DE69318378T2

DE69318378T2 - Optische Vorrichtung zum Mischen und Verteilen von Licht

Info

Publication number: DE69318378T2
Application number: DE69318378T
Authority: DE
Inventors: Mitsuzo Arii; Kuniaki Jinnai; Yasunari Kawabata; Hisashi Ohwada
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 1992-11-19
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2013-11-19
Also published as: DE69318378D1; EP0598622A1; JPH06160652A; EP0598622B1; JP3269505B2; US5570442A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung (optical device) und auf das Verfahren zur Herstellung der optischen Vorrichtung, welche optische Wellenleiter oder Lichtwellenleiter aufweist, die beispielsweise in lokalen optischen Netzwerken verwendet werden, und insbesondere auf optische Multimoden-Sternkoppler (multi-mode type optical star couplers) mit optischen Wellenleitern (nachfolgend bezeichnet als "Multimoden-Sternkoppler vom Wellenleitertype"). Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf mehrfach verzweigte optische Sternkoppler vom Wellenleitertyp, die an Multimoden-Lichtleitfasern vom Gradientenfasertyp anzuschließen sind, wobei jede Faser einen Kerndurchmesser von 50 um und einen Manteldurchmesser von 125 um besitzt, wodurch das Leistungsvermögen der Schaltung wesentlich verbessert wird.
Das Journal of Light Wave Technology, LT-3, Nr.3, Juni 1985, Seiten 556-559, beschreibt einen optischen Sternkoppler. Ein Sternkoppler mit einem Licht verteilenden optischen Glied oder einer optischen Schaltung (light distributing optical circuit) ist in Patent Abstracts of Japan, Band 9, Nr.137 (P-363) (1980) vom 12.6.1985, und in JP-A-60 017 706 beschrieben.
Eine Multimoden-Lichtleitfaser hat den Vorteil eines hohen Kopplungs-Wirkungsgrades mit Lichtquellen infolge ihrer großen numerischen Apertur im Vergleich zu einer Einmoden- Faser, die im allgemeinen bei Langstreckenverbindungen verwendet wird. Ein weiterer Vorteil einer Multimoden-Lichtleitfaser besteht infolge ihres großen Kerndurchmessers darin, daß die optischen Achsen zwischen verschiedenen Lichtleitfasern oder zwischen der Faser und einem optischen Glied leicht eingestellt werden können.
Ein Beispiel für eine Multimoden-Lichtleitfaser ist eine Multimoden-Lichtleitfaser vom Gradientenfasertyp mit einem Kerndurchmesser von 50 um und einem Manteldurchmesser von 125 um (nachfolgend als die "50/125-GI-Lichtleitfaser" bezeichnet). Diese Art von Multimoden-Lichtleitfaser wird verbreitet verwendet, beispielsweise in lokalen optischen Netzwerken und optischen Gerätesteuersystemen auf industriellem Gebiet. Es wird erwartet, daß die 50/125-GI-Lichtleitfasern noch weiter verbreitet und in Zukunft noch mehr verwendet werden, und zwar infolge der Einführung von optischen Netzwerken in Büros und Herstellungsbereichen und infolge der Entwicklung solcher optischer Netzwerke.
Ein optischer Sternkoppler ist ein wichtiges optisches Glied in einem optischen Netzwerk, das zur direkten Kombinierung und Verteilung von Lichtsignalen verwendet wird. Durch Verwendung eines optischen Sternkopplers in einem optischen Netzwerk kann die Schaffung eines optischen Netzwerks zum Kombinieren und Verteilen von Lichtsignalen verwirklicht werden. Ein solches optisches Netzwerk wird ein passives optisches Netzwerk genannt, das einem bekannten aktiven optischen Netzwerk wirtschaftlich überlegen ist, welches die Verwendung von kostspieligen Konvertern zur Umwandlung von Licht in Elektrizität oder Elektrizität in Licht erfordern. Um wirtschaftlich überlegene passive optische Netzwerke mit Sternkopplern zu verwirklichen, ist es unerlässlich, das Leistungsvermögen von mehrfach verzweigten optischen Sternkopplern, d.h. optischen Multimoden-Sternkopplern mit vielen Anschlüssen (ports) zu verbessern, die häufig in lokalen optischen Netzwerken verwendet werden, und billige Produkte liefern.
Die Herstellung eines optischen Sternkopplers vom Wellenleitertyp durch Anschließen von Lichtleitfasern an optische Glieder oder Schaltungen (optische Wellenleiter) zum Trennen und Mischen von Lichtsignalen hat zwei Vorteile: 1) mehrfach verzweigte optische Glieder können leicht erhalten werden, da optische Glieder oder Schaltungen so ausgebildet sind, daß sie einen hohen Freiheitsgrad besitzen im Vergleich mit optischen Sternkopplern mit verschmolzenen Lichtleitfasern, die durch Binden von Lichtleitfasern mittels Verschmelzen hergestellt werden; 2) mehrfach verzweigte optische Glieder sind in großen Mengen herstellbar.
Die Hauptleistungsgrößen von optischen Sternkopplern sind Verluständerung (Verteilungsverhältnis) und optischer Verlust (loss variance bzw. optical loss).
Jeder Teil der Anlage oder Vorrichtung, der mit einem anderen Teil der Anlage oder Vorrichtung durch optische Sternkoppler verbunden ist, empfängt gewöhnlich Lichtsignale in einem seiner Aufnahme- oder Empfangsabschnitte, die von einigen anderen Teilen der Anlage oder Vorrichtungen übertragen werden. Daher ist es sehr wichtig beim Aufbau des Systems oder der Anlage, daß das Empfangsteil der Anlage oder Vorrichtung durch Unterschiede im Übertragungsteil der Anlage oder Vorrichtung nicht stark beeinflußt wird, und daß die Leistung des empfangenen Lichtsignals annähern konstant bleibt. Mit anderen Worten, Licht sollte in gleicher Weise aufgespalten werden, unabhängig davon, durch welchen Anschluß das Licht in den optischen Sternkoppler eintritt. Wenn die Verluständerung des optischen Sternkopplers in Abhängigkeit von den Eingangsanschlüssen groß wäre, würde es notwendig werden, den Empfangs-Empfindlichkeitsbereich des aufnehmenden Teils zu erweitern und die Empfangsempfindlichkeit entsprechend dem Sender einzustellen, und es würde daher schwierig werden, das System aufzubauen. Infolgedessen würde das System selbst teuer werden.
Wenn der Verlust des optischen Sternkopplers klein wäre, könnte die Lichtempfangsleistung des Empfangsteils angehoben werden, und die Strecke der Lichtsignalübertragung durch Lichtleitfasern könnte ausgedehnt werden. Infolgedessen würde es leichter werden, das System aufzubauen, und das System würde wirtschaftlich wirksamer werden.
Insbesondere ist es ein wichtiges Anliegen für die Zukunft bezüglich der Leistungsfähigkeit von mehrfach verzweigten Sternkopplern, die in lokalen optischen Netzwerken weithin verwendet werden, die Verluständerung zu verbessern. Der Ausdruck "mehrfach verzweigt" bedeutet, daß die Anzahl von Verzweigungen beispielsweise acht oder mehr beträgt. Eine optische Schaltung oder ein optisches Glied eines optischen Mehrmoden-Sternkopplers vom Wellenleitertyp besteht gewöhnlich aus einem optischen Hauptwellenleiter und verzweigten optischen Wellenleitern, die sich jeweils auf der Eintrittsseite und auf der Austrittsseite des optischen Hauptwellenleiters verzweigen. Der optische Hauptwellenleiter mischt den Modus der in die verzweigten optischen Wellenleiter eintretenden Lichtsignale und verteilt die Leistung des Lichtsignals auf jeden verzweigten optischen Wellenleiter auf der Austrittsseite über den optischen Hauptwellenleiter. Dementsprechend besteht das Bedürfnis bezüglich der Verluständerung des optischen Mehrmoden-Sternkopplers vom Wellenleitertyp nach Entwicklung des Aufbaus der optischen Schaltung oder des optischen Gliedes, das eine wirksame Modenmischung und gleichermaßen Verteilung des gemischten Lichtes ermöglicht.
Ein bekanntes Verfahren ist beispielsweise in der Japanischen Patent-offenlegungsschrift SHO Nr. 56-140305 beschrieben, welches dazu dient, eine wirksame Modenmischung durch die Verwendung eines optischen Multimoden-Sternkopplers vom Wellenleitertyp zu erreichen. Mit diesem Verfahren wird vorgeschlagen, daß die Breite des optischen Hauptwellenleiters in der Mitte größer und an seinen beiden Enden schmäler gemacht wird, d.h. den optischen Hauptwellenleiter mit einer verjüngenden Form auszubilden, um die Mischwirkung im optischen Hauptwellenleiter zu erhöhen.
Üblicherweise wurde ein Glied oder eine Schaltung mit optischen Wellenleitern, deren jeder eine konstante Breite, d.h. Durchmesser, vom Anfang (einem Anschlußteil an einen optischen Hauptwellenleiter) bis zum Ende (einem Anschlußteil an eine Lichtleitfaser) besitzt, als verzweigter optischer Wellenleiter eines optischen Multimoden-Sternkopplers vom Wellenleitertyp verwendet. Das Problem mit dieser Art von optischer Vorrichtung besteht jedoch darin, daß Licht nicht gleichmäßig von längs den Umfängen des Mittelabschnitts der Vorrichtung auf der Lichtempfangsseite vorhandenen äußeren Anschlüssen auf die äußeren Anschlüsse auf der Lichtaustrittsseite verteilt werden kann.
Wie oben beschrieben, ist das größte Problem der bekannten mehrfach verzweigten optischen Multimoden-Sternkoppler vom Wellenleitertyp die inkonstante Verluständerung. Daher ist es unerläßlich, gewisse Verbesserungen durch Entwickeln eines optischen Schaltungsaufbaus zu erreichen, der nicht die oben beschriebene Lichtpolarisierung hervorruft.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung von optischen Vorrichtungen oder Gliedern, die eine Anzahl von eintretenden Lichtsignalen wirksam mischen und gleichermaßen Lichtsignale ohne Polarisierung verteilen können.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung von optischen Vorrichtungen, bei denen der Verlust von Lichtsignalen reduziert ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung von passiven optischen Netzwerken, die besonders anpassungsfähig und wirtschaftlich sind.
Ferner zielt die Erfindung auf die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung solcher optischen Vorrichtungen.
Als Ergebnis von Untersuchungen, die zur Erzielung der oben erwähnten Aufgaben durchgeführt wurden, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung erfolgreich optische Vorrichtungen oder Glieder erfunden, bei denen die Verluständerung gegenüber der von bekannten Vorrichtungen wesentlich verbessert ist, indem ein optischer Schaltungsaufbau mit Abschrägungen (Verjüngungen) erzielt wurde, die am Verbindungsabschnitt mit der Lichtleitfaser (am Ende) breiter oder weiter sind als am Verbindungsabschnitt mit dem optischen Hauptwellenleiter (am Anfang).
Um die oben erwähnten Ziele zu erreichen, schafft die Erfindung eine optische Vorrichtung mit einer optischen Übertragungseinrichtung, welche eine Anzahl von eintretenden Lichtsignalen mischt und sodann verteilt und die gemischten Lichtsignale abgibt, wobei die optische Übertragungseinrichtung ein optisches Glied (optical circuit) enthält, das aufweist: eine Anzahl von optischen Eingangswellenleitern, eine zweite Anzahl von optischen Ausgangswellenleitern sowie einen optischen Hauptwellenleiter zum Mischen von Lichtsignalen eines optischen Eingangswellenleiters, wenn sich das Licht vom Eingangsende des optischen Hauptwellenleiters zum Ausgangsende desselben fortpflanzt, und wobei ein Ende jedes optischen Eingangswellenleiters mit dem Eingangsende des optischen Hauptwellenleiters verbunden ist und ein Ende jedes optischen Ausgangswellenleiters mit dem Ausgangsende des optischen Hauptwellenleiters verbunden ist, wobei wenigstens einer der optischen Eingangs- oder Ausgangswellenleiter eine Verjüngung aufweist, an der die Breite an einem zweiten Ende auf einer Abschlußseite größer ist als an ihrem Ende auf der am optischen Hauptwellenleiter anzuschließenden Seite, und wobei das optische Glied die folgenden Merkmale aufweist:
0,4 ≤ X/Y ≤ 0,8
40 ≤ W ≤ 60
X: Breite des wenigstens einen optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiters an seinem Verbindungsteil mit dem optischen Hauptwellenleiter;
Y: Breite des wenigstens einen optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiters an seinem zweiten Ende auf der Abschlußseite;
W: Länge in Längsrichtung des optischen Hauptwellenleiters; und
Z: Breite des optischen Hauptwellenleiters.
In den bevorzugten Ausführungsformen können die folgenden Merkmale verwirklicht sein.
Wenigstens am Eingang oder am Ausgang weisen (nachfolgend "verzweigt" genannte) optische Wellenleiter Biegungen auf zum Anschluß sowohl der Lichtleitfaser als auch des optischen Hauptwellenleiters. Der Biegungsgrad wird größer, wenn sich die Lage des verzweigten optischen Wellenleiters von der Seitenmitte des optischen Hauptwellenleiters zur Außenseite hin verschiebt. Ferner enthält die Biegung entweder die notwendige Minimalzahl von Wendepunkten, oder ihre Krümmung wird eingestellt, oder es wird beides versucht, so daß der verzweigte optische Wellenleiter an den optischen Hauptwellenleiter angeschlossen werden kann, während er sich krümmt.
Das Ende des verzweigten optischen Wellenleiters, das an eine Lichtleitfaser angeschlossen werden soll, wird so ausgebildet, daß es eine Breite entsprechend 70% bis 100% des Kerndurchmessers der äußeren Lichtleitfasern besitzt, die mit dem Ende verbunden wird.
Der Krümmungsradius der oben erwähnten Biegung wird an der Stelle, an der der Biegungsverlust beginnt, so eingestellt, daß er plötzlich ansteigt, wie aus der Beziehung des Biegeverlustes und des Krümmungsradius zu sehen ist.
Die obigen Merkmale unterscheiden sich bei jedem verzweigten optischen Wellenleiter, um die Unterschiede des Verlustes infolge der unterschiedlichen Längen des verzweigten optischen Wellenleiters zu korrigieren.
Der verzweigte optische Wellenleiter weist zwei kreisbogenförmige optische Übertragungswege auf, deren Radien nahezu gleich lang sind, wobei die Mittelpunkte derselben an entgegengesetzten Stellen liegen, und die miteinander verbunden sind.
Der optische Hauptwellenleiter und die verzweigten optischen Wellenleiter sind so geformt, daß sie größere numerische Aperturen oder Öffnungen als die äußeren Lichtleitfasern besitzen, die mit den Enden der verzweigten optischen Wellenleiter verbunden sind.
Die Erfindung schafft ferner ein optisches Netzwerk, das aufweist: eine optische Vorrichtung, die eine Anzahl von eintretenden Lichtsignalen mischt und sodann die gemischten Lichtsignale verteilt und abgibt, wobei die optische Vorrichtung aufweist: ein optisches Glied mit einer ersten Anzahl von optischen Eingangswellenleitern, einer zweiten Anzahl von optischen Ausgangswellenleitern sowie einem optischen Hauptwellenleiter zum Mischen von Lichtsignalen eines optischen Eingangswellenleiters, wenn sich das Licht vom Eingangsende des optischen Hauptwellenleiters zu dessen Ausgangsende fortpflanzt, und wobei ein Ende jedes optischen Eingangswellenleiters mit dem Eingangsende des optischen Hauptwellenleiters verbunden ist und ein Ende jedes optischen Ausgangswellenleiters mit dem Ausgangsende des optischen Hauptwellenleiters verbunden ist; und Lichtleitfasern, welche mit den optischen Eingangs- und Ausgangswellenleitern verbunden sind; wobei wenigstens einer der optischen Eingangs- oder Ausgangswellenleiter eine Verjüngung aufweist, an der die Breite an einem zweiten Ende auf einer Abschlußseite größer ist als an seinem Ende auf der an den optischen Hauptwellenleiter anzuschließenden Seite, und wobei das optische Glied die folgenden Merkmale aufweisit:
0,4 ≤ X/Y ≤ 0,8
40 Z ≤ W ≤ 60
X: Breite des wenigstens einen optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiters an seinem Verbindungsteil mit dem optischen Hauptwellenleiter;
Y: Breite des wenigstens einen optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiters an seinem zweiten Ende auf der Abschlußseite;
W: Länge in Längsrichtung des optischen Hauptwellenleiters; und
Z: Breite des optischen Hauptwellenleiters.
Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines optisches Gliedes mit einer ersten Anzahl von optischen Eingangswellenleitern, einer zweiten Anzahl von opitschen Ausgangswellenleitern und einem optischen Hauptwellenleiter zum Mischen von Lichtsignalen eines optischen Eingangswellenleiters, wenn sich das Licht vom Eingangsende des optischen Hauptwellenleiters zum Ausgangsende desselben fortpflanzt, und wobei einende jedes der optischen Eingangswellenleiter mit dem Eingangsende des optischen Hauptwellenleiters verbunden ist, und ein Ende jedes optischen Ausgangswellenleiters mit dem Ausgangsende des optischen Hauptwellenleiters verbunden ist, wobei wenigstens einer der optischen Eingangs- oder Ausgangswellenleiter eine Verjüngung aufweist, an der die Breite an einem zweiten Ende auf einer Abschlußseite größer ist als an seinem Ende auf der Seite, die an den optischen Hauptwellenleiter anzuschließen ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: selektives Bestrahlen eines Ausgangsmaterials, welches mit Licht reagierende Monomere enthält, mit Licht; und Bilden eines optischen Gliedes, das die folgenden Merkmale besitzt:
0,4 ≤ X/Y ≤ 0,8
40 Z ≤ W ≤ 60
X: Breite des wenigstens einen optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiters an seinem Verbindungsteil mit dem optischen Hauptwellenleiter;
Y: Breite des wenigstens einen optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiters an seinem zweiten Ende auf der Abschlußseite;
W: Länge in Längsrichtung des optischen Hauptwellenleiters; und
Z: Breite des optischen Hauptwellenleiters.
Vorzugsweise enthält das oben erwähnte Ausgangsmaterial Polycarbonat und die oben erwähnten Monomere enthalten wenigstens Acrylsäure oder Acrylat.
Wenn bei der vorliegenden Erfindung Licht mit einer Lichtstärke von Io in den optischen Sternkoppler von einem Anschluß (port) (Anschluß Nr. "m" auf der Lichtempfangsseite) eintritt und auf Anschlüsse auf der entgegengesetzten Seite, d.h. der Lichtaustrittsseite, verteilt wird, wobei die Gesamtzahl solcher Anschlüsse "n" mit einer Lichtstärke In ist, ist der Einsatzverlust (insertion loss) ILmn an jedem Austrittsanschluß durch die folgende Formel (1) ausgedrückt:
ILmn (dB) = 10 log (Io/In) (1)
Ferner ist die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert des Einsatzverlustes ILmn als Verluständerung (Verzweigungsverhältnis) des Anschlusses definiert, wenn das Licht in die optische Vorrichtung vom Anschluß Nr. "m" eintritt, und die Verluständerung des ganzen optischen Sternkopplers mit N Anschlüssen auf der Lichtempfangs- oder Aufnahmeseite und N Anschlüssen auf der Lichtaustrittsseite (nachfolgend als "N x N" bezeichnet) als Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert des Einsatzverlustes der Anschlüsse N x N definiert.
Der Mehrverlust (excess loss) ELm jedes Anschlusses beim Eintritt des Lichtes in die optische Vorrichtung oder das optische Glied vom Anschluß Nr. "m" ist durch die folgende Gleichung (2) definiert:
ELm (dB) = 10 log (IoΣIn) (2)
Der Mehrverlust des ganzen optischen N x N-Sternkopplers ist als arithmetisches Mittel des Mehrverlustes jedes Anschlusses definiert, wenn die Gesamtzahl der Anschlüsse "n" beträgt.
Es ist daher erforderlich, diese Verluste zu reduzieren, um die Verluständerung zu verbessern, d.h. zu reduzieren.
Nachfolgend wird der Verlust am optischen Sternkoppler vom Wellenleitertyp erläutert. Der oben erwähnte Einsatzverlust und Mehrverlust treten infolge des unten beschriebenen Verlustes ein.
Im Verlauf der Lichtfortpflanzung innerhalb eines optischen Wellenleiters tritt ein Übertragungsverlust infolge der Absorption oder Streuung des Lichtes auf. Der Übertragungsverlust wird entsprechend den Materialien oder Herstellungsverfahren des optischen Wellenleiters bestimmt und ist im wesentlichen proportional zur Länge des optischen Wellenleiters. Entsprechend ist es notwendig, die Abmessungen der optischen Schaltung oder des optischen Gliedes soweit wie möglich zu verkürzen, um Übertragungsverluste zu reduzieren.
Wenn ein optischer Wellenleiter mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt an eine Lichtleitfaser mit einem kreisförmigen Querschnitt angeschlossen wird, tritt im allgemeinen ein Verlust (Formverlust) an der Verbindungsstelle infolge des Formunterschiedes auf. Um den Formverlust zu reduzieren, ist es erforderlich, die Abmessungen der Breite am Ende des verzweigten optischen Wellenleiters (der an die Lichtleitfaser anzuschließen ist), die Dicke der optischen Vorrichtung oder Schaltung und den Kerndurchmesser der Lichtleitfaser zu optimieren. Wie durch Berechnung vorauszusagen ist, kann der Formverlust auf ein Minimum reduziert werden, indem die Breite des Endes, die Dicke der optischen Schaltung oder Vorrichtung auf 70% bis 100% oder optimal auf etwa 80% des Kerndurchmessers der Lichtleitfaser eingestellt wird.
Wenn ferner der optische Wellenleiter an die Lichtleitfaser angeschlossen wird, tritt ein weiterer Verlust infolge der Differenz in der numerischen Apertur oder Öffnung zwischen dem optischen Wellenleiter und der Lichtleitfaser auf. Die numerische Apertur (NA) wird durch einen Kernbrechungsindex (nco) und einen Mantelbrechungsindex (ncl) wie in der folgenden Gleichung (3) dargestellt:
NA = (nco² - ncl²)1/2 (3)
Wenn die numerische Apertur des optischen Wellenleiters (NAwg) zu klein ist im Vergleich zur numerischen Apertur der Lichtleitfaser (NAf), tritt ein Verlust beim Eintritt des Lichtes in den optischen Wellenleiter von der Lichtleitfaser auf. Daher muß der optische Wellenleiter so hergestellt werden, daß er eine größere numerische Apertur besitzt als die Lichtleitfaser. Zum Beispiel in dem Fall, daß der optische Wellenleiter aus einem Grundmaterials von Polycarbonat hergestellt ist, ist der Kernbrechungsindex (nco) 1,59 und die numerische Apertur einer 50/125-GI-Lichtleitfaser (NAf) beträgt 0,2. Daher kann der optische Wellenleiter so hergestellt werden, daß er einen Mantelbrechungsindex (ncl) besitzt, der die folgende Gleichung (4) erfüllt:
(1.59² - ncl²)1/2 > 0.2 (4)
Speziell kann der Verlust infolge der Differenz in der numerischen Apertur zwischen dem optischen Wellenleiter und der Lichtleitfaser vollständig vermindert werden, wenn der optische Wellenleiter so hergestellt wird, daß er ein ncl ≤ 1,58 besitzt.
Ferner erleidet ein optischer Wellenleiter mit einem Biegungsabschnitt einen Verlust infolge der Biegung. Eine Reduzierung des Verlustes infolge der Biegung ist ein sehr wichtiges Merkmal für optische Sternkoppler vom Wellenleitertyp, insbesondere für mehrfach verzweigte optische Sternkoppler. Der Grund besteht darin, daß beim mehrfach verzweigten optischen Sternkoppler der Biegungsgrad größer wird, wenn die Lage der verzweigten optischen Wellenleiter sich von der Mittelachse des optischen Hauptwellenleiters nach außen verschiebt.
Der Verlust im Biegeabschnitt wird nachfolgend ausführlicher erläutert. Wenn das durch einen optischen Wellenleiter übertragene Licht 10A in den Biegeabschnitt 10 aus einem geraden Abschnitt 12 heraus eintritt, tritt ein Verlust, d.h. ein Lichtaustritt, infolge der Differenz in den geführten Moden oder Wellentypen ein (Fig.1A). Insbesondere nach dem Eintritt eines Teils des Lichts in den Biegeabschnitt steigt der Modus des Lichts, das Licht wird ein Strahl mit einer numerischen Apertur, welche diejenige des optischen Wellenleiters übersteigt, und infolgedessen tritt Licht aus. Darüber hinaus besteht ein weiterer Verlust von Licht 16 wegen des Austretens aus dem gekrümmten optischen Wellenleiter infolge der Strahlung (irradiation) auf, die auf der elektrischen Feldverteilung 18 beruht (Figur 1B). Sowohl der auf der Differenz für die geführten Moden beruhende Verlust als auch der auf Strahlung beruhende Verlust wird größer, wenn die Krümmung des Biegeteils größer wird, d.h. wenn die Biegung steiler wird.
Obwohl der Verlust infolge der Differenz der geführten Moden durch den Zentralwinkel des Biegeabschnitts beeinflußt wird, steigt der Verlust 20 in Richtung der Biegung, in anderen Worten, die Lage des Wendepunkts 22 ändert sich (Fig.1C). Andererseits steigt der Verlust 16 infolge der Strahlung proportional zum Zentralwinkel des Biegeabschnitts.
Um daher den Verlust infolge der Biegung des optischen Sternkopplers vom Wellenleitertyp zu reduzieren, ist es erforderlich, die Krümmung des Biegeabschnitts des verzweigten optischen Wellenleiters 24 zu verringern, d.h. einen größeren Krümmungsradius (dargestellt als R&sub1;,R&sub2;,R&sub3;... ..Rn in Figur 2B) des optischen Sternkopplers vom Wellenleitertyp zu erreichen. Wie in Fig.2A dargestellt, kann jedoch der Zwischenraum zwischen den verzweigten optischen Wellenleitern 24 an ihren Enden nicht kürzer werden als der Manteldurchmesser, damit sie an die Lichtleitfasern 26 angeschlossen werden können. Daher muß die Länge der verzweigten optischen Wellenleiter, angegeben als V in Fig.2A, länger sein, um den Krümmungsradius zu vergrößern. In diesem Fall tritt, wie oben beschrieben, das Problem auf, daß manchmal der Übertragungsverlust steigt. Mit 26A ist ein Kern der Lichtleitfaser 26 bezeichnet.
Bezüglich eines gekrümmten optischen Wellenleiters mit einer konstanten Breite oder Weite kann die Beziehung zwischen dem Verlust aufgrund der Biegung (LR) und dem Krümmungsradius (R) durch Verwendung eines Parameters (q) des gekrümmten optischen Wellenleiters erhalten werden, wenn man das geometrische Strahlenverfahren anwendet, wie in den folgenden Gleichungen beschrieben:
a) q ≤ 1
LR = -10 x log (2q/3) (5)
b) q > 1
LR = -10 x log {2/3 [1 + (q - 1)/[q + (q² - q)1/2]]} (6)
Der Parameter (q) des gekrümmten optischen Wellenleiters kann durch die folgende Gleichung (7) mit dem Krümmungsradius (R), der Breite des optischen Wellenleiters (d), dem Kernbrechungsindex des optischen Wellenleiters (n) und der Differenz zwischen den Brechungsindizes des Kerns und des Mantels (Δ n) dargestellt werden:
(7)
q = R Δn / (d n)
Der Krümmungsradius (R) kann durch die folgende Gleichung (8) aufgrund des Wertes berechnet werden, welcher der Differenz der Lagen zwischen dem Anfang und dem Ende (H) und der Länge (V) des optischen Wellenleiters, wie in Fig.2B dargestellt, entspricht:
R = (H² + V²) / (4 x H) (8)
Die Breite des gekrümmten optischen Wellenleiters (d), der Kernbrechungsindex (n) des optischen Wellenleiters und die Differenz zwischen den Brechungsindizes des Kerns und des Mantels ( n) werden als vom Krümmungsradius (R) unabhängige Variable bestimmt, wenn der genannte Formverlust und der Verlust infolge der Differenz der numerischen Apertur minimal gemacht werden. Entsprechend kann die Beziehung zwischen dem Verlust infolge der Biegung (LR) und dem Parameter (q), welcher durch die obigen Gleichungen (5), (6), (7) und (8) bestimmt wurde, als äquivalent zu der Beziehung zwischen dem Verlust infolge von Biegung (LR) und dem Krümmungsradius (R) bestimmt werden.
Figur 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Verlust infolge von Biegung (LR) und dem Krümmungsradius (R), bestimmt durch die obigen Gleichungen (5), (6), (7) und (8), wenndie Breite des optischen Wellenleiters (d) 28 um, der Kernbrechungsindex (n) 1,59 und die Differenz zwischen den Brechungsindizes des Kerns und des Mantels ( n) 0,02 beträgt, d.h., wenn die numerische Apertur des optischen Wellenleiters (NAwg), berechnet nach der Gleichung (3), 0,25 beträgt. In Fig.3 ist der Punkt So der Grenzwert der obigen Gleichungen (5) und (6).
Im allgemeinen besteht, wie auf der rechten Seite des Punktes S&sub1; in Fig.3 gezeigt, ein Bereich, in welchem der Verlust infolge der Biegung (LR) durch Änderungen im Krümmungsradius (R) nicht stark beeinflußt wird. Durch Einstellung des Krümmungsradius (R) größer als erforderlich wird jedoch lediglich ein Übertragungsverlust hervorgerufen, wie oben beschrieben. Daher sollte der Krümmungsradius (R) innerhalb eines geeigneten Bereichs unter Berücksichtigung des Verlustes infolge von Biegung (LR) und des Übertragungsverlustes eingestellt werden. Insbesondere tritt hier kein Problem auf, wenn der Krümmungsradius (R) bei dem oben erwähnten Punkt eingestellt wird, von welchem an der auf Biegung beruhende Verlust (LR) stark anzusteigen beginnt.
Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung kann durch Anwendung des selektiven Photopolymerisierungsverfahrens gut hergestellt werden, wie weiter unten erläutert.
Es wird eine optische Schaltung und ein optisches Glied durch selektives Einstrahlen von Licht durch eine Photomaske (auf welche ein der optischen Schaltung entsprechendes Muster vorher aufgebracht ist) auf einen Polymerfilm gebildet, in welchen auf Licht reagierende Momomere vorher imprägniert worden sind, wodurch die Monomere selektiv polymerisiert werden.
Da dieses selektive Photopolymerisierungsverfahren in einfacher Weise die Herstellung von optischen Schaltungen oder Gliedern mit hohem Leistungsvermögen ermöglicht, können optische Vorrichtungen (Mehrmoden-Sternkoppler) vom Wellenleitertyp billig hergestellt werden.
Durch Verwendung der optischen Schaltungen oder Glieder einschließlich der durch das selektive Photopolymerisierungsverfahren hergestellten optischen Wellenleiter können ferner mehrfach verzweigte optische Sternkoppler vom Wellenleitertyp mit hoher Leistung und billig für die Verwendung mit 50/125- GI-Lichtleitfasern auf den Markt geliefert werden. Daher ist der Aufbau von sehr anpassungsfähigen und wirtschaftlichen passiven optischen Netzwerken einfacher geworden.
Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:
Figuren 1A, 1B und 1C typische schematische Darstellungen, welche das Auftreten eines Verlustes in einem gebogenen Lichtwellenleiter oder optischen Wellenleiter zeigen;
Figur 2A eine typische Draufsicht auf eine verjüngte optische Sternschaltung des erfindungsgemäßen optischen Polymerwellenleiter-Sternkopplers;
Figur 2B einen detaillierten Grundriß eines verjüngten verzweigten optischen Wellenleiters;
Figur 3 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Verlust infolge der Biegung und dem Krümmungsradius darstellt;
Figur 4 eine Schrägansicht eines beispielhaften optischen Sternkopplers gemäß der Erfindung vom Typ eines polymeren Wellenleiters;
Figuren 5A und 5B schematische Darstellungen, welche die Wirkungen einer Verjüngung darstellen;
Figuren 6A und 6B Diagramme, welche die Beziehung zwischen dem Verjüngungsverhältnis des verzweigten optischen Wellenleiters, der Verluständerung (loss variance) und des Mehrverlustes (excess loss) darstellen;
Figuren 7A und 7B Diagramme, welche die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Länge zu Breite des optischen Hauptwellenleiters, der Verluständerung und des Mehrverlustes darstellen;
Figuren 8A, 8B, 8C und 8D schematische Darstellungen, welche das Herstellverfahren des optischen Polymer-Wellenleiters durch das selektive Photopolymerisierungsverfahren zeigen; und
Figur 9 ein Diagramm, welches den optischen 32x32-Sternkoppler gemäß der Erfindung und den bekannten optischen 32x32-Sternkoppler im Hinblick auf die Verluständerung bei verschiedenen Anschlüssen darstellt.
Wie in Fig.4 gezeigt, wird ein optischer Sternkoppler 1 aufgebaut durch Verbinden eines plattenförmigen optischen Gliedes (optical circuit) 4 mit Lichtleitfaseranordnung 7 mittels eines Klebstoffs 8. Diese optische Platte 4 ist mit einem Polymerfilm 2 versehen, auf dem das optische Glied ausgebildet ist, sowie mit Trägern 3, welche den Polymerfilm verstärken. Jede der Lichtleitfaseranordnungen 7 ist mit Trägern 6 sowie 50/125-GI-Lichtleitfasern 5 versehen, die zwischen den Trägern 6 angeordnet sind. Das optische Glied des Polymerfilms 2 wird gebildet durch selektives Polymersieren von auf Licht reagierenden Monomeren, die in den durchsichtigen hochpolymeren Film imprägniert werden.
Wie in den Figuren 2A und 2B gezeigt, weist das optische Glied 30 einen optischen Hauptwellenleiter 32 mit gleichförmiger Breite auf, und beide Enden des optischen Hauptwellenleiters 32 sind in eine Anzahl von optischen Zweigwellenleitern 24 aufgeteilt. Das optische Glied 30 ist symmetrisch zur Mittellinie L0 und besitzt durchgehend gleichförmige Dicke und einen gleichförmigen Brechungsindex. Die verzweigten optischen Wellenleiter 24 stehen in enger gegenseitiger Berührung an ihren Anfängen 25 bei der Linie L&sub1;, die mit dem optischen Hauptwellenleiter 32 verbunden sind, und sind mit Lichtleitfasern 26 an ihren jeweiligen Enden 27 bei der Linie L&sub2; verbunden. Ferner sind alle Anfänge oder Enden der verzweigten optischen Wellenleiter längs der geraden Linien L&sub1; oder L&sub2; angeordnet, die senkrecht zur Mittellinie L0 liegen. Die Linie L&sub3; ist eine in der Mitte der Linien L&sub1; und L&sub2; angeordnete Linie.
Das Kennzeichen der oben beschriebenen Vorrichtung besteht darin, daß die Verlustveränderung des mehrfach verzweigten optischen Sternkopplers stark verbessert wird, indem die verzweigten optischen Wellenleiter 24 in einer geneigten oder verjüngten Form ausgebildet werden, um die Breite des verzweigten optischen Wellenleiters 24 an seinem Ende 27 breiter zu machen als an seinem Anfang 25. Insbesondere ist es zweckmäßig, daß die optische Vorrichtung in Art eines mehrfach verzweigten Wellenleiters so aufgebaut wird, daß der optische Hauptwellenleiter und die verzweigten optischen Wellenleiter die folgenden Beziehungen erfüllen, wenn die Breite des Anfangs des verzweigten optischen Wellenleiters als X, die Breite des Endes des verzweigten optischen Wellenleiters als Y, die Länge des optischen Hauptwellenleiters als W mm und die Breite des optischen Hauptwellenleiters als Z mm dargestellt wird. X, Y, W und Z sind in Figur 28 wiedergegeben.
0,4 ≤ X/Y ≤ 0,8 (9)
40 x Z mm ≤ W < 60 mm (10)
Durch verjüngte Formgebung des verzweigten optischen Wellenleiters 24 kann die numerische Apertur (NA) des durchgelassenen Lichtes 10A innerhalb des verzweigten optischen Wellenleiters von einer kleinen numerischen Apertur 32 auf eine große numerische Apertur 34 steigen, und der Einfallwinkel des in den optischen Hauptwellenleiter eintretenden Lichtes kann vergrößert werden, wie in den Figuren 5A und 5B gezeigt. Auf diese Weise ermöglicht die Ausbildung des verzweigten optischen Wellenleiters 24 in einer verjüngten Form eine wirksame Vermischung innerhalb des optischen Hauptwellenleiters 32 infolge der Reflexion des Lichtes, und das Licht kann auf der entgegengesetzten Seite, d.h. der Lichtaustrittsseite, gleichförmiger auf die verzweigten optischen Wellenleiter verteilt werden.
Andererseits kann durch Herstellung des verzweigten optischen Wellenleiters in einer verjüngten Form ein Problem auftreten, indem der Fortpflanzungsverlust innerhalb des verzweigten optischen Wellenleiters steigt. Daher ist es erwünscht, das Verhältnis (X/Y) (nachfolgend als "Verjüngungsverhältnis" bezeichnet) der Breite am Anfang (X) zur Breite am Ende (Y) des verzweigten optischen Wellenleiters zu optimieren.
Wenn sich das Licht innerhalb des in verjüngter Form ausgebildeten optischen Wellenleiters fortpflanzt, kann der Verlust am optischen Wellenleiter (LS) durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden, die auf der Strahlenmethode beruhen, wobei die numerische Apertur des optischen Wellenleiters NAwg, die numerische Apertur des einfallenden Lichts NAin und das Verjüngungsverhältnis T ist.
(a) Wenn T ≥ (NAin / NAwg)
LS = 0 dB (11)
(b) Wenn T < (NAin / NAwg)
LS = -10 x log {NAwg / (NAin / T)} dB (12)
Von NAin wird angenommen, daß es gleich der numerischen Apertur der verwendeten Lichtleitfaser (NAf) ist. Die NAf der 50/125 GI-Lichtleitfaser beträgt 0,2.
Wie oben beschrieben, wird der optische Wellenleiter so hergestellt, daß er eine größere numerische Apertur (NAwg) besitzt als die Lichtleitfaser (NAf), so daß NAwg > NAf, um den Kopplungsverlust am Verbindungspunkt des optischen Wellenleiters mit der Lichtleitfaser zu reduzieren. In den obigen Gleichungen ist nämlich das Verhältnis von NAin zu NAwg kleiner als 1: (NAin/NAwg) < 1, und das Verjüngungsverhältnis ist definitionsgemäß T ≤ 1.
Es besteht eine Grenze für die numerische Apertur der durch das selektive Photopolymerisierungsverfahren hergestellten optischen Wellenleiter aus gewissen Gründen, die mit dem Herstellungsverfahren zusammenhängen. Wenn daher der Grad der Verjüngung größer wird, d.h. wenn das Verjüngungsverhältnis zu klein wird, wird der Verlust am optischen Wellenleiter (LS) der obigen Gleichung (12) unterworfen, und der Verlust steigt an.
Um daher die Verluständerung ohne Erhöhung des Mehrverlustes des optischen Sternkopplers vom Wellenleitertyp zu verringern, ist es zweckmäßig, das Verjüngungsverhältnis, d.h. das Verhältnis (X/Y) der Anfangsbreite (X) zur Endbreite (Y) des verzweigten optischen Wellenleiters innerhalb eines geeigneten Bereichs zu halten.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten das folgende Experiment im Hinblick auf optische 16x16- und 32x32-Sternkoppler für die 50/125 GI-Lichtleitfasern durch. Insbesondere für das optische Glied des optischen Sternkopplers waren die Erfinder durch Einstellen der Breite des Endes des verzweigten optischen Wellenleiters auf 40 um, der Länge des verzweigten optischen Wellenleiters (V) auf 12 mm und des Verhältnisses (W/Z) der Länge (W) zur Breite (Z) des optischen Hauptwellenleiters konstant auf 40, sowie durch Änderung des Verhältnisses (X/Y) der Anfangsbreite (X) zur Endbreite (Y) des verzweigten optischen Wellenleiters in der Lage, die Beziehung zwischen X/Y, Verluständerung und Lichtverlust (Mehrverlust) ausführlich zu prüfen. Die Ergebnisse sind in den Figuren 6A und 6B dargestellt. Aus diesen Ergebnissen geht hervor, daß in jedem optischen Koppler die Verluständerung merklich verbessert (reduziert) werden kann durch Ausbildung einer Verjüngung mit einem Verjüngungsverhältnis von 20% (X/Y = 0,8). Wenn das Verjüngungsverhältnis 0,8 oder weniger beträgt, war die Verluständerung nahezu konstant.
Andererseits erhöhte sich der Mehrverlust allmählich, wenn das Verjüngungsverhältnis kleiner als 0,4 wurde. Dieses Ergebnis beruht hauptsächlich auf dem Ansteigen des Verlustes infolge der Ausbildung des verzweigten optischen Wellenleiters in einer verjüngten Form. In diesem Fall ändert sich nämlich die Breite des Endes (Y) des verzweigten optischen Wellenleiters nicht, und der Formverlust zeigt einen konstanten Wert. Da ferner die Breite des Endes (Y) und das Verhältnis (W/Z) der Länge (W) zur Breite (Z) des optischen Hauptwellenleiters konstant sind, wird die Länge des optischen Wellenleiters (W) kürzer, wenn das Verjüngungsverhältnis kleiner wird. In diesem Fall sinkt auch der Übertragungsverlust des optischen Hauptwellenleiters. Als weitere Ursache steigt der Krümmungsradius des verzweigten optischen Wellenleiters zusammen mit dem Absinken des Verjüngungsverhältnisses, und infolgedessen sinkt auch der Biegungsverlust. Deshalb kann der Anstieg des Mehrverlustes, wenn das Verjüngungsverhältnis weniger als 0,4 beträgt, durch Ausbildung des verzweigten optischen Wellenleiters in einer verjüngten Form bewirkt werden.
Wie oben beschrieben, kann die untere Grenze des Verjüngungsverhältnisses durch Kontrollieren des Mehrverlustes bestimmt werden, und die Verluständerung kann durch Einstellen des Verjünungsverhältnisses auf X/Y ≤ 0,8 verbessert werden. Durch Einstellen des Verjüngungsverhältnisses auf 0,4 ≤ X/Y ≤ 0,8, wie in Gleichung (9), kann darüber hinaus die Verluständerung ohne Erhöhung des Mehrverlustes stark verbessert werden.
Wenn jedoch der verzweigte optische Wellenleiter mit einer verjüngten Form ausgebildet wird, ist es zweckmäßig, die Länge des optischen Hauptwellenleiters so einzustellen, daß eine wirksame Vermischung im optischen Hauptwellenleiter erzielt wird. Es ist verständlich, daß eine solche erforderliche Länge mit der Breite des optischen Hauptwellenleiters in Beziehung steht.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ferner das folgende Experiment im Hinblick auf optische 16x16- und 32x32-Sternkoppler für die 50/125 GI-Lichtleitfasern durchgeführt. Für das optische Glied des optischen Sternkopplers wurde die Länge des verzweigten optischen Wellenleiters (V) konstant gemacht und das Verjüngungsverhältnis auf 0,6 eingestellt. Sodann untersuchten die Erfinder ausführlich das Verhältnis von W/Z, das Verhältnis von Länge (W) zu Breite (Z) des optischen Hauptwellenleiters, die Verluständerung und den Mehrverlust. Die Ergebnisse sind in den Figuren 7A und 7B dargestellt. Da in diesem Fall die Breite des Endes des verzweigten optischen Wejlenleiters (Y) konstant bei 40 um liegt, sind das Verjüngungsverhältnis (T) und die Breite des optischen Hauptwellenleiters (Z) (Anzahl der Verzweigungen (N) x Breite des Anfangs (X)) konstant. Daher zeigen Figuren 7A und 7B die Beziehung zwischen der Länge des optischen Hauptwellenleiters (W), der Verluständerung und des Mehrverlustes.
Die Verluständerung wird ziemlich konstant, wenn W/Z 40 oder darüber beträgt, wenn nämlich die Länge des optischen Hauptwellenleiters (W) 40 x Z oder mehr beträgt, und die Verluständerung wird allmählich größer, wenn W/Z weniger als 40 beträgt.
Es ist zweckmäßig, daß die Länge des optischen Hauptwellenleiters (W) kürzer ist, um den Mehrverlust zu kontrollieren und zu verringern. Im Fall eines optischen Polymer-Wellenleiters, der nach dem selektiven Photopolymerisierungsverfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde, liegt der Übertragungsverlust innerhalb des Bereiches von 0,15 dB/cm bis 0,2 dB/cm. Wenn daher die Länge des optischen Hauptwellenleiters 60 mm oder darüber beträgt, tritt ein großer Verlust ein, wenn der Übertragungsverlust allein des optischen Hauptwellenleiters 1 dB übersteigt. Gemäß den Ergebnissen der Figuren 7A und 7B kann der Mehrverlust durch Einstellen der Länge des optischen Hauptwellenleiters auf weniger als 60 mm kontrolliert und reduziert werden.
Wenn die Länge des optischen Hauptwellenleiters (W) 40 Z (mm) ≤ W beträgt, erfolgt eine geringere Verluständerung, was vorteilhaft ist. Wenn ferner W die obige Gleichung (10) erfüllt, d.h. 40 Z (mm) ≤ W < 60 (mm), sind sowohl die Verluständerung als auch der Mehrverlust des optischen Sternkopplers beide gut.
Wie oben festgestellt, können mehrfach verzweigte optische Sternkoppler mit verbesserter Verluständerung und besserem Mehrverlust mit großer Ausbeute durch Einstellen der Abmessungen des optischen Gliedes hergestellt werden, um die obigen Gleichungen (9) und (10) zu erfüllen.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der Wellentyp des Lichtes innerhalb der verjüngten verzweigten optischen Wellenleiter 3 auf der Lichtaufnahmeseite im optischen Hauptwellenleiter 2 gemischt und auf die verzweigten optischen Wellenleiter 3 auf der Lichtaustrittsseite verteilt. Dann sinkt im Gegensatz zum Lichtaufnahmevorgang der Modus oder Wellentyp des Lichts während der Lichtfortpflanzung durch die verzweigten optischen Wellenleiter 3 auf der Lichtaustrittsseite nach der Lichtvermischung im optischen Hauptwellenleiter. Im Verlauf der Lichtfortpflanzung durch die verzweigten optischen Wellenleiter auf der Lichtaustrittsseite tritt daher infolge der Differenz der numerischen Apertur des sich fortpflanzenden Lichtes und der optischen Wellenleiter kein Verlust auf, wie ein Verlust beim Lichteintrittsvorgang auftritt.
Bezüglich eines optischen NxN-Sternkopplers sind die verzweigten optischen Wellenleiter so ausgebildet, daß sie vollständig symmetrische Verjüngungsverhältnisse auf der Lichtaufnahmeseite und auf der Lichtaustrittsseite besitzen. Da bei einem NxN-Sternkoppler es gewöhnlich möglich ist, verzweigte optische Wellenleiter mit nahezu symmetrischen Verjüngungsverhältnissen auf der Lichtaufnahmeseite und auf der Lichtaustrittsseite zu formen, hat das Licht, das schließlich aus den verzweigten optischen Wellenleitern zu den Lichtleitfasern austritt, eine numerische Apertur, die sich nicht so stark von derjenigen des eintretenden Lichts unterscheidet, mit anderen Worten, welche nahezu gleich derjenigen der Lichtleitfasern ist. Daher steigt der Kopplungsverlust infolge der Differenz der numerischen Apertur des austretenden Lichtes und der Lichtleitfasern nicht an.
Als Beispiel für das Herstellungsverfahren des verzweigten optischen Wellenleiters gemäß der Erfindung mit einer verjüngten Form werden ein Umfang jedes Kerns oder Mantels, der einen Biegungsabschnitt des verzweigten optischen Wellenleiters bildet, durch Verbinden zweier Kreisbögen mit identischen Radien gebildet, und zwei Umfänge, die einen verzweigten optischen Wellenleiter bilden, werden durch Einstellen der Radien der Kreisbögen getrennt voneinander aufgebaut. Auf diese Weise kann der verzweigte optische Wellenleiter leicht in einer verjüngten Form ausgebildet werden.
Das Verfahren zum Ausbilden des verzweigten optischen Wellenleiters gemäß der Erfindung in einer verjüngten Form kann ausführlicher und mehr im einzelnen durch Bezugnahme auf die Figur 2B erläutert werden, welche das erfindungsgemäße optische Glied darstellt. Der Umfang des Biegeabschnitts des verzweigten optischen Wetlenleiters kann durch Verbinden von zwei Kreisbögen (z.B. Kreisbögen A&sub1; und B&sub1; oder A&sub2; und B&sub2;) mit den gleichen Radien (Rn) gebildet werden, deren Mittelpunkte einander gegenüberliegen, wobei der Umfang dazwischen liegt. Der verzweigte optische Wellenleiter kann in einer verjüngten Form gebildet werden, welche vorn Anfang bis zum Ende kontinuierlich weiter wird, indem der optische Wellenleiter so geformt und hergestellt wird, daß die Mitten der Kreisbogengruppe A (A&sub1;, A&sub2;....An) auf der geraden Linie L1 und die Mitten der Kreisbogengruppe B (B&sub1;, B&sub2;...Bn) auf der geraden Linie L&sub2; liegen, und durch die Bedingung, daß die Radien der jeweiligen Kreisbögen der Kreisbogengruppen in der Beziehung R&sub1; < R&sub2; < ...< Rn liegen. Die Verbindungspunkte der jeweiligen Kreisbögen, d.h. die Wendepunkte der Umfänge, sind einzeln auf der geraden Linie L&sub3; angeordnet, die in der Mitte zwischen den geraden Linien L&sub1; und L&sub2; liegt. Solange daher die Anzahl von Wendepunkten klein gehalten wird, kann ein Verlust infolge von Biegung, der durch die Vergrößerung des Lichtmodus oder Wellentyps verursacht wird, reduziert werden.
Die Mittel zum Ausbilden der Umfänge der Kerne und Mäntel der verzweigten optischen Wellenleiter sind nicht auf das oben erwähnte Verfahren eingeschränkt, es können auch andere Verfahren oder Mittel, wie Annäherung durch Auswertung mehrdimensionaler Kurven, angewendet werden. Es ist zweckmäßig, so wenig wie möglich Wendepunkte im verzweigten optischen Wellenleiter zu haben, um den auf Biegung beruhenden Verlust zu reduzieren.
Die Breite am Anfang (X), die Breite am Ende (Y) und das Verhältnis der Anfangsbreite zur Endbreite (X/Y) der jeweiligen verzweigten optischen Wellenleiter können entweder gleich oder unterschiedlich voneinander sein. Der wichtige Punkt liegt darin, daß X/Y innerhalb des die obigen Bedingungen erfüllenden Bereichs liegt. Bei einem optischen Sternkoppler mit Mehrfachverzweigungen unterscheidet sich die Länge der verzweigten optischen Wellenleiter im Mittelteil von derjenigen der außen gelegenen. Auch wenn daher die Vorbelastung bei der Verteilung der Lichtenergie in der optischen Vorrichtung verbessert wird, ist ein gewisses Ausmaß an schlechter Verluständerung infolge von Unterschieden des Übertragungsverlustes wegen der Unterschiede in den Längen jedes optischen Wellenleiters möglich. Ein wirksames Mittel zum Korrigieren des obigen Problems besteht darin, das Verhältnis X/Y oder die Breite des Endes Y jedes der verzweigten optischen Wellenleiter zu ändern.
Der Abstand zwischen den Enden der verzweigten optischen Wellenleiter kann innerhalb eines bestimmten Bereiches gewählt werden, der Verluständerung oder Mehrverlust nicht verschlechtert. Wie z.B. in Fig.2A gezeigt, kann jeder Zwischenraum zwischen den Enden der verzweigten optischen Wellenleiter der gleiche sein, und der kann nahezu gleich dem Außendurchmesser, d.h. dem Manteldurchmesser, einer Lichtleitfaser sein, was zu dem Vorteil führt, daß eine Lichtleitfaseranordnung, die durch vorherige Anordnung von Lichtleitfasern in engem gegenseitigem Kontakt gebildet wurde, auf diese Weise bequem insgesamt mit den optischen Wellenleitern verbunden werden kann. Da in diesem Fall die Anzahl der Formparameter des optischen Gliedes sinkt, wird das Entwerfen des optischen Gliedes einfacher und die Herstellungskosten sinken.
Ein Verfahren zur Herstellung des optischen Gliedes, das in der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung vom Wellenleitertyp verwendet wird, wird nachfolgend erläutert mit Bezugnahme auf die Figuren 8A, 8B, 8C und 8D. Der erste Schritt bei der Herstellung des optischen Gliedes besteht in der Herstellung eines hoch-durchsichtigen Polymerfilms 81, der eine vorbestimmte Menge an auf Licht reagierenden Monomeren und Sensibilisatoren enthält, wie in Fig.8A gezeigt. Der zweite Schritt besteht in der Anbringung einer Photomaske 80 über dem obigen Film, Einstrahlen des Ultraviolettlichts 82 auf den Film und Polymerisieren der auf Licht reagierenden Monomeren der dem Licht ausgesetzten Teile, wie in Fig.8B gezeigt. Der dritte Schritt besteht in der Beseitigung der Monomere 84, die nicht mit dem Licht reagiert haben, durch Anwendung einer Saugtrocknung auf den Film, wie in Fig.8C gezeigt. Der vierte Schritt besteht schließlich in der Bildung von Mantelphasen 86 zum Schutz der Oberflächen des optischen Wellenleiters auf Vorder- und Rückfläche des Films. Ein Klebstoff zum Verkleben von Trägern für die Verstärkung des optischen Gliedfilms kann ebenfalls als Mantelphasen auf beiden Oberflächen des Films verwendet werden, wie in Fig.8D gezeigt.
Figuren 8C und 8D zeigen, daß der dem Licht ausgesetzte Teil 88 zur Mantelphase und der dem Licht nicht ausgesetzte Teil 90 zur Kernphase wird. Es ist jedoch auch möglich, eine Kombination von Matrixpolymeren und Monomeren zu wählen, welche den dem Licht ausgesetzten Teil zur Kernphase und den nicht dem Licht ausgesetzten Teil zur Mantelphase machen. Eine solche Kombination kann je nach Wunsch gemäß den Brechungsindizes der Matrixpolymeren und der Monomeren gewählt werden.
Aus Bisphenol hergestelltes Polycarbonat ist ein geeignetes Material als Matrixpolymer, da es gute Durchsichtigkeit und hohe mechanische Festigkeit besitzt. Da der Brechungsindex des Matrixpolymers bis zu 1,59 betragen kann, werden Acrylsäure und Acrylat als auf Licht reagierende Monomere bevorzugt, da sie im allgemeinen niedrigere Brechungsindizes besitzen als das Matrixpolymer und ihre Siedepunkte verhältnismäßig tief liegen. Beispiele für solche Monomere sind Methylacrylat, Ethylacrylat, Acrylsäure und Trifluorethylacrylat.
Eine ausführlichere Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend gegeben. Die folgenden Beispiele dienen jedoch lediglich zur ausführlicheren Erläuterung der Erfindung und sollen die Ausführungsformen oder den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken.

BEISPIELE 1, 2 und 3

Eine Quarz-Photomaske, auf der die Verteilung eines optischen Gliedes oder Schaltgliedes mit den in Tabelle 1 angegebenen Abmessungen ausgebildet war, wurde für die Verwendung zur Herstellung eines optischen 16x16-Sternkopplers mit einem rechteckigen Querschnitt hergestellt, der an optische GI-Fasern (numerische Apertur: 0,2) anzuschließen war, deren jede 50 um Kerndurchmesser und 125 um Manteldurchmesser besaß. Die Abmessungen der Maske wurden so gewählt, daß etwa 4% Schrumpfung der Abmessungen ausgeglichen wird, wenn das optische Glied hergestellt wird. Die Maske war so ausgebildet, daß sie einen Zwischenraum von 125 um zwischen den Enden der verzweigten optischen Wellenleiter besaß, so daß die Lichtleitfasern in engem gegenseitigem Kontakt angeordnet wurden. Ein Umfang jedes Kerns oder Mantels der verzweigten optischen Wellenleiter wurde durch Verbinden von Kreisbögen mit den gleichen Radien ausgebildet. Der Krümmungsradius jedes Umfangs wurde auf Basis der Verhältnisbeziehung R = (H²+ V²)/4H (der obigen Gleichung (8)) gewählt (H: Unterschied der Lagen zwischen dem Anfang und dem Ende des verzweigten optischen Wellenleiters, V: Länge des verzweigten optischen Wellenleiters).
Das genannte selektive Photopolymerisierungsverfahren wurde zur Ausbildung des optischen Gliedes angewendet. Es wurde nämlich ein Film (Dicke: 42 um), der Polycarbonatharz, das synthetisch aus Bisphenol Z (hergestellt von MITSUBISHI GAS CHEMICAL CO., INC., Handelsname: Iupilon Z) hergestellt war, Trifluorethylacrylat als Monomer mit einem niedrigen Brechungsindex und Benzoinethyläther als Sensibilisator enthielt, durch ein Lösungsmittelgußverfahren hergestellt. Nach dem Polymerisieren der Monomere in den die Schaltung ausschließenden Teilen durch Belichten des Films mit Ultraviolettstrahlen unter Anwendung der oben erwähnten Photomaske wurden die Monomere im Schaltungsteil, die nicht mit den Ultraviolettstrahlen reagierten, durch ein Absaugtrockenverfahren getrocknet und beseitigt, wodurch die optische Schaltung oder das optische Glied im Film ausgebildet wurde. Die Dicke des Films nach dem Trocknen betrug 40 um und die numerische Apertur des optischen Gliedes betrug 0,3.
Das Verhältnis der numerischen Apertur der Lichtleitfaser zu derjenigen des optischen Gliedes betrug 0,67. Das Verhältnis der Dicke des optischen Gliedes (der Länge in Längsrichtung in den mit X-X in Fig.4 bezeichneten Richtungen) zum Kerndurchmesser der Lichtleitfaser, und das Verhältnis der Endbreite des verzweigten optischen Wellenleiters (der horizontalen Länge in der mit Y-Y in Fig.4 bezeichneten Richtung) zum Kerndurchmesser der optischen Faser betrugen beide 0,8.
Sodann wurden sechzehn (16) Stränge von GI-Fasern mit einem Kerndurchrnesser von 50 um und einem Manteldurchmesser von 125 um, von denen die Beschichtung entfernt worden war, auf einem Glasträger angeordnet. Auf diese Weise wurden zwei Lichtleitfaseranordnungen so hergestellt, daß die Mäntel an ihren Enden in engem Kontakt miteinander angeordnet waren, und die Stirnflächen der Lichtleitfaseranordnungen wurden poliert.
Ein verzweigter 16x16-Sternkoppler wurde hergestellt, indem die obigen Lichtleitfaseranordnungen an beiden Enden des obigen optischen Glieds angebracht wurden, und indem das optische Glied an den Lichtleitfasern angeklebt wurde, während ihre optischen Achsen in der gleichen Lage eingestellt wurden.
Eine LED-Lichtquelle mit einer wellenlänge von 0,85 um (hergestellt von ANDO ELECTRIC CO., LTD., vom Typ AQ-1304) und ein optischer Leistungsmesser (hergestellt von ANDO ELECTRIC CO., LTD., vorn Typ AQ-1111) wurden zur Messung des Einsatzverlustes des optischen Sternkopplers und zur Berechnung der Verluständerung und des Mehrverlustes auf übliche Weise verwendet, wodurch die Ergebnisse erhalten wurden, die mit den Markierungen und in Fig.6A dargestellt sind, was die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Anfangsbreite zur Endbreite des verzweigten optischen Wellenleiters, d.h. das Verjüngungsverhältnis, die Verluständerung und den Mehrverlust, zeigt.

BEISPIELE 4, 5 und 6

Eine Quarz-Photomaske, auf der eine optische Schaltungsverteilung mit den in Tabelle 1 angegebenen Abmessungen ausgebildet war, wurde zur Herstellung eines verzweigten optischen 32x32-Sternkopplers im Anschluß an GI-Lichtleitfasern ausgebildet, deren jede einen Kerndurchmesser von 50 um und einen Manteldurchmesser von 125 um besaß. Die Zwischenräume zwischen den Enden der verzweigten optischen Wellenleiter waren die gleichen wie in Beispiel 1, und die Umfänge der Kerne und Mäntel der verzweigten optischen Wellenleiter waren in der gleichen Weise ausgebildet wie in BEISPIEL 1.
Eine optische Schaltung oder ein optisches Glied, dessen numerische Apertur 0,3 betrug und die 40 um dick war, wurde in gleicher Weise hergestellt wie in BEISPIEL 1, indem die obige Photomaske verwendet wurde. Zwei Lichtleitfaseranordnungen, die getrennt durch Anordnen von zweiundreißig (32) Lichtleitfasersträngen auf Glasträgern hergestellt wurden, wurden mit dem optischen Glied in der gleichen Weise wie in BEISPIEL 1 verbunden, um einen optischen 32x32-Sternkoppler herzustellen. Der Einsatzverlust wurde gemessen, und die Verluständerung und der Mehrverlust wurden in der gleichen Weise wie in BEISPIEL 1 berechnet, wodurch man die als Markierungen und in Fig.6B dargestellten Ergebnisse erhielt, welche die Beziehung zwischen dem Verjüngungsverhältnis, der Verluständerung und dem Mehrverlust zeigen.

BEISPIELE 7, 8 und 9

Eine Quarz-Photomaske, auf der ein optisches Schaltungsmuster mit den in Tabelle 1 gezeigten Abmessungen ausgebildet war, wurde zur Herstellung eines optischen 16x16-Sternkopplers für GI-Lichtleitfasern ausgebildet, deren jede einen Kerndurchmesser von 50 um und einen Manteldurchmesser von 125 um besaß. Die Zwischenräume zwischen den Enden der verzweigten optischen Wellenleiter wurden in der gleichen Weise gewählt wie in BEISPIEL 1, und das Verfahren zur Ausbildung der verzweigten optischen Wellenleiter war das gleiche wie in BEISPIEL 1.
Es wurde ein optisches Glied, dessen numerische Apertur 0,3 betrug und das 40 um dick war, in der gleichen Weise wie in BEISPIEL 1 hergestellt, und ein optischer 16x16-Sternkoppler mit dem obigen optischen Glied wurde hergestellt. Die Verluständerung und der Mehrverlust wurden aus dem Einsatzverlust des verzweigten optischen 16x16-Sternkopplers berechnet, der in der gleichen Weise gemessen wurde wie in BEISPIEL 1, wodurch man die Ergebnisse erhielt, die als Markierungen und in Fig.7A dargestellt sind, welche die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Länge zu Breite des optischen Hauptwellenleiters, der Verluständerung und dem Mehrverlust zeigen.

BEISPIEL 10

Eine Quarz-Photomaske, auf der eine optische Schaltungsverteilung mit den in Tabelle 1 angegebenen Abmessungen ausgebildet war, wurde zur Herstellung eines optischen 32x32- Sternkopplers für GI-Lichtleitfasern ausgebildet, deren jede einen Kerndurchmesser von 50 um und einen Manteldurchmesser von 125 um besaß. Die Zwischenräume zwischen den Enden der verzweigten optischen Wellenleiter wurden in der gleichen Weise wie in BEISPIEL 4 gewählt, und das Herstellungsverfahren für die verzweigten optischen Wellenleiter war das gleiche wie in BEISPIEL 4.
Es wurde ein optisches Glied mit einer numerischen Apertur von 0,3 und einer Dicke von 40 um in der gleichen Weise wie in BEISPIEL 4 hergestellt, und ein optischer 32x32-Sternkoppler mit dem obigen optischen Glied wurde hergestellt. Sodann wurde der Einsatzverlust gemessen, und die Verluständerung und der Mehrverlust wurden berechnet. Die als Markierungen und in Fig.7B dargestellten Ergebnisse zeigen die Beziehung zwischen dem Verhältnis Länge zu Breite des optischen Hauptwellenleiters, der Verluständerung und dem Mehrverlust und wurden aus den BEISPIELEN 5 und 10 erhalten. Tabelle 1
[Bemerkungen]
Ex : Beispiel
A : Anzahl von Verzweigungen
B : Gesamtlänge in mm
M : Länge des verzweigten optischen Wellenleiters (um)
X : Breite des Anfangs des verzweigten optischen Wellenleiters (um)
Y : Breite des Endes des verzweigten optischen Wellenleiters (um)
T : Verjüngungsverhältnis
W : Länge des optischen Hauptwellenleiters (um)
Z : Breite des optischen Hauptwellenleiters (um)

BEISPIELE 11, 12, 13 und 14

Eine Quarz-Photomaske, auf der eine optische Schaltungsverteilung mit den in Tabelle 2 angegebenen Abmessungen ausgebildet war, wurde zur Herstellung eines optischen 16x16- Sternkopplers für GI-Lichtleitfasern ausgebildet, von denen jede einen Kerndurchmesser von 50 um und einen Manteldurchmesser von 125 um besaß. Die Zwischenräume zwischen den Enden der verzweigten optischen Wellenleiter wurden in der gleichen Weise gewählt wie in BEISPIEL 1, und das Herstellverfahren für die verzweigten optischen Wellenleiter war das gleiche wie in BEISPIEL 1.
Eine optische Schaltung oder ein optisches Glied mit einer numerischen Apertur von 0,3 und einer Dicke von 40 um wurde in der gleichen Weise hergestellt wie in BEISPIEL 1, und ein optischer 16x16-Sternkoppler mit dem obigen optischen Glied wurde hergestellt. Sodann wurde der Einsatzverlust gemessen, und die Verluständerung und der Mehrverlust wurden berechnet, wodurch die als Markierungen 4 und 5 in Fig.6A dargestellten Ergebnisse erzielt wurden, welche die Beziehung zwischen dem Verjüngungsverhältnis, der Verluständerung und dem Mehrverlust zeigen.

BEISPIELE 15, 16, 17 und 18

Eine Quarz-Photornaske, auf der eine optische Schaltungsverteilung mit den in Tabelle 2 gezeigten Abmessungen ausgebildet war, wurde zur Herstellung eines optischen 32x32-Sternkopplers für GI-Lichtleitfasern ausgebildet, deren jede einen Kerndurchmesser von 50 um und einen Manteldurchmesser von 125 um besaß. Die Zwischenräume zwischen den Enden der verzweigten optischen Wellenleiter wurden in der gleichen Weise gewählt wie in BEISPIEL 4, und das Herstellverfahren für die verzweigten optischen Wellenleiter war das gleiche wie in BEISPIEL 4.
Ein optisches Glied mit der numerischen Apertur von 0,3 und einer Dicke von 40 um wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 hergestellt, und es wurde ein optischer 32x32- Sternkoppler mit dem obigen optischen Glied hergestellt. Der Einsatzverlust wurde gemessen, und die Verluständerung und der Mehrverlust wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 berechnet, wodurch man die Ergebnisse erhielt, die als Markierungen und in Fig.6B dargestellt sind und die Beziehung zwischen dem Verjüngungsverhältnis, der Verluständerung und dem Mehrverlust zeigen.

BEISPIELE 19, 20 und 21

Eine Quarz-Photomaske, auf der eine optische Schaltungsverteilung mit den in Tabelle 2 angegebenen Abmessungen ausgebildet war, wurde zur Herstellung eines optischen 16x16- Sternkopplers für GI-Lichtleitfasern ausgebildet, deren jede einen Kerndurchmesser von 50 um und einen Manteldurchmesser von 125 Mm besaß. Die Zwischenräume zwischen den Enden der verzweigten optischen Wellenleiter wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gewählt, und das Herstellungsverfahren für die verzweigten optischen Wellenleiter war das gleiche wie in BEISPIEL 1.
Ein optisches Glied mit einer numerischen Apertur von 0,3 und einer Dicke von 40 um wurde in der gleichen Weise wie in BEISPIEL 1 hergestellt, und ein optischer 16x16 Sternkoppler mit dem obigen optischen Glied wurde hergestellt. Der Einsatzverlust wurde gemessen, und die Verluständerung und der Mehrverlust wurden berechnet, wodurch man die Ergebnisse erhielt, die als Markierungen und in Fig.7A dargestellt sind und die Beziehung zwischen dem Verhältnis Länge zu Breite des optischen Hauptwellenleiters, der Verluständerung und dem Mehrverlust zeigen.

BEISPIELE 22, 23 und 24

Eine Quarz-Photomaske, auf der eine optische Schaltungsverteilung mit den in Tabelle 2 wiedergegebenen Abmessungen ausgebildet war, wurde zur Herstellung eines optischen 32x32 -Sternkopplers für GI-Lichtleitfasern ausgebildet, deren jede einen Kerndurchmesser von 50 um und einen Manteldurchmesser von 125 um besaß. Die Zwischenräume zwischen den Enden der verzweigten optischen Wellenleiter wurde in der gleichen Weise gewählt wie in BEISPIEL 4, und das Herstellverfahren für die verzweigten optischen Wellenleiter war das gleiche wie in BEISPIEL 4.
Ein optisches Glied mit einer numerischen Apertur von 0,3 und einer Dicke von 40 um wurde in der gleichen Weise wie in BEISPIEL 4 hergestellt, und es wurde ein optischer 32x32- Sternkoppler mit dem obigen optischen Glied hergestellt. Der Einsatzverlust wurde gemessen, und die Verluständerung und der Mehrverlust wurden berechnet, wodurch man die Ergebnisse erhielt, die als Markierungen und in Fig.7B dargestellt sind und die Beziehung zwischen dem Verhältnis von Länge zu Breite des optischen Hauptwellenleiters, der Verluständerung und dem Mehrverlust zeigen.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Eine Quarz-Photomaske, auf der eine optische Schaltungsverteilung mit der gleichen Breite sowohl an den Anfängen als auch an den Enden der verzweigten optischen Wellenleiter mit den in Tabelle 2 wiedergegebenen Abmessungen ausgebildet war, wurde zur Herstellung eines optischen 32x32-Sternkopplers für GI-Lichtleitfasern ausgebildet, deren jede einen Kerndurchmesser von 50 um und einen Manteldurchmesser von 125 um besaß. Die Zwischenräume zwischen den Enden der verzweigten optischen Wellenleiter wurden in der gleichen Weise wie in BEISPIEL 1 gewählt, und das Herstellverfahren für die verzweigten optischen Wellenleiter war das gleiche wie in BEISPIEL 1.
Ein optisches Glied mit einer numerischen Apertur von 0,3 und einer Dicke von 40 um wurde hergestellt, und es wurde ein optischer 32x32-Sternkoppler mit dem obigen optischen Glied hergestellt. Der Einsatzverlust wurde in der gleichen Weise wie in BEISPIEL 5 gemessen, wodurch man die Ergebnisse erhielt, die als Markierung in Fig.9 unter Berücksichtigung der Verluständerung an verschiedenen Anschlüssen dargestellt sind. Tabelle 2
Ex : Beispiel
CE : Vergleichsbeispiel
A : Anzahl von Verzweigungen
B : Gesamtlänge (mm)
M : Länge des verzweigten optischen Wellenleiters (um)
X : Breite des Anfangs des verzweigten optischen Wellenleiters (um)
Y Breite des Endes des verzweigten optischen Wellenleiters (um)
T : Verjünungsverhältnis
W : Länge des optischen Hauptwellenleiters (um)
Z : Breite des optischen Hauptwellenleiters (um)
Bei dem verzweigten optischen 32x32-Sternkoppler mit einem bekannten optischen Glied, angeschlossen an 50/125 GI-Lichtleitfasern tritt beim Eintreten von Licht von den Anschlüssen und bei Fortpflanzung desselben zu den äußeren Anschlüssen eine Polarisierung des Lichtes ein und die Verteilung des Lichtes verschlechtert sich. Wenn insbesondere in Fig.8 das in die Anschlüsse im Mittelteil, beispielweise in die Anschlüsse Nr. 12 bis 20, eintretende Licht mit dem in die Anschlüsse in den äußersten Lagen, Nr. 1 und 32, eintretenden Licht verglichen wird, besteht ein wesentlicher Unterschied in der Verluständerung, gemessen bei 18 dB. Der Grund für diesen Unterschied besteht darin, daß das in die äußeren Anschlüsse eintretende Licht äußerst wahrscheinlich auf die gegenüberliegenden Außenanschlüsse und die benachbarten Anschlüsse auf der Lichtaustrittsseite verteilt werden.
Im Gegensatz dazu ist bei dem optischen Sternkoppler, welcher dem in Fig.9 mit o entspricht, die Verluständerung im wesentlichen von den Außenanschlüssen bis zum Mittelabschnitt im wesentlichen konstant, und das in den optischen Hauptwellenleiter von äußeren Anschlüssen eintretende Licht wird in gleicher Weise auf die Anschlüsse auf der Lichtaustrittsseite verteilt.
Bei der vorliegenden Erfindung kann ein optisches Glied mit optischen Wellenleitern, d.h. ein mehrfach verzweigter optischer Multimoden-Sternkoppler mit guter Verluständerung, oder nicht nur mit guter Verluständerung, sondern auch geringem Mehrverlust, hergestellt werden. Darüber hinaus ist es möglich, solche optischen Glieder mit hoher Ausbeute herzustellen und zu liefern. Die Ausführung der Erfindung macht die Schaffung von hochleistungsfähigen, billigen, mehrfach verzweigten optischen Multimoden-Sternkopplern vorn Wellenleitertyp auf dem Markt möglich, wodurch die Zuverlässigkeit von optischen Multirnoden-Netzwerken (LAN) verbessert und der Bau von billigen Systemen mit der Absicht einer weiten Verteilung ermöglicht wird.

Claims

1. Optische Vorrichtung mit einer optischen Übertragungseinrichtung, welche eine Anzahl von eintretenden Lichtsignalen mischt und sodann verteilt und die gemischten Lichtsignale abgibt, wobei die optische Übertragungseinrichtung ein optisches Glied (optical circuit) (30) enthält, das aufweist:

eine erste Anzahl von optischen Eingangswellenleitern (24), eine zweite Anzahl von optischen Ausgangswellenleitern (24) sowie einen optischen Hauptwellenleiter (32) zum Mischen der Lichtsignale eines optischen Eingangswellenleiters (24), wenn sich das Licht vom Eingangsende des optischen Hauptwellenleiters (32) zum Ausgangsende desselben fortpflanzt, und wobei ein Ende (25) jedes optischen Eingangswellenleiters (24) mit dem Eingangsende des optischen Hauptwellenleiters (32) verbunden ist und ein Ende (25) jedes optischen Ausgangswellenleiters (24) mit dem Ausgangsende des optischen Hauptwellenleiters (32) verbunden ist,

wobei wenigstens einer der optischen Eingangs- oder Ausgangswellenleiter (24) eine Verjüngung aufweist, an der die Breite an einem zweiten Ende (27) auf einer Abschlußseite größer ist als an ihrem Ende (25) auf der am optischen Hauptwellenleiter (32) anzuschließenden Seite, und

wobei das optische Glied die folgenden Merkmale aufweist:

0,4 ≤ X/Y ≤ 0,8

40 Z ≤ W ≤ 60

X: Breite des wenigstens einen optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiters (24) an seinem Verbindungsteil mit dem optischen Hauptwellenleiter (32);

Y: Breite des wenigstens einen optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiters (24) an seinem zweiten Ende (27) auf der Abschlußseite;

W: Länge in Längsrichtung des optischen Hauptwellenleiters (32); und

Z: Breite des optischen Hauptwellenleiters.

2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher wenigstens einer der optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiter (24) eine Biegung mit einem Wendepunkt enthält

3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Lichtleitfaser (26), die mit dem zweiten Abschlußende (27) des optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiters (24) verbunden ist, wobei das zweite Abschlußende (37) des wenigstens einen optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiters (24) eine Breite aufweist, die 70% bis 100% des Kerndurchmessers der Lichtleitfaser (26) entspricht.

4. Optische Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Krümmungsradius der Biegung an der Stelle, an der der Biegungsverlust beginnt, so eingestellt ist, daß er plötzlich ansteigt, wie aus den Kennlinien von Biegungsverlust und Krümmungsradius zu sehen ist.

5.. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Merkmale jedes optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiters (24) unterschiedlich sind, um die Unterschiede des Verlustes infolge der unterschiedlichen Längen der optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiter (24) zu korrigieren.

6. Optische Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der wenigstens eine optische Eingangs- und Ausgangswellenleiter (24) zwei kreisbogenförmige optische Übertragungswege umfaßt, deren Radien nahezu gleich lang sind, wobei die Mittelpunkte derselben an entgegengesetzten Stellen liegen, und die miteinander verbunden sind.

7. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der optische Hauptwellenleiter (32) sowie die optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiter (24) größere numerische Öffnungen als die äußeren Lichtleitfasern (26) besitzen, die mit den zweiten Abschlußenden (27) der optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiter (24) zu verbinden sind.

8. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Lichtleitfaser (26), die mit den optischen Eingangs- und Ausgangswellenleitern (24) zu verbinden ist.

9. Optisches Netzwerk, das aufweist:

eine optische Vorrichtung, die eine Anzahl von eintretenden Lichtsignalen mischt und sodann die gemischten Lichtsignale verteilt und abgibt, wobei die optische Vorrichtung aufweist: ein optisches Glied (30) mit einer ersten Anzahl von optische Eingangswellenleitern (24), einer zweiten Anzahl von optischen Ausgangswellenleitern (24) sowie einen optischen Hauptwellenleiter (32) zum Mischen der Lichtsignale eines optischen Eingangswellenleiters (24), wenn sich das Licht vom Eingangsende des optischen Hauptwellenleiters (32) zu dessen Ausgangsende fortpflanzt, und wobei ein Ende (25) jedes optischen Eingangswellenleiters (24) mit dem Eingangsende des optischen Hauptwellenleiters (32) verbunden ist und ein Ende (25) jedes optischen Ausgangswellenleiters (24) mit dem Ausgangsende des optischen Hauptwellenleiters (32) verbunden ist; und

Lichtleitfasern (26), welche mit den optischen Eingangs- und Ausgangswellenleitern (24) verbunden sind;

wobei wenigstens einer der optischen Eingangs- oder Ausgangswellenleiter (24) eine Verjüngung aufweist, an der die Breite an einem zweiten Ende (27) auf einer Abschlußseite größer ist als an seinem Ende (25) auf der an den optischen Hauptwellenleiter (32) anzuschließenden Seite, und

wobei das optische Glied die folgenden Merkmale aufweist:

0,4 ≤ X/Y ≤ 0,8

40 Z ≤ W ≤ 60

W: Länge in Längsrichtung des optischen Hauptwellenleiters (32); und

Z: Breite des optischen Hauptwellenleiters (32).

10. Optisches Netzwerk nach Anspruch 9, bei welchem die Lichtleitfasern (26) aus abgestuften Mehrmoden(graded multi-mode)-Lichtleitfasern bestehen.

11. Optisches Netzwerk nach Anspruch 10, bei welchem die abgestuften Mehrmoden-Lichtleitfasern (26) einen Kerndurchmesser von 50 um und einen Manteldurchmesser von 125 um aufweisen.

12. Optisches Netzwerk nach Anspruch 9, bei welchem das zweite Abschlußende (27) des wenigstens einen optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiters (24) eine Breite besitzt, die 70% bis 100% des Kerndurchmessers der Lichtleitfaser (26) entspricht, die mit dem zweiten Abschlußende (27) verbunden ist.

13. Optisches Netzwerk nach Anspruch 9, bei welchem wenigstens einer der optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiter (24) eine Biegung mit einem Wendepunkt enthält.

14. Optisches Netzwerk nach Anspruch 13, bei welchem der Krümmungsradius der Biegung an der Stelle, an der der Biegungsverlust beginnt, so eingestellt ist, daß er plötzlich ansteigt, wie aus den Kennlinien von Biegungsverlust und Krümmungsradius zu sehen ist.

15. Optisches Netzwerk nach Anspruch 9, bei welchem die Merkmale jedes optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiters (24) sich unterscheiden, um die Unterschiede des Verlustes infolge der unterschiedlichen Längen der optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiter (24) zu korrigieren.

16. Optisches Netzwerk nach Anspruch 9, bei welchem der optische Hauptwellenleiter (32) und der optische Eingangs- und Ausgangswellenleiter (24) größere numerische Öffnungen besitzen als die Lichtleitfasern (26), die an die zweiten Abschlußenden (27) der optischen Eingangs- und Ausgangswellenleiter (24) anzuschließen sind.

17. Optisches Netzwerk nach Anspruch 13, bei welchem der wenigstens eine optische Eingangs- und Ausgangswellenleiter (24) zwei kreisbogenförmige Übertragungswege umfaßt, deren Radien nahezu gleich sind, wobei deren Mittelpunkte an entgegengesetzten Stellen angeordnet sind, und welche miteinander verbunden sind.

18. Verfahren zum Herstellen eines optischen Gliedes mit einer ersten Anzahl von optischen Eingangswellenleitern (24) , einer zweiten Anzahl von optischen Ausgangswellenleitern (24) und einem optischen Hauptwellenleiter (32) zum Mischen von Lichtsignalen eines optischen Eingangswellenleiters (24), wenn sich das Licht vom Eingangsende des optischen Hauptwellenleiters (32) zum Ausgangsende desselben fortpflanzt, und wobei ein Ende (25) jedes der optischen Eingangswellenleiter (24) mit dem Eingangsende des optischen Hauptwellenleiters (32) verbunden ist, und ein Ende (25) jedes optischen Ausgangswellenleiters (24) mit dem Ausgangsende des optischen Hauptwellenleiters (32) verbunden ist, wobei wenigstens einer der optischen Eingangs- oder Ausgangswellenleiter (24) eine Verjüngung aufweist, an der die Breite an einem zweiten Ende (27) auf einer Abschlußseite größer ist als an seinem Ende (25) auf der Seite, die an den optischen Hauptwellenleiter (32) anzuschließen ist, wobei das Verfahren die folgende Schritte umfaßt:

selektives Bestrahlen eines Ausgangsmaterials (81), welches mit Licht reagierende Monomere enthält, mit Licht; und

Bilden eines optischen Gliedes (30), das die folgenden Merkmale besitzt:

0,4 ≤ X/Y ≤ 0,8

40 Z ≤ W ≤ 60

W: Länge in Längsrichtung des optischen Hauptwellenleiters (32); und

Z: Breite des optischen Hauptwellenleiters (32).

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem das Ausgangsmaterial (81) Polycarbonat enthält und die Monomere wenigstens Acrylsäure oder Acrylat enthalten.