DE69033788T2 - Optischer Faserkoppler und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Optischer Faserkoppler und Verfahren zu seiner Herstellung

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Description

  • Die Erfindung betrifft Koppler für optische Fasern bzw. Lichtwellenleiter. Zum Koppeln und zum Verzweigen optischer Signale über eine oder mehrere optische Fasern wird ein derartiger, dem Fachmann bekannter Koppler als verschweißter und gedehnter Koppler bezeichnet.
  • In Fig. 1 ist ein Beispiel eines herkömmlichen verschweißten und gedehnten Kopplers dargestellt. Der in der Zeichnung dargestellte faseroptische Koppler 1 wird ausgebildet, indem jeweils ein Abschnitt von zwei optischen Teilfasern 2 ausgerichtet wird, die ausgerichteten Abschnitte thermisch miteinander verschweißt werden, wodurch ein verschweißter Abschnitt entsteht, und der erhitzte verschweißte Abschnitt dann gedehnt oder ausgezogen wird, um einen verschweißten und gedehnten Bereich 3 zu bilden.
  • In dem oben beschriebenen verschweißten und gedehnten Bereich 3 verringert sich der Durchmesser jeder optischen Teilfaser 2 ebenso wie der des Kerns der optischen Teilfasern 2. In dem Maße, wie sich die Kerndurchmesser der optischen Fasern verringern, entweicht ein entsprechend größerer Anteil der sich darin ausbreitenden Lichtenergie durch den Mantel, der den Kern umgibt. Außerdem verringert sich der Abstand zwischen den Kernen benachbarter optischer Fasern 2 in dem Maße, wie die optischen Teilfasern 2 ausgezogen und dadurch gedehnt werden, und auf Grund dieser Tatsache wird die Kopplung zwischen sich ausbreitenden Moden der Einzelfasern extrem stark. Auf diese Weise wird das in eine Faser 2 eintretende optische Signal aufgespalten und folglich an Anschlüssen beider optischer Fasern 2 emittiert. Auf die gleiche Weise werden getrennte optische Signale, die in beide optische Teilfasern 2 eintreten, miteinander kombiniert.
  • Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen faseroptischen Koppler 1 ist bekannt, daß in eine optische Faser eintretendes Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge des eintretenden Lichts anteilmäßig über eine oder beide optischen Fasern verteilt wird (das Verhältnis wird als Kopplungsverhältnis bzw. Kopplungsanteil bezeichnet). Zum Beispiel kann Licht, das am Anschluß A (oder am Anschluß B) des in Fig. 1 dargestellten faseroptischen Kopplers 1 eintritt, in Abhängigkeit von der Wellenlänge des eintretenden Lichts durch den Anschluß C oder den Anschluß D emittiert werden. Wie durch das Diagramm von Fig. 2 dargestellt, das den prozentualen Anteil des am Anschluß A des faseroptischen Kopplers 1 eintretenden Lichts, der durch den Anschluß D emittiert wird, als Funktion von der Wellenlänge des am Anschluß A eintretenden Lichts zeigt, ist die Beziehung zwischen dem Kopplungsverhältnis und der Wellenlänge eine sinusförmige Funktion.
  • Es gibt faseroptische Koppler, bei denen die Schwankung des Kopplungsverhältnisses als Funktion von der Wellenlänge relativ flach ist. Diese faseroptischen Koppler mit schwacher Wellenlängenabhängigkeit des Kopplungsverhältnisses sind als faseroptische Koppler mit breitem Wellenlängenbereich bekannt, von denen ein Beispiel in Fig. 3 dargestellt ist. Der in Fig. 3 dargestellte herkömmliche faseroptische Koppler 4 mit breitem Wellenlängenbereich weist eine optische Faser 5, von der ein Abschnitt eine vorherige Dehnung erfahren hat, sowie eine herkömmliche optische Faser 2 auf. Zur Ausbildung des faseroptischen Kopplers 4 werden der anfänglich gedehnte Bereich der optischen Faser 5 und ein Abschnitt der optischen Faser 2 nebeneinander ausgerichtet und thermisch miteinander verschweißt, um einen verschweißten Abschnitt zu bilden. Der verschweißte Abschnitt wird dann gedehnt oder ausgezogen, um einen verschweißten und gedehnten Bereich 6 zu bilden. Auf Grund des obenerwähnten vorherigen Dehnungsvorgangs ist es möglich, eine Differenz in der Ausbreitungskonstante zwischen den optischen Teilfasern 2, 5 zu erzeugen. Dadurch ist es möglich die Modenkopplung zwischen den optischen Teilfasern 2, 5 quer über den verschweißten und gedehnten Bereich 6 zu erhöhen und dadurch ein gewünschtes Kopplungsverhältnis zu erzielen. Bei einem derartigen faseroptischen Koppler 4 kann man über einen ziemlich breiten Wellenlängenbereich ein relativ gleichbleibendes Kopplungsverhältnis erhalten, wie in Fig. 4 dargestellt. Wie Fig. 2 für den faseroptischen Koppler 1 zeigt Fig. 4 für den faseroptischen Koppler 4 den prozentualen Anteil des am Anschluß A eintretenden Lichts, der durch den Anschluß D emittiert wird, als Funktion von der Wellenlänge des am Anschluß A eintretenden Lichts.
  • Wie Fig. 4 zeigt, ist jedoch für den herkömmlichen faseroptischen Koppler 4 mit breitem Wellenlängenbereich das Kopplungsverhältnis zwar im Vergleich zu dem des herkömmlichen faseroptischen Kopplers 1 relativ flach, aber das Kopplungsverhältnis als Funktion von der Wellenlänge weist einen Höcker auf, und folglich erreicht der herkömmliche faseroptische Koppler 4 mit breitem Wellenlängenbereich keine wirklich flache, wellenlängenunabhängige Kennlinie. Als Grund dafür nimmt man an, daß für den herkömmlichen faseroptischen Koppler 4 mit breitem Wellenlängenbereich auch nach der Dehnung und Durchmesserverkleinerung der entsprechenden Fasern die Mittelachsen jeder optischen Teilfaser 2, 5 in dem verschweißten und gedehnten Bereich 6 in der gleichen Ebene liegen. Es wird daher angenommen, daß die an der Kopplung beteiligten Moden auf die Grundmoden jedes Kerns jeder optischen Teilfaser 2, 5 beschränkt sind. Auf Grund der Kopplungstheorie der Lichtübertragung besteht die Ansicht, daß für die Modenkopplung zwischen nur zwei Moden die Wellenform der Modenkopplung so beschaffen ist, daß ideal flache Wellenlängenkennlinien nicht erreicht werden können.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Angesichts der obigen Darlegungen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen faseroptischen Koppler mit breitem Wellenlängenbereich bereitzustellen, der so weit wie möglich eine wellenlängenunabhängige optische Kopplung ermöglicht und daher über einen breiten Wellenlängenbereich ein konstantes Kopplungsverhältnis aufweist.
  • Als Ergebnis verschiedener Experimente ist folgendes festgestellt worden: indem man den Fasern eine "SZ"-Drehung erteilt, können verschiedene Unregelmäßigkeiten in dem verschweißten und gedehnten Bereich eines faseroptischen Kopplers ausgebildet werden, die zur Erzeugung zusätzlicher Moden neben den Grundmoden führen und gleichzeitig eine Mehrmodenkopplung verursachen, wobei die obenerwähnten zusätzlichen Moden an der Kopplung der Grundmoden beteiligt sind; so daß es möglich ist, die Kopplungsstärke bei festgelegten Wellenlängen selektiv zu steuern und dadurch eine optische Kopplung zu erzielen, die weitgehend wellenlängenunabhängig ist und daher über einen breiten Wellenlängenbereich ein relativ konstantes Kopplungsverhältnis aufweist.
  • Dementsprechend bietet die Erfindung einen optischen Faserkoppler mit mindestens zwei nebeneinander laufenden und miteinander verdrillten optischen Faserkomponenten, wobei der Koppler durch Verschweißen aneinandergrenzender Seitenabschnitte und anschließendes Dehnen des verschweißten Bereichs zur Bildung eines verschweißten und gedehnten Bereichs geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine "SZ"-Drehung aufweisen, die Störungen in dem verschweißten und gedehnten Bereich ausbildet, so daß der Modenkopplungszustand zwischen den mindestens zwei optischen Faserkomponenten in dem verschweißten und gedehnten Bereich ein Mehrmodenkopplungszustand ist.
  • Die Erfindung bietet außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Faserkopplers, mit den folgenden Schritten: Verschweißen aneinandergrenzender Seitenabschnitte von mindestens zwei nebeneinander laufenden und miteinander verdrillten optischen Faserkomponenten und anschließendes Dehnen des verschweißten Bereichs zur Bildung eines verschweißten und gedehnten Bereichs, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine "SZ"-Drehung aufweisen, die Störungen in dem verschweißten und gedehnten Bereich ausbildet, so daß der Modenkopplungszustand zwischen den mindestens zwei optischen Faserkomponenten in dem verschweißten und gedehnten Bereich ein Mehrmodenkopplungsznstand ist.
    • KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Beispiels für einen herkömmlichen faseroptischen Koppler.
  • Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das die Wellenlängenabhängigkeitseigenschaften des Kopplungsverhältnisses für den in Fig. 1 gezeigten faseroptischen Koppler darstellt.
  • Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines Beispiels für einen herkömmlichen faseroptischen Koppler mit breitem Durchlaßbereich.
  • Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das die Wellenlängenabhängigkeitseigenschaften des Kopplungsverhältnisses für den in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen faseroptischen Koppler mit breitem Durchlaßbereich darstellt.
  • Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht eines faseroptischen Kopplers nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 6 zeigt eine erläuternde Seitenansicht zu einem Beispiel eines Herstellungsverfahrens für die in Fig. 5 dargestellte optische Faser.
    • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im folgenden Anschnitt wird anhand von Fig. 5 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Der in Fig. 5 dargestellte faseroptische Koppler 11 mit breitem Durchlaßbereich nach der vorliegenden Ausführungsform (nachstehend als faseroptischer Koppler bezeichnet) besteht aus einem verschweißten und gedehnten Bereich 13 mit einer Torsions- bzw. Drehverformung, der aus je einem Abschnitt von zwei Strängen einer optischen Einmoden-Teilfaser 12 (nachstehend als optische Faser bezeichnet) gebildet wird.
  • Die Drehverformung des obenerwähhten verschweißten und gedehnten Bereichs 13 wird vorzugsweise ausgebildet, indem vor der Ausbildung des verschweißten und gedehnten Bereichs 13 zuerst ein Abschnitt jeder optischen Teilfaser 12 gedreht wird, dann die gedrehten Abschnitte miteinander verschweißt werden und schließlich der gedrehte, thermisch verschweißte Bereich gezogen wird. Für das Drehverfahren der optischen Teilfasern 12 hat sich das in Fig. 6 dargestellte "SZ"-Drehverfahren als wirksam erwiesen. Bei dieser Art der SZ-Drehung vereinigt und trennt sich jede optische Teilfaser 12 mit bzw. von dem verschweißten und gedehnten Bereich 13 auf der gleichen Seite, auch wenn eine Drehung vorhanden ist, wodurch die Anwendung bequemer wird. Ferner können bei dieser Art des verschweißten und gedehnten Bereichs 13 mühelos sehr niedrige optische Verluste und ein relativ wellenlängenunabhängiges Kopplungsverhältnis erzielt werden.
  • Hier wird das Beispiel eines Herstellungsverfahrens für den in Fig. 6 dargestellten faseroptischen Koppler 11 erläutert. Zunächst werden je ein Abschnitt von zwei optischen Teilfasern 12 nebeneinander ausgerichtet, wonach die in der Zeichnung dargestellte SZ-Drehung an dem ausgerichteten Abschnitt der optischen Teilfasern 12 ausgeführt wird, wodurch ein gedrehter Bereich 14 entsteht. Während jedes Ende des gedrehten Bereichs 14 in einer Klemmvorrichtung (in der Zeichnung nicht dargestellt) festgehalten wird, wird der gedrehte Bereich 14 mit einem Knallgasbrenner 15 verschweißt, wonach die obenerwähnten. Klemmvorrichtungen in entgegengesetzte Richtungen bewegt werden und dadurch der verschweißte Bereich gestreckt und gedehnt und der verschweißte und gedehnte Bereich 13 ausgebildet wird. Auf diese Weise kann der in Fig. 5 dargestellte faseroptische Koppler 11 hergestellt werden.
  • Bei einem faseroptischen Koppler 11 dieser Art wird durch Erteilen einer Drehverformung in dem verschweißten und gedehnten Bereich 13 die Ausbildung zusätzlicher Moden neben den Grundmoden jeder optischen Teilfaser 12 verursacht. Durch die Beteiligung dieser zusätzlichen Moden an der Kopplung der Grundmoden wird der Modenkopplungszustand ein Multi- bzw. Mehrmodenkopplungszustand, wodurch die Kopplungsstärke bei vorgegebenen Wellenlängen gesteuert und ein faseroptischer Koppler 11 erzeugt werden kann, dessen Kopplungsverhältnis weitgehend wellenlängenunabhängig und daher über einen breiten Wellenlängenbereich konstant ist.
    • ERSTES VERSUCHSBEISPIEL
  • Unter Verwendung von zwei optischen Einmoden-Quarzfasern mit einem Kerndurchmesser von 9,5 um, einem äußeren Manteldurchmesser von 125 um, einer Brechungsindex-Differenz zwischen Kern und Mantel von 0,33% und einer Primärbeschichtung von 250 um Außendurchmesser wurde die Primärbeschichtung von jeder Faser auf einer Länge von 40 mm entfernt, wodurch der Mantel freigelegt wurde. Als nächstes wurden die freigelegten Abschnitte der beiden optischen Fasern nebeneinander so ausgerichtet, daß die freigelegten Teile miteinander in Kontakt waren. Dann wurde eine einmalige SZ- Drehung an dem Abschnitt der einander berührenden, freigelegten Kerne ausgeführt, wobei beide Enden der freigelegten Abschnitte jeweils in einer Klemme fixiert waren. Als nächstes wurden die freiliegenden Abschnitte zwischen den beiden Klemmen mit einem Knallgasbrenner erhitzt, wodurch ein mittlerer Abschnitt der freigelegten Kerne von 20 mm Länge verschweißt wurde, während gleichzeitig die Klemmen auseinandergezogen wurden und dadurch ein verschweißter und gedehnter Bereich mit einer Länge von 15 mm und einem Außendurchmesser von 70 um ausgebildet wurde, der mit dem in Fig. 5 dargestellten faseroptischen Koppler 11 identisch ist.
  • Für den so erhaltenen faseroptischen Koppler wurde die Wellenlängenabhängigkeitskennlinie des Kopplungsverhältnisses (Kopplungsverhältnis vom Anschluß A zum Anschluß C) gemessen. Der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte faseroptische Koppler 11 wies eine kaum nachweisbare Veränderung der Stärke des Kopplungsverhältnisses mit der Wellenlänge und folglich eine äußerst flache Wellenlängenabhängigkeitskennlinie auf.
  • Die in den obigen bevorzugten Ausführungsformen dargestellten verschiedenen Beispiele der vorliegenden Erfindung sind lediglich Beispiele und in keiner Weise als Einschränkung der vorliegenden Erfindung auszulegen. Es ist z. B. möglich, in dem erfindungsgemäßen faseroptischen Koppler drei oder mehr optische Fasern mit akzeptierbaren Ergebnissen zu verwenden. Es versteht sich; daß der erfindungsgemäße faseroptische Koppler alle Formen einschließt, die im Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche enthalten sind.

Claims (2)

1. Optischer Faserkoppler (11) mit mindestens zwei nebeneinander laufenden und miteinander verdrillten optischen Faserkomponenten (12), wobei der Koppler durch Verschweißen aneinandergrenzender Seitenabschnitte und anschließendes Dehnen des verschweißten Bereichs zur Bildung eines verschweißten und gedehnten Bereichs (13) geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine "SZ"-Drehung aufweisen, die Störungen in dem verschweißten und gedehnten Bereich (13) ausbildet, so daß der Modenkopplungszustand zwischen den mindestens zwei optischen Faserkomponenten (12) in dem verschweißten und gedehnten Bereich (13) ein Mehrmodenkopplungszustand ist.
2. Verfahren zur Herstellung eines optischen Faserkopplers, mit den folgenden Schritten: Verschweißen aneinandergrenzender Seitenabschnitte von mindestens zwei nebeneinander laufenden und miteinander verdrillten optischen Faserkomponenten (12) und anschließendes Dehnen des verschweißten Bereichs zur Bildung eines verschweißten und gedehnten Bereichs (13), dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine "SZ"-Drehung aufweisen, die Störungen in dem verschweißten und gedehnten Bereich (13) ausbildet, so daß der Modenkopplungszustand zwischen den mindestens zwei optischen Faserkomponenten (12) in dem verschweißten und gedehnten Bereich (13) ein Mehrmodenkopplungszustand ist.
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