NL8403535A

NL8403535A - Inrichting voor het optisch koppelen van een stralingsbron aan een optische transmissievezel.

Info

Publication number: NL8403535A
Application number: NL8403535A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1984-11-21
Filing date: 1984-11-21
Publication date: 1986-06-16
Also published as: EP0183302A1; US4830453A; JPS61130908A

Description

I ---ί* PHN 11.215 1 N.V. Philips' Gloeilampenf abrieken te Eindhoven

Inrichting voor het optisch koppelen van een stralingsbron aan een optische transmissievezel.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het optisch koppelen van een stralingsbroneenheid aan minstens een optische transmissievezel, welke inrichting bevat een stralingsbronbehuizing die voorzien is van een lensstelsel en een doorzichtig venster waarvan de 5 buitenkant is verbonden net de transmissievezel.

Een dergelijke inrichting is bekend uit onder andere het Amerikaanse octrooischrift no. 4.355.323. In de bekende inrichting wordt het stralingsemitterende oppervlak van een enkelvoudige stralingsbron, die een lichtemitterende diode (LED) of een halfgeleiöerlaser kan zijn, 10 door een, op de binnenkant van het venster aangebrachte, kogel lens af geheeld op de in tree-opening van een transmissievezel, die een zogenaamde irtultimodevezel is, dat wil zeggen een vezel waarin zich meerdere stra-lingsmoöen gelijktijdig kunnen voortplanten.

Zoals aangegeven is in het artikel "Laser Analysis of Single 15 Mods Fiber Splices" van D. Marense in "The Bell System Technical Youmal" 1977, pag. 703-718, vertoont het stralingsveld van een moncrnode trans-missievezel veel gelijkenis met een Gaussische intensiteitsverdeling.

Een dergelijke vezel kan daarom een zogenaamde modusvlek toegekend worden die gekarakteriseerd is door de vlekdiaraeter 2W. Daarbij is W. de afstand 20 tussen het punt binnen de vlek met maximale intensiteit en het punt waar de intensiteit af genomen is tot —„ van de maximale waarde. De modusvlek-diameter 2W is de belangrijkste parameter bij een koppeling met een noicmode transmissievezel. Een dergelijke vezel accepteert een lichtbundel vrijwel volledig alleen dan als deze ter plaatse van het eindvlak 25 van da vezel eveneens een vlekdiameter 2W heeft. Voor een moncrnode transmissievezel is de modusvlekdiameter van de orde van de kemdiameter, en derhalve veel kleiner dan de kemdiameter van een multimode transmissievezel. Voor een multimode vezel zijn de kemdiameter en de numerieke apertuur de belangrijkste koppelparameters.

3Q Bij het koppelen van een monomode transmissievezel aan een stralingsbron moet deze bron in een zeer kleine stralingsvlék afgebeeld worden. Dat betekent dat strenge eisen aan de optische weglengtes tussen de stralingsbron en het eindvlak van de vezel gesteld moeten worden.

3*03535 ΡΗΝ 11.215 2 «*-% ΐ

Bovendien moeten, omdat de modusvlek en de bronvlek zo klein zijn,, deze vlekken zeer nauwkeurig ten opzichte van elkaar uitgericht worden. Er moeten derhalve strenge eisen aan de uitrichting van de optische kompo-nenten, zoals de stralingsbron het lensstelsel en de transmissievezel, 5 gesteld worden. Een koppel inrichting die aan dergelijke strenge eisen moet voldoen is verder erg gevoelig voor temperatuur en mechanische invloeden van buitenaf.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een inrichting voor het koppelen van een stralingsbron aan een monomode transmissievezel te 10 verschaffen waarin de bekende stralingsbronbehuizing gebruikt wordt en waarin de hierboven genoemde strenge eisen aanzienlijk verzwakt zijn. De inrichting volgens de uitvinding vertoont als kenmerk, dat de kern van een met het venster verbonden monomode transmissievezel een taps eind-gedeelte heeft.

15 In een moncmode transmissievezel met een taps toelopende kern is, over het taps gedeelte, de binding van straling aan de kern kleiner dan in een monomode vezel met een rechte kern. In het tapse vezelgedeelte wordt slechts een gedeelte van de geaccepteerde straling door de kern getransporteerd. De overige straling plant zich door de mantel voort.

20 De effektieve modusvlekdiameter van een dergelijke vezel is daardoor aanzienlijk groter dan die van een moncmcde vezel met een recht eindge-deelte, zodat ook de aangeboden stralingsvlek aanzienlijk groter mag zijn. Daardoor kunnen, met behoud van een goed inkcppelrendement, de eisen aan de uitrichting en de optische weglengte aanzienlijk verlicht 25 worden.

Opgemerkt wordt dat uit het artikel "Low-loss splicing of single-mode fibers by tapered butt-joint method" in "The transactions of the IECE of Japan", Vol. E-61, pag. 957-961, Dec. 1978, het op zichzelf bekend is ter verhoging van het inkoppelrendement een monomode 30 transmissievezel een taps eindgedeelte te geven, volgens het genoemde artikel wordt de maatregel echter toegepast bij het aan elkaar koppelen van twee monomode transmissievezels zonder tussenvoeging van een lensstelsel. Bovendien worden de taps eindgedeelten verkregen nadat de vezels aan elkaar gelast zijn, namelijk door de lasplaats te verhitten 35 en daarna uit te rekken, terwijl volgens de uitvinding eerste de kern van de vezel taps gemaakt wordt en vervolgens de koppeling tot stand gebracht wordt.

Een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uit- 8403535

ί- * V

ΡΗΝ 11.215 3 vinding waarin de stralingsbroneenheid wordt gevormd door een. enkelvoudige stralingsbron vertoont als verder kenmerk, dat het lensstelsel bestaat uit een enkelvoudige kogellens die is aangebracht op de binnenkant van het doorzichtige venster.

5 Ben tweede uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uit vinding vertoont als verder kenmerk, dat het lensstelsel wordt gevormd door een aantal naast elkaar gelegen lenzen die bestaan uit rotatie-syrrrnetrische verdiepingen in het binnenoppervlak van het venster, in welke verdiepingen zich een medium bevindt waarvan de brekingsindex 10 verschillend is van die van het venstermateriaal .

In het geval van koppeling van een enkelvoudige stralingsbron aan éen monanode vezel wordt slechts die lens die is uitgericht ten opzichte van de stralingsbron en de vezel gebruikt.

In het Amerikaanse octrooischrift 4.296.143= is beschreven hoe 15 een plaat met rotatiesymmetrische lenzen vervaardigd kan worden.

De uitvindingsgedachte is bij uitstek geschikt cm toegepast te worden bij het koppelen van meerdere stralingsbronnen aan meerdere mono-mode transmissievezels waarbij een dergelijke lenzenplaat gebruikt wordt.

De uitvinding maakt het moge lijk een koppelinrichting te realiseren die 20 tot nu toe in ds praktijk vrijwel niet gerealiseerd kon worden. Deze inrichting vertoont het kenmark, dat de stralingsbroneenheid wordt gevormd door een aantal enkelvoudige stralingsbronnen die elk toegevoegd zijn aan een lens, en dat een overeenkomstig aantal monomode transmissievezels met tapse kemeindgedeelten op de buitenkant van het venster 25 bevestigd zijn waarbij elke transmissievezel toegevoegd is aan een stralingsbron en de bijbehorende lens in het venster. Het zodanig positioneren van de stralingsbroneenheid, het lensstelsel en de moncmode vezels dat voor alle vezels het inkoppelrendement voldoende groot is, is bij gebruik van monanode vezels met een recht eindgedeelte zeer moeilijk, 30 zo niet onmogelijk. Bij gebruik van moncmode vezels met een taps eindgedeelte worden de positioneringseisen aanzienlijk verminderd.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin:

Figuur 1, schematisch, een bekende stralingsbronbehuizing met 25 daaraan gekoppeld een monomode transmissievezel met een recht uiteinde toont, en de Figuren 2, 3 en 4, schematisch, uitvoeringsvormen van een koppelinrichting volgens de uitvinding laten zien.

8403535 PHN 11.215 4

In Figuur 1 is 1 een stralingsbron, in de vorm van een diode-laser, die bevestigd is op een koelblok 2. Deze blok rust op een drager 3. Op deze drager is een omhulling 4 bevestigd die een doorzichtige venster 5 bevat. De door de diodelaser uitgezonden stralingsbundel b 5 wordt door een lens 6 opgevangen en op de buitenkant van het doorzichtige venster gefocusseerd tot een klein stralingsvlek je, S^· De lens kan op het venster 5 bevestigd zijn met een lijm 7. Op de buitenkant van het venster is een monomode transmissievezel met een mantel 11 en een kem 12 bevestigd. Deze kem heeft een zeer kleine diameter d van bijvoorbeeld 10 7 yum.

Indien, zoals in Figuur 1 is aangegeven, de transmissievezel een recht uiteinde heeft, is de modus vlek klein zodat ook de door de lens b gevormde stralingsvlek klein moet zijn. De bundel b moet dan zeer scherp gefocusseerd worden. Bovendien moeten de vlekken Sdl en 15 dan zeer nauwkeurig ten opzichte van elkaar uitgericht worden.

In Figuur 2 is schematisch een eerste uitvoeringsvorm van een koppelinrichting volgens de uitvinding weergegeven. In deze inrichting heeft de kem van de monanode transmissievezel een taps toelopend eindgedeelte 13. Een transmissievezel met een taps kemeindgedeelte kan 20 worden verkregen door een rechte transmissievezel over een bepaalde afstand te rekken. Ter plaatse van de nauwste insnoering wordt met een pen een kras gemaakt. Dan wordt de vezel verder gerekt totdat hij breekt, waarbij het breukvlak een plat vlak ter plaatse van de kras is. Er worden op deze wijze twee taps toelopende transmissievezels met platte eind-25 vlakken verkregen.

Doordat het eindgedeelte van de transmissievezelkem taps gemaakt is, is de binding van de straling aan de kem verminderd en wordt in het tapse eindgedeelte meer straling door de mantel cp transportee rd.

De modusvlek S'^ is daardoor groter dan die (S^) van een monomode trans-3Q missievezel met een rechte kem, zodat ook de aangeboden stralingsvlek S'dl groter mag zijn. Daardoor behoeft ook het midden van de vlek S'^ niet meer zo nauwkeurig met dat van de vlek S'^ samen te vallen als in de inrichting volgens Figuur 1. Verder bestaat de mogelijkheid om de optische weglengte tussen de lens en het eindvlak van de vezel, dat wil 35 zeggen de dikte van het venster 5 iets te variëren. Bij voorkeur wordt het venster iets dikker uitgevoerd dan in Figuur 1, waardoor dit venster eenvoudiger te maken is.

De lens kan ook bestaan uit een rotatiesymmetrische verdieping 8403535 ΕΚΝ 11.215 5 5Γ " 1— 4ν in het binnenoppervlak van het venster. Zoals beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift 4.296.143 kunnen dergelijke lenzen gemaakt worden door in een glazen plaat rotatiesymmetrische verdiepingen aan te brengen en daarin/ door middel van opdampen, laagjes van glas of een 5 ander doorzichtig materiaal met een ander brekingsindex dan die van de plaat aan te brengen totdat de verdiepingen geheel gevuld zijn. Daarna wordt de dikte van de plaat teruggebracht tot de oorspronkelijke of een kleinere waarde. De zo verkregen lenzenplaat kan gebruikt worden als een venster in een koppe linrichting, zoals aangegeven in Figuur 3, waar-10 bij een van de lenzen, 6^, uitgericht is ten opzichte van de stralings-bron 1.

De lenzenplaat kan ook met voordeel toegepast worden bij het gelijktijdig koppelen van meerdere stralingsbronnen aan meerdere monomode transmissievezels zoals in Figuur 4 is geïllustreerd. De stralingsbron- 15 eenheid wordt gevormd door bijvoorbeeld een rij diodelasers 1^, 1^ ... ln die eventueel op een substraat geïntegreerd zijn. De straling van elk der diodelasers wordt opgevangen door een afzonderlijke lens 6^, 62 ...6 en gefocusseerd op de ingang van een der monomode transmissievezels 10^, 100 ... 10 . Elk van deze vezels heeft een kern met een taps eindgedaelte —2 —n 20 waardoor de inrichting aanzienlijk eenvoudiger te realiseren is.

Essentieel voor de uitvinding is slechts dat de kern van de monomode transmissievezel taps is. In de praktijk zal bij het taps maken van de kem 12 ook de mantel 11 taps worden, zoals in de Figuren 2, 3 en.

4 aangegeven is.

25 De stralingsbronnen kunnen behalve diodelasers ook lichtemit- terende diodes zijn.

30 35 8 4 G 3 Ü 3 3

Claims

1. Inrichting voor het optisch koppelen van een stralingsbroneenheid aan minstens een optische transmissievezel, welke inrichting bevat een stralingsbronbehuizing die voorzien is van een lensstelsel en een doorzichtig venster waarvan de buitenkant is verbonden met de trans- 5 missievezel, met het kenmerk, dat de kern van een met het venster verbonden monomode transmissievezel een taps eindgedeelte heeft.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de stralingsbroneenheid wordt gevormd door een enkelvoudige stralingsbron, met het kenmerk, dat het lensstelsel bestaat uit een enkelvoudige kogellens die is aangebracht 10 op de binnenkant van het doorzichtige venster.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het lensstelsel' wordt gevormd door een aantal naast elkaar gelegen lenzen die bestaan uit rotatiesymmetrische verdiepingen in het binnenoppervlak van het venster, in welke verdiepingen zich een medium bevindt waarvan 15 de brekingsindex verschillend is van die van het vens te materiaal.

4. inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de stralingsbroneenheid wordt gevormd door een aantal enkelvoudige stra-lingsbronnen die elk toegevoegd zijn aan een lens, en dat een overeenkomstig aantal monatiode transmissievezels met tapse kemeindgedeelten 20 op de buitenkant van het venster bevestigd zijn waarbij elke transmissievezel toegevoegd is aan een stralingsbron en de bijbehorende lens in het venster. 25 30 35 8403535