. kurvenförmige und/oder polyedrische Kontur 13 auf, die eine Begrenzung für die Ausbreitung eines zwischen den Schichten 11 und 12 geführten Lichtbündels bestimmt. Abhängig von der Form der Kontur 13 der Anordnung 1 kann das Lichtbündel divergieren oder konvergieren und abhängig von dem Punktzustand der Kontur kann das Lichtbündel reflektiert werden, gebrochen werden und die Anordnung verlassen oder in die Anordnung eintreten. Ebenso kann das Lichtbündel in Abhängigkeit von der lokalen Index- und/oder der Dickenänderung in wenigstens einer der Schichten 10, 11 und 12, d.h. von der speziellen Bearbeitung in einem bestimmten Volumen der Anordnung, wie Deformation, Oberflächen- oder Indexbehandlung, Metallisierung oder nicht allen bekannten optischen Verarbeitungen, wie Fokussierung, Kollimation, Reflexion, Brechung, etc...., unterzogen werden.
Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, erzeugt die Verformung der Mittelschicht 10 mit etwa konstanter Dicke durch lokales Eindrücken einer Vertiefung in Form einer Kalotte auf einer der Seiten der Anordnung 1, z.B. der Seite 11, und daher eine Wölbung auf der anderen Seite 12 eine örtlich "geodätische" Sammellinse 14, um ein divergierendes Lichtbündel FA zu kollimieren oder um ein kollimiertes Bündel zu einem Ende 22 der Faser 2 zu konvergieren. Um einen Spiegel zu erhalten, genügt es, einen Teil der Kontur der Anordnung zu metallisieren, wie bei 15 in Fig. 4 gezeigt ist.
Die erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung ist dazu bestimmt, wenigstens ein erstes optisches Übertragungselement mit mindestens einem zweiten optischen Übertragungselement zu koppeln. Es wird festgestellt, daß, wenn die Sandwichanordnung nur ein erstes optisches Übertragungselement mit einem einzigen zweiten optischen Übertragungselement koppelt, die Kopplungsvorrichtung eine Funktion entsprechend der eines einfachen Verbinders sicherstellt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein "optisches Übertragungselement" ein bekanntes Element, das ein Lichtbündel ausbreitet, das aus weißem Licht sein oder eine oder mehrere Wellenlängen aufweisen kann. Bekanntlich sind gewisse dieser Elemente einseitig oder zweiseitig gerichtet, und aufgrund des Reziprozitätsprinzips der Richtungen in der geometrischen Optik werden die untenstehenden Beispiele für eine einzige übertragungsrichtung, im allgemeinen von einem ersten Element 2 zu mindestens einem zweiten Element 3 beschrieben. Die zweifache Richtung ist durch einen Doppelpfeil auf den Lichtbündeln in den Figuren dargestellt. Im folgenden wird insbesondere auf optische Fasern als optische übertragungselemente Bezug genommen, obwohl diese auch Photoemissionselemente wie eine LED-Diode oder Laserdioden, Photoempfängerelemente wie eine PIN-Diode, einfache optische Elemente wie Linsen, Filter, Objektive, Teiler, Prismen, Kollimatoren oder Zugangsanschlüsse oder Kopplungsports oder Systeme oder bekannte optische Gitter sein können.
Die Kopplung eines dieser verschiedenen optischen Übertragungselemente mit der Sandwichanordnung erfolgt im allgemeinen, indem bereits bekannte Techniken zum Koppeln eines solchen Elementes mit einer optischen Faser verwendet werden, um entsprechend dem Fall ein zweckmäßiges Lichtbündel in die Mittelschicht 10 einzubringen oder aus dieser zu übertragen.
Bezugnehmend auf Fig. 2, ein optisches Übertragungselement ist eine optische Faser 2, an deren einem Ende die Achse des Faserkerns vorzugsweise in der Mittel ebene der Mittelschicht 10 angeordnet ist. Wenn die Seite 22 des Endes der Faser 2 geeignet nachgeschnitten ist, kann diese Seite an einer ebenen Kante 131 der Hauptschicht 10 ggf. über ein Gel oder einen Kleber mit kontinuierlichem Brechungsindex angebracht werden. Wenn der Kerndurchmesser der Faser 2 und die Dicke der Schicht 10 der Sandwichanordnung 1 verschieden sind, kann indessen die größere der beiden vorhergehenden Abmessungen durch deutliches Recken bei Wärme verkleinert werden. Die Außenseite 22 der Faser kann lokal mit der Kante 131 der Anordnung 1 verschmolzen werden oder kann mittels eines Gels mit kontinuierlichem Index oder mittels mehrerer Antireflexionsschichten mit der Kante 131 gekoppelt werden, deren Indizes zwischen den Indizes des Faserkerns und der Mittelschicht der Anordnung abgestuft sind.
Wenn ein Lichtbündel in das andere Ende der Faser 2 eingebracht wird, divergiert das Bündel FA beim Austreten aus der Endseite 22 und beim Durchtreten durch die Kante der Anordnung 131. In umgekehrter Richtung, Anordnung 1 in Richtung der Faser 2, ist es erforderlich, eine geodätische, auf die Faser 2 ausgerichtete Sammellinse 14 oder ein anderes vorzugsweise in die Anordnung integriertes optisches System vorzusehen, wenn die Gesamtleistung des Bündels in der Faser aufgenommen werden soll.
Gemäß einer in Fig. 4 gezeigten Ausführung wird ein einfallendes Bündel 2FAa auf ein kleines, an einen Punkt anpaßbares Loch 111 fokussiert, das in der einen 11 der Außenschichten einer Sandwichanordnung 10 gemäß der Erfindung hergestellt ist. Gemäß einer anderen Variante ist das Loch 111 durch eine kleine runde Außenfläche der Schicht 11, die mattiert worden ist, oder durch ein Strichbeugungsgitter (kleine Rillen) ersetzt. Die Achse des Lichtbündels 2FAa ist in bezug auf die hier ebene Anordnung 1a geneigt und das Bündel wird z.B. durch ein optisches Linsensystem SY übertragen. Das Lichtbündel 2FAa wird nun an der Innenseite der anderen Außenschicht 12 reflektiert und wird im Inneren der Anordnung 1a, in der Mittelschicht 10, zerstreut. Die Kollimation des zerstreuten Lichtstrahls wird nun mittels einer Kante 15 der Anordnung 1a erhalten, die in parabolischer Form geschnitten oder bearbeitet worden und metallisiert worden ist. Die Kante 15 bildet einen Parabolspiegel, der etwa in der Mitte des Lochs 111 seinen Brennpunkt f hat. Auf diese Weise ist das in die Anordnung la eindringende Lichtbündel 2FAa parallel zu der Achse X'X der parabolischen Kante 15 kollimiert und kann in kleine Lichtbündel 3FAa aufgeteilt werden, die in den optischen Fasern 3a als zweite optische Übertragungselemente wiedergewonnen werden. Außenseiten 31 der Fasern 3a werden auf eine Hinterkante 16 der Anordnung 1a angebracht, die sich mit der Achse X'X der parabolischen Kante 15 z.B. senkrecht zu der gemäß Fig. 4 schneidet.
Vorzugsweise ist ein kleiner konkaver, typischerweise zylinderförmiger Spiegel 17, in die Anordnung 1a und damit in die Schicht 10, etwa hinter dem Brennpunkt der parabolischen Kante 15, integriert. Der Spiegel 17 verdeckt etwa den Parabolspiegel 15 und strahlt die zur Rückseite der Anordnung 1a verlorenen Strahlen des Lichtbündels 2FAa zu diesem zurück. Der kleine Spiegel 17 kann durch Vorsehen eines kleinen Hohlraumes 171 in der Anordnung la, deren eine Seite konvex ist, und durch Metallisieren dieser konvexen Seite erhalten werden.
Gemäß anderen Varianten sind eine oder mehrere der zweiten Fasern 3a (Fig. 4), 3b (Fig. 5) einem mikrooptischen Kollimationssystem zugeordnet, das vor der Kante 16 der Hülse 4 angeordnet ist. Die Hinterkante 16 kann ein etwa zylindrisches, konvexes Querschnittprofil aufweisen, um eine Streuung über und unter die Anordnung hinaus zu vermeiden, wenn das Bündel 3FAa (Fig. 4), 3FAb (Fig. 5) diese verläßt, und daher um dieses gemäß der "Oberfläche" der Anordnung zu kollimieren.
Eine zu der von Fig. 4 analoge Sandwichanordnung 1b, aber ohne Loch im Brennpunkt, wird verwendet, um eine Kupplungshülse eines sich drehenden optischen Kopplers gemäß der Erfindung zu bilden. Die Anordnung 1b schmiegt sich an eine z.B. zylindrische Rotationsfläche, um eine Hülse oder einen Ring 4 zu bilden, der eine zu der Achse X'X der parabolischen Kante 15 parallele Achse Z'Z aufweist, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Die Kante 16 begrenzt einen hier kreisförmigen, vorzugsweise senkrecht zu der Rotationsachse Z'Z Verlaufenden Hülsenabschnitt. Ein Lichtbündel 2FAb wird mittels einer ersten optischen Faser 2b, deren Ende kolinear zur Achse X'X verläuft, in die Anordnung 1b eingebracht (oder herausgeführt). Nach Reflexion vor dem Brennpunkt f divergiert das Bündel 2FAb zur parabolischen Kante 15 hin und wird in mehrere kleine Bündel 3FAb kollimiert, die die Mittelschicht 10 exponierende Fenster durchqueren und jeweils in den Enden von zweiten optischen Fasern 3b aufgenommen werden. Die Enden der Fasern 3b werden in bezug auf die schneidende Kante 16 auf einer Trommel 5 gehalten. Die durch die Anordnung 1b gebildete oder auf dieser angebrachte Kupplung 4, und die Trommel 5 sind angebracht, wobei die eine sich um die Achse Z'Z dreht und die andere drehfest ist.
Um die in Fig. 5 gezeigte Kupplung 4 zu erhalten, ist die Anordnung 1b vorzugsweise starr und wird durch axiales Bohren in einem Vollzylinder aus Glas oder Plexiglas erhalten, wobei sich die Kanten 15 und 16 aus einer Bearbeitung ergeben. Gemäß anderen Varianten ist die Anordnung 1b geschnitten oder wird durch Bearbeiten einer Folie gemäß dem Profil von Fig. 6 erhalten oder ist zylindrisch mit zweckmäßiger Kontur durch Formen angepaßt.
Gemäß Fig. 6 umfaßt die Anordnung 1b eine lange metallisierte und parabolische Kante 15 mit Brennpunkt f, eine lange, zur Parallelachse X'X senkrecht verlaufende Kante 16 und zwei kurze Seitenkanten 18, hier parallel zur Achse X'X. Die Kanten 18 sind vorzugsweise vollständig lichtundurchlässig, wohingegen die Hinterkante 16 vollständig transparent ist oder gemäß Fig. 6 teilweise lichtundurchlässig ist und kleine transparente Fenster 162 aufweist, auf die die Enden der Fasern 3b gerichtet sind. Die Kante 16 hat ein Querprofil, genommen entlang einer zu der Anordnung senkrechten Ebene, das im wesentlichen konvex ist, wie bereits im Zusammenhang mit der Anordnung 1a festgestellt wurde.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7, die erste Faser 2b wird in einen zu der Achse X'X kolinear ausgeführten Einschnitt 23 in der Anordnung 1b und etwa bis zum Rand des Brennpunktes f eingeführt. Der Brechungsindex des Kerns 20 der Faser 2b wie derjenige der zweiten Fasern 3b ist etwa gleich dem Brechungsindex n&sub0; der Mittelschicht 10. Die Außenseite 22 der Faser 2b stößt an den Boden 24 des Einschnittes 23 an, vorzugsweise mit einer Flüssigkeit für die Brechungsindexanpassung oder einem Klebstoff mit angepaßtem Index oder mit Antireflexionsschichten oder aber durch Verschmelzen. Gegebenenfalls ist die optische Ummantelung 21 der Faser 2b oder der Schutzüberzug der Faser zumindest teilweise mit den Wänden des Schlitzes 23 verklebt.
Es sei festgestellt, daß die Enden der zweiten optischen Fasern 3a, 3b mit der Anordnung 1a, 1b (Fig. 4, 6), wie die Verbindung zwischen der Faser 2b und der Anordnung 1b verbunden sein können.
Gemäß anderen Varianten kann der Schlitz 23 durch eine optische Führung ersetzt werden, die in die Anordnung 1b integriert ist und etwa koaxial zur Parabelachse X'X verläuft. In diesem Fall ist das Ende 22 der Faser 2b gegenüber der optischen Führung vor der parabolischen Kante 15 angeordnet. Die optische Führung kann gebildet werden durch:
- einen Schlitz oder ein Sackloch entsprechend dem Schlitz 23, dessen zwei zu der Mittelschicht 10 querverlaufende Trennwände metallisiert und daher reflektierend sind und dessen zwei weitere, untere und obere, Wände aus den Außenschichten 11 und 12 oder zwei nicht transparenten Überzügen bestehen; oder
- einen langgliedrigen Abschnitt 23 der Anordnung 1b, der durch zwei zu der Achse X'X etwa parallele kleine Schlitze oder Sägeschnitte begrenzt ist; oder
- einen langgliedrigen Abschnitt 23 der Anordnung 1b, der einen zu dem Schlitz 23 analogen Standort aufweist und Ionen durch Dotierung erhalten hat.
Das in der Faser 2b geführte Bündel 2FAb divergiert von der Außenseite 22b, wenn diese eine Eintrittsfaser der Kopplungsvorrichtung ist.
Ein kleiner konvexer zylindrischer Spiegel 161 ist zwischen dem Brennpunkt f der parabolischen Kante 15 und dem Schlitzboden 24 und in der Nähe des Brennpunktes f vorgesehen. Der Strahl des Spiegels 161 ist größer als der Abstand zwischen dem Zentrum C des Spiegels 161 und dem Brennpunkt f, um eine relativ große Wölbung zu erhalten. Alle Strahlen des einfallenden Bündels 2FAb werden durch den Spiegel 161 in Strahlen reflektiert, die scheinbar von dem Brennpunkt f herkommen. Sie werden dann durch die metallisierte Kante 15 in zu der Achse XX' parallele Strahlen reflektiert. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ergibt sich der Spiegel 161 aus einer etwa zylindrischen Konkavität, die in der Mitte der hinteren Kante 16 vorgesehen ist und die metallisiert ist.
Nochmals unter Bezugnahme auf Fig. 6 scheint es, daß in der hinteren Kante 16 Fenster 162 vorgesehen sind, um dort Enden 32 von zweiten optischen Fasern 3b zu positionieren und gegebenenfalls auf eine zu der Befestigung der ersten Faser 2b in dem Schlitz 23 analogen Weise zu befestigen. Gleichwohl können die Fenster 162 in der einen oder den beiden Außenschichten 11 und 12 der Anordnung 1b wie das Loch 111 oder die mattierte Oberfläche in der Schicht 11 (Fig. 4) ausgebildet sein. Die Fenster 162 erhalten vorzugsweise eine geeignete optische Behandlung oder sind von einer Flüssigkeit mit einem Index überdeckt, der zur Begrenzung der parasitären Fresnel-Reflexionen ausgewählt worden ist.
Anstelle der die zweiten optischen Fasern 3b unterstützenden Zylinders 5 ist eine andere Kupplung 4' vorgesehen, die zu der Kupplung 4 analog ist und in bezug auf die letztere gemäß der in Fig. 8 veranschaulichten Variante entgegengesetzt angeordnet ist. Die eine, 4, der Kupplungen ist um die gemeinsame Achse Z'Z der Kupplungen drehend angebracht, während die andere, 4', drehfest ist. Es werden die transparenten kreisförmigen Kanten 16 und 16' mit konvexem Querprofil der beiden Kupplungen 4 und 4' betrachtet. In diesem Fall ist die Funktion der so gebildeten, "sich drehenden optischen Verbindung" zwischen einer auf die Parabelachse der ersten Kupplung 4 ausgerichteten Faser 2b und einer auf die Parabelachse der zweiten Kupplung 4' ausgerichteten Faser 2b' umkehrbar. Praktisch die gesamte durch die Fasern 2b, 2b' übertragene Lichtenergie wird trotz der in jede beliebige Richtung möglichen Drehung einer Kupplung in bezug auf die andere und der Fehlausrichtung der Fasern von der anderen Faser aufgenommen.
Aufgrund der Parabeleigenschaften sind die von den Lichtstrahlen zwischen den Fasern 2b und 2b' zurückgelegten optischen Wege im Verlauf der Rotation in ihrer Länge etwa konstant, wodurch jede periodische Phasenverschiebung zwischen den Strahlen vermieden wird.
Eine erfindungsgemäße optische Verbindung kann mehrere konzentrische "Ringe" umfassen, von denen jeder aus einem Paar identischer Kupplungen mit gleichem Durchmesser, analog zu dem Paar 4-4', besteht. Zwei solche Kupplungspaare 4-4', 41- 41', sind in Fig. 8 gezeigt. In diesem Fall gestattet eine Winkelverschiebung des Parabelscheitels einer Kupplung 4, 4' in bezug auf den (die) Scheitel des oder der beiden benachbarten konzentrischen Kupplungen 41, 41', einen Faser-mit- Faser-Verbinder etwa im Scheitel der parabolischen Kante 15 anzuordnen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9, eine Multiplexer-Demultiplexer- Vorrichtung MD für Wellenlängen umfaßt eine erste Sandwichanordnung 1c und N zweite kleine Sandwichanordnungen 1d&sub1; bis 1dN, hier drei. Diese N+1 Anordnungen sind zu der unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschriebenen ebenen Anordnung 1b analog, mit der Ausnahme, daß deren geradlinige Kanten mit konvexem Querprofil 16c, 16d&sub1; bis 16dN keine Fenster aufweisen. So sind die Anordnungen 1c, 1d&sub1; bis 1dN zum Beispiel aus einer einzigen Folie aus Schichten 10, 11 und 12 geschnitten oder bearbeitet und umfassen jeweils eine parabolische Reflexionskante 15c, 15d&sub1; bis 15dN, eine die Kantenachse der Parabel vorzugsweise senkrecht schneidende Kante 16c, 16d&sub1; bis 16dN, einen kleinen konvexen, zu der schneidenden Kante zentralen Spiegel 161c, 161d&sub1; bis 161dN und eine optische Führung, wie einen axialen Schlitz 23c, 23d&sub1; bis 23dN. Der Schlitz 23c der Anordnung 1c umfaßt das Ende einer ersten optischen Faser 2c, während die Schlitze 23d&sub1; bis 23dN der Anordnung 1d&sub1; bis 1dN jeweils Enden von zweiten optischen Fasern 2d&sub1; bis 2dN enthalten.
Die geradlinigen Kanten 16d&sub1; bis 16dN sind parallel und gegenüber der geradlinigen Kante 16c ausgerichtet. Vorzugsweise ist die Summe der Längen der Kanten 16d&sub1; bis 16dN gleich der Länge der Kante 16c. Die Kante 16c der ersten Sandwichanordnung hat mindestens eine breitbandige Antireflexionsschicht erhalten oder ist in eine Flüssigkeit mit geeignetem Index eingetaucht. Die Kanten 16d&sub1; bis 16dN der zweiten Sandwichanordnung haben schmalbandige Filterschichten erhalten, die jeweils den Wellenlängen 1&sub1; bis 1N entsprechen.
Wenn die Vorrichtung MD nur als Multiplexer für N Eingangssignale mit individuellen Wellenlängen 11 bis 1N zu einem Ausgangssignal mit N gemultiplexten Wellenlängen verwendet wird, d.h. für eine Übertragung der zweiten Fasern zu der ersten Faser, können die Filterschichten auf den Kanten 16d&sub1; bis 16dN weggelassen werden. Bei Abwesenheit der schmalbandigen Filterschicht wird die die Vorrichtung MD in der anderen Übertragungsrichtung von der Faser 2c zu der Faser 2d&sub1; bis 2dN als Differenzierglied-Koppler verwendet.
Für eine Verwendung der Vorrichtung MD als Demultiplexer und daher mit den Filterschichten wird die Leistung des Signals, welches mit gemultiplexten Wellenlängen in die Faser 2c eintretenden Signals auf die zweiten Fasern 2d&sub1; bis 2dN verteilt.
Gemäß einer anderen Variante sind die Anordnung 1c und die Gesamtheit der Anordnungen 1d&sub1; bis 1dN mit koaxialen Rotationsflächen ausgebildet, von denen die eine drehend angeordnet ist, um eine sich drehende Multiplexer-Demultiplexer- Verbindung analog zu der in Fig. 5 dargestellten, sich drehenden Verbindung zu bilden.

Claims

1. Vorrichtung zum Koppeln wenigstens eines ersten mit zweiten optischen Übertragungselementen (2, 3), umfassend eine Sandwichanordnung (1), bestehend aus einer Mittelschicht (10) zum Leiten der Lichtbündel zwischen den optischen Übertragungselementen (2, 3) und zwei Außenschichten (11, 12), die die Seiten der Mittelschicht überdecken, um die Lichtbündel zu führen, wobei der Brechungsindex (n&sub0;) der Mittelschicht (10) größer als die Brechungsindizes (n&sub1;, n&sub2;) der Außenschichten (11, 12) ist, gekennzeichnet durch einen Spiegel (17, 161), der in die Anordnung (1a, 1b) integriert ist und etwa gegenüber dem ersten optischen Übertragungselement (SY, 2b) angeordnet ist, und durch eine reflektierende parabolische Kante (15) auf dem Außenumfang der Anordnung (1a, 1b), die einen Brennpunkt in der Nähe des Spiegels aufweist und gegenüber den zweiten optischen Übertragungselementen (3a, 3b) angeordnet ist, wobei der Spiegel (17, 161) angeordnet ist, um ein Lichtbündel des ersten optischen Übertragungselementes (SY, 2b) zur parabolischen Kante (15) hin zurückzustrahlen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Loch oder einen mattierten Oberflächenabschnitt (111), der in der einen (11) der Außenschichten in der Nähe des Brennpunktes (f) der parabolischen Kante hergestellt ist, um durch ein Lichtbündel (2FAa) des ersten Übertragungselementes (SY) durchquert zu werden, das in der Anordnung (1a) geführt ist und durch die reflektierende Kante (15) kollimiert wird, wobei der Spiegel (17) konkav ist und in der Nähe des Lochs (111) angeordnet ist, um zerstreute Strahlen des Bündels (2FAa) zur parabolischen Kante (15) zurückzustrahlen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (161) konvex, deutlich auf die Achse (X'X) der parabolischen Kante zentriert und in der Nähe des Brennpunktes (f) der parabolischen Kante (15) zwischen dem Brennpunkt (f) und dem ersten Übertragungselement (2b) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Schlitz (23), der die parabolische Kante (15) kollinear zur Achse (X'X) der parabolischen Kante durchquert und einen Boden (24) gegenüber dem Spiegel (161) aufweist, um ein Ende (22) des ersten optischen Übertragungselementes (2b) aufzunehmen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine optische Führung etwa koaxial zur Achse (X'X) der parabolischen Kante (15) und integriert in die Anordnung, um ein Lichtbündel zwischen dem ersten optischen Übertragungselement (2b) und dem Spiegel (161) zu führen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Führung durch einen Schlitz oder ein Sackloch (23) gebildet ist, das in der Anordnung (1b) vorgesehen ist und reflektierende Wände aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Führung durch einen langgliedrigen Abschnitt (23) der Anordnung gebildet ist, der durch zwei etwa zur Achse (X'X) der parabolischen Kante (15) parallele kleine Schlitze begrenzt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Führung durch Ionendotierung in einem langgliedrigen Abschnitt (23) der Anordnung erhalten wird.

9. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (1b) eine Kante (16) umfaßt, die die Achse (X'X) der parabolischen Kante (15), vorzugsweise senkrecht zu dieser, schneidet, in deren Nähe die zweiten Übertragungselemente (3a, 3b) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidekante (16) Kollimierungsmittel wie ein konvexes Querprofil der schneidenden Kante umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die schneidende Kante (16) Fenster (162) der Mittelschicht (10) umfaßt, um dort Enden (32) der zweiten optischen Übertragungselemente (3b) zu positionieren.

12. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 3 bis 8 und nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der konvexe Spiegel (161) eine reflektierende Konkavität ist, die in der schneidenden Kante (16) ausgeführt ist.

13. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (1a, 1b) elastisch und an eine vorbestimmte, vorzugsweise zylindrische Fläche angeschmiegt ist.

14. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anordnung (1b) an eine vorzugsweise zylindrische Rotationsfläche (4) um eine Achse (Z'Z) parallel zur Achse (X'X) der parabolischen Kante (15) anschmiegt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (5) aufweist, um die zweiten Übertragungselemente 2b gegenüber einer sich mit der Achse (X'X) der parabolischen Kante (15), vorzugsweise senkrecht zu dieser, schneidenden Kante (16) der Anordnung (1b) abzustützen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß von der Anordnung (1b) und den Elementen zum Abstützen (5) das eine sich um die Achse (Z'Z) der Rotationsfläche rotierend dreht und das andere feststehend ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abstützen (5) eine zweite Sandwichanordnung sind, die sich an einer Rotationsfläche (4') anschmiegt, die dieselbe Achse (Z'Z) wie die erste Anordnung aufweist, und eine schneidende Kante (16') gegenüber derjenigen (16) der ersten Anordnung.

18. Vorrichtung nach Anpruch 17, gekennzeichnet durch mehrere Paare erster und zweiter Anordnungen (4, 4'; 41, 41'), die zu einer selben Rotationsflächenachse (Z'Z) konzentrisch sind.

19. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anzahl (N) zweiter Sandwichanordnungen (1d&sub1; bis 1dN) aufweist, die parabolische Kanten (15d&sub1; bis 15dN) mit parabolischen Kantenachsen parallel zur parabolischen Kantenachse der ersten Anordnung (1c) und Kanten (16d&sub1; bis 16dN) aufweisen, die sich mit den jeweiligen parabolischen Kantenachsen schneiden und die Seite an Seite gegenüber einer schneidenden Kante (16c) der ersten Anordnung ausgerichtet sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die schneidende Kante (16c) der ersten Anordnung (1c) mit wenigstens einer entspiegelten Schicht beschichtet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die schneidenden Kanten (16d&sub1; bis 16dN) der zweiten Anordnungen (1d&sub1; bis 1dN) jeweils mit filternden Schichten beschichtet sind, die verschiedenen Wellenlängen entsprechen.