SE461243B - Dubbelriktad trevaegs stjaernformig foerdelningsanordning foer ljusvaagledare - Google Patents

Description

461 243 endast till ungefär 50% (visas i fig 2). Fördelen med detta system, nämligen den varierbara avledningsgraden, kan också uppnås genom utbyte mot en pà lämpligt sätt framställd kopp- lingsanordning med fast avledningsgrad.

Föreliggande uppfinning syftar nu till att åstadkomma en dubbelriktad trevägs stjärnformig fördelningsanordning för ljusvágledare, vilken anordning är förlustfri och universellt användbar och kan framställas enkelt och kostnadsmässigt_gynn- samt i stort antal. Vidare skall åstadkommas en sådan stjärn- formig fördelningsanordning, att genom kombination av flera sa- dana kan varje godtycklig dubbelriktad förgrening förverkligas.

Detta uppnås med uppfinningen i huvudsak genom att tre ljusledande överföringsorgan, som vart och ett uppvisar med varandra parallella botten- och täckytor och utgörs av glas- eller konstglaselement med homogen sammansättning, är anordnade i form av en triangel, varvid den på triangelns insida belägna inre långsidan på varje överföringsorgan är utformad som en plan re- flektor och den mot triangelns utsida vända yttre långsidan är ut- formad som en reflektor med elliptisk kontur - en elliptisk re- flektor - och mellan de båda làngsidorna pá varje överförings- organ är bildade plana kopplíngsytor, som vid bägge sidor bildar spetsig vinkel med den inre långsidan och som sträcker sig paral- lellt med ändytorna på de respektive angränsande och via kopp- lingsanslutningarna anslutbara ljusvågledarna, varjämte skärnings- linjerna mellan kopplingsytorna och de tillhörande inre lång- sidorna ligger pá ljusvágledarens optiska axel.

Den nu föreslagna trevägs stjärnformiga fördelnings- anordningen lämpar sig särskilt för inbyggnad i kostnadsmässigt gynnsamma samlingssystem för fiberoptik. För detta ändamål an- vändes framför allt såsom ljusvágledare plastfibrer med en dia- meter av 1 mm eller s k tjockkärniga fibrer av glas eller kvarts med 0,5 mm diameter. Kopplingsorganen kan vid denna material- tjocklek framställas billigt och i stort antal med hjälp av formsprutningsteknik. Den härvid àstadkomna ytkvaliteten är tillräcklig för det här'avsedda ändamålet.

Uppfinningen grundar sig särskilt pà den tanken att ledandet av ljuset skall utformas på sådant sätt att uppdelning och fokusering av stràlknippet sker fullständigt inuti en yt- försedd plastdetalj (överföringsorgan) med homogen sammansättning.

Páverkningen av strálriktningarna sker uteslutande genom inver- kan av totalreflektion vid gränsytorna hos plastdetaljen gente- 3 461 245 mot luft. Därigenom blir en ytbehandling såsom ångbeläggning med reflekterande skikt överflödig. Om man försummar böjnings- effekten så är det på grund av den begränsade strálningskonen hos ljusvågledaren i plastdetaljen alltid möjligt att finna punkter som ligger i skugga och därmed kan utnyttjas för in- fästning av den eljest fritt uppburna plastdetaljen.

Då botten- och täckytan är parallella med varandra och brytningsindexändringen mellan plastdetaljen och luft alltid är större än mellan kärnan och manteln hos ljusvågledaren sker alltid totalreflektion i vertikal riktning i plastdetaljen.

Strålknippena begränsas därför i vertikal riktning till sin utbredning i motsvarighet till höjden hos plastdetaljen, vilken företrädesvis är identisk med kärndiametern hos ljusvágledaren.

Då också reflektionen vid långsidorna av överförings- organet likaså skall ske som totalreflektion måste bestämda vinkelgränsvärden innehållas. Parametrarna för den elliptiska reflektorn erhålles härvid ur särdrag som framgår av efterföl- jande underkrav, varvid till grund för det i fig 3 visade ut- föringsexemplet ligger en numerisk apertur eller öppning av 0,53 för ljusvàgledaren och ett brytningsindex n = 1,5 för överföringsorganet.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig 1 visar en dubbelriktad trevägs stjärnformig fördelningsanordning bestående av Y-formiga kopplingsorgan enligt teknikens kända ståndpunkt, fig 2 visar en dubbelriktad trevägs stjärnformig fördelningsanordning med 900-prisma, likaså enligt känd teknik, fig 3 visar en planvy av en dubbelriktad trevägs stjärnformig fördelningsanordning enligt uppfinningen och fig 4 visar en som dubbelríktad Y-kopplings- anordning med överledningsfunktion utformad trevägs stjärnformig fördelningsanordning.

Den i fig 3 visade dubbelriktade trevägs stjärnformiga fördelningsanordningen 1 uppvisar tre överföringsorgan 2, 3 och 4, som består av planparallella glas- eller konstglaselement med homogen sammansättning. Med konstglas förstås härvid en transparent plast, allmänt känd under beteckningen PMMA och särskilt känd under benämningen akrylglas eller Plexiglas.K Varje överföringsorgan uppvisar en som en plan reflektor ut- formad inátvänd långsida 5 och en som elliptisk reflektor ut- formad utåtvänd långsida 6, varvid làngsidorna 5 och 6 hos varje överföringsorgan är förbundna med varandra via plana kopplings- ytor 2.1, 2.2 - 3.1, 3.2 - 4.1, 4.2, vilka bildar en spetsig vinkel g med den tillhörande inåtvända långsidan 5. Dä vid det visade utföringsexemplet de tre inátvända längsidorna bildar en liksidig triangel uppgår denna vinkel g till 600. Skärningslin- jerna 2.1.1 - 4.2.1, 2.2.1 - 3.2.1 och 3.1.1 - 4.1.1 mellan de enskilda kopplingsytorna och den inåtvända långsidan 5 samman- faller härvid med varandra parvis och är lämpligen förbundna med varandra i ett materialbundet utförande så att som helhet de tre överföringsorganen 2, 3 och 4 är materialbundet förbundna med varandra såsom en i ett stycke utförd formdetalj. De respek- tive mot varandra anslutande kopplingsytorna 2.1, 4.2 - 2.2, 3.2 - 3.1, 4.1 bildar tillsammans likaså en plan yta, parallellt med vilken sträcker sig ändytan 7.1, 8.1, 9.1 till en ljusvåg- ledare 7, 8 och 9. Inriktningen av ljusvàgledaren är därvid så- dan att skärningslinjerna 2.1.1 - 4.2.1 ligger på den optiska axeln 7.2 till ljusvågledaren 7, skärningslinjerna 2.2.1 - 3.2.1 ligger på den optiska axeln 8.2 till ljusvágledaren 8 och skär- ningslinjerna 3.1.1- 4.1.1 ligger på den optiska axeln 9.2 till ljusvågledaren 9.

Den såsom elliptisk reflektor utformade yttre långsidan 6 på vart och ett av överföringsorganen 2, 3 och 4 är nu så ut- formad att öppningsvinkeln a för strålningskonen hos det infal- lande ljusknippet är lika med öppningsvinkeln b för stràlnings- konen hos det reflekterade ljusknippct och dessutom medelföre- målsbredden ¿Å%;L¿)- alltså summan av längderna av samtliga från brännpunkten F1 utgående ljusstrålarna x1....xm dividerad med antalet m ljusstràlar hos det infallande ljusknippct - lika med medelbíldbreddenç_Ä%i_>- alltså summan av längderna av samtli- ga de genom brännpunkten F2 gående ljusstràlarna y1....ym divi- derad med antalet m ljusstrálar hos det reflekterade knippet.

Eftersom reflektionen skall ske som totalreflektion gäller även under hänsynstagande till den numeriska aperturen hos ljusvåg- ledaren, exempelvis N.A = 0,53, brytningsindex n hos materialet 3 i överföringsorganet - för Plexiglasg n =1,5 - och den härur er- 11 5 461 245 hållna aperturvinkeln c - vid exemplet c = ZOO - att infalls- vinkeln hos ljusstrålarna i strålknippet är större än eller lika med gränsvinkeln för totalreflektion, varvid vid utförings- exemplet gränsvinkeln mellan Plexiglas® och luft uppgår till 420. Brännpunkterna F och F2 hos den elliptiska reflektorn 6, vid utföringsexempletïvisad för den elliptiska reflektorn 6 hos överföringsorganet 4, skall dessutom väljas på sådant sätt att de ligger utanför den inåtvända långsidan 5 men ändå så att deras speglade brännpunkter F1' och F2' ligger på kopplings- ytorna - vid exemplet kopplingsytorna 4.2 och 4.1. Genom de ovan påvisade parametrarna kan man alltså bestämma konturen av den elliptiska reflektorn.

Tjockleken av överföringsorganen 2, 3 och 4 är så vald att den företrädesvis är lika med kärndíametern hos ljusvåg- ledaren 7, 8, 9, medan längden av de inåtvända làngsidorna 5 uppgår till 8-15 gånger kärndiametern hos ljusvågledaren. Vid en föredragen utföringsform uppgår den till 10 gånger denna diameter. Då vid det visade utföringsexemplet de tre anslutna ljusvågledarna 7, 8 och 9 och också överföringsorganen 2, 3, 4 är identiska och dessutom de sistnämnda anordnade såsom en liksidig triangel tillförsäkras genom den sålunda valda, strängt symmetriska strâlgången minimala förluster. Givetvis kan andra ellipsparametrar vara fördelaktiga vid andra ljusvågledare och/ eller anslutningsgrader. Vid det visade utföringsexemplet är också fördelningsförhållandet lika för alla tre ljusvågledar- anslutningarna och uppgår till O,É. Det är emellertid möjligt att genom förskjutning av en eller flera av kopplingsanslut- ningarna 7:3, 8.3, 9.3 till ljusvågledarna 7, 8, 9 parallellt (i riktning för pilen 11) med de bägge till ljusvågledaren an- gränsande kopplingsytorna 2.1 - 4.2, 2.2 - 3.2, 3.1 - 4.1 till överföringsorganen 2, 3, 4 variera fördelningsförhállandet.

Såsom vidare framgår av fig 3 är vid kopplingsanslut- ningen 8.3 för ljusvàgledaren 8 anordnat ett anslutningsstycke av glas eller konstglas, vilket sträcker sig från de bägge kopp- lingsytorna 2.2 - 3.2 i riktning mot ljusvågledaren 8 och vilket också centreras av kopplingsanslutningen 8.3 gentemot ljusvåg- ledaren 8. Ytterdimensionerna hos anslutningsstycket 10 är så valda att de åtminstone motsvarar kärndiametern men dock maxi- malt manteldiametern hos ljusvágledaren 8. Pâ fördelaktigt sätt är anslutningsstycket 10 materialbundet förenat med kopplings- ytorna 2.2 - 3.2 hos överföringsorganen 2, 3, så att den av elementen 2, 3, 4 och 10 bestående enheten kan framställas så- som en gemensam detalj i ett formsprutningsförfarande. Detta anslutningsstycke 10 har till uppgift att vid en kaskadkoppling av den stjärnformiga fördclningsanordningen med en ytterligare trevägs stjärnformig fördelningsanordning sörja för en blandning av de från ljusvàgledarna 7 och 9 kommande delljusknippena.

Genom en kaskadkoppling av sådana enligt uppfinningen utformade trevägs stjärnformiga fördelningsanordningar kan sådana fördel- ningsanordningar med godtyckligt många förgreningar med alla tänkbara avledningsgrader åstadkommas.

I fig 3 har dessutom också inritats streckade områden 12 och 13, som utgör kantpartier och som är utan betydelse för den optiska funktionen på grund av den begränsade strålnings- konen hos ljusknippet i överföringsorganen. Dessa kantpartier kan därför lämpligen utnyttjas för fastsättningen av överförings- organen medelst fästorgan. Vid en föredragen utföringsform tjänar ett fästorgan 14 till fixering av överföringsorganen 2, 3 och 4, vilket fästorgan är förbundet med överföringsorganen i det streckade området 13, nämligen på sådant sätt att det är materialbundet utformat tillsammans med dessa och sålunda kan framställas i ett stycke genom ett formsprutningsförfarande_ Såsom redan angivits är det möjligt att förskjuta kopp- lingsanslutningarna för ljusvàgledarna och därmed ljusvàgledarna själva parallellt - i riktning för pilen 11 - med de angränsan- de kopplingsytorna för att härigenom variera fördelningsförhål- landet. Fig 4 visar en trevägs stjärnformig fördelningsanordning vid vilken ljusvàgledarna 7 och 9 är förskjutna relativt ljus- vágledaren 8 i riktningen för pilen 11. Om exempelvis ljusvàg- ledaren 7 är utformad som sändare och ljusvàgledaren 9 som mot- tagare medan ljusvågledaren 8 är sändare och mottagare, så er- hålls en Y-kopplingsanordning, varvid den från ljusvågledaren 7 till ljusvågledaren 9 via överföringsorganet 4 överförda "för- biledningsandelen" 15 (urkopplad del av informationen) kan varieras godtyckligt och exempelvis tillåter en enkel funktions- övervakning av sändaren, ljusvågledaren 7. 7 461 243 Om man skulle förskjuta ljusvågledarna 7 och 9 i den motsatta riktningen 11' så skulle man erhålla ett inkopplings- element vid vilket endast en liten del av den från ljusvàg- ledaren 7 till ljusvågledaren 9 gående signalenergin avleds till ljusvàgledaren 8.

Den enligt uppfinningen föreslagna dubbelriktade tre- vägs stjärnformiga fördelningsanordningen utgör sålunda ett uni- versellt element, medelst vilket man kan åstadkomma dels en förgreningspunkt med tre likvärdiga anslutningar, dels en Y- -kopplingsanordning, dels ett förgreningselement och dels genom kombination av stjärnformíga fördelningsanordningar varje form av dubbelriktad förgrening.

Claims (17)

461 243 P a t e n t k r a v ____________________

1. Dubbelriktad trevägs stjârnformig fördelningsanordning för ljusvágledare och med kopplingsanslutningar för ljusvàg- ledarna samt fnàr-odxtilhkmde överföringsorgan mellan de en- skilda kopplingsanslutningarna, k ä n n e t e c k n a d a v att tre ljusledande överföringsorgan (2, 3, 4), som vart och ett uppvisar med varandra parallella botten- och täckytor och utgörs av glas- eller konstglaselement med homogen sammansätt- ning, är anordnade i form av en triangel, varvid den pá trian- gelns insida belägna inre långsidan (5) pá varje överförings- organ (2, 3, 4) är utformad som en plan reflektor och den-mot triangelns utsida vända yttre långsidan (6) är utformad som en reflektor med elliptisk kontur - en elliptisk reflektor - och mellan de båda lángsidorna (5, 6) på varje överförings- organ (2, 3, 4) är bildade plana kopplingsytor (2.1, 2.2; 3.1, 3.2; 4.1, 4.2), som vid bägge sidor bildar spetsig vinkel (g) med den inre långsidan (5) och som sträcker sig parallellt med ändytorna (7.1, 8.1, 9.1) på de respektive angränsande och via kopplingsanslutningarna (7.3, 8.3, 9.3) anslutbara ljusvàgledarna (7, 8, 9), varjämte skärningslinjerna (2.1.1, 4.2.1: 2.2.1, 3.2.1; 3.1.1, 4.1.1) mellan kopplingsytorna (2,1, 4.2; 2.2, 3.2; 3.1, 4.1) och de tillhörande inre läng- sidorna (5) ligger pá ljusvâgledarens (7, 8, 9) optiska axel (7.2, 8.2, 9.2).

2. a V att de inre långsidorna (5) av de tre överföringsorganen Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d (2, 3, 4) bildar en liksidig triangel.

3. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att den elliptiska reflektorn (6) hos överföringsorganen (2, 3, 4) är bestämd av följande parametrar, nämligen: a) öppningsvinkeln La) hos strålningskonen för det in- fallande ljusknippet är ungefär lika med och före- trädesvis exakt lika med öppningsvinkeln (b) hos strálningskonen för det reflekterade ljusknippet, b) medelföremâlsbredden ___ïi_ är ungefär lika med meaeibiiabreaaeíï ifvarvia m är antalet ljus- m .-.-.~.-. .-.-r.-. .ca vh-n-»m - ..> . 461 245 strålar (x1....xh, y1....ym), c) reflektionen sker såsom totalreflektion, d) det numeriska öppningsvärdet för ljusvågledaren (7, 8, 9) och brytningsindex n för materialet i över- föringsorganen (2, 3, 4), e) den inre långsidan (5), som utgör en plan reflektor, ligger mellan förbindelsen mellan brännpunkterna (FI, P2) för den elliptiska reflektorn och denna reflektor (6), och E) de spegelvända brännpunkterna (F1', F2') för den elliptiska reflektorn (6) ligger på kopplingsytorna (2.1, 2.2; 3.1, 3.2: 4.1, 4.2).

4. Anordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d a v att reflektionen vid den inre långsidan samt botten- och täckytan på överföringsorganet (2, 3, 4) likaså sker såsom total- reflektion.

5. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att tjockleken av överföringsorganet (2, 3, 4) är ungefär lika med och företrädesvis lika med kärndiametern hos ljusvåg- ledaren (7, 8, 9).

6. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att längden av den inre långsidan (5) av överföringsorganet (2, 3, 4) utgör en multipel av kärndiametern hos ljusvågledaren (7, 8, 9).

7. Anordning enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a d a v att längden av den inre långsidan (5) på överföringsorganet (2, 3, 4) uppgår till mellan 8 och 15 och företrädesvis 10 gånger kärndiametern hos ljusvágledaren (7, 8, 9).

8. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att de tre anslutande ljusvågledarna (7, 8, 9) är identiska.

9. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att minst en av kopplingsanslutningarna (7.3, 8.3, 9.3) för ljusvågledarna (7, 8, 9) är förskjutbar parallellt med de bägge därtill angränsande kopplingsytorna (2.1, 4.2; 2.2, 3.2; 3.1, 4.1) på de bägge överföringsorganen (2,4; 2,3; 3,4) för varia- tion av fördelningsförhàllandet.

10. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d Jä- (}\ ...x NJ -Iš (b) 10 a v att de tre överföringsorganen (2, 3, 4) är förbundna med varandra såsom en i ett stycke utförd formdetalj.

11. Anordning enligt patentkravet 10, k ä n n e t e c k - n a d a v att de tre'överföringsorganen (2, 3, 4) är förbundna med varandra vid skärningslinjerna (2.1.1, 4.2.1; 2.2.1, 3.2.1; 3.1.1, 4.1.1).

12. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att åtminstone vid en kopplingsanslutning (8.3) är anord- nat ett från de bägge kopplingsytorna (2.2, 3.2) och i rikt- ningen för ljusvågledaren (8) gående anslutningsstycke (10) av glas eller konstglas.

13. Anordning enligt något av patentkraven 10-12, k ä n - n e t e c k n a d a v att anslutningsstycket (10) är förbun- det med de bägge kopplingsytorna (2.2, 3.2) hos överförings- organet (2, 3).

14. Anordning enligt patentkravet 12, k ä n n e t e c k - n a d a v att ytterdimensíonerna hos anslutningsstycket (10) minst motsvarar kärndiametern och högst ytterdiametern hos ljus- vàgledaren (8).

15. Anordning enligt patentkravet 12, k ä n n e t e c k - n a d a v att anslutningsstycket (10) är anordnat att centre- ras av kopplingsanslutningen 18.3) för ljusvágledaren (8) gente- mot den sistnämnda.

16. Anordning enligt patentkravet 12, k ä n n e t e c k - n a d a v att anslutningsstycket (10) är förbindbart med en kopplingsanslutning hos en ytterligare trevägs stjârnformig fördelningsanordning i ändamål att åstadkomma en kaskadkoppling.

17. Anordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d a v att överföringsorganen (2, 3, 4) är anordnade att fixeras medelst utanför strálningskonen för ljusknippet belägna element (14). vilka företrädesvis är förenade med överföringsorganen (2, 3, 4). Fi