DK159341B - Optisk koblingselement - Google Patents

Description

DK 159341 B

Opfindelsen angår et optisk koblingselement som angivet i indledningen til patentkrav 1.

Et sådant koblingselement er navnlig anvendeligt til optiske informationsoverføringssystemer, som arbej-5 der i bølgelængdedupleks- eller i bølgelængdemultipleks-drift. Et sådant system har den fordel, at der eksempelvis ved en samtidig tovejstrafik over større afstande, f.eks. nogle kilometer, kun kræves en enkelt lysleder.

Pig. 1 viser et sådant system for to sende-10 og/eller modtagestationer TI henholdsvis T2, som er optisk koblet ved hjælp af en lysleder LWL. Hver sende- og/eller modtagestation omfatter en sender SI henholdsvis S2, f.eks. halvlederlasere, som udsender stråling med forskellig bølgelængde XI henholdsvis X2, 15 en modtager El henholdsvis E2, f.eks. fotodioder, samt et bølgelængdeafhængigt koblingselement, en duplek-ser Dl henholdsvis D2, som kobler senderen og modtageren på en sende- og/eller modtagestation med lyslederen. Et sådant koblingselement bevirker, at den i lys-20 lederen LWL i modsatte retninger overførte strålingsblanding når frem til den ønskede modtager, og at ingen uønsket stråling når frem til senderne. Eksempelvis når den fra senderen Si udsendte stråling med bølgelængden XI kun frem til modtageren E2. Denne strålegang er 25 vist ved hjælp af pile.

En sådan udformning er ugunstigt uøkonomisk, for i en sende- og/eller modtagestation er sendere, modtagere samt dupleksere enkelte komponenter, som er koblet ved hjælp af optiske strækninger, f.eks. lysledere. En 30 sådan kobling nødvendiggør tids- og omkostningskrævende justerings- og montagearbejder. Desuden opstår der store optiske tab, fordi der mellem komponenterne og de optiske veje findes mange optiske koblingspunkter, f.eks. splej sninger.

35 Fra DE-A-2 933 245 er det kendt som bølgelængde afhængigt koblingselement (duplekser) at anvende to gra-

DK 159341 B

2 dientstavlinser, mellem hvilke der befinder sig et bølgelængdeafhængigt filter.

Ved gradientstavlinsernes andre endeflader er ind- og udgangslyslederne, halvledersenderen og halv-5 ledermodtageren tilkoblet over yderligere lysledere. En sådan udformning har den ulempe, at der på uøkonomisk måde kræves mange koblingspunkter, som nødvendiggør omkostningsmæssigt ugunstige justeringsprocesser, og som desuden bidrager til generende koblingstab. Eksempelvis 10 skal halvledersenderen og halvledermodtageren først hver især med en kort lysleder kobles så tabsfrit som muligt.

De andre ender af de korte lysledere samt ind- og udgangslyslederen kobles da med det bølgelængdeafhængige koblingselement. Disse koblingspunkter nødvendiggør et 15 betydeligt justeringsarbejde. Det er også en ulempe, at der til undgåelse af optiske koblingstab endvidere kræves et optisk koblingskit. Dette koblingskit kan ældes på ukontrollerbar måde, således at der i tidens løb opstår yderligere uønskede koblingstab.

20 Opfindelsen tager sigte på at angive et pris gunstigt fabrikerbart koblingselement af den omhandlede art, som desuden er mekanisk kompakt og støjufølsomt.

Denne opgave løses med de i krav 1' s kendetegnende del angivne træk.

25 Udførelsesformer for og videreudviklinger af op findelsen fremgår af underkravene.

En fordel ved opfindelsen består i, at mikroop-tikken muliggør en optimal tilpasning af sender og/eller modtager efter lyslederen.

30 Opfindelsen er i det følgende forklaret nærmere på grundlag af udførelseseksempler under henvisning til den skematiske tegning, hvor figurerne 2 og 3 viser udførelseseksempler .

Den her anvendte betegnelse "mikrooptik" refe-35 rerer til en optisk opstilling, som består af geometrisk små optiske komponenter, f.eks. linser med en diameter på nogle millimeter.

DK 159341 B

3

Fig. 2 viser et koblingselement, hvor mikroop-tikken indeholder kugleformede linser. Fra en sender 1, f.eks. en halvlederlaser, udsendt stråling 2, f.eks. lys med en bølgelængde λΐ på ca. 830 nm, bliver ved 5 hjælp af en første kuglelinse 3 og en i det væsentlige planparallel plade 4 omsat til et kollimeret første strålebundt. Dette strålebundt gennemtrænger i det væsentlige tabsfrit en bølgelængdeafhængigt reflekterende planflade 5, f.eks. et på pladen 4 pådampet dielek-10 trisk interferensfilter eller et bøjningsgitter, og bliver derefter ved hjælp af en anden kuglelinse 6 indkoblet i endefladen 7 på lyslederen LWL. Fra endefladen 7 udtrædende stråling 8, f.eks. lys med en bølgelængde X2, der er væsentligt større end bølge-15 længden λΐ, bliver ved hjælp af den anden kuglelinse 6 omdannet til et kollimeret andet strålebundt. Dette bliver af planfladen 5 i det væsentlige reflekteret fuldstændigt og gennem den anden kuglelinse 6 tilført modtageren 9, f.eks. en halvlederfotodiode. Det er mu-20 ligt i den optiske strålegang foran modtageren 9 at anbringe et optisk filter 10, f.eks. en lysleder med en længde på nogle millimeter, på hvis ene endeflade der er påført et filterlag, som kun er ledende for lys med bølgelængden \2. Med et sådant filter 10 opnås en 25 rumlig og bølgelængdeafhængig filtrering af strålingen, således at mulige forstyrrelser som følge af spredningslys, f.eks. af den fra senderen 1 udsendte stråling, undgås. Ved passende valg af de optisk virksomme størrelser, f.eks. tykkelsen d af pladen 4 og/eller ra-30 dierne af kuglelinserne 3, 6, er det på fordelagtig måde muligt at udforme den optiske strålegang således, at der optræder mindst mulige optiske tab. Eksempelvis er det muligt at tilpasse forskellige aperturer af senderen, modtageren og af lyslederen efter hinanden.

35 Den beskrevne optiske opstilling er optaget i et kompakt og forstyrrelsesufølsomt hus 11, f.eks. en

DK 159341 B

4 terningformet kobber blok med en kantlængde på ca. 10 mm. Et sådant hus 11 er anvendeligt som varmemodtager for senderen 1. Inde i huset findes der desuden en afskærmning 12, som bevirker en elektrisk og/eller elek-5 tromagnetisk adskillelse mellem senderen l og modtageren 9, således at en forstyrrende elektrisk og/eller elektromagnetisk krydstale undgås. På huset li findes der desuden elektriske tilslutninger 13, f.eks. elektrisk isolerede stifter, som inde i huset 11 er elek-10 trisk forbundet med senderen 1 og med modtageren 9.

Et sådant koblingselement kan på prisgunstig måde indloddes i en ikke vist elektrisk kredsløbsplade. Endvidere er det muligt i huset 11 at anbringe ikke viste elektriske komponenter, f.eks. en forforstærker til mod-15 tageren 9. Den i fig. 2 viste lysleder LWL kan forlænges tilnærmelsesvis vilkårligt ved hjælp af en optisk splejse-og/eller stikforbindelse. Hvis den fra endefladen 7 udtrædende stråling 8 består af en bølgelængdeblanding, er det muligt at udforme den reflekterende 20 planflade 5 som bøjnings- eller difraktionsgitter, som frembringer flere strålebundter, der tilføres et tilsvarende antal modtagere 9. Et sådant koblingselement muliggør modtagelse af flere optiske informationsoverføringskanaler.

25 Fig. 3 viser et yderligere udførelseseksempel, i hvilket mikrooptikken blot består af to optiske komponenter, en kuglelinse 3 og en plankonvekslinse 14, på hvis plane side den bølgelængdeafhængigt reflekterende planflade 5 er anbragt. De øvrige henvisningsbeteg-30 neiser samt strålegangen svarer til det i fig. 2 viste.

Opfindelsen er ikke begrænset til udførelseseksemplerne, men omfatter yderligere udførelseseksempler, f.eks. en mikrooptik, sbm indeholder mindst én gradient-stavlinse.

Claims (12)

1. Optisk koblingselement med en elektrooptisk halvledersender (1) og en optoelektrisk halvledermodta-ger (9) samt en mikrooptik (3), dvs. et optisk organ, som består af geometrisk små optiske komponenter, f.eks. 5 linser med et tværmål på nogle mm, som ud fra halvledersenderens stråling frembringer et kollimeret første strålebundt, som gennemtrænger et plant, bølgelængdeafhængigt filter (5) og af mikrooptik-ken i det væsentlige tabsfrit indkobles i en endeflade 10 (7) på en lysleder, i hvilken stråling med forskellige bølgelængder kan overføres, og som ud fra strålingen, der træder ud fra lyslederens (7) endeflade, frembringer et kollimeret andet strålebundt, som reflekteres i det væsentlige tabsfrit af det bølge-15 længdeafhængige filter (5) og derefter tilføres halv-ledermodtageren (9) gennem mikrooptikken, kendetegnet ved, at mikrooptikken i det mindste indeholder en kuglelinse (3), at den fra halvleder-senderen (1) udsendte stråling (2) når direkte frem til 20 kuglelinsen (3), som frembringer det første kollimerede strålebundt, og at halvledersenderen (1), halvledermod-tageren (9), mikrooptikken samt en del af lyslederen ; (LWL) er optaget i et elektrisk og/eller elektromagnetisk afskærmeligt hus (11).

2. Koblingselement ifølge krav 1, kende tegnet ved, at mikrooptikken indeholder to kuglelinser (3,6), mellem hvilke der findes en planparallel plade (4), på hvis bort fra halvledersenderen (1) vendende side det bølgelængdeafhængige filter (5) befinder 30 sig, (fig. 2).

3. Koblingselement ifølge krav 1, kendetegnet ved, at mikrooptikken indeholder en kuglelinse (3) og en plankonvekslinse (14), hvis plane side DK 159341 B vender mod kuglelinsen (3), og på hvis plane side det bølgelængdeafhængige filter (5) befinder sig, og at kuglelinsen (3) vender mod halvledersenderen (l), (fig. 3).

4. Koblingselement ifølge et eller flere af de 5 foregående krav, kendetegnet ved, at der foran modtageren (9) er indkoblet mindst ét rumligt og/eller bølgelængdeafhængigt virkende optisk filter (10).

5. Koblingselement ifølge krav 4, kendetegnet ved, at filtret (10) indeholder en optisk 10 fiber.

6. Koblingselement ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at den reflekterende planflade (5) består af et dielektrisk spejl og/eller et bøjnings- eller diffraktionsgitter.

7. Koblingselement ifølge krav 6, kende tegnet ved, at halvledersenderen (1) og/eller halvledermodtageren (9) er udformet som hybride halv-lederkomponenter.

8. Koblingselement ifølge krav 7 eller 8, 20 kendetegnet ved, at der i huset (li) findes en afskærmning (12), som bevirker en elektrisk og/eller elektromagnetisk adskillelse mellem halvledersender (1) og halvledermodtager (9).

9. Koblingselement ifølge et eller flere af de 25 foregående krav, kendetegnet ved, at huset (11) er udformet som varmebortleder for senderen (1).

10. Koblingselement ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at der på huset (11) findes mindst én elektrisk tilslutning (13), 30 og at huset (11) er udformet således, at en elektrisk og/eller mekanisk forbindelse med en elektrisk kredsløbsplade er mulig.

11. Koblingselement ifølge et eller flere af af de foregående krav, kendetegnet ved, at der i 35 huset (11) findes mindst én modtage- og/eller sendeforstærker . DK 159341 B

12. Koblingselement ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at lyslederen (LWL) kan forlænges ved hjælp af en optisk splejseeller stikforbindelse. 8,