DE69430756T2

DE69430756T2 - Faseroptischer koppler

Info

Publication number: DE69430756T2
Application number: DE69430756T
Authority: DE
Inventors: Charles Elias; Ronald Hesling; Scott Anthony Johnston
Original assignee: ADC AUSTRALIA Pty Ltd
Current assignee: ADC AUSTRALIA Pty Ltd
Priority date: 1993-11-10
Filing date: 1994-11-10
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2014-11-11
Also published as: EP0729594A1; EP0729594B1; DE69430756D1; EP0729594A4; AU8134894A; JP3688708B2; CA2175450A1; CA2175450C; AU683105B2; WO1995013554A1; JPH09504886A; US5751873A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft faseroptische Koppler und deren Herstellung, insbesondere mit Doppelkegelverjüngung geschmolzene 1 · 4- oder 2 · 4-Einzelmodekoppler. Die nachfolgende Beschreibung betrifft hauptsächlich 1 · 4-Koppler, jedoch sind die betroffenen Prinzipien auch bei 2 · 4-Kopplern anwendbar.
So wie hier verwendet, betrifft der Begriff 1 · 4-Koppler ein faseroptisches Bauteil, das ein über einen einzelnen Eingangsport eingegebenes Signal im Wesentlichen oder nahezu gleich auf vier Ausgangsports verteilt. Derzeit werden von der Faseroptik-Industrie solche Kopplungsverhältnisse, die zumindest der Größenordnung nach vergleichbar sind, z. B. im Bereich von 0,15 bis 0,35, als "im Wesentlichen oder nahezu gleich" angesehen, jedoch ist selbstverständlich das Erreichen gleicher Verhältnisse entsprechend 0,25 das endgültige Ziel. Derartige Bauteile sind insbesondere in faseroptischen Baumnetzwerken von Nutzen.

Hintergrundbildende Technik

Faseroptische Koppler mit 1 · 4-Konfiguration für Einzelmodeanwendungen sind derzeit hinsichtlich ihrer Hauptbetriebsparameter wie der Kopplungsverhältnisse und der Einfügungsverluste durch ein deutliches Ausmaß an Wellenlängenabhängigkeit gekennzeichnet. So spezifizieren Lieferanten von Kopplern im Allgemeinen eine spezielle Wellenlängencharakteristik für ihre 1 · 4-Einzelmodekoppler, und sogar 1 · 4- Koppler mit sogenannter "abgeflachter Wellenlänge" verfügen nur innerhalb eines einzelnen Betriebsbands von z. B. 40 nm oder 100 nm über nahezu flache Charakteristiken betreffend die Kopplung und die Einfügungsverluste. Es wäre wünschenswert, einen 1 · 4-Einzelmodekoppler herzustellen, der für den Wellenlängenbereich von 1.250-1.600 nm zumindest in dem Sinn breitbandig ist, dass der Koppler in beiden Hauptübertragungs-Wellenlängenbändern für faseroptische Kommunikationsnetze, nämlich 1.260-1.360 und 1.430-1.580 nm, jedoch bevorzugter über den gesamten Bereich von 1.250- 1.600 nm, betreibbar ist.
Es wurde eine Anzahl von Querschnittskonfigurationen für die Kerne von 1 · 4-Kopplern mit Doppelkegelverjüngung vorgeschlagen. Von Mortimore [Electronics Letter (1989), Vol. 25, No. 10, 682] ist in Zusammenhang mit einer speziellen Klasse von Kopplern, gemäß der Fasern innerhalb eines Kapillarrohrs mit niedrigerem Brechungsindex als dem des Fasermantels, das integraler Bestandteil des Kopplers bleibt, gezogen und aufgeschmolzen werden, ein einfaches, quadratisches Array für 4 · 4-Sternkoppler beschrieben. Wenn dieses Array an einen 1 · 4-Teilerkoppler angepasst wird, bei dem jedes vorgegebene Fasersegment als Einfalls/Durchgangs-Faser dient, sind die Kopplungsverhältnis- und Einfügungsverluste-Charakteristiken hinsichtlich der Wellenlänge für zwei benachbarte Fasersegmente, die im Wesentlichen symmetrisch angeordnet sind, ähnlich, jedoch ziemlich verschieden für die diagonal entgegengesetzten Fasersegmente. Darüber hinaus ist der Zyklus der Charakteristiken in Bezug auf das Verjüngungsverhältnis und die Ziellänge ziemlich außer Phase, wodurch es schwierig sein kann, auch nur den Schmelzprozess so zu kontrollieren, dass eine im Wesentlichen gleiche Energieverteilung über alle vier Ausgangsports erzielt wird.
Arkwright [Electronics Letters (1991) Vol. 27, No. 19, 1767] beschreibt einen Ring mit fünf Fasern, wobei eine Faser eine spezielle Eingangsfaser ist und die anderen vier Ausgangsfasern sind. Von Mortimore et al. ist in Electronic Letters (1991), Vol. 27, No. 24, 2252, ein Vorschlag für eine vollständig symmetrische 1 · 4-Kopplerkonfiguration offenbart. Zu dieser Konfiguration gehört eine hexagonale Ringanordnung von Fasersegmenten um eine im Kern befindliche Eingangsfaser. Alle Fasersegmente verfügen über denselben Durchmesser, und sie stehen miteinander in Kontakt, jedoch ist nur jede zweite Faser des Rings eine Abgriffsfaser: die anderen sind Blindfasern. Als Ergebnis wird ein ziemlich gutes Breitband- Ansprechverhalten mitgeteilt, jedoch wäre ein Koppler dieser Art teuer und kompliziert herzustellen.
Das australische Patent 618108 offenbart Umhüllungen für eine Anzahl von Kopplerarrays. Zu vorgeschlagenen Umhüllungen gehören quadratische und dreieckige Querschnitte, und das Patent veranschaulicht oder beschreibt Koppler mit 2, 3 oder 4 Fasern in verschiedenen Arrays.
Das US-Patent 4798436 für Mortimore schlägt eine allgemeine Technik zum Einstellen oder Kontrollieren der Eigenschaften von Faserkopplern durch Variieren der relativen Ausbreitungskonstanten der Fasern des Kopplers vor. Z. B. kann eine Faser anders verjüngt werden, oder es können verschiedene Fasern ausgewählt werden. Versuche, diese Technik dadurch anzuwenden, dass das Fasersegment diagonal entgegengesetzt zum Haupt- oder Eingangsfasersegment im oben genannten quadratischen Array modifiziert wird, d. h., um die asymmetrische Position zu kompensieren, haben sich nicht als sehr fruchtbar erwiesen. In jedem Fall besteht selbst dann, wenn durch diese Vorgehensweise ein spezielles breitbanddickes, quadratisches Array erzeugt werden könnte, die Wahrscheinlichkeit, dass die Funktion kritisch von der genauen Faserposition abhängt: die Herstelltoleranzen wären sehr gering.

Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen nützlichen faseroptischen 1 · 4- oder 2 · 4-Koppler mit einer Struktur zu schaffen, die entweder im oben skizzierten Sinn breitbandig ist oder dazu in der Lage ist, ohne zusätzliche Abstimmbehandlung, ein derartiges breitbandiges Ansprechverhalten zu zeigen.
Entsprechend einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ist ein verschmolzener faseroptischer 1 · 4- oder 2 · 4-Koppler geschaffen, in dem vier optische Fasersegmente mindestens teilweise miteinander verschmolzen sind, um einen Aufbau zu bilden, der einen dicht gepackten Querschnitt aufweist, in dem die Faserkerne im Wesentlichen an den Ecken eines vierseitigen Polygons zentriert sind, das ein Paar gegenüberliegender spitzer Innenwinkel von deutlich weniger als 90º, vorzugsweise ungefähr oder etwas weniger als 60º, aufweist.
Gemäß der ersten Erscheinungsform der Erfindung ist durch diese ferner ein verschmolzener faseroptischer 1 · 4- oder 2 · 4-Koppler geschaffen, in dem vier optische Fasersegmente in Längsrichtung nebeneinander in einem Koppelbereich verlaufen, in dem die Fasersegmente mindestens teilweise miteinander verschmolzen sind, um einen Aufbau zu bilden, der einen dicht gepackten Querschnitt aufweist, in dem die Mitten-Abstände der jeweiligen kerne zweier Fasersegmente von den jeweils anderen drei Kernen ähnlich sind.
Gemäß der ersten Erscheinungsform der Erfindung ist durch diese ferner ein verschmolzener faseroptischer 1 · 4- oder 2 · 4-Koppler geschaffen, in dem vier optische Fasersegmente in Längsrichtung nebeneinander in einem Koppelbereich verlaufen, in dem die Fasersegmente mindestens teilweise miteinander verschmolzen sind, um einen Aufbau mit dicht gepacktem Querschnitt zu bilden, in dem zwei der Fasersegmente nebeneinander zwischen den anderen beiden liegen.
Vorzugsweise verfügt der Aufbau über eine Verdrehung im Kopplungsbereich, z. B. eine Verdrehung von mindestens 45º. Dieses Merkmal steht in ausgeprägtem Kontrast zu bekannten verschmolzenen 1 · 4-Kapillarrohrkopplern, bei denen die Fasern während des Schmelzprozesses im Wesentlichen gerade und parallel im Rohr verlegt wurden. Bei dieser bevorzugten Erscheinungsform der Erfindung wird die Verdrehung vorzugsweise vor den Schmelz- und Ziehschritten angewandt, und sie wird vorzugsweise zu mindestens als dynamische, schraubenförmige Verdrehung angewandt.
Gemäß der zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines verschmolzenen Faseroptischen 1 · 4- oder 2 · 4-Kopplers mit den folgenden Schritten geschaffen:
Anordnen von vier optischen Fasersegmenten, so dass diese in Längsrichtung nebeneinander in einem Querschnittsfeld verlaufen, in dem die Faserkerne im Wesentlichen an den Ecken eines vierseitigen Polygons mit einem Paar gegenüberliegender spitzer Innenwinkel von deutlich weniger als 90º, vorzugsweise ungefähr oder etwas weniger als 60º, zentriert sind,
Vornehmen einer Drehung, vorzugsweise um mindestens eine halbe Umdrehung, und am bevorzugtesten um 1 bis 1,5 Umdrehungen, für die Fasersegmente, während diese unter Spannung gehalten werden und diejenigen Segmente auf der kürzeren Diagonale des Polygons vorzugsweise unter größerer Spannung als die anderen beiden Segmente gehalten werden, um einen verdrehten Aufbau mit den Fasersegmenten zu bilden,
Erwärmen mindestens eines Abschnitts des verdrehten Aufbaus und mindestens teilweises Verschmelzen der Fasersegmente miteinander, während diese in Längsrichtung gezogen werden, wodurch ein Koppelbereich mit verdrehtem Aufbau gebildet wird.
Die Verdrehung wird vorzugsweise zumindest teilweise als dynamische, schraubenförmige Drehung angewandt.
Vorzugsweise werden die oben genannten Fasern an der kürzeren Achse des Parallelogramms geringfügig einzeln vorverdreht, bevor die oben genannte Verdrehung des Aufbaus erfolgt.
Gemäß der zweiten Erscheinungsform ist durch die Erfindung ferner eine Vorrichtung zum Ausführen des oben genannten Verfahrens geschaffen.
Vorzugsweise verfügen, sowohl bei der ersten als auch der zweiten Erscheinungsform der Erfindung, ein oder am bevorzugtesten beide Fasersegmente auf der kürzeren Diagonale des Aufbaus über verschiedene Ausbreitungskonstanten in Bezug auf die anderen zwei Fasersegmente. Dies kann dadurch erfolgen, dass Fasersegmente mit ähnlichem Durchmesser im Aufbau behandelt werden, oder es können ein oder am bevorzugtesten beide Fasersegmente auf der kürzeren Diagonale einen kleineren Durchmesser als die anderen Fasersegmente aufweisen. Die kleineren Durchmesser sind nicht notwendigerweise gleich. Dies kann beim Herstellprozess durch eine Vorverjüngung oder durch Ätzen eines oder am bevorzugtesten beider Fasersegmente entlang der kürzeren Diagonale erreicht werden. In diesem Fall ist selbstverständlich, bei der ersten Erscheinungsform der Erfindung, der spitze Innenwinkel des Rhomboeders kleiner als 60º und/oder die Kern-Kern-Abstände differieren geringfügig. Das Ausmaß der Vorverjüngung kann im Bereich von 0,1 bis 30% variieren, und es hängt von den während der Herstellung der Verjüngung verwendeten Schmelzbedingungen und dem Temperaturprofil der Heizquelle ab und wird typischerweise in einem vorgegebenen Fall durch Versuch bestimmt.
Es hat sich herausgestellt, dass die Geometrie gemäß der ersten Erscheinungsform der Erfindung dahingehend wirkungsvoll ist, die Phasendifferenzen zwischen den Charakteristiken des Kopplungsverhältnisses und der Einfügungsverluste für den Aufbau bei einer vorgegebenen Wellenlänge im Vergleich zum bereits genannten einfachen quadratischen Array wesentlich zu verringern, und die bevorzugte Vorverjüngung erlaubt es, dass die Charakteristiken bei einer vorgegebenen Wellenlänge hinsichtlich eines Wendepunkts und der Phasenbeziehung im Wesentlichen übereinstimmen. Durch Optimieren der Vorverjüngung ist es möglich, für die zwei Hauptwellenlängenbänder im Wesentlichen auf eine gleiche Energieverteilung zu synchronisieren.
Vorteilhafterweise wird, wenn der hergestellte Aufbau im Kopplungsbereich im Wesentlichen auf die Umgebungstemperatur abgekühlt ist, eine geringfügige weitere Verdrehung am Aufbau ausgeübt. Eine derartige Nachverdrehung wurde in Zusammenhang mit 1 · 3- und 1 · 2-Kopplern vorgeschlagen [TA Birks, Applied Optics (1989) Vol. 28, No. 19, Seite 4226], und sie ist zur Feinabstimmung der Kopplereigenschaften von Nutzen. Die Nachverdrehung kann zur Verdrehung im Aufbau gemäß der zweiten Erscheinungsform der Erfindung hinzukommen oder dieser entgegengesetzt sein, wobei sie jedoch typischerweise einer derartigen vorhandenen Verdrehung entgegengesetzt ist.
Die Funktion des Kopplers als 1 · 4- oder 2 · 4-Koppler ist typischerweise dadurch bestimmt, dass drei oder zwei der vier Fasersegmente an einem Ende des Kopplers abgeschlossen werden. Vorzugsweise ist das restliche Fasersegment, die Durchgangsfaser, eine der Fasern entlang der kürzeren Diagonale. Es hat sich herausgestellt, dass bessere Ergebnisse erzielt werden können, wenn eines dieser Fasersegmente auf der kürzeren Diagonale als Eingangs- oder Startfaser verwendet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zur weiteren Erläuterung wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen.
Fig. 1 ist ein Schnitt im Mittelpunkt des Kopplungsbereichs eines geschmolzenen, die Erfindung verkörpernden faseroptischen 1 · 4-Kopplers in der Längsrichtung;
Fig. 2 ist ein Kurvenbild beobachteter Kopplungsverhältnisse abhängig von der Ziehlänge, wenn ein Koppler mit einer Geometrie gemäß der ersten Erscheinungsform der Erfindung durch fortgesetztes Ziehen und Schmelzen hergestellt wird;
Fig. 3 zeigt die entsprechenden Kopplungsverhältnis-Charakteristiken in Abhängig von der Wellenlänge für einen ähnlichen Koppler über den Bereich von 1.250 bis 1.600 nm;
Fig. 4 ist ein ähnliches Kurvenbild wie die Fig. 3, zeigt jedoch die Einfügungsverluste-Charakteristik;
Fig. 5 ist ein Kurvenbild ähnlich der Fig. 4 für einen herkömmlichen 1 · 4-Koppler mit einfacher quadratischer Querschnittsgeometrie; und
Fig. 6 ist ein Kurvenbild ähnlich der Fig. 2, wobei jedoch der Ziehvorgang bei T 97 beendet wird und eine Nachverdrehung von T = 120 bis T = 131 angewandt wird.
Solange nichts anderes angegeben ist, ist die y-Achse in allen Kurvenbildern das Kopplungsverhältnis, das als Bruchteile der gesamten Ausgangsleistung definiert ist.

Bevorzugte Ausführungsformen

Der in der Fig. 1 dargestellte Koppler, der über die Charakteristiken der Fig. 3 und 4 verfügt, wurde aus vier optischen Fasersegmenten A, B, C, D hergestellt, die aus derselben Ursprungsfaser zugeschnitten wurden. Der Koppler wurde durch einen Prozess hergestellt, wie er allgemein im auf für Commonwealth of Australia übertragenen US-Patent 5011252, für das die anliegende Anmelderin eine Lizenz hält, beschrieben ist. Die Offenbarung des US-Patents 5011252 wird hier durch Bezugnahme eingeschlossen. Die verwendete Vorrichtung war im Wesentlichen von der in diesem Patent beschriebenen Art, wurde jedoch in zwei anzumerkenden Hinsichten für die vorliegenden Zwecke modifiziert. Erstens wurden die zum anfänglichen Positionieren der Fasern verwendeten beabstandete Griffe so eingestellt, dass die vier Fasersegmente so angeordnet wurden, dass sie sich in Längsrichtung nebeneinander und parallel zueinander in einem Querschnittsarray mit dichtester Packung erstreckten, indem sie an den Ecken eines vierseitigen Polygons positioniert waren, bei dem es sich näherungsweise um ein Rhomboeder mit einem Paar entgegengesetzter spitzer Innenwinkel von geringfügig weniger als 60º handelte. Der Begriff "geringfügig weniger" wird hier verwendet, da die Fasersegmente auf der kürzeren Diagonale des Rhomboeders dadurch vorverjüngt wurden, dass sie vorab gezogen wurden, um Fasersegmente mit geringfügig kleinerem Durchmesser als dem der anderen zwei herzustellen. Die Vorverjüngung erfolgt für die zwei Fasersegmente in gesonderter Weise im Ofen, bevor der Aufbau der vier Fasersegmente hergestellt wird, wie oben beschrieben.
Die zweite Modifizierung der bekannten Vorrichtung, zu den Zwecken der zweiten Erscheinungsform der Erfindung, bestand darin, dass der Verdrehschritt vor dem Heizen, Schmelzen und Ziehen der Fasersegmente zum Herstellen des Kopplers zumindest teilweise dadurch erfolgte, dass eine Verdrehung auf dynamische, schraubenförmige Weise erfolgte, d. h., dass der Aufbau, anstatt dass die Fasern an fest beabstandeten Punkten fest ergriffen und in entgegengesetzten Richtungen verdreht wurden, an zwei beabstandeten Punkten auf relative, schraubenförmige Weise verdreht wurde: die Rotatoren werden in der Längsrichtung eingestellt, wenn sie sich drehen, damit die Weglängen der Fasersegmente während der Herstellung der schraubenförmigen Struktur geringfügig größer werden können, um so zwischen den Fasersegmenten einen konstanten Winkel aufrecht zu erhalten. Die erforderliche Längseinstellung kann für die vorgegebene Konfiguration mathematisch bestimmt werden: die Rotatoren stehen selbstverständlich unter Steuerung einer geeigneten computergestützten Anlage. Demgegenüber bewegen sich die Rotatoren bei dem, was als "statische" Verdrehung bezeichnet werden kann, nicht nach außen, und der Winkel zwischen den Fasern nimmt zu, wenn die Verdrehung zwischen den Rotatoren verlängert wird. Gemäß der Erfahrung der Anmelderin erscheint es vorteilhaft zu sein, den dynamischen Fall zu verwenden, da dieser die Kontrolle der Geometrie verbessert, wobei jedoch die Verwendung einer nur statischen Verdrehung sicher nicht ausgeschlossen wird.
Die Verdrehungstechnik wird dazu verwendet, über den gesamten Kopplungsbereich einen gleichmäßigen Querschnitt aufrecht zu erhalten und für Gleichmäßigkeit des Kontakts und des Zugs in den Fasersegmenten entlang dieses Bereichs zu sorgen.
Die Verdrehung wird bei der Faseranordnung vorzugsweise so angewandt, dass als Erstes eine Verdrehung um 180º (0,5 Umdrehungen) auf statische Weise erfolgt, um die Fasersegmente in Kontakt zu bringen, und dass der Rest als dynamische, schraubenförmige Verdrehung ausgeführt wird.
Die in den Faseraufbau eingebrachte bevorzugte Verdrehung ist dergestalt, dass zwischen den Griffen zwischen 1 und 1,5 Umdrehungen der Verdrehung, z. B. ungefähr 1,25 Umdrehungen, vorliegen. Ein Anteil dieser Verdrehung, vorzugsweise mindestens 45º bleibt im Kopplungsbereich erhalten. Die Stabilität und die Gleichmäßigkeit der verdrehten Struktur können dadurch weiter verbessert werden, dass dafür gesorgt wird, dass der auf die Fasersegmente in der kürzeren Diagonale während der Verdrehung ausgeübte Zug größer (z. B. viermal größer) als der Zug ist, der auf die anderen Fasersegmente ausgeübt wird.
Die nächsten Stufen des Prozesses sind im Wesentlichen herkömmlich. Auf ein Ende einer der Fasersegmente in der kürzeren Diagonale wird Licht gestrahlt, und es wird die Ausgangsleistung aller vier Segmente am anderen Ende überwacht. Die jeweiligen Kopplungsverhältnisse und/oder Einfügungsverluste werden berechnet und kontinuierlich angezeigt. Ein Ofen wird transversal bewegt und um den verdrehten Aufbau herum angeordnet, wodurch dieser beheizt wird. Wenn der Aufbau weich geworden ist, wird er in entgegengesetzten Richtungen gezogen, um die Fasersegmente und ihre Kerne 11 zu verjüngen, wenn die Mäntel 12 transversal zusammenschmelzen, um eine verschmolzene Mantelmasse zu bilden. Wenn beobachtet wird, dass die beobachteten Kopplungsverhältnisse und Einfügungsverluste für die verschiedenen Kombinationen der Fasersegmente dem Erfordernis entsprechen, wird der Ziehvargang angehalten, die Temperatur des Ofens wird abgesenkt und der Koppler wird entnommen.
Dann wird der Aufbau bekannten Koppler-Nachbearbeitungsschritten unterzogen, einschließlich einem Abschneiden der drei anderen eingangsseitigen Fasersegmente sowie einem Einschließen in ein Einschlussrohr und eine Außenummantelung. Diese Schritte sind in der Technik gut bekannt und werden nicht weiter beschrieben.
Die Fig. 2 ist ein Beispiel für die überwachten Kopplungsverhältnisse der vier Ausgangsfasersegmente während eines typischen Kopplerherstellprozesses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Kurven A und B gelten für die zwei Segmente entlang der längeren Diagonale, und sie sind, wie es aufgrund der Gesamtsymmetrie zu erwarten ist, ähnlich. Die Kurve C gilt für das Fasersegment entlang der kürzeren Diagonale, das als Eingangs- oder Startfaser verwendet wird, und die Kurve D gilt für das andere Fasersegment entlang der kürzeren Diagonale. (Diese Kennzeichnungen gelten auch für die Fig. 1, 3 und 4). Wichtig ist es, dass es zu erkennen ist, dass die drei Kurven im Wesentlichen zeitlich in Phase ist und dass darüber hinaus Zeiten existieren, in denen das Beenden des Ziehvorgangs zu ähnlichen Kopplungsverhältnissen, innerhalb des Bereichs von 0,19 bis 0,3 für die vier Fasersegmente führt. Tatsächlich kann eine enge oder gleichmäßige Aufteilung zwischen den vier Fasern erzielt werden. Bei einer typischen einfachen Konfiguration mit quadratischem Array, wie im Stand der Technik beschrieben, sind die Kurven A und B typischerweise in Phase und ähnlich, jedoch sind die Kurven C und D ziemlich außer Phase. Es ist von Bedeutung, dass es sich herausstellt, dass die Phasengleichheitsbeziehung für die Kurven für Wellenlängen in den zwei Hauptübertragungsbändern erhalten bleibt, was sich beim Vergleichen der Fig. 3 und 4 mit der Fig. 5 ergibt. Obwohl durch die Erfindung kein Koppler mit vollständiger Gleichmäßigkeit der Antwort über das gesamte Band von 1.250 bis 1.600 nm erzielt wird, variieren die relativen Kopplungsverhältnisse und Einfügungsverluste nicht stark bei diesen zwei Wellenlängen.
Es wird nun vorgeschlagen, der Reihe nach die jeweiligen durch die Geometrie des Kopplers erzielten. Effekte, eine Modifizierung der Ausbreitungskonstante des Sekundär(Ausgangs)-Fasersegments entlang der kürzeren Diagonale sowie eine Modifizierung des Primär(Einfalls- oder Eingangs)-Fasersegments entlang der kürzeren Diagonale der Reihe nach zu erörtern.
Eine Modifizierung der Geometrie ausgehend von einem einfachen quadratischen Array, zu dem, was in der Fig. 1 dargestellt ist, änderte die Kopplungsantwort deutlich, sogar ohne Vorverjüngung. Wenn eines der Fasersegmente entlang der kürzeren Diagonale als Primär- oder Eingangsfaser verwendet wird, modifizierte die Kopplungsantwort bei Verjüngung während des Schmelzens die relative Phasenbeziehung der Kopplungsverhältnis-Charakteristik, jedoch wurde kein im Wesentlichen gleicher Kopplungspunkt erzielt. Wenn eines der Fasersegmente entlang der längeren Diagonale als Primärfaser verwendet wurde, kehrte sich das Kopplungsverhalten gegenüber dem um, wie es für quadratische Arrays typisch ist. Unter Verwendung einer Vorverjüngung zum Modifizieren der Ausbreitungskonstante nur der Sekundärfaser entlang der kürzeren Diagonale kann das Kopplungsverhalten modifiziert werden. Die Spitzenwertkopplung in die Fasern entlang der längeren Diagonale nimmt zu, und die Spitzenwertkopplung in die Sekundärfasern entlang der kürzeren Diagonale nimmt ab, wenn man sich zeitmäßig näher an den Spitzenwert für die Fasersegmente auf der längeren Diagonale bewegt. Durch Optimieren des Ausmaßes der Vorverjüngung ist es möglich, eine Antwort zu erzielen, bei der die Kopplungskurven für alle drei Nicht-Startfasern übereinstimmen. Dies ermöglicht das Erzielen eines gleichen Kopplungspunkts bei einer Wellenlänge.
Durch Beenden des Prozesses zu einem geeigneten Zeitpunkt können alle Fasern in zwei Wellenlängenbändern die gleiche Kopplung zeigen, wobei jedoch die Gleichmäßigkeit der Kopplung über alle Fasern bei einer Wellenlänge schlecht sein kann. Wenn auch die Ausbreitungskonstante des Primär-Fasersegments in Verbindung mit den oben detailliert angegebenen Modifizierungen modifiziert wird, werden die Charakteristiken gemäß der Fig. 3 erzielt. Das erste Minimum in der Primär-Kopplungskurve ist ausgehend vom Pegel null erhöht. Dies führt natürlich zu einer niedrigeren Spitzenwertkopplung in die drei Nicht-Startfasern. Durch Optimieren des Ausmaßes der bei jeder der Fasersegmente auf der kürzeren Diagonale angewandten Vorverjüngung ist es bei diesem Beispiel auch möglich, den zweiten gleichen Kopplungspunkt bei 1.544 nm mit dem ersten gleichen Kopplungspunkt bei 1.306 nm zu synchronisieren, was zu einer nahezu gleichmäßigen Leistungsverteilung bei beiden Wellenlängen und demgemäß einem breitbandigen Koppler führt.
Es ist möglich, dass die zwei Vorverjüngungen vorzugsweise ähnlich sind, so dass die zwei Fasersegmente auf der kürzeren Diagonale von gleichem Durchmesser sind, der kleiner als der der anderen beiden ist.
Die Fig. 6 zeigt die beibehaltenen Kopplungsverhältnisse für die verschiedenen Ausgangsfasern, wenn das Ziehen und Schmelzen bei T = 97 angehalten wird. Es ergibt sich, dass die Unterschiede zwischen den Charakteristiken dann weiter verringert sind, wenn eine geringfügige Nachverdrehung, gemäß einer bevorzugten Erscheinungsform der Erfindung, angewandt wird. Der Effekt dieser Nachverdrehung ist rechts in der Fig. 6 für eine Nachverdrehung demonstriert, die von T = 120 bis T = 131 ausgeübt wurde.
In dieser ganzen Beschreibung und den folgenden Ansprüchen 5 ist das Wort "verfügen" oder Variationen wie "verfügt" oder "mit", solange der Zusammenhang nichts anderes erfordert, so zu verstehen, dass es den Einschluss einer angegebenen ganzen Zahl oder einer Gruppe ganzer Zahlen, jedoch nicht den Ausschluss irgendeiner anderen ganzen Zahl oder Gruppe ganzer Zahlen beinhaltet.

Claims

1. Verschmolzener optischer 1 · 4 oder 2 · 4 Faserkoppler, in dem vier optische Fasersegmente (A, B, C, D) in Längsrichtung nebeneinander in einem Koppelbereich verlaufen, in dem die Fasersegmente mindestens teilweise miteinander verschmolzen sind, um einen Aufbau zu bilden, der einen dicht gepackten Querschnitt aufweist, in dem die Faserkerne (11) im wesentlichen an den Ecken eines vierseitigen Polygons zentriert sind, das ein Paar gegenüberliegender spitzer Innenwinkel von deutlich weniger als 90º aufweist.

2. Koppler nach Anspruch 1, wobei die gegenüberliegenden spitzen Innenwinkel etwa 60º oder ein wenig weniger betragen.

3. Koppler nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Aufbau im Koppelbereich verdreht ist.

4. Koppler nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Aufbau im Koppelbereich mit einem Drehwinkel von mindestens 45º verdreht ist.

5. Koppler nach Anspruch 2 oder 3, der durch Ziehen der Fasersegmente in Längsrichtung gebildet ist, während diese mindestens teilweise miteinander verschmolzen werden, und wobei die Drehung vor den Schmelz- und Ziehschritten und mindestens teilweise als dynamische schraubenförmige Drehung vorgenommen wurde.

6. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der beiden Fasersegmente (C, D) auf der kürzeren Diagonale des Aufbaus andere Ausbreitungskonstanten gegenüber den anderen beiden Fasersegmenten (A, B) aufweist.

7. Koppler nach Anspruch 6, wobei beide Fasersegmente (C, D) auf der kürzeren Diagonale andere Ausbreitungskonstanten gegenüber den anderen beiden Fasersegmenten (A, B) aufweisen.

8. Koppler nach Anspruch 6 oder 7, wobei das genannte eine oder die genannten beiden Fasersegmente (C, D) auf der kürzeren Diagonale einen kleineren Durchmesser als die anderen Fasersegmente (A, B) aufweisen, und die kleineren Durchmesser nicht notwendigerweise gleich sind.

9. Verschmolzener optischer 1 · 4 oder 2 · 4 Faserkoppler, in dem vier optische Fasersegmente (A, B, C, D) in Längsrichtung nebeneinander in einem Koppelbereich verlaufen, in dem die Fasersegmente mindestens teilweise miteinander verschmolzen sind, um einen Aufbau zu bilden, der einen dicht gepackten Querschnitt aufweist, in dem die Mitten-Abstände der jeweiligen Kerne (11) zweier Fasersegmente (C; D) von den jeweils anderen drei Kernen (A, B, D; A, B, C) ähnlich sind.

10. Koppler nach Anspruch 9, wobei der Aufbau im Koppelbereich verdreht ist.

11. Koppler nach Anspruch 9, wobei der Aufbau im Koppelbereich mit einem Drehwinkel von mindestens 45º verdreht ist.

12. Koppler nach Anspruch 10 oder 11, der durch Ziehen der Fasersegmente (A, B, C, D) in Längsrichtung ausgebildet ist, während diese mindestens teilweise miteinander verschmolzen werden, und wobei die Drehung vor den Schmelz- und Ziehschritten und mindestens teilweise als dynamische schraubenförmige Drehung vorgenommen wurde.

13. Koppler nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei mindestens eines der, beiden Fasersegmente (C, D) auf der kürzeren Diagonale des Aufbaus andere Ausbreitungskonstanten gegenüber den anderen beiden Fasersegmenten (A, B) aufweist.

14. Koppler nach Anspruch 13, wobei beide Fasersegmente (C, D) auf der kürzeren Diagonale andere Ausbreitungskonstanten gegenüber den anderen beiden Fasersegmenten (A, B) aufweisen.

15. Koppler nach Anspruch 13 oder 14, wobei das genannte eine oder die genannten beiden Fasersegmente (C, D) auf der kürzeren Diagonale einen kleineren Durchmesser aufweisen als die anderen Fasersegmente (A, B), und die kleineren Durchmesser nicht notwendigerweise gleich sind.

16. Verschmolzener optischer 1 · 4 oder 2 · 4 Faserkoppler, in dem vier optische Fasersegmente (A, B, C, D) in Längsrichtung nebeneinander in einem Koppelbereich verlaufen, in dem die Fasersegmente mindestens teilweise miteinander verschmolzen sind, um einen Aufbau mit dicht gepacktem Querschnitt zu bilden, in dem zwei der Fasersegmente (C, D) nebeneinander zwischen den anderen beiden (A, B) liegen.

17. Koppler nach Anspruch 16, wobei der Aufbau in dem Koppelbereich verdreht ist.

18. Koppler nach Anspruch 16, wobei der Aufbau im Koppelbereich mit einem Drehwinkel von mindestens einer halben Drehung verdreht ist.

19. Koppler nach Anspruch 17 oder 18, der durch Ziehen der Fasersegmente (A, B, C, D) in Längsrichtung ausgebildet ist, während diese mindestens teilweise miteinander verschmolzen werden, und wobei die Drehung vor den Schmelz- und Ziehschritten und mindestens teilweise als dynamische schraubenförmige Drehung vorgenommen wurde.

20. Koppler nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei mindestens eines der beiden Fasersegmente (C, D) auf der kürzeren Diagonale des Aufbaus andere Ausbreitungskonstanten gegenüber den anderen beiden Fasersegmenten (A, B) aufweist.

21. Koppler nach Anspruch 20, wobei beide Fasersegmente (C, D) auf der kürzeren Diagonale andere Ausbreitungskonstanten gegenüber den anderen beiden Fasersegmenten (A, B) aufweisen.

22. Koppler nach Anspruch 20 oder 21, wobei das genannte eine oder die genannten beiden Fasersegmente (C, D) auf der kürzeren Diagonale einen kleineren Durchmesser als die anderen Fasersegmente (A, B) aufweisen, und die kleineren Durchmesser nicht notwendigerweise gleich sind.

23. Verfahren zur Bildung eines verschmolzenen optischen 1 · 4 oder 2 · 4 Faserkopplers, mit folgenden Schritten:

Anordnen von vier optischen Fasersegmenten (A, B, C, D), so daß diese in Längsrichtung nebeneinander in einem Querschnittsfeld verlaufen, in dem die Faserkerne (11) im wesentlichen an den Ecken eines vierseitigen Polygons mit einem Paar gegenüberliegender spitzer Innenwinkel von deutlich weniger als 90º zentriert sind,

Vornehmen einer Drehung für die Fasersegmente, während diese unter Spannung gehalten werden und diejenigen Segmente (C, D) auf der kürzeren Diagonale des Polygons vorzugsweise unter größerer Spannung als die anderen beiden Segmente (A, B) gehalten werden, um einen verdrehten Aufbau mit den Fasersegmenten zu bilden,

Erwärmen mindestens eines Abschnitts des verdrehten Aufbaus und mindestens teilweises Verschmelzen der Fasersegmente miteinander, während diese in Längsrichtung gezogen werden, wodurch ein Koppelbereich mit verdrehtem Aufbau gebildet wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Drehung mindestens teilweise als dynamische schraubenförmige Drehung vorgenommen wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei die Fasern (11) auf der kürzeren Achse eines Parallelogramms einzeln etwas vorgedreht werden, bevor die genannte Drehung des Aufbaus bewirkt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 23, 24 oder 25, wobei die gegenüberliegenden spitzen Innenwinkel etwa 60º oder etwas weniger betragen.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei die Drehung so ausgebildet ist, daß sich nach der Bildung und folgenden Verarbeitungsschritten eine Drehung im Koppelbereich des Kopplers von mindestens 45º ergibt.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei mindestens eines der beiden Fasersegmente (C, D) auf der kürzeren Diagonale des Aufbaus andere Ausbreitungskonstanten gegenüber den anderen beiden Fasersegmenten (A, B) aufweist.

29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei beide Fasersegmente (C, D) auf der kürzeren Diagonale andere Ausbreitungskonstanten gegenüber den anderen beiden Fasersegmenten (A, B) aufweisen.

30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei das genannte eine oder die genannten beiden Fasersegmente (C, D) auf der kürzeren Diagonale einen kleineren Durchmesser als die anderen Fasersegmente (A, B) aufweisen und die kleineren Durchmesser nicht notwendigerweise gleich sind.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, wobei dann, wenn sich der erzeugte Aufbau im Koppelbereich im wesentlichen auf Umgebungstemperatur abgekühlt hat, eine geringe zusätzliche Drehung des Aufbaus vorgenommen wird, um die Koppeleigenschaften fein einzustellen, wobei die zusätzliche Drehung zur bereits im Aufbau vorhandenen Drehung hinzukommt oder ihr entgegenläuft.