NO170705B - Fiberoptisk stjernekopler - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fiberoptisk stjernekopler ifølge innledningen til patentkrav 1.

Sådanne stjernekoplere er nødvendige f.eks. for fiberoptiske fordelingsnett såvel som for optiske databuss-systemer. Virkemåten for en sådan stjernekopler skal beskrives på grunnlag av fig. 1. Inngangslysbølgeledere 1 - 10 såvel som utgangsbølgeledere 11 - 20 er der forbundet med et optisk koplingssted 21. Dersom nå eksempelvis lys innkoples i inngangslysbølgelederne 1 - 10, idet det antas at P, til P^q er de tilhørende inngangs-lyseffekter, bevirker koplingsstedet 21 en blanding av lyseffektene (lysytelsene) P^ til P^q på en slik måte at det eksempelvis fra hver av utgangslysbølgelederne 11 - 20 kommer ut en mest mulig like stor andel av P^ til P^q» dvs. at enkelt-utgangslysef fekten P1/10 + P2/10+...+ P^q/10 føres i hver av utgangslysbølgelederne 11-20.

Fra en artikkel av E.G. Rawson og M.D. Bailey med tittelen "Bitaper star couplers with up to 100 fibre chan-nels" , Electronics Letters 5. juli 1979, Vol. 15, nr. 14, sidene 432 - 433, er det kjent å skru eller tvinne (tysk: verdrillen) flere (opp til 100) multimodus-gradientprofil-lys-bølgeledere. I tilslutning til dette blir det tvinnede sted oppvarmet på en slik måte at lysbølgelederne smelter sammen med hverandre. Dessuten blir det i lysbølgeledernes lengde-retning også frembrakt en mekanisk strekkspenning, slik at tverrsnittene av de enkelte lysbølgeledere blir redusert i området for koplingsstedet (tvinnet og sammensmeltet sted). Et sådant koplingssted er derfor utformet som massiv stav og derfor på grunn av den interne lysfordeling ikke egnet for anvendelse ved énmodus-lysbølgeledere.

Stjernekoplere for énmodus-lysbølgeledere er for tiden økonomisk interessante, f.eks. ved anvendelse for digi-tale, høytoppløsende fjernsynsfordelingsnett, da énmodus-lys-bølgeledere i forhold til multimodus-lysbølgeledere har en vesentlig større overføringsbåndbredde og derfor muliggjør en vesentlig større informasjonsoverføringshastighet, f.eks. noen Gbit/sekund. Énmodus-lysbølgeledere må særlig benyttes ved optiske overføringssystemer som arbeider med koherent

lys.

Stjernekoplere for énmodus-lysbølgeledere kan for tiden fremstilles ved hjelp av fiberoptiske sammenknyttinger av såkalte 2x2 fiberoptiske konuskoplere (tysk: Taper-koplern). En sådan 2x2 konuskopler (fig. 2) består av to inngangs-lysbølgeledere, hvorved den inn i inngangs-lys-bølgelederne ankommende lyseffekt overføres i hovedsaken ensartet til utgangs-lysbølgelederne. Dette oppnås ved hjelp av sammensmelting av inngangs- og utgangs-lysbølgelederne i området for koplingsstedet 21, hvorved samtidig tverrsnitts-flåtene av de enkelte lysbølgeledere reduseres (taper). Med flere sådanne 2x2 konuskoplere kan for tiden en enmodus-stjernekopler oppbygges.

Fig. 3 viser som eksempel oppbygningen av en sådan enmodus-stjernekopler med fire enmodus-inngangslysbølgeledere 1 - 4 og fire enmodus-utgangslysbølgeledere 11 - 14. Derved blir først de optiske inngangskanaler 1 og 2 henholdsvis

3 og 4 blandet med hverandre. Det oppstår mellomkanaler 1' til 4'. Deretter blir mellomkanalene 1' og 3' henholdsvis 2' og 4' blandet, slik at utgangskanalene 11 - 14 oppstår. Ved et større antall inngangs- og utgangskanaler blir det på uheldig måte nødvendig med et betydelig antall på 2 x 2 konuskoplere. For Z = 2 N kanaler er antallet av nødvendige

M-l

2 x 2 konuskoplere gitt ved N.2 . Noen eksempler: For 8 = 2"^ kanaler trenger man tolv 2x2 konuskoplere, for 32 = 2^ kanaler trenger man åtti 2x2 konuskoplere. Disse 2x2 konuskoplere må da definert og mest mulig optisk taps-fritt forbindes med hverandre, f.eks. ved hjelp av spleiser som fremstilles ved sammensmelting av lysbølgeledere i en lysbue. En sådan stjernekopler kan derfor fremstilles på prismessig ufordelaktig måte og har dessuten høye, forstyr-rende overføringstap.

Formålet med oppfinnelsen er defor å angi en arts-overensstemmende stjernekopler som kan fremstilles på pris-gunstig måte og som særlig er egnet for énmodus-lysbølge-ledere .

Dette formål oppnås ved hjelp av det særtrekk som er angitt i den karakteriserende del av patentkrav 1. Fordelaktige utførelsesformer og/eller videreutviklinger fremgår av underkravene.

En første fordel med oppfinnelsen består i at det kan fremstilles en romlig liten og mekanisk robust stjernekopler.

En andre fordel består i at bare ett koplingssted er for hånden. Dermed unngås optiske tap. Det trengs altså ingen ytterligere spleise- eller skjøtesteder.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere i forbindelse med et ut førelseseksempel under henvisning til de skjematisk viste figurer 4 og 5. Fig. 4 viser her en skjematisk, perspektivisk fremstilling av en stjernekopler for tolv énmodus-lysbølgeledere, og fig. 5 viser et tverrsnitt gjennom det tilhørende koplingssted 21 på det med A-A' be-tegnede sted.

Ifølge fig. 4 er midtpunktet av enmodus-lysbølge-lederne ML anordnet på en sirkelsylinder med diameter D. I koplingsområdet L er det såkalte primærbelegg, dvs. det primære •kunststoffovertrekk, fjernet fra lysbølgelederne, f.eks. på en lengde av ca. 20 mm, slik at lysbølgeledernes (kvartsglass-)mantelflater berører hverandre på den viste måte. Disse blir nå med avtagende diameter D sammensmeltet med hverandre. Det oppstår en såkalt konus (tysk: Taper) såvel som et hulsylinderformet koplingssted 21. Dette har en av lysbølgelengden avhengig lengde hell på ca. 20 mm. Overkoplingen av lyset skjer i det trangeste område av koplingsstedet 21. I dette trangeste område er enmodus-(kvartsglass-)lysbølgelederne eksempelvis fra en opprinnelig (mantel-)ytterdiameter på 125 pm tynntrukket til en (mantel-)-diameter D på 10 - 20 jam. Føringen av lyset skjer da ikke lenger gjennom lysbølgeledernes kjerner, men i disses mantel-områder, hvorved mantelens grenseflate glass-luft i forhold til omgivelsesluften er avgjørende. For lysbølgelederne blir det på fordelaktig måte benyttet (kvartsglass-)énmodus-lysbølgeledere med en såkalt "tilpasset kledning" ("matched cladding" ) . Dersom man nå mater lys med effekten Pq inn i en inngangs-lysbølgeleder, blir det i området for koplingsstedet 21 hvis tverrsnitt er vist på fig. 5, stimulert eller eksitert modi for den oppståtte, ringformede bølgeleder med felles optisk fase. Da disse modi har forskjellige løpetider, kommer de ved den videre forplantning gjennom den ringformede bølgeleder ut av fase. De oppståtte faseforskjeller øker kontinuerlig ved videre forplantning av lyset gjennom den ringformede bølgeleder. Dersom nå disse faseforskjeller adskiller seg fra hverandre med heltallige multipla på 21T, oppnår man en konstruktiv interferens av fasene og dermed optiske avbildninger. Ved bestemte lengder som er forut-bestemt ved hjelp av modusenes faseforskjeller i den ringformede bølgeleder, oppnår man en avbildning av lyset (effekt P ) fra inngangslysbølgelederen på alle tolv utgangslysbølge-ledere, og nærmere bestemt med så godt som lik (utgangs-)effekt på ca. Po/12.

For dette formål må lengden L innstilles nøyaktig under fremstillingsforløpet. Dette, skjer ved innkopling av lys i en inngangslysbølgeleder under (konus-)trekkefor-løpet. Derved blir samtidig utgangslyseffekten målt av minst én utgangslysbølgeleder. Dersom lyseffekten er i hovedsaken likt fordelt over alle utgangslysbølgeledere, blir (konus-)-trekkeforløpet ((avsmalnings-)trekkeforløpet) avbrutt, for eksempel ved hjelp av rask fjerning og/eller slokking av den nødvendige smelteflamme. Den ønskede, like fordeling av lyset på utgangslysbølgelederne er dermed fastlagt og tidsstabil. Tilkoplingen av den beskrevne stjernekopler til videreførende inn- og/eller utgangslysbølgeledere kan skje med for tiden vanlige metoder, f.eks. ved hjelp av sam-menskjøting ved hjelp av en lysbue.

Da den nevnte avbildning innenfor den ringformede bølgeleder bestemmes av modusenes løpetidsforskjeller som er avhengige av lysets bølgelengde, endrer lengden 1 som skal innstilles, seg med bølgelengden av det benyttede lys. For optiske overføringssystemer med små bølgelengdeforskjeller er dette saksforhold neglisjerbart.

Den beskrevne rotas jonssymmetri av anordningen bevirker videre følgende: Dersom det for en inngangskanal er oppnådd en lik fordeling på alle utgangskanaler, gjelder dette også for alle øvrige inngangskanaler.

Claims (6)

1. Fiberoptisk stjernekopler bestående av minst én inngangslysbølgeleder, flere utgangslysbølgeledere og et koplingssted hvor inn- og utgangslysbølgelederne er sammensmeltet med hverandre, KARAKTERISERT VED at koplingsstedet (21) er utformet som hulsylinder.

2. Fiberoptisk stjernekopler ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at inn- og utgangslysbølgelederne ved koplingsstedet (21) har en redusert tverrsnittsflate i forhold til de øvrige lysbølgelederområder.

3. Fiberoptisk stjernekopler ifølge ■ krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at lengden fl) såvel som tverrsnittsflaten av koplingsstedet (21) er utformet på en slik måte at det i utgangslysbølgelederne (11 - 20) kan innkoples en forut-bestemt lyseffekt.

4. Fiberoptisk stjernekopler ifølge ett av de fore-gående krav, KARAKTERISERT VED at det i utgangslysbølge-lederne (11 - 20) kan innkoples i hovedsaken samme lyseffekt.

5. Fiberoptisk stjernekopler ifølge ett av de fore-gående krav, KARAKTERISERT VED at i det minste utgangslys-bølgelederne (11 - 20) er utformet som énmodus-lysbølgeledere.

6. Fiberoptisk stjernekopler ifølge ett av de fore-gående krav, KARAKTERISERT VED at koplingsstedet (21) i hovedsaken har en sirkelringformet tverrsnittsflate.