DE3923185A1

DE3923185A1 - Monomoden-koppler

Info

Publication number: DE3923185A1
Application number: DE3923185A
Authority: DE
Inventors: Terry Bricheno; Alan Fielding; Stephen Day
Original assignee: STC PLC
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1988-07-15
Filing date: 1989-07-13
Publication date: 1990-01-18
Also published as: GB2220764B; FR2634288B1; FR2634288A1; US4950045A; GB8816896D0; GB2220764A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Monomoden-Koppler und insbesondere auf einen 1 × N-Monomoden-Lichtwellenleiter- Koppler, speziell auf einen Lichtleitfaser-Koppler, der einen einzigen Eingang und mehrere Ausgänge aufweist.

In der GB-Patentanmeldung 87 18 055 (S.N. 22 07 525) ist ein N × N-Sternkoppler beschrieben, der unter Verwendung eines kreisringförmigen kohärenten Mischer-Wellenleiters hergestellt ist. Obwohl dieser Sternkoppler allgemein N-Eingänge und N-Ausgänge aufweist, kann er einfach als 1 × N-Sternkoppler verwendet werden. Ein 8 × 8-Sternkoppler dieser Art kann dadurch hergestellt werden, daß 8 Monomoden-Fasern mit einem Außendurchmesser von 125 µm verwendet werden, die gemäß der in der GB-PS 21 50 703 beschriebenen adiabatischen Technik progressiv gedehnt wurden, um parallele Seiten und einen verringerten Durchmesser aufweisende Bereiche mit einem Außendurchmesser von 50 µm zu erzeugen, wodurch der Modenpunktdurchmesser von 10 µm auf ungefähr 25 µm vergrößert wird. Diese einen verringerten Durchmesser aufweisenden Bereiche der Fasern werden um einen Silizium-Former herum geklemmt, dessen Durchmesser derart ist, daß die Fasern eine dicht gepackte Schicht auf ihm bilden. Die resultierende Teilbaugruppe wird dann zusammengeklebt und in der Mitte durchgesägt, worauf die gesägten Kanten poliert werden. Das polierte Ende einer Hälfte wird stumpf gegen ein Ende, das Eingangsende eines kreisringförmigen Mischer-Wellenleiters mit geeigneten Abmessungen aufgesetzt, während die andere Hälfte stumpf in der geeigneten Ausrichtung gegen das andere Ende des Mischer- Wellenleiters aufgesetzt wird. Ein den Brechungsindex anpassendes Klebemittel wird dazu verwendet, die drei Teile miteinander zu verbinden, und die resultierende Baugruppe kann vergossen werden. Die Einleitung eines Gauß′schen Lichtpunktes in den kreisringförmigen Mischer-Wellenleiter mit Hilfe einer der Fasern führt zu einem Auseinanderspreizen des Lichtes, während sich dieses entlang des Lichtwellenleiters ausbreitet. Zu Anfang wird die Lichtleistung um den gesamten Kreisring herum aufgespreizt, doch beginnt es, sich nach einer bestimmten Strecke auf sich selbst zu überlappen. Weil das anfängliche und das überlappende Licht von der gleichen Quelle stammt, ist es kohärent, und es wird ein Interferenzmuster erzeugt. Nach einer gewissen Strecke in den kreisringförmigen Mischer-Wellenleiter hinein tritt ein einen hohen Kontrast aufweisendes regelmäßiges Muster von Ausgangspunkten alle wenige Millimeter auf, wobei die Anzahl der Ausgangspunkte graduell abnimmt. Für den vorstehend beschriebenen 8 × 8-Koppler und für Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 µm ist ein kreisringförmiger Mischer-Wellenleiter mit einem Außendurchmesser von 180 µm, einer Wandstärke von 50 µm und einer Länge von 23 mm erforderlich. Bei einer Länge von 23 mm treten 8 Ausgangspunkte auf. Die Ausgangsfasern sind mit diesen Ausgangspunkten ausgerichtet. Ein kreisringförmiger kohärenter Mischer-Wellenleiter wurde verwendet, weil er für alle Eingangs- und Ausgangsfasern eine äquivalente Position ergibt, und weil durch ausreichend enge Herstellung des Kreisringes der Strahl auf eine Monomode in einer der Eingangsebenen begrenzt wird. Weil die Betriebsweise des Kopplers auf Interferenz beruht, ist dieser Koppler von seiner Eigenart her wellenlängenabhängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 1 × N-Koppler zu schaffen, dessen Herstellung vereinfacht ist, insbesondere im Vergleich mit der Herstellung der vorstehend beschriebenen N × N-Koppler mit kreisringförmigen Mischer-Wellenleitern.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein erfindungsgemäßer Monomoden-Lichtwellenleiter-Koppler weist einen einzigen Eingang, der durch einen Monomoden- Lichtwellenleiter gebildet ist, der optisch mit einem Ende eines langgestreckten allgemein plattenförmigen Mischer-Wellenleiters gekoppelt ist, und einen Satz von Monomoden-Ausgangs- Lichtwellenleitern auf, die optisch mit dem anderen Ende des Mischer-Wellenleiters gekoppelt sind, wobei die Abmessungen des Mischer-Wellenleiters derart sind, daß in diesem für Licht, das in den einzigen Eingang abgestrahlt wird, hervorgerufene Interferenzeffekte einen Satz von Ausgangslichtpunkten in einer Anordnung an dem anderen Ende hervorrufen, wobei jedes Element des Satzes von Ausgangswellenleitern derart angeordnet ist, daß es mit einem jeweiligen Element des Satzes von Lichtpunkten ausgerichtet ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines 1 × 8-Monomoden- Lichtwellenleiter-Kopplers;

Fig. 2 drei Darstellungen für jeweils eine Breite des plattenförmigen Mischer-Wellenleiters, die zeigen, wie sich die Lichtintensität gemäß einer Voraussage innerhalb des plattenförmigen Mischer-Wellenleiters entlang dessen Länge für einen Gauß′schen Lichtpunkt ändert, der in die Mitte des Mischer-Wellenleiters abgestrahlt wird;

Fig. 3 eine entsprechende Darstellung für eine andere Breite des plattenförmigen Mischer-Wellenleiters.

Der in Fig. 1 dargestellte 1 × 8-Monomoden-Lichtleitfaser- Koppler umfaßt eine einzige Eingangs-Monomoden-Faser (1), die so dargestellt ist, daß sie ein sich verjüngendes Ende aufweist, um den Strahl aufzuweiten und um die Ausrichtung zu erleichtern. Diese Faser ist typischerweise aus einer Faser mit einem Außendurchmesser von 125 µm hergestellt, die unter Verwendung der in der GB-PS 21 50 703 beschriebenen Technik gestreckt wurde, um einen einen verringerten Durchmesser und parallele Seiten aufweisenden Bereich mit einem Außendurchmesser von 50 µm zu erzeugen. Eine derartige gestreckte Faser kann an dem einen verringerten Durchmesser aufweisenden Bereich aufgespalten werden, um zwei Fasern mit sich verjüngenden Enden zu schaffen. Die acht Monomoden-Ausgangsfasern (2) können in gleicher Weise Enden mit verringertem Durchmesser aufweisen, die durch die Strecktechnik hergestellt sind. Die Fasern (1) und (2) sind stumpf auf die gegenüberliegenden Enden eines allgemein stab oder plattenförmigen Mischer-Wellenleiters (3) aufgesetzt, der in der dargestellten Weise einen rechteckigen Querschnitt aufweist und beträchtlich länger als breit ist, wie es aus dem folgenden zu erkennen ist. Die Fasern (1) und (2) können an dem plattenförmigen Mischer-Wellenleiter mit Hilfe eines eine Anpassung des Brechungsindex hervorrufenden Klebemittels befestigt werden und die gesamte Baugruppe kann in einer (nicht gezeigten) Umhüllung unter Verwendung eines Silikonharzes vergossen werden. Das Ende der Faser (1) ist an einer in der Mitte liegenden Position bezüglich des zugehörigen Endes des Wellenleiters (3) angeordnet und die Enden der Fasern (2) sind dichtgepackt in einer Reihe bezüglich ihres zugehörigen Endes des Wellenleiters (3) angeordnet. In den plattenförmigen Mischer-Wellenleiter an einer in der Mitte liegenden Position abgestrahltes Licht wird aufgespreizt, an den Wänden reflektiert und ruft eine kohärente Interferenz in ähnlicher Weise hervor, wie sie mit dem vorstehend beschriebenen kreisringförmigen Mischer-Lichtwellenleiter erzielt wird. Aufgrund der kohärenten Mischung wird ebenfalls ein resultierendes regelmäßiges Lichtpunktmuster an diskreten Längen entlang des Lichtwellenleiters erzeugt, und im dargestellten Fall liegen die Lichtflecke alle in einer geradlinigen Anordnung oder in einem geradlinigen Muster. Wie mit dem kreisringförmigen Wellenleiter ist es möglich, eine unterschiedliche Anzahl von Lichtflecken oder -punkten in Abhängigkeit von der Breite und Länge des plattenförmigen Lichtwellenleiters zu erzeugen.

Fig. 2 zeigt das durch Rechnersimulation vorausgesagte Ausgangsmuster für eine 400 µm breite Platte, wobei die Monomoden-Eingangsfaser verjüngt und in ihrem Durchmesser auf 50 µm verringert ist und wobei das Muster bei 1,0 mm, 10 mm und 22 mm dargestellt ist. Bei 22 mm sind 8 Lichtflecke mit gleicher Intensität zu erkennen, so daß eine derartige Länge für einen 1 × 8-Koppler mit Monomoden-Ausgangsfasern geeignet ist, die verjüngt und auf einen Durchmesser von 50 µm verringert sind. Fig. 3 zeigt das vorausgesagte Ausgangsmuster für eine 800 µm breite Platte bei 44,5 mm. Diese Platte weist 16 Lichtflecke mit gleicher Intensität auf, so daß sie für einen 1 × 16-Koppler geeignet ist. Es wurde die gleiche grundlegende Rechner-Modell- Technik wie für den kreisringförmigen Mischer-Wellenleiter verwendet, obwohl ein zusätzlicher Phasenausdruck eingeführt werden mußte, um Reflexionen an den Wänden der Platte zu berücksichtigen. Dieser zusätzliche Phasenausdruck liefert keinen Beitrag zu irgendeiner Polarisationsempfindlichkeit.

Es sei bemerkt, daß ein plattenförmiger Mischer-Wellenleiter keine Äquivalenz ergibt, wenn er in einer N × N-Konfiguration verwendet wird. Wenn jedoch lediglich ein einziger in der Mitte angeordneter Eingang verwendet wird, so wird eine Symmetrie für eine 1 × N-Konfiguration aufrechterhalten.

Obwohl der Koppler mit einem kreisringförmigen Mischer- Wellenleiter als 1 × N-Bauteil verwendet werden kann, ermöglicht der plattenförmige Mischer-Wellenleiter ein einfacheres Faseranordnungs-Schema.

Vorzugsweise umfaßt der plattenförmige Mischer-Wellenleiter ein Element mit rechteckigem Querschnitt, das mit einer Schutzbeschichtung aus einem einen niedrigeren Brechungsindex aufweisenden Material versehen ist. Das Element kann einfach zwischen zwei geeignete Glasplatten eingeschichtet werden. Die Seiten müssen nicht beschichtet werden. Alternativ kann das Plattenelement vollständig frei von einer Beschichtung sein. Ein beschichteter plattenförmiger Mischer-Wellenleiter kann aus einem Rohling hergestellt werden, der durch Zusammenschmelzen von geeigneten Glasplatten gebildet wird, um ein "ideales" Stufenindex-Profil zu erzeugen, wobei Techniken verwendet werden, die üblicherweise zur Herstellung von Faserband- und Streifen-Lichtwellenleitern verwendet werden. Die Dicke der Platte ist derart, daß eine Anpassung an den Moden-Fleck- oder -Punkt-Durchmesser erzielt wird. Für eine Faser, deren Durchmesser auf 50 µm verringert wurde, und die einen Moden- Fleck-Durchmesser von 25 µm liefert, reicht eine Plattenstärke von 30 µm aus. Diese Platte kann beschichtet werden, um eine Mischerplatte mit einer Gesamtstärke in der Größenordnung von 1 mm zu erzeugen.

Claims

1. Monomoden-Lichtwellenleiter-Koppler, gekennzeichnet durch einen einzigen Eingang, der durch einen Monomoden-Lichtwellenleiter (1) gebildet ist, der optisch mit einem Ende eines langgestreckten, allgemein plattenförmigen Mischer-Wellenleiters (3) gekoppelt ist, und einen Satz von Monomoden-Ausgangs-Lichtwellenleitern (2), die mit dem anderen Ende des Mischer-Wellenleiters (3) optisch gekoppelt sind, wobei die Abmessungen des Mischer-Wellenleiters (3) derart sind, daß in ihm für in den einzigen Eingang (1) abgestrahltes Licht hervorgerufene Interferenzeffekte einen Satz von Ausgangslichtflecken in einer Anordnung an dem anderen Ende hervorrufen, und wobei jedes Element des Satzes von Ausgangswellenleitern an einer derartigen Position angeordnet ist, daß es mit einem jeweiligen Element des Satzes von Lichtflecken ausgerichtet ist.

2. Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einzige Eingang in der Mitte eines Endes des Mischer-Wellenleiters (3) angeordnet ist.

3. Koppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer- Wellenleiter (3) einen rechteckigen Querschnitt aufweist und daß die Anordnung geradlinig ist.

4. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der einzige Eingang durch eine Monomoden-Lichtleitfaser gebildet ist, die eine adiabatische Verjüngung aufweist, so daß ihr mit dem Mischer- Wellenleiter gekoppeltes Ende parallele Seiten und einen verringerten Durchmesser verglichen mit dem Rest der Faser aufweist.

5. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswellenleiter jeweils durch eine jeweilige Monomoden- Lichtleitfaser gebildet sind, die eine adiabatische Verjüngung derart aufweist, daß ihr mit dem Mischer-Wellenleiter gekoppeltes Ende parallele Seiten und einen verringerten Durchmesser verglichen mit dem übrigen Teil der Faser aufweist.

6. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer- Wellenleiter eine unbeschichtete Struktur ist.

7. Koppler nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer- Wellenleiter zumindestens teilweise mit einem Material mit niedrigerem Brechungsindex beschichtet ist.