DE69011817T2

DE69011817T2 - Optischer Verteiler für multimodale faseroptische Systeme.

Info

Publication number: DE69011817T2
Application number: DE69011817T
Authority: DE
Inventors: Mitsuzo Arii; Kuniaki Jinnai; Shigeo Kataoka; Osamu Kondoh; Tomoko Kondoh; Hisashi Ohwada; Norio Takeda
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 1989-11-15
Filing date: 1990-11-09
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2010-11-10
Also published as: JPH03156407A; CA2029608C; CA2029608A1; EP0428951A2; EP0428951B1; EP0428951A3; US5091986A; JP3066868B2; DE69011817D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein optisches Bauelement für optische Nachrichtensysteme, spezieller einen optischen Teiler vom Wellenleitertyp für optische Mehrmodenfasern mit Brechungsindexübergang, wie er für optische Nachrichtenübertragung, optische Messungen usw. verwendet wird.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Ein optischer Teiler ist ein wichtiges Beuelement zum Aufteilen eines Eingangslichtsignals auf mehrere optische Systeme auf dem Gebiet der optischen Nachrichtenübertragung oder optischer Messungen. Als optische Teiler existieren mehrere Arten solcher optischer Teiler, wie solche, die einen Halbspiegel verwenden, solche, die eine geschmolzene und gezogene optische Faser verwenden, solche, die einen ebenen Wellenleiter (nachfolgend kurz als Wellenleiter bezeichnet) verwenden, der aus einem Material wie einem Polymer, Glas und dergleichen besteht. Da ein optischer Teiler vom Wellenleitertyp solche Eigenschaften aufweist, daß er bei der Konstruktion sehr anpassungsfähig ist, Schaltkreise mit mehreren Zweigen einfach hergestellt werden können usw., wurden in der Vergangenheit verschiedene Untersuchungen zu solchen optischen Teilern vorgenommen. Insbesondere werden optische Mehrmodenfasern vom Brechungsübergangstyp (nachfolgend kurz als GI = graded-index = verteilter Brechungsindex bezeichnet) in grossem Umfang bei optischen Nachrichtenübertragungssystemen über vergleichsweise kurze Entfernungen wie bei einem optischen örtlichen Netzwerk verwendet, und es wurde nach der Schaffung eines optischen Teilers guter Qualität für optische GI-Fasern verlangt.
Hauptkennzeichen für die Eigenschaften derartiger optischer Teiler sind der optische Verlust und die Verluststreuung. Es ist bekannt, daß der Querschnitt eines optischen Wellenleiters im wesentlichen kreisförmig ausgebildet werden kann, wie bei einem Glaswellenleiter, der durch ein Ionenwanderungsverfahren hergestellt wird, jedoch weisen optische Wellenleiter in den meisten Fällen rechteckigen Querschnitt auf. Wenn eine optische Faser mit kreisförmigem Querschnitt an einen derartigen optischen Wellenleiter mit rechteckigem Querschnitt angeschlossen wird, um einen optischen Teiler zu schaffen, können optische Verluste aufgrund der Formfehlanpassung (nachfolgend als Formverlust bezeichnet) auftreten, und der Formverlust trägt stark zum optischen Verlust des optischen Teilers bei. So war es eine wichtige Aufgabe, den Formverlust zu verringern, um das Funktionsvermögen eines optischen Teilers zu verbessern.
Andererseits wurde zum Verbessern der Verluststreuung eines optischen Mehrmodenteilers ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Breite eines optischen Zweig-Wellenleiters im zentralen Teil vergleichsweise klein zu demjenigen im Endteil gemacht wird, und zwar wegen der Tatsache, daß die Intensitätsverteilung durchlaufenden Lichts in einem optischen Haupt-Wellenleiter im mittleren (zentralen) Teil stark, jedoch im End(Umfangs)-Teil schwach ist (Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 62-69205). Jedoch sind in dieser Literaturstelle ein Verfahren zum Konstruieren eines verzweigenden optischen Wellenleiters und die Wirkung eines solchen nicht offenbart.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen optischen Teiler mit geringem optischen Verlust und verbesserter Verluststreuung zur Verwendung mit optischen Fasern vom GI-Typ zu schaffen.
Zunächst wird ein Grund für das Auftreten eines Formverlusts, der der Hauptfaktor für den optischen Verlust ist, beschrieben. Die Zusammenfügebedingungen (Zusammenfügeabschnitt) zwischen optischen Fasern und Wellenleitern sind normalerweise dergestalt, wie dies in Fig. 1A (Schematischer Querschnitt an der Eingangsseite) und Fig. 1B (Schematischer Querschnitt an der Ausgangsseite) dargestellt ist. Im allgemeinen ist die Kernbreite D eines optischen Haupt-Wellenleiters an der Eingangsseite größer als der Kerndurchmesser K einer optischen Faser. Demgemäß kann der optische Verlust in Breitenrichtung, wenn Licht von einer optischen Eingangsfaser 7 in einen optischen Haupt-Wellenleiter 2 eintritt, theoretisch auf Null verringert werden. Jedoch kann, was die Dickenrichtung betrifft, ein optischer Verlust in solchen Teilen, die durch Schraffierung gekennzeichnet sind, abhängig von der Kerndicke T des optischen Wellenleiters nicht vermieden werden. Theoretisch kann ein solcher optischer Verlust in Dickenrichtung dadurch auf Null verringert werden, daß die Kerndicke T des optischen Wellenleiters größer als der Kerndurchmesser K der optischen Faser (T > K) gemacht wird, jedoch führt dies zu einem optischen Verlust an der Ausgangsseite.
Demgemäß muß zum Herstellen eines optischen Teilers mit geringem optischen Verlust als erstes die Kerndicke T des optischen Wellenleiters so ausgewählt und bestimmt werden, daß sie einen optimalen Wert zum Verringern des Formverlusts einnimmt.
Zweitens tritt an der Ausgangsseite, wenn die Kernbreite W eines optischen Zweig-Wellenleiters kleiner als eine in einen Kreis, der den Kerndurchmesser K der optischen Faser aufweist, eingeschriebene Abmessung ist, das Ausgangslicht aus dem optischen Zweig-Wellenleiter 3 in eine optische Faser 7 ein, und es existiert kein Formverlust. Jedoch kann, wenn die Kerndicke T des Wellenleiters auf einen Wert eingestellt ist, der sehr dicht beim Kerndurchmesser K der optischen Faser liegt (gestrichelte Linien in Fig. 1B), der optische Verlust an der Eingangsseite verringert werden, aber wenn die Breite W des optischen Zweig-Wellenleiters übermäßig klein in bezug auf die Kerndicke T des optischen Wellenleiters bestimmt wird, existieren bestimmte Schwierigkeiten beim Ausbilden einer optischen Schaltung wie auch beim Herstellen derselben.
Um den Formverlust eines optischen Teilers zu verringern, sollte als erstes eine Optimierung der Kerndicke T des optischen Wellenleiters und der Breite W des optischen Zweig- Wellenleiters hinsichtlich des Kerndurchmessers K der optischen Faser erzielt werden, jedoch ist dies nicht einfach, weswegen bisher die Optimierung durch ein empirisches Verfahren und gestützt auf Erfahrung vorgenommen wurde.
Wenn hinsichtlich des Brechungsindex ein Unterschied zwischen dem zentralen Teil und dem Umfangsteil eines optischen Wellenleiters besteht, kann die Leistung am Anschlußende des optischen Wellenleiters abhängig vom Wert des Brechungsindex streuen. Insbesondere weist Licht, das in einer stationären Mode durch einen ausreichend langen optischen Wellenleiter geführt wird, am Austrittsende des optischen Wellenleiters hohe Intensität im zentralen Teil, jedoch geringe im Umfangsteil auf, so daß es nicht gleichmäßig verzweigt werden kann. Jedoch wurde herausgefunden, nachdem die Erfinder nach einer Verbesserung eines optischen Teilers zur Verwendung mit optischen Fasern suchten, daß sich die Leistungsverteilung am Anschlußende eines optischen Zweig-Wellenleiters abhängig von der Form, der Länge und der Breite des optischen Haupt-Wellenleiters ändert und daß ein optischer Teiler mit verbesserter Verluststreuung durch Optimieren dieser Bedingungen hergestellt werden kann.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, für eine Verbesserung bei einem optischen Teiler zur Verwendung mit optischen Mehrmodenfasern vom GI-Typ zu sorgen, der geringen optischen Verlust und hervorragende Verluststreuung aufweist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Als Ergebnis einer gewissenhaften Untersuchung optischer Teiler für optische Mehrmodenfasern vom GI-Typ, die geringen optischen Verlust und verbesserte Verluststreuung aufweisen, ist es den Erfindern gelungen, eine Schaltkreisstruktur für einen optischen Teiler zu erzielen und eine Beziehung zwischen der Schaltkreisstruktur und dem Kerndurchmesser der optischen Faser durch Beziehungsgleichungen auszudrücken, und die Erfindung fertigzustellen.
Ein optischer Teiler, wie er Ziel der Erfindung ist, besteht, wie in Fig. 2 (schematische perspektivische Darstellung) gezeigt, aus einem optischen Eingangsabschnitt 11, in dem eine optische Eingangsfaser angeordnet ist, einem Verzweigungsabschnitt 12 zum Aufteilen (Verzweigen) eines Eingangslichtsignals auf mehrere, drei oder mehr, Systeme, und einem optischen Ausgangsabschnitt 13, in dem optische Ausgangsfasern zum Entnehmen von Zweiglichtbündeln angeordnet sind. Eine einzelne optische Eingangsfaser 7 ist an einem vorgegebenen Teil eines Substrats 8 des optischen Eingangsabschnitts 11 zweckmäßig angebracht und befestigt. Ferner weist das Substrat 8 zusätzlich die Funktion der Verstärkung der Zusammenfüge(Kopplungs)-Festigkeit zwischen der optischen Eingangsfaser 7 und dem Verzweigungsabschnitt 12 auf. Im Verzweigungsabschnitt 12 ist ein optischer Wellenleiter 1 zum Aufteilen (Verzweigen) des Eingangslichts auf mehrere, drei oder mehr, Systeme an einem vorgegebenen Abschnitt eines Substrats 9 zweckmäßig angebracht und befestigt.
Im optischen Ausgangsabschnitt 13 sind mehrere optische Ausgangsfasern 7 zum Entnehmen von Zweiglichtbündeln an vorgegebenen Teilen eines Substrats 10 zweckmäßig ausgerichtet und befestigt. Das Substrat 10 weist zusätzlich die Funktion des Verstärkens der Zusammenfüge(Kopplungs)-Festigkeit zwischen den optischen Ausgangsfasern 7 und dem Verzweigungsabschnitt 12 auf.
Die Kerndicke T des optischen Wellenleiters 1 ist im wesentlichen gleichmäßig. Indessen ist der optische Wellenleiter 1 so konstruiert, daß er eine derartige Schaltkreisstruktur aufweist, daß ein einzelner optischer Haupt-Wellenleiter 2 in N zusammenhängende optische Zweig-Wellenleiter 3, deren Anzahl größer als 3 ist (Fig. 3) unterteilt (verzweigt) ist. D.h., daß der optische Haupt-Wellenleiter 2 so beschaffen ist, daß es ein linearer optischer Wellenleiter mit der Breite D und der Länge M ist, während die optischen Zweig- Wellenleiter 3 so entworfen sind, daß sie eine solche Struktur aufweisen, daß die Breite W jedes Zweig-Wellenleiters 3 von einem Verzweigungsteil 4 des optischen Haupt-Wellenleiters 2 bis zu einem Zusammenfügeteil 6 mit den optischen Ausgangsfasern 7 im wesentlichen durchgehend gleich ist.
Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Durch Entwerfen der Abmessungen verschiedener Teile der optischen Wellenleiter und der optischen Fasern so, daß die vorstehend angegebenen Bezugsgleichungen erfüllt sind, kann der Kopplungsverlust zwischen den optischen Fasern und dem optischen Wellenleiter deutlich verringert werden, und es kann sehr einfach ein optischer Teiler hergestellt werden, der geringen optischen Verlust und hervorragende Verluststreuung aufweist, was ferner in großtechnischem Maßstab und mit hoher Produktivität erfolgen kann. Es wird darauf hingewiesen, daß die Bezugsgleichung (1) und die Bezugsgleichung (2) Gleichungen sind, die die Beziehung zwischen der Größe des optischen Wellenleiters und der optischen Faser und den Formverlust repräsentieren, wobei durch die Gleichungen zulässige Bereiche für die Kerndicke T des optischen Wellenleiters und die Dicke W der optischen Zweig-Wellenleiter in bezug auf optische Fasern ermittelt werden können.
Ferner haben die Erfinder detaillierte Untersuchungen hinsichtlich eines Verfahrens zum Verbessern des optischen Verlusts und der Verluststreuung ausgeführt, und sie haben herausgefunden, daß mehr Verlust und eine übermässige Verluststreuung enge Beziehung zur Kerndicke T des optischen Wellenleiters 1 und zur Breite W des optischen Zweig-Wellenleiters 3 haben, und sie haben daraus folgend solche Ergebnisse erzielt, wie sie in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind (siehe auch Fig. 1). Hierbei ist der Mehrverlust eine Funktion der Intensität Io des Eingangslichts sowie der Summe ΣIn der Intensitätswerte N verzweigter und aufgeteilter Ausgangslichtbündel, und er erfüllt die folgende Gleichung:
Mehrverlust (dB) = 10 log (Io / ΣIn),
wobei die Verluststreuung die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert bezeichnet, wenn die Intensitätswerte der Ausgangslichtbündel aus den N optischen Zweig- Wellenleitern in dB wiedergegeben werden.
Ferner ist die oben angegebene Bezugsgleichung (3) ein Ausdruck, der die Beziehung zwischen den Abmessungen des optischen Wellenleiters und der Verluststreuung des optischen Teilers repräsentiert, durch welche Gleichung die Abmessungen des optischen Haupt-Wellenleiters oder zulässige Bereiche zum Entwerfen der Breite D und der Länge M für die optische Faser erhalten werden können. Die Erfinder haben detaillierte Untersuchungen hinsichtlich eines Verfahrens zum Verbessern der Verluststreuung ausgeführt, und sie haben herausgefunden, daß die Verluststreuung eine enge Beziehung zur Breite D und zur Länge M des optischen Wellenleiters 2 einhalten, und daraus haben sie Ergebnisse wie solche der Fig. 6 und 7 (siehe auch Fig. 2) erhalten.
Die Beziehungen gemäß den Fig. 6 und 7 sind für einen Bereich praxisbezogener Verwendung unabhängig von der Verzweigungszahl N und der Breite W der optischen Zweig-Wellenleiter errichtet, und durch Auswählen des Werts von M/D auf einen Wert innerhalb des folgenden Bereichs:
15 ≤ M/D ≤ 70,
oder bevorzugter innerhalb des Bereichs von:
20 ≤ M/D ≤ 60
kann ein optischer Teiler mit hervorragender Verluststreuung auf einfache Weise und wirkungsvoll hergestellt werden.
Indessen ist die oben angegebene Beziehungsgleichung (4) ein Ausdruck, der die Beziehung zwischen der Verzweigungszahl N, der Breite W der optischen Zweig-Wellenleiter und der Breite D des optischen Haupt-Wellenleiters repräsentiert. Um einen optischen Teiler mit geringem optischen Verlust zu entwerfen, sollte die Breite D des optischen Haupt-Wellenleiters so bestimmt werden, daß sie eine Abmessung aufweist, die dem Kerndurchmesser K einer anzufügenden Faser entspricht oder größer ist (K ≤ D = N x W).
Wenn die Auswahl der Breite D des optischen Haupt-Wellenleiters und/oder der Breite W der optischen Zweig-Wellenleiter nicht geeignet ist, kann eine Formfehlanpassung zwischen der optischen Faser und dem optischen Haupt-Wellenleiter und/oder zwischen den optischen Zweig-Wellenleitern und den optischen Fasern auftreten, was den Kopplungsverlust erhöht. Ferner wird, wenn jede Breite W der optischen Zweig-Wellenleiter auf einen Wert ausgewählt wird, der extrem kleiner als jeder Kerndurchmesser K der optischen Fasern ist, die Breite D des optischen Haupt-Wellenleiters extrem viel kleiner als der Kerndurchmesser K der optischen Fasern, wodurch an der Eingangsseite ein optischer Verlust aufgrund eines Formverlusts in Breitenrichtung auftritt.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Erfindung auf alle optischen Mehrmodenteiler angewandt werden, die optische Wellenleiter mit rechteckigen Querschnittsformen verwenden, unabhängig von der Art des Materials der optischen Wellenleiter oder dem Herstellverfahren für dieselben.
Als Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen optischen Wellenleiters können beispielhaft ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Polymerwellenleiters durch selektive Photopolymerisation eines bei Lichteinstrahlung reagierenden Monomeren mit einer Polymermatrix, wie in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 56-3522 offenbart, ein Verfahren zum Herstellen eines Glaswellenleiters durch Eindotieren eines Metallsalzes in poröses Glas, wie in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 1-78301 offenbart, usw. aufgelistet werden.
Die Erfindung liegt darin, einen optischen Teiler hohen Funktionsvermögens zu erzielen, der zur Verwendung mit optischen Fasern vom GI-Typ geeignet ist. Während bekannte optische Wellenleiter durch empirische Verfahren und gestützt auf Erfahrung entworfen wurden, ist es durch die Erfindung möglich, auf einfache Weise eine optimale Konstruktion zu erzielen, und ferner ist es möglich, einen optischen Teiler hoher Qualität und hohen Funktionsvermögens mit hoher Produktivität herzustellen und zu liefern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A und 1B sind schematische Diagramme zum Veranschaulichen des Auftretens von Fomverlusten aufgrund von Formfehlanpassungen zwischen einer optischen Faser und einem optischen Wellenleiter;
Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung, die einen erfindungsgemäßen optischen Teiler zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht, die ein Muster für einen optischen Schaltkreis gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Mehrverlusts und der Verluststreuung von der Kerndicke eines optischen Wellenleiters zeigt;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Mehrverlusts und der Verluststreuung von der Breite eines optischen Zweig-Wellenleiters zeigt;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Verluststreuung vom Verhältnis der Länge zur Breite eines optischen Haupt-Wellenleiters für einen optischen Teiler mit vier Anschlüssen zeigt;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Verluststreuung vom Verhältnis von Länge zu Breite eines optischen Haupt-Wellenleiters für einen optischen Teiler mit sechs Anschlüssen zeigt;
Fig. 8A bis 8D sind Diagramme, die Schritte zum Herstellen eines optischen Polymerwellenleiters veranschaulichen, wie er bei der Erfindung verwendet wird; und
Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Lichtstärke für jeden der optischen Ausgangsanschlüsse eines optischen Teilers mit verschiedenen Anschlußbreiten zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, und es werden auch Wirkungen derselben genauer und im einzelnen beschrieben.
Es ist zu beachten, daß die im folgenden beschriebenen Beispiele nur zum Veranschaulichen der Erfindung dienen und sie nicht den Schutzbereich der Erfindung beschränken sollen.

Beispiele 1 bis 3

[1] Entwerfen einer Photomaske

Eine Quarzphotomaske für einen Teiler mit vier Anschlüssen für eine optische GI-Faser mit einem Kerndurchmesser K von 50 um wurde hergestellt, wobei die Quarzphotomaske eine Schaltkreisstruktur beinhaltete, bei der die Gesamtlänge 30 mm betrug, die Breite W eines optischen Zweig-Wellenleiters 25 um (W/K = 0,5) betrug, die Breite D des optischen Haupt-Wellenleiters 100 um (24 x 4 um) betrug und die Länge M des optischen Haupt-Wellenleiters 100 mm betrug (siehe Fig. 3).

[2] Herstellung eines optischen Wellenleiters

Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm, das einen Prozeß zum Herstellen eines optischen Polymerwellenleiters zeigt, wie er bei der Erfindung verwendet wird. Ein Polycarbonatfilm 20, der Methylacrylat als bei Lichteinstrahlung reagierendes Monomer sowie Benzoinethylether als Polymerisations-Startagens enthält, wurde hergestellt (siehe Fig. 8A). Der hierbei erhaltene Film wurde dann mit der im vorstehend beschriebenen Schritt [1] hergestellten Quarzphotomaske 21 abgedeckt und gemäß einem herkömmlichen Verfahren für Photopolymerisation des Methylacrylatmonomeren in belichteten Abschnitten 22 mit Ultraviolettstrahlung belichtet (siehe Fig. 8B).
Anschließend wurde das Methylacrylatmonomere in nichtbelichteten Teilen 23 durch Vakuumtrocknung gemäß einem herkömmlichen Verfahren beseitigt (siehe Fig. 8C), um einen Polymerfilm zu erhalten, bei dem die nichtbelichteten Teile 23 eine einzelne Phase aus Polycarbonat (die einen Kern mit hohem Brechungsindex bildet) aufwiesen, während die belichteten Teile 22 eine Mischphase aus Polycarbonat und Polymethylacrylat (die einen Mantel mit niedrigem Brechungsindex bildet) aufwiesen.
Phasen 24 mit niedrigem Brechungsindex, der kleiner ist als der der nichtbelichteten Teile 23, wurden gemäß einem herkömmlichen Verfahren auf der Ober- und der Unterseite des erhaltenen Polymerfilms ausgebildet (siehe Fig. 8D), um Mantelschichten 24 in vertikaler Richtung auszubilden, um optische Wellenleiter gemäß Tabelle 1 zu schaffen. Tabelle 1 Wellenleiter-Kerndicke T (um) Beispiel

[3] Zusammenbau eines optischen Teilers

(Herstellung von Verzweigungsabschnitten)

Nachdem der mit dem optischen Wellenleiter versehene Film durch einen Kleber auf einem Substrat befestigt wurde, wurden seine entgegengesetzten Seiten abgeschnitten und poliert, bis sie optisch eben waren, um einen Verzweigungsabschnitt 12 zu schaffen, in dem die Länge M des optischen Haupt-Wellenleiters 5 mm (M/D = 50) betrug, mit einer Gesamtlänge von 25 mm. Es ist bevorzugt, als Substrat zur Verstärkung eines solchen optischen Wellenleiters ein Substrat zu verwenden, das über eine Struktur mit einem Durchgangsloch verfügt, in dem ein Wellenleiter angeordnet und befestigt ist, wie z.B. in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 63-85154 beschrieben. Durch Verwenden eines solchen Substrats kann ein optischer Teiler geschaffen werden, der stabil ist und hervorragendes Funktionsvermögen aufweist.

(Herstellung eines optischen Eingangsabschnitts und eines optischen Ausgangsabschnitts)

Ein einzelnes optisches Faserelement wurde an einer vorgegebenen Position in einem Abschnitt angeordnet, der im wesentlichen in der Mitte eines Substrats lag, und es wurde gemäß einem herkömmlichen Verfahren an diesem durch einen Kleber befestigt, um einen optischen Eingangsabschnitt 11 herzustellen. Ferner wurden vier optische Faserelemente auf ähnliche Weise auf dem Substrat so angeordnet, daß benachbarte optische Faserelemente in Kontakt miteinander gehalten wurden und sie durch einen Kleber am Substrat befestigt wurden, um einen optischen Ausgangsabschnitt 13 herzustellen.

(Verbindungsherstellung)

Ein optischer Feineinstelltisch, der optische Eingangsabschnitt 11 und der optische Ausgangsabschnitt 13 wurden an entgegengesetzten Seiten des Verzweigungsabschnitts 12 angeordnet, und Licht mit einer Wellenlänge von 0,85 um wurde von der optischen Eingangsseite 11 her zugeführt, und es wurde eine Positionseinstellung zum Erzielen eines optimalen Zustands ausgeführt. Die Positionseinstellung wurde auf solche Weise ausgeführt, daß die Summe aus der Ausgangsintensität der Lichtbündel aus dem optischen Ausgangsabschnitt 13 minimal war und alle Ausgangsintensitäten der Lichtbündel aus den vier Zweigen einander gleich waren. Dann wurde ein Kleber zwischen dem optischen Eingangabschnitt 11 und dem Verzweigungsabschnitt 12 sowie zwischen dem optischen Ausgangsabschnitt 13 und dem Verzweigungsabschnitt 12 aufgetragen, um einen optischen Teiler 14 zu schaffen.

[4] Messung

Unter Verwendung einer LED-Lichtquelle (Typ AQ-1304) von Ando Denki Kabushiki Kaisha und einem optischen Leistungsmesser (Typ AQ-1111) von Ando Denki Kabushiki Kaisha, wurden Messungen der Ausgangslichtstrahlen von Lichtbündeln, wie sie von verschiedenen getesteten optischen Teilern erhalten wurden, gemäß einem herkömmlichen Verfahren ausgeführt, und es wurden die Ergebnisse gemäß Fig. 4 ( ,Δ) erhalten.

Beispiele 4 bis 7

[1] Entwurf einer Photomaske

Es wurde eine Quarzphotomaske für einen Teiler mit vier Anschlüssen für eine optische GI-Faser mit einem Kerndurchmesser K von 50 um hergestellt. Die Quarzphotomaske verfügte über eine Schaltkreisstruktur, bei der die Gesamtlänge 30 mm war, die Länge M des optischen Haupt-Wellenleiters 10 mm war, und die Breite W jedes optischen Zweig-Wellenleiters sowie die Breite D des optischen Haupt-Wellenleiters dergestalt waren, wie es in Tabelle 2 aufgelistet ist. Tabelle 2 Breite W (um) eines Zweig-Wellenleiters Breite D (um) des Haupt-Wellenleiters Beispiel

[2] Herstellung eines optischen Wellenleiters

Optische Polymerwellenleiter wurden auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt. Die Kerndicke T der optischen Wellenleiter betrug jeweils 40 um. Demgemäß betrug das Verhältnis T/K der Kerndicke T der optischen Wellenleiter zum Kerndurchmesser K der optischen Fasern jeweils 0,8.

[3] Zusammenbau eines optischen Teilers

Der optische Haupt-Wellenleiter wurde so geschnitten, daß das Verhältnis M/D der Länge M zur Breite D desselben jeweils 50 war, um auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 einen optischen Teiler herzustellen.

[4] Messungen

Messungen wurden auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 ausgeführt, und es wurden die Ergebnisse von Fig. 5 ( ,Δ) erhalten.

Beispiele 8 bis 12

[1] Entwerfen einer Photomaske

Es wurde die für das Beispiel 5 verwendete Quarzphotomaske verwendet.

[2] Herstellung eines optischen Wellenleiters

Es wurde ein Polymerwellenleiter mit einer Kerndicke T von 40 um (T/K = 0,8) auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt.

[3] Zusammenbau eines optischen Teilers

Der optische Haupt-Wellenleiter wurde so zerschnitten, daß er Längen M mit den in Tabelle 3 angegebenen Werten aufwies, um auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 einen optischen Teiler zu schaffen. Tabelle 3 Anzahl von Zweigen Länge M (mm) des Haupt-Wellenleiters Beispiel

[4] Messungen

Messungen wurden auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 ausgeführt, und es wurden die Ergebnisse gemäß dem nichtausgefüllten Kreiszeichen von Fig. 6 erhalten.

Beispiele 13 bis 17

[1] Entwerfen einer Photomaske

Es wurde eine Quarzmaske für einen Teiler mit sechs Anschlüssen für eine optische GI-Faser mit einem Kerndurchmesser K von 50 um hergestellt. Die Quarzphotomaske wies eine Schaltkreisstruktur auf, bei der die Gesamtlänge 40 mm war, die Breite W der optischen Zweig-Wellenleiter 40 um war, die Breite D des optischen Haupt-Wellenleiters 240 um war und die Länge M des optischen Haupt-Wellenleiters 22 mm war.

[2] Herstellung eines optischen Wellenleiters

Ein optischer Polymerwellenleiter wurde auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt. Die Kerndicke T des optischen Wellenleiters betrug ähnlich wie beim Beispiel 8 40 um.

[3] Zusammenbau eines optischen Teilers

Der optische Haupt-Wellenleiter wurde so zerschnitten, daß die Länge M desselben die in Tabelle 4 angegebenen Werte aufwies, um auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 einen optischen Teiler zu schaffen. Tabelle 4 Anzahl von Zweigen Länge M (mm) des Haupt-Wellenleiters Beispiel

[4] Messungen

Messungen wurden auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 ausgeführt, und es wurden die Ergebnisse gemäß den nichtausgefüllten Kreismarkierungen in Fig. 7 erzielt.

Vergleichsbeispiele 1 bis 4

Unter Verwendung der Quarzphotomaske des Beispiels 1 wurden vier verschiedene optische Teiler init vier Anschlüssen hergestellt, wobei die Kerndicke T der optischen Wellenleiter 30 um (T/K = 0,6), 33 um (T/K = 0,65), 45 um (T/K = 0,9) und 48 um (T/K = 0,95) betrug, und damit wurden Messungen auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 ausgeführt. Daraus folgend wurden die Ergebnisse von Fig. 4 ( , ) erhalten.

Vergleichsbeispiele 5 bis 6

Es wurden Quarzphotomasken für optische Teiler mit vier Anschlüssen für eine optische GI-Faser mit einem Kerndurchmesser K von 50 um hergestellt. Die Quarzphotomasken wiesen jeweils eine Gesamtlänge von 300 mm auf, mit einer Breite von 13 um (T/K = 0,25) und von 45 um (T/K = 0,9) für die optischen Zweig-Wellenleiter. Messungen wurden auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 ausgeführt. Daraus folgend wurden die Ergebnisse von Fig. 5 ( , ) erhalten. Es wird darauf hingewiesen, daß die Kerndicke T des optischen Wellenleiters jeweils 40 um war.
Indessen hatte das Verhältnis M/D der Länge M zur Breite D des optischen Haupt-Wellenleiters ähnlich wie bei den Beispielen 4 bis 7 jeweils den Wert 50.

Vergleichsbeispiele 7 bis 9

Optische Wellenleiter wurden gemäß dem Verfahren des Beispiels 1 unter Verwendung der Quarzphotomaske des Beispiels 5 hergestellt, und es wurden optische Teiler mit optischen Haupt-Wellenleitern mit verschiedenen Längen M von 0,7 mm (M/D = 7), 1 mm (M/D = 10) und 9 mm (M/D = 90) hergestellt. Dann wurden Messungen ausgeführt und es wurden die Ergebnisse mit den ausgefüllten Kreismarkierungen in Fig. 6 erhalten.

Vergleichsbeispiele 10 bis 12

Optische Wellenleiter wurden unter Verwendung der beim Beispiel 13 verwendeten Quarzphotomaske hergestellt, und es wurden optische Teiler mit optischen Haupt-Wellenleitern verschiedener Längen M von 1,7 mm (M/D = 7), 2,4 mm (M/D = 10) und 21,6 mm (M/D = 90) hergestellt. Dann wurden Messungen ausgeführt, und es wurden die Ergebnisse gemäß den ausgefüllten Kreismarkierungen von Fig. 7 erhalten.

Vergleichsbeispiele 13 bis 14

Für einen optischen Teiler mit acht Anschlüssen für eine optische GI-Faser mit einem Kerndurchmesser von 50 um wurden optische Wellenleiter auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 unter Verwendung einer Quarzphotomaske hergestellt, die eine Gesamtlänge von 30 mm und eine Breite W von 29 um für die zwei äußersten der acht optischen Zweig-Wellenleiter auf der Ausgangsseite aufwies, jedoch eine Breite W von 25 um für die sechs inneren optischen Zweig-Wellenleiter (die Breite D des optischen Haupt-Wellenleiters betrug 208 um und die Länge M des optischen Haupt-Wellenleiters betrug 10 mm).
Anschließend wurden optische Teiler mit verschiedenen Längen M von 1,0 mm (M/D = 5) und 3,7 mm (M/D = 18) für die optischen Haupt-Wellenleiter hergestellt, und es wurde die Ausgangsintensität der Lichtbündel aus den optischen Zweig-Wellenleitern gemessen. Daraus folgend wurden die Ergebnisse von Fig. 9 erhalten.
Gemäß der Erfindung kann ein optischer Teiler mit geringen optischen Verlusten und hervorragender optischer Streuung und der für den Kerndurchmesser einer optischen Faser am besten geeignet ist, wie sie bei optischen Nachrichtenübertragungsvorrichtungen, optischen Meßinstrumenten usw. verwendet wird, leicht von jedermann entworfen werden, ohne daß Erfahrung und Geschicklichkeit erforderlich sind, und dann kann ein optischer Teiler hoher Qualität und hohen Leistungsvermögens mit hoher Produktivität hergestellt werden.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben wurde, ist zu beachten, daß vom Fachmann verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden können ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Demgemäß soll die Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sein.

Claims

1. Optischer Teiler, umfassend einen optischen Eingangsteil (11), in dem eine optische Eingangsfaser (7) angeordnet ist,

einen Verzweigungsteil (12) mit einem Lichtleiter gleichmäßiger Dicke (2), der aus einem in mehreren Zweig- Lichtleitern (3) endenden Haupt-Lichtleiter besteht, um den Eingangs-Lichtstrahl in mehrere optische Teil strahlen zu unterteilen, wobei der Haupt- und die Zweig-Lichtleiter jeweils rechteckigen Querschnitt haben und

einen optischen Ausgangsteil, in dem optische Ausgangsfasern (10) jeweils zum Empfang der einzelnen Teilstrahlen angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter und die optischen Fasern so ausgebildet sind, daß sie folgende Gleichungen erfüllen:

(1) 0,7 ≤ T/K ≤ 0,85

(2) 0,35 ≤ W/K ≤ 0,80

(3) 15 ≤ M/D ≤ 70

(4) D = N x W

wobei T die Kerndicke des Lichtleiters, K der Kerndurchmesser des kreisförmigen Querschnitts der optischen Eingangs- und Ausgangsfasern, W die Querschnittsbreite jedes Zweig-Lichtleiters, M die Lange des Haupt-Lichtleiters, D die Querschnittsbreite des Haupt-Lichtleiters und N die Anzahl der von den Zweig-Lichtleitern gebildeten Zweige ist.

2. Optischer Teiler nach Anspruch 1, wobei die Anzahl N an Zweige der Zweig-Lichtleiter 3 oder mehr beträgt.

3. Optischer Teiler nach Anspruch 1, wobei die optischen Eingangs- und Ausgangsfasern Multimoden-Fasern mit Index-Gradient sind.

4. Optischer Teiler nach Anspruch 1, wobei die optische Eingangsfaser, der Wellenleiter und die optischen Ausgangsfasern unter Verwendung eines Klebstoffs an dem betreffenden Substrat angeordnet und befestigt sind.

5. Optischer Teiler nach Anspruch 1, wobei der Wellenleiter in einem Polymerfilm ausgebildet ist.

6. Optischer Teiler nach Anspruch 1, wobei 20 ≤ M/D ≤ 60 ist.