NL8400589A

NL8400589A - Inrichting voor het koppelen van optische vezels.

Info

Publication number: NL8400589A
Application number: NL8400589A
Authority: NL
Original assignee: Tno
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1985-09-16

Description

X- * NO 32254 1

Inrichting voor het koppelen van optische vezels

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het koppelen ' van elk van een aantal eerste optische vezels met een overeenkomstige vezel van eenzelfde aantal tweede optische vezels, waarbij het geheel van de eerste vezels kan roteren om een rotatieas ten opzichte van het 5 geheel van de tweede vezels, welke inrichting is voorzien van eerste aansluitingen voor de eerste vezels en tweede aansluitingen voor de tweede vezels·

Er zijn reeds vele inrichtingen bekend voor hét koppelen van twee reeksen van optische vezels op een zodanige manier, dat de gekoppelde 10 reeksen vrij ten opzichte van elkaar kunnen roteren» Deze bekende inrichtingen kunnen in een aantal groepen worden verdeeld.

De eerste groep omvat inrichtingen geschikt voor het koppelen van . een aantal vezels met een overeenkomstig aantal vezels, waarbij tussen de uiteinden van de stilstaande vezels en die van de roterende vezels 15 een tussenstuk is aangebracht dat om dezelfde as roteert als de roterende vezels, maar met de halve rotatiesnelheid· Dit tussenstuk kan een tweezijdige spiegel bevatten (Europees octrooischrift 0029046), of een Dove- of Péchan-prisma (Amerikaans octrooischrift 4.109.998), of een groot aantal niet radiaal lopende optische vezels (Europese octrooiaan-20 vrage 0065351). Al deze inrichtingen hebben het bezwaar dat de rotatie-assen van de roterende vezels en van het tussenstuk zeer nauwkeurig ge-aligneerd dienen te zijn en dat er weinig speling in de tandradover-brenging mag zijn. De met de tweezijdige spiegel uitgeruste inrichting heeft bovendien het nadeel dat de koppeling niet continu is, d.w.z. dat 25 bij bepaalde standen van de roterende vezels ten opzichte van de stilstaande de koppeling is verbroken.

De tweede groep koppelinrichtingen kan worden aangeduid als die van de optische sleepringen. Het licht van elke stilstaande optische vezel worden hierbij geleid naar een ringvormig orgaan dat dat licht in 30 de vorm van een ring uitstraalt. De ringen kunnen in één vlak liggen én concentrisch zijn, of coaxiaal zijn opgesteld. In alle gevallen ligt het middelpunt van elke ring op de rotatieas van de roterende vezels.

Met elke roterende vezel is een aftastorgaan verbonden dat een stilstaand ringvormig orgaan optisch aftast. Het ringvormige orgaan kan 35 zijn een opgerolde optische vezel waarvan de mantel over de gehele lengte een onderbreking vertoont waardoor de vezel zijwaarts licht uitstraalt (Amerikaans octrooischrift 4.277.134 en Duits "Offenlegungs-schrift" 27.32.806), of een in een krans opgesteld aantal optische 8400589 2 vezels waarvan de uiteinden In één vlak liggen. (Nederlandse octrooiaanvrage 75.13577). De tot deze groep behorende inrichtingen hebben het nadeel dat de koppeling met grote verliezen gepaard gaat, doordat slechts een klein deel van het in de vorm van een ring uitgezonden 5 licht te bestemder plaatse, d.w.z. door het aftastorgaan, wordt opgevangen.

Een zeer speciale constructie is beschreven in het Amerikaanse oc-trooischrift 4.178.515. Bij deze constructie eindigen de stilstaande vezels alle op de rotatieas, maar op verschillende punten van deze as. 10 Om de rotatieas is voorts een ringvormige positieve lens opgesteld, waarvan, de optische as met de rotatieas samenvalt* Deze lens focusseert het licht afkomstig van het uiteinde van elke stilstaande vezel op een punt van de rotatieas gelegen in het met de roterende vezels verbonden deel van de constructie. In deze beeldpunten zijn de uiteinden van de 15 roterende vezels aangebracht. Ook bij deze inrichting zijn de verliezen aanzienlijk, omdat slechts een klein deel van het door de stilstaande vezels uitgestraald licht op de lensring valt en in de roterende vezels wordt ingekoppeld. Bij sommige van deze bekende inrichtingen worden deze verliezen gecompenseerd door elektronische versterkers, hetgeen 20 echter een extra complicatie vormt.

Tenslotte is van belang het Amerikaanse octrooischrift 3.922.063, dat een scheepslier beschrijft voor het opwinden van een kabel waarin zich één optische vezel bevindt. Bij het aan de liertrommel bevestigde uiteinde van de kabel is de optische vezel gekoppeld met een cirkelvor-25 mig venster, waarvan het middelpunt ligt op het verlengde van de rotatieas van de liertrommel. Tegenover dit met de trommel meedraaiende venster is een tweede venster vast opgesteld. De uit de roterende optische vezel van de kabel komende lichtsignalen gaan, samenvallende met de rotatieas, van het roterende naar het stilstaande venster en van 30 daar naar een met dit laatstgenoemde venster gekoppelde stilstaande optische vezel. Bij deze bekende inrichting zijn, bij een geschikte keuze van de afstand tussen de vensters, zowel de toleranties als de licht-verliezen betrekkelijk gering. De verliezen kunnen bovendien nog verder worden verkleind door de ruimte tussen de beide vensters op te vullen 35 met een transparante vloeistof waarvan de brekingsindex die van het materiaal van de vensters zo dicht mogelijk benadert. Het nadeel van deze inrichting is, dat zij slechts koppeling van twee vezels, of van één kanaal, mogelijk maakt.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een 40 koppelinrichting die niet, of althans in slechts geringe mate de 8400589 ψ 5 ~ 3 nadelen van de hiervoor beschreven bekende Inrichtingen bezit.

De uitvinding is gebaseerd op het inzicht dat het mogelijk is meer dan één paar optische vezels te koppelen via meer dan één met de rota-tieas samenvallende lichtweg, welke lichtwegen, gezien in de richting 5 van de rotatieas, achter elkaar liggen, door de voor het vormen van de diverse lichtwegen benodigde spiegels aan te brengen op transparante schijven.

Het doel van de uitvinding wordt derhalve bereikt met een koppel-inrichtlng van de in de aanhef aangegeven soort, welke koppelinrichting 10 volgens de uitvinding hierdoor is gekenmerkt, dat de inrichting een aantal transparante platen omvat die zodanig evenwijdig aan elkaar en loodrecht op de rotatieas zijn opgesteld, dat om de ander een plaat onbeweeglijk is verbonden met de eerste aansluitingen en een plaat onbeweeglijk is verbonden met de tweede aanslui-15 tingen en dat elke eerste aansluiting via een lichtweg is verbonden met de overeenkomstige tweede aansluiting, welke lichtweg vanaf de eerste aansluiting op een plaats buiten de rotatieas een onbeweeglijk met de eerste aansluitingen verbonden plaat binnentreedt, deze plaat samenvallende 20 met de rotatieas lopend verlaat en een aangrenzende, met de tweede aansluitingen onbeweeglijk verbonden plaat binnentreedt, deze plaat op een plaats buiten de rotatieas verlaat en eindigt bij de overeenkomstige tweede aansluiting.

Onder spiegel wordt hier verstaan een spiegelend oppervlak, bv.

25 een oppervlak van een vlakke metalen plaat of een - eventueel met een reflecterende substantie bekleed - grensvlak van een glazen prisma. Een aan twee zijden reflecterende plaat vormt derhalve twee spiegels.

Met de term licht wordt niet alleen zichtbaar licht aangeduid, maar ook electromagnetische straling gelegen buiten het zichtbare deel 30 van het spectrum.

Met rotatieas wordt aangeduid de lijn waarom de roterende vezels kunnen draaien en de verlengden van deze lijn. De rotatieas is dus meestal niet tevens een spil, d.w.z. een materieel voorwerp.

Bij de inrichting volgens de uitvinding wordt gewoonlijk elke 35 lichtweg gevormd door een aantal spiegels waarvan er een is opgesteld in de ene plaat waar de lichtweg doorheen loopt ter plaatse van de rotatieas en een andere is opgesteld in de andere plaat waar de lichtweg doorheen loopt, eveneens ter plaatse van de rotatieas.

Teneinde verstrooiing van licht te voorkomen, respectievelijk te 40 beperken, bevat bij voorkeur elke lichtweg nabij elk van de aanslui- 8400589 \ _

J· "Z

4 i tingen een lens voor het respectievelijk tot een evenwijdige bundel collimeren van het uit een aangesloten vezel tredende licht, of het fo-cusseren van het uit de lichtweg tredende licht op een uiteinde van een aangesloten vezel.

5 Bij een eerste voorkeursuitvoering van de uitvinding bedraagt het aantal platen tenminste het dubbele van het aantal eerste of tweede aansluitingen, doorloopt elke lichtweg een afzonderlijk paar platen en is elk van deze platen onder meer voorzien van een in de rotatieas aangebrachte spiegel.

10 Bij een tweede voorkeursuitvoering van de uitvinding bedraagt het aantal platen tenminste één meer dan het aantal eerste of tweede aansluitingen, lopen door elke plaat - met uitzondering van een van de eindplaten - twee gescheiden lichtwegen die die plaat beide samenvallende met de rotaties, maar in tegengestelde richtingen binnentreden of 15 verlaten, en is elke plaat ter plaatse van de rotatieas voorzien van twee spiegels waarvan de spiegelende oppervlakken van elkaar zijn afgewend.

Bij voorkeur wordt de inrichting volgens de uitvinding zodanig uitgevoerd, dat deze bestaat uit een aantal evenwijdig aan elkaar 20 opgestelde eerste platen die star met elkaar en met een plaat met eerste aansluitingen zijn verbonden, dat tussen deze eerste platen schijfvormige tweede platen draaibaar ten opzichte van de eerste platen zijn aangebracht, welke tweede platen door middel van een vertanding aan de omtrek en door daarin grijpende, op een as buiten de platen 25 aangebrachte tandwielen zodanig met elkaar en met een buiten de platen opgestelde plaat met tweede aansluitingen zijn verbonden, dat zij als één geheel kunnen roteren ten opzichte van de eerste platen.

Bijzondere voordelen biedt een uitvoering waarbij minstens een lichtweg vanaf een eerste aansluiting door een aantal platen heen loopt 30 evenwijdig aan de rotatieas tot aan een spiegel aangebracht in een met de eerste aansluitingen vast verbonden eerste plaat en op dezelfde afstand van en in dezelfde richting ten opzichte van de rotatieas gelegen als de genoemde eerste aansluiting, van deze spiegel af door de desbetreffende eerste plaat loodrecht op de rotatieas loopt naar een in de 35 plaat ter plaatse van de rotatieas aangebrachte spiegel, van daar langs de rotatieas naar een eveneens ter plaatse van de rotatieas in een aangrenzende tweede plaat aangebrachte spiegel en vervolgens op overeenkomstige wijze naar de overeenkomende tweede aansluiting, en waarbij de plaatsen buiten de as waar de diverse lichtwegen een plaat binnentreden 40 resp. verlaten op verschillende radiale afstanden van de rotatieas zijn 84 0.0 5 8 9 t ' f ? 5 gelegen.

Ter voorkoming van ongewenste reflecties en derhalve ter beperking van lichtverliezen worden de platen bij voorkeur geheel ondergedompeld in een transparante vloeistof met een brekingsindex die althans hoofd-5 zakelijk overeenkomt met die van het materiaal van de platen. Deze vloeistof kan tevens als smeermiddel dienst doen.

De uitvinding zal nader worden verklaard aan de hand van de tekening, waarin:

Fig. 1 een langsdoorsnede is door een eerste uitvoering van de uitvin-10 ding,

Fig. 2 een dwarsdoorsnede is door de inrichting van figuur 1 langs de lijn II-II,

Fig. 3 een dwarsdoorsnede is door de inrichting van figuur 1 langs de lijn III-III, 15 Fig. 4 een langsdoorsnede is door een tweede uitvoering van de uitvinding, en

Fig. 5 een doorsnede is door een speciale uitvoering van een plaat te gebruiken bij de uitvoering van figuur 4.

Bij de in figuur 1 weergegeven inrichting worden lichtsignalen 20 toegevoerd door twee stilstaande optische vezels la, 1b die eindigen in de brandpunten van twee positieve lenzen 2a, 2b, die de uit de uiteinden van de vezels tredende divergente bundels omzetten in evenwijdige bundels. Deze evenwijdige bundels worden gereflecteerd door de respectievelijke spiegels 3a en 3b en 4a en 4b, die alle een hoek van 45° ma-25 ken met de rotatieas X en zijn aangebracht in glazen platen 12a, 12b, die onbeweeglijk zijn verbonden met de lenzen 2a, 2b en de vezels la, lb. De spiegels 4a, 4b zijn opgesteld in de rotatieas X. Zij weerkaatsen de van de spiegels 3a, 3b afkomstige bundels langs de rotatieas naar de respectievelijke spiegels 5a, 5b, die eveneens in de rotatieas 30 en onder een hoek van 45° daarmee zijn opgesteld en zijn aangebracht in glazen schijven 7a, 7b, die om de rotatieas X kunnen roteren en onbeweeglijk via de tandwielen 11 zijn verbonden met de roterende plaat 10.

Door de respectievelijke spiegels 6a en 6b worden de van de spiegels 5a, 5b afkomstige bundels evenwijdig aan de rotatieas X gericht op 35 de lenzen 8a, 8b, die deze lichtbundels focusseren op de uiteinden van de respectievelijke vezels 9a, 9b. In de beschreven inrichting zijn derhalve twee lichtwegen 4a, 5a en 4b, 5b die beide met de rotatieas samenvallen, en gezien in de richting van de as achter elkaar liggen.

Om onderbreking van de lichtwegen door de spiegels te voorkomen is 40 het noodzakelijk dat de roterende spiegels 6a, 6b zich op een andere 8 4 0 0 5 8 g % 6 radiale afstanden van de rotatieas X bevinden dan de stilstaande spiegels 3a, 3b. Dit is aangegeven in de figuren 2 en 3. Volgens figuur 2 bevinden de stilstaande spiegels 3a, 3b zich op afstanden Ra, 5¾ van de rotatieas X. Volgens figuur 3 bevinden de draaiende spiegels 6a, 5 6b zich op afstanden ra, r^ van de rotatieas X. Voldaan moet worden aan de betrekkingen Ra^ra» Ra^rb> Rb Ara en Rb ^ rb *

Verder is de verdeling van de bundels over de doorsneden I-I en II-II willekeurig , zoals blijkt uit de figuren 2 en 3.

Door toevoeging van meer stilstaande en roterende schijven aan de 10 inrichting van figuur 1 is koppeling van een groter aantal vezels dan in de tekening weergegeven mogelijk. Als n stilstaande vezels met n roterende vezels moeten wórden gekoppeld, dan zijn hiervoor bij de uitvoering van figuur 1 n stilstaande en n roterende glasplaten nodig, d.w.z. in totaal 2 n platen.

15 Teneinde reflectieverliezen te voorkomen verdient het aanbeveling de glasplaten te voorzien van een anti-reflectiebekleding of ondergedompeld te houden in een transparante vloeistof met een brekingsindex hoofdzakelijk gelijk aan die van het glas van de platen.

Het is mogelijk het aantal spiegels te beperken door het licht 20 niet evenwijdig' aan de rotatieas in te koppelen, maar bijvoorbeeld schuin of loodrecht er op. In figuur 1 zouden dan de optische vezels ieder aan een zijkant van een vaste plaat 12a, 12b moeten worden gekoppeld, waardoor de spiegels 3a, 3b zouden kunnen vervallen.

In figuur 3 is een tweede uitvoering van de uitvinding weergege-25 ven, waarin onderdelen die overeenkomen met onderdelen afgebeeld in fi-' guur 1 met hetzelfde referentiegetal zijn aangegeven. Bij deze uitvoe ring voor het koppelen van drie vezels la, lb, lc met drie roterende vezels' 9a, 9b, 9c, zijn de in de rotatieas X opgestelde spiegels aan beide zijden reflecterend uitgevoerd.

30 De spiegels 5a, 5b, respectievelijk 4b, 4c zijn twee tegenover el kaar gelegen reflecterende oppervlakken van dezelfde laag van reflecterend materiaal. Hierdoor is het mogelijk het aantal benodigde glasplaten voor het koppelen van n vezels, vergeleken met de uitvoering van figuur 1, te verminderen tot nfl. Niet alleen maakt deze constructie 35 een minder ruimte innemende inrichting mogelijk, maar ook worden de transmissieverliezen beperkt, doordat de lichtwegen door de glazen platen in de richting van de rotatieas ongeveer worden gehalveerd.

In de weergegeven uitvoeringen is de rotatieas slechts een denkbeeldige lijn en zijn de roterende glasschijven aan de randen 40 gelagerd, waardoor een stabiele constructie wordt verkregen. Het is 8400589 b k 7 echter ook mogelijk een met de rotatieas samenvallende spil aan te brengen waarop de roterende glasschijven vast zijn gemonteerd. Deze constructie is echter minder stabiel vanwege doorbuiging van de spil; voorts beperkt de spil enigszins de werking van de in de rotatieas aan-5 gebrachte spiegels.

In de glazen p-laten kunnen gaten worden geboord waarin de spiegels worden aangebracht, waarna deze gaten zich bij onderdompeling van de platen vullen met de vloeistof waarvan de brekingsindex hoofdzakelijk overeenkomt met die van het glas van de platen. Het is echter ook moge-10 lijk op de platen glazen prisma's te kitten, waarvan de onder 45° afgeschuinde eindvlakken van een reflecterende bekleding zijn voorzien. In figuur 5 is zulk een plaat 7 met een prisma 13 met afgeschuinde eindvlakken 14 in doorsnede weergegeven.

840058g

Claims

1. Inrichting voor het koppelen van elk van een aantal eerste optische vezels met een overeenkomstige vezel van eenzelfde aantal tweede optische vezels, waarbij het geheel van de eerste vezels kan roteren om 5 een rotatieas ten opzichte van het geheel van de tweede vezels, welke inrichting is voorzien van eerste aansluitingen voor de eerste vezels en tweede aansluitingen voor de tweede vezels, met het kenmerk, dat de inrichting een aantal transparante platen omvat die zodanig evenwijdig aan elkaar en loodrecht op de rotatieas zijn opgesteld, dat 10 om den ander een plaat onbeweeglijk is verbonden met de eerste aansluitingen en een plaat onbeweeglijk is verbonden met de tweede aansluitingen en dat elke eerste aansluiting via een lichtweg is verbonden met de overeenkomstige tweede aansluiting, welke lichtweg vanaf de eerste aanslui-15 ting op een plaats buiten de rotatieas een onbeweeglijk met de eerste aansluitingen verbonden plaat binnentreedt, deze plaat samenvallende met de rotatieas lopend verlaat en een aangrenzende, met de tweede aansluitingen onbeweeglijk verbonden plaat binnentreedt, deze plaat op een plaats buiten de rotatieas verlaat en eindigt bij de overeenkomstige 20 tweede aansluiting.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elke lichtweg wordt gevormd door een aantal spiegels, waarvan er een is opgesteld in de ene plaat waar de lichtweg doorheen loopt ter plaatse van de rotatieas en een andere is opgesteld in de andere plaat waar de 25 lichtweg doorheen loopt, eveneens ter plaatse van de rotatieas.

3. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat elke lichtweg nabij elk van de aansluitingen een lens bevat voor het respectievelijk tot een evenwijdige bundel collimeren van het uit een aangesloten vezel tredende licht, of het focusseren van het 30 uit de lichtweg tredende licht op een uiteinde van een aangesloten vezel .

4. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het aantal platen tenminste het dubbele bedraagt van het aantal 35 eerste of tweede aansluitingen, dat elke lichtweg een afzonderlijk paar platen doorloopt, en dat elk van deze platen onder meer is voorzien van een in de rotatieas aangebrachte spiegel.

5. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-3, met het 40 kenmerk, 8400589 V · K 9 dat het aantal platen tenminste één meer bedraagt dan het aantal eerste o£ tweede aansluitingen, dat door elke plaat - met uitzondering van een van de eindplaten - twee gescheiden lichtwegen lopen die die plaat beide, samenvallende met de rotatieas, maar in tegengestelde richtingen 5 binnentreden of verlaten, en dat elke plaat ter plaatse van de rotatieas is voorzien van twee spiegels waarvan de spiegelende oppervlakken van elkaar zijn afgewend.

6. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, 10 dat deze bestaat uit een aantal evenwijdig aan elkaar opgestelde eerste platen die star met elkaar en met een plaat met eerste aansluitingen zijn verbonden, dat tussen deze eerste platen schijfvormige tweede platen draaibaar ten opzichte van de eerste platen zijn aangebracht, welke tweede platen 15 door middel van een vertanding aan de omtrek en door daarin grijpende, op een as buiten de platen aangebrachte tandwielen zodanig met elkaar en met een buiten de platen opgestelde plaat met tweede aansluitingen zijn verbonden, dat zij als één geheel kunnen roteren ten opzichte van de eerste platen. 20

7. Inrichting volgens 'conclusie 6, met het kenmerk, dat minstens één lichtweg vanaf een eerste aansluiting door een aantal platen heen loopt evenwijdig aan de rotatieas tot aan een spiegel aangebracht in een met de eerste aansluitingen vast verbonden eerste plaat en op dezelfde afstand van en in dezelfde richting ten opzichte van de 25 rotatieas gelegen als de genoemde eerste aansluiting, van deze spiegel af door de desbetreffende eerste plaat loodrecbt op de rotatieas loopt naar een in de plaat ter plaatse van de rotatieas aangebrachte spiegel, van daar langs de rotatieas naar een eveneens ter plaatse van de rota** tieas in een aangrenzende tweede plaat aangebrachte spiegel en vervol-30 gens op overeenkomstige wijze naar de overeenkomende tweede aansluiting, en dat de plaatsen buiten de as waar de diverse lichtwegen een plaat binnentreden resp. verlaten op verschillende radiale afstanden van de rotatieas zijn gelegen. 35

8. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de platen geheel zijn ondergedompeld in een transparante vloeistof met een brekingsindex die althans hoofdzakelijk overeenkomt met die van het materiaal van de platen* * ****** 8400589