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Optisches Mischerelement
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Mischerelement,
bei dem zwei Bündel von lichtleitenden Fasern über eine Mischerstrecke miteinander
verbunden sind.
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In optischen Kommunikationssystemen, insbesondere in Datenbus-Konfigurationen
in T- oder Stern-Struktur, spielen optische Mischer eine entscheidene Rolle.
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Sie haben die Aufgabe, Daten, die irgendeines von n miteinander kommunizierenden
Anschlußgeräten sendet, allen anderen Anschlußgeräten in möglichst gleicher Intensität
zur Verfügung zu stellen.
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Ein für solche Zwecke geeigneter Mischer der eingangs genannten Art
ist aus Appl. Optics 13 (1974) S. 2540 -2545 bekannt. Dort besteht die Mischerstrecke
aus einem zylinderischen Glasstab, an dessen Stirnflächen die Faserbündel anstoßen.
Dieser Mischer besitzt jedoch hohe Einfgverluste von 6 bis 8 dB und gewährleistet
auch keine genügend gleichmäßige Leistungsverteilung
auf die wegführenden
Fasern.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mischerelement
anzugeben, welches geringe Einfügverluste aufweist und zudem eine gleichmäßige Leistungsverteilung
auf die abgehenden Fasern gewährleistet.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Mischerstrecke mit einem,
die Eingangsseite der Mischerstrecke bildenden Empfangselement, welches Licht aus
einem zuführenden Bündel von lichtleitenden Fasern empfängt und in Abhängigkeit
von einem empfangenen Lichtsignal ein Lichtsignal an einem Ausgang abgibt, und mit
einem die Ausgangsseite der Mischerstrecke bildenden Verteiler, welcher Licht aus.
einer zuführenden Faser auf die Fasern eines wegführenden Bündelsaus lichtleitenden
Fasern verteilt, gebildet ist,und daß die zuführende Faser mit dem Ausgang des Empfangselementes
verbunden ist.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Empfangselement
mit einem Lichtverstärker gebildet.
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Dieser Lichtverstärker ist bevorzugterweise so ausgebildet, daß er
mit einem optoelektronischen Detektor, dessen Lichteintrittsfenster dem zuführenden
Bündel zugewandt ist und einen Querschnitt besitzt, welcher mindestens gleich dem
Bündelquerschnitt ist und mit einer elektronisch steuerbaren Lichtquelle, deren
Steuereingang mit einem Signalausgang des Detektors verbunden ist, gebildet ist.
Bevorzugterweise ist die elektronisch steuerbare Lichtquelle mit einer Leucht- oder
Laserdiode gebildet.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Empfangselement
mit einem Umschalter gebildet, welcher
jeweils eine optische Verbindung
zwischen einer Information führenden Faser des zuführenden Bündels und derzuführenden
Faser.des Verteilers herstellt.
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Bevorzugterweise ist der Verteiler als Planarverteiler oder als Rundverteiler
ausgebildet.
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Ein Rundverteiler kann vorteilhafterweise so hergestellt werden, daß
ein Bündel von Fasern an einem Ende in innigen mechanischen Kontakt gebracht und
genügend erwärmt wird, um auseinandergezogen werden zu können, so daß sich dieses
Ende allmählich taperförmig verjüngt, wobei das verjüngte Ende dann der zuführenden
Faser des Verteilers entspricht.
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Ein wesentlicher Vorteil des vorgeschlagenen Mischers liegt darin,
daß das schwierige Problem des Datenaustausches zwischen allen angeschlossenen Endgeräten
im wesentlichen reduziert worden ist auf eine Verteilung der Information von einem
Einzelkanal auf mehrere Einzelkanäle. Als Verteiler können bekannte Verteilerstrukturen
verwendet werden, welche zudem den Vorteil besitzen, daß sie geringe Einfügeverluste
haben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren darg.estellt
und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen Figur 1 die wesentlichen Teile eines mit einem Lichtverstärker
aufgebauten Mischers und Figur 2 die wesentlichen Teile'ines mit einem Umschalter
aufgebauten Mischers.
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Bei dem in Figur 1 dargestellten Mischer ist der Lichtverstärker mit
1, die an einen Ausgang 10 des Lichtverstärkers angeschlossene zuführende Faser
mit 2 und der eigentliche Verteiler mit 3 bezeichnet. Das zuführende
Bündel
von lichtleitenden Fasern ist mit 4 und das wegführende Bündel von lichtleitenden
Fasern mit 5 bezeichnet.
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Der Lichtverstärker ist mit einem optoelektronischen Detektor 11 und
mit einer Leucht- bzw. Laserdiode ge-
bildet. Der Detektor 11 weist
ein nicht dargestelltes Lichteintrittsfenster auf, welches einer Stirnfläche des
zuführenden Bündels unmittelbar gegenüberliegt.
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Die Fläche des Lichteintrittsfensters ist mindestens so groß wie die
gegenüberliegende Stirnfläche des 3ündels. Dadurch wird gewährleistet, daß Licht
aus jeder Faser des Bündels in das Lichteintrittsfenster gelangen kann. Der Detektor
gibt in Abhängigkeit von einem zugeführten Lichtsignal an einem Ausgang ein elektrisches
Signal ab, welches als Steuersignal der -Leucht- bzw.
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Laserdiode zugeführt wird Diese Leucht- bzw. Laserdiode gibt wiederum
in Abhängigkeit des zugeführten elektrischen Signals aus dem Detektor ein Lichtsignal
am Ausgang 10 ab. Dieses Lichtsignal wird in die zuführende Faser 2 eingekoppelt
und so dem Lichtverteiler 3 zugeführt, welcher das Lichtsignal -gleichmäßig über
die lichtleitenden Einzelkanäle des lihtführenden Bündels 5 verteilt.
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Damit möglichst viel Leistung von der Leucht- bzw. Laserdiode in die
zuführende Faser 2 eingekoppelt wird, soll.
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diese Faser eine möglichst große numerische Apertur haben. Das ist
z.B. mit plastikummantelten Fasern, welche eine numerische Apertur aufweis-en, die
größer oder gleich 0,5 ist, möglich. Diese Stufenprofilfaser kann eine relative
hohe Dämpfung, beispielsweise 500 dB/km haben, da sie nur in Längen der Größenordnung
cm verwendet wird.
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Dabei sollte die numerische Apertur dieser Faser so groß gewählt werden,
daß der Auffangwinkel der vom Verteiler wegführenden Fasern noch nicht überschritten
wird. So lange die Fläche der Leucht- oder Laserdiode kleiner ist als der Querschnitt
des Faserkerns der zuführenden Faser, kann das von diesen abgegebene Licht auch
über eine Abbildungsoptik in die zuführende Faser eingekoppelt werden, wodurch die
eingekoppelte Leistung erhöht wird.
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Ein besonderer Vorteil der in Figur 1 angegebenen Ausführungsform
besteht darin, daß vr ein aktives Element enthält, mittels welchem Signale wahlweise
verstärkt werden können. Signale, die von weiter entfernt liegenden Endgeräten,
die im Mischer über ihren Adressenkode erkannt werden, können vor Verlassen des
Mischers entsprechend verstärkt werden.
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Die Enden der Fasern des Bündels 4 werden zweckmäßiger weise vor dem
Detektor 11 zusammengeführt. Das kann man z.B. dadurch erreichen, daß die Faserenden
in einen Trichter gesteckt werden, dessen engste Stelle am Ende des Trichters die
Fasern leicht aufnehmen kann und dessen Querschnitt an dieser engsten Stelle kleiner
als die Detektorfläche ist, so daß praktisch keine Justierprobleme auftreten.
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Es kann auch zweckmäßig sein, wenn die Faserbündel 4 und/oder 5 kurze
Bündelstücke sind, welche über Stecker oder Spleiße mit den eigentlichen Datenkanälen,
welche aus längeren Faserbündeln bestehen können, verbunden sind. Solche Bündel
enthalten entsprechend der Anzahl der miteinander kommunizierenden Endgeräte ein
oder mehrere Datenkanäle, wobei ein Kanal aus einer oder mehreren Fasern bestehen
kann.
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Das in Figur 2 dargestellte Mischerelement unterscheidet sich von
dem Mischerelement nach Figur 1 lediglich dadurchs daß das Empfangselement mit einem
Umschalter 6 gebildet ist, welcher jeweils eine optische Verbindung zwischen einer
Information führenden Faser des zuführenden Bündels 4 und der zuführenden Faser
2 des Verteilers herstellt. Die Erkennungsadresse des sendenden Endgerätes entspricht
der Position der umzuschaltenden Faser.
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Da beim Einsatz der vorgeschlagenen Mischerelemente im allgemeinen
immer nur eine der zuführenden Fasern Information überträgt, muß die Bandbreite
der Ubertragungskanäle im Mischer bzw. der wegführenden Fasern nicht höher als die
der zuführenden Fasern sein.
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Ein Verteiler mit geringen Einfügeverlusten und guter gleichmäßiger
Intensitätsaufteilung ist, verglichen mit herkömmlichen Mischern, relativ einfach
herzustellen.
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Als Verteiler sind z.B. ein Planarverteiler, wie er in der DE-OS 26
00 893 beschrieben ist oder ein Rundverteiler geeignet. Ein Rundverteiler kann einfach
so hergestellt werden, daß ein Ende eines Bündels von Glasfasern verschmolzen wird
und der verschmolzene Teil zu einer Faser definierten Durchmessers auseinandergezogen
wird, welche dann die zuführende Faser des Verteilers bildet. Ein mechanischer und
optischer Schutz in Form eines niedrigbrechenden Materials kann noch in der Verjüngungszone
um den Verteiler herum angebracht werden.
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Wenn der vorgeschlagene Mischer ein eigenes, jederzeit.
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austauschbares Element, z.B. in einer Stern-Konfiguration, sein soll,
muß er mit Koppelelementen versehen sein, mittels welchen er an die von den Endgeräten
herkommenden bzw. zu ihnen führenden Faserbündel lösbar verbunden werden kann. Solche
Koppelelemente können beispielsweise mit Steckern für Glasfasern gebildet sein.
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Im Falle des planaren Mischers bzw. Verteilers ist das einfach und
mit gutem Koppelwirkungsgrad durchführbar, wie es schon in der DE-OS 25 22 740 beschrieben
ist.
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Ist ein Auswechseln des Mischerelementes nicht erforderlich, können
die Faserbündel 4 bzw. 5 gleich als lange Faserbündel ausgebildet sein, welche direkt
mit den Endgeräten verbunden sind. Ein Koppelproblem entfällt dann.