DE4243342C2

DE4243342C2 - Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner, Bauelemente hierfür sowie Verfahren zur Herstellung solcher Bauelemente

Info

Publication number: DE4243342C2
Application number: DE4243342A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Takahashi
Original assignee: Seikoh Giken Co Ltd
Current assignee: Seikoh Giken Co Ltd
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 1995-08-31
Anticipated expiration: 2012-12-22
Also published as: GB2263343B; GB9219795D0; US5293435A; GB2263343A; FR2685787B1; FR2685787A1; JPH07122697B2; JPH05181075A; DE4243342A1

Description

Die Erfindung betrifft Bauelemente für Lichtwellenleiter (LWL)-Verzweiger oder -Combiner nach den Obergriffen der An sprüche 1 und 2, solche Bauelemente aufweisende LWL-Verzweiger oder -Combiner nach den Oberbegriffen der Ansprüche 4 bis 6 und 8 bis 10, sowie Verfahren zur Herstellung der Bauelemente nach Anspruch 1 und Anspruch 2 (Ansprüche 11 und 12).

Bei einem faseroptischen Kommunikationssystem kommen viele Arten von Lichtwellenleiter-Verzweigern oder -Combinern zur An wendung, die einen Strahlungsstrom über mehrere, von einem einzelnen Lichtwellenleiter abgezweigte Lichtwellenleiter aus bzw. einzugeben gestatten.

Bei jedem Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner wird gefordert, daß das Kopplungsverhältnis nur wenig in Abhängig keit von der Wellenlänge einer Lichtquelle variiert, daß das Kopplungsverhältnis selektiv mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden kann und daß die zugehörigen Bauelemente mit hoher Effektivität in Massenproduktion erzeugt werden können.

Herkömmliche Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner werden üblicherweise in folgende Arten klassifiziert:
Eine Art wird dadurch hergestellt, daß zwei erwärmte Lichtwellenleiter auf einen zunehmend verringerten Durchmesser gedehnt werden, während sie in engen Kontakt miteinander gebracht werden und sich in Längsrichtung parallel zueinander erstrecken. Eine andere Art ist ein sogenannter Blockschleif typ, bei dem V-förmige Vertiefungen an einer Oberfläche eines Blocks gebildet werden, die von ihren Aderhüllen befreiten Lichtwellenleiter mit Hilfe eines Klebstoffs unbeweglich in den entsprechenden V-förmigen Vertiefungen angeordnet werden, die Lichtwellenleiter soweit plangeschliffen werden, daß ihre Kerne nicht an der Außenseite freigelegt werden, und schließlich der so hergestellte Block mit einem dagegengesetzten Block, der die gleiche Struktur aufweist, zusammengefügt wird. Es sei ange merkt, daß ein Dämpfungseffekt für jede der zuvor erwähnten Arten genutzt wird.

Jedoch haben die herkömmlichen Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner den Nachteil, daß ihr Kopplungsverhältnis in großem Maße in Abhängigkeit von der Wellenlänge variiert. Aus diesem Grund sind die herkömmlichen Lichtwellenleiter-Verzwei ger oder -Combiner nicht dazu geeignet, in Lichtwellenleiter systemen für mehrere Wellenlängen verwendet zu werden, die eine große Kapazität haben und ihre Anwendungsgebiete in naher Zukunft erwartungsgemäß erweitern werden.

Zusätzlich zu den Lichtwellenleiter-Verzweigern oder -Combinern der zuvor erwähnten Arten ist außerdem ein Lichtwel lenleiter-Verzweiger oder -Combiner vom sogenannten Stirnflä chen-Verbindungstyp bekannt, bei dem sich die Stirnflächen von zwei miteinander in Längsrichtung zusammengefügten, an der Verzweigerseite der Vorrichtung angeordneten Lichtwellenlei tern, deren Aderhüllen entfernt wurden, in Kontakt mit einem einzelnen Lichtwellenleiter mit entfernter Aderhülle an der Combinerseite der Vorrichtung befinden.

Die Abhängigkeit des Kopplungsverhältnisses eines Lichtwel lenleiter-Verzweigers oder -Combiners des Stirnflächen-Verbin dungstyps von der Wellenlänge der Lichtquelle ist im wesent lichen gleich der Charakteristik eines Lichtwellenleiters selbst. Beispielsweise ist für die Wellenlänge einer häufig benutzten Lichtquelle, die im Bereich von 800-1600 µm liegt, die Abhängigkeit des Kopplungsverhältnisses der Vorrichtung von der Wellenlänge der Lichtquelle vernachlässigbar gering. Aus diesem Grund ist der Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner des letztgenannten Typs in höchstem Maße geeignet für das gleichmäßige Verteilen und Sammeln einer Vielzahl von Mehrfachwellenlängen-Signalen.

Wie in den US-Patentschriften Nr. 4 666 541 und 4 720 161 beschrieben ist, wurden bereits mehrere Lichtwellenleiter- Verzweiger oder -Combiner vom Stirnflächen-Verbindungstyp und Verfahren zu deren Herstellung vorgeschlagen.

Jedoch haben diese konventionellen Lichtwellenleiter-Ver zweiger oder -Combiner die folgenden Nachteile.

Wenn ein Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner dieser Art hergestellt wird, wird üblicherweise angenommen, daß nach dem Abschluß der Montage ein Fehler des Kopplungsverhältnisses auftritt, der auf einen dem Lichtwellenleiter selbst innewoh nenden Produktionsfehler ebenso wie auf einen Bearbeitungsfehler während des Zweiteilens des Lichtwellenleiters bei ent fernter Aderhülle zurückzuführen ist. Aus diesem Grund ist es unbedingt nötig, Mittel zum geeigneten Korrigieren des Kopp lungsverhältnisses nach dem Abschluß der Montage vorzusehen. Beispielsweise variiert im Falle eines Lichtwellenleiters mit einem Durchmesser von 10 µm und einem Kopplungsverhältnis von 5 : 1 das Kopplungsverhältnis im Bereich von 14 : 1 bis 3,5 : 1, wenn die zweigeteilte Ebene des Lichtwellenleiters um ±1 µm versetzt ist. Aus diesem Grund sollte das Kopplungsverhältnis nach dem Abschluß der Montage korrigiert werden. Jedoch berücksichtigt kein bisher vorgeschlagener konventioneller Lichtwellenleiter- Verzweiger oder -Combiner die zuvor erwähnten Probleme.

Wie in den Fig. 9(a), 9(c) und 9(d) gezeigt, ist ein Lichtwellenleiter an der Ausgangsseite durch P bezeichnet, wäh rend Lichtwellenleiter an der Verteilungsseite mit P1 und P2 bezeichnet sind. Um zu gewährleisten, daß der Lichtwellenlei ter-Verzweiger oder -Combiner ein Kopplungsverhältnis von 50 : 50 hat, werden die Lichtwellenleiter P1 und P2 in axialer Richtung bearbeitet und dann in Längsrichtung miteinander zusammenge faßt, so daß jeder von ihnen in zwei Hälften geteilt ist, und zwar entlang der Schnittlinie m, welche sich durch den Mittel punkt O des Lichtwellenleiters P erstreckt, wobei das Verhält nis der Fläche des bearbeiteten Lichtwellenleiters P1 zur Flä che des bearbeiteten Lichtwellenleiters P2 50 : 50 ist, wie es aus Fig. 9(c) hervorgeht. Wenn darüberhinaus der Lichtwellen leiter-Verzweiger oder -Combiner ein Kopplungsverhältnis von 80 : 20 hat, wird jeder der Lichtwellenleiter P1 und P2 in zwei Teile geteilt, und-zwar entlang der Schnittlinie n, welche sich so erstreckt, daß sich ein Flächenverhältnis der Lichtwellen leiter P1 und P2 entsprechend dem gegebenen Kopplungsverhältnis ergibt, wie es in Fig. 9(d) gezeigt ist.

Ein Mono-Mode-Lichtwellenleiter besitzt keine gleichförmige Lichtausbreitungs-Mode, und zwar weder im zentralen Teil noch in seinem äußeren Umfangsbereich. Insbesondere im äußeren Um fangsbereich weist er eine instabile Zone auf. Andererseits ist ein Multi-Mode-Lichtwellenleiter so ausgebildet, daß sich sein Brechungsindex vom zentralen Bereich zum äußeren Umfangsbereich ändert. Hat beispielsweise ein Mono-Mode-Lichtwellenleiter ein Kopplungsverhältnis von 80 : 20, so sollte er in zwei Teile geteilt sein, und zwar entlang einer Schnittebene, die von der Mittelachse des Lichtwellenleiters um einen Abstand von 2,7 µm entfernt liegt. Aus diesem Grunde wird der Lichtausbrei tungsabschnitt des Lichtwellenleiters sehr instabil innerhalb eines sehr engen Bereichs mit einer Breite von 2,3 µm, gemessen vom Außendurchmesser aus, was zu einer Reihe von Problemen un ter dem Gesichtspunkt der Lichtverteilung führt.

Hinzu kommt, daß es praktisch unmöglich ist, einen Licht wellenleiter bei entfernter Ummantelung maschinell zu bearbei ten, wobei der Lichtwellenleiter einen anderen Durchmesser auf weist, und zwar entsprechend dem Kopplungsverhältnis, das er zielt werden soll.

Die Erfindung trägt den obigen Problemen Rechnung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lichtwellenlei ter-Verzweiger oder -Combiner mit einstellbarem Kopplungsver hältnis und Bauelemente hierfür zu schaffen sowie Herstellungs verfahren für solche Bauelemente anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkma le der Ansprüche 1, 2, 4-6, 8-12.

Bei dem 1×2-Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combinern nach Anspruch 4 ist das Kopplungsverhältnis frei änderbar in einem Bereich von 100 : 0 bis 0 : 100 durch gegenseitiges Verdrehen des Combiner-Anschlusses bzw. des Verzweiger-Anschlusses.

Im Falle des 2×2-Lichtwellenleiter-Verzweigers oder- Com biners nach Anspruch 5 wird das Kopplungsverhältnis normaler weise bestimmt durch gegenseitiges Verdrehen des ersten bzw. des zweiten Anschlußelementes relativ zueinander um einen Winkel von 90°.

Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand bevorzug ter Ausführungsbeispiele und der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1(a), 1(b) und 1(c) Verfahrensschritte bei der Her stellung eines Bauelementes nach Anspruch 1; dabei zeigt Fig. 1(a) eine Schnittansicht und eine Stirnansicht eines zylindri schen Anschlußelements mit einem Lichtwellenleiter zur Her stellung des Baulelementes; Fig. 1(b) zeigt eine Schnittansicht und eine Stirnansicht einer halbzylindrischen unteren Hälfte des Anschlußelementes nach Fig. 1(a), welches bis zum Erreichen seiner Mittelachse plan geschliffen wird; Fig. 1(c) zeigt das Bauelement, das durch Zusammensetzen der zwei halbzylindrischen Anschlußhälften nach Fig. 1(b) gefertigt wird, wobei diese eine einander gegenüberliegende Anordnung bilden;

Fig. 2 eine Schnittansicht und eine Stirnansicht des Bau elementes nach Anspruch 2;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines 1×2-Lichtwellenleiter-Ver zweigers oder -Combiners mit variablem Kopplungsverhältnis nach Anspruch 4;

Fig. 4(a), 4(b), 4(c) und 4(d) in Stirnansicht das Verhält nis zwischen der gegenseitigen Winkelposition zweier gegenein ander gesetzter Lichtwellenleiter und dem Kopplungsverhältnis, und zwar für den Fall eines 1×2-Lichtwellenleiter-Verzweigers oder -Combiners mit variablem Kopplungsverhältnis gemäß An spruch 4;

Fig. 5(a), 5(b) und 5(c) eine Schnittansicht und Stirnan sichten eines Lichtwellenleiter-Verzweigers oder -Combiners nach Anspruch 5, wobei Fig. 5(a) eine Schnittansicht durch den 2×2-Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner ist, während die Fig. 5(b) und 5(c) in Stirnansichten die Richtung einer Halbierungsebene zwischen Lichtwellenleiterhälften darstellen;

Fig. 6(a), 6(b) und 6(c) eine Schnittansicht und Stirnan sichten des Lichtwellenleiter-Verzweigers oder -Combiners nach Anspruch 6, wobei Fig. 6(a) eine Schnittansicht eines 1×2- Lichtwellenleiter-Verzweigers oder -Combiners ist, während die Fig. 6(b) und 6(c) in Stirnansichten die Richtung einer Halbie rungsebene zwischen Lichtleiterkernhälften darstellen;

Fig. 7 eine schematische Ansicht eines 2×2-Lichtwellenlei ter-Verzweigers oder -Combiners nach Anspruch 8;

Fig. 8 eine schematische Ansicht eines baumförmigen 1×8- Lichtwellenleiter-Verzweigers oder -Combiners nach Anspruch 9; und

Fig. 9(a), 9(b), 9(c) und 9(d) in einer Seitenansicht und in Stirnansichten ein gebräuchliches Verfahren zum Halbieren der Stirnflächen von Lichtwellenleitern; dabei zeigt Fig. 9(a) in Seitenansicht einen zweigeteilten Lichtwellenleiter, dessen Aderhülle entfernt ist; Fig. 9(b) ist eine Stirnansicht eines einzelnen Lichtwellenleiters; Fig. 9(c) stellt eine Stirnan sicht zweier Lichtwellenleiterhälften dar, und zwar bei Ein stellung des Kopplungsverhältnisses auf 50 : 50; Fig. 9(d) zeigt eine Stirnansicht von zwei Lichtwellenleiterhälften bei Ein stellung des Kopplungsverhältnisses auf 80 : 20.

Die Fig. 1(a), 1(b) und 1(c) zeigen in Schnittansichten und Stirnansichten die Verfahrensschritte beim Herstellen eines Bauelementes nach Anspruch 1.

Ein zylindrisches Anschlußstück 1 weist eine Durchgangsöff nung 3 von sehr kleinem Durchmesser auf. Durch diese Durch gangsöffnung ist einen Lichtwellenleiter 2, dessen Aderhülle 4 zum Teil entfernt wurde, entlang der Mittelachse des Anschluß stücks hindurchgeführt. Ferner umfaßt das Anschlußstück 1 eine abgestufte Öffnung 5 zur Aufnahme der Aderhülle 4 des Licht wellenleiters.

Nach dem Einstecken des Lichtwellenleiters 2 in die Durch gangsöffnung 3 und in die abgestufte Öffnung 5 wird der Hohl raum der abgestuften Öffnung 5 mit einem Klebstoff 14 gefüllt. Dementsprechend wird die Aderhülle 4 mit Hilfe des Klebstoffs 14 unbeweglich in der abgestuften Öffnung 5 gehalten. Außerdem wird der Lichtwellenleiter 2, ebenfalls mit Hilfe des Kleb stoffs 14, unbeweglich in der Durchgangsöffnung 3 gehalten.

Sodann schleift man das in der Zeichnung rechte Ende des Anschlußstückes 1 und das rechte Ende des Lichtwellenleiters 2 rechtwinklig zur optischen Achse des Lichtwellenleiters 2, so daß sich eine geschliffene Stirnfläche 6 ergibt.

Fig. 1(a) zeigt in einer Schnittansicht und in einer Stirn ansicht ein Anschlußelement, welches in der obigen Weise herge stellt worden ist.

Sodann wird das auf diese Weise erhaltene Anschlußelement entlang einer Mittelachse exakt in zwei Teile geteilt, und zwar derart, daß der eine der beiden Teile, beispielsweise der obere Teil des Anschlußelementes, durch Schleifen entfernt wird. An ders ausgedrückt, das Anschlußelement wird plan geschliffen, um eine halbzylindrische Form zu erhalten.

Fig. 1(b) zeigt als Schnittansicht und als Stirnansicht ein Anschlußelement, welches zusammen mit dem Lichtwellenleiter 2 geschliffen worden ist, um eine halbzylindrische Form anzuneh men.

Beim nächsten Arbeitsschritt werden die beiden Anschlußele mente α1 und α2, von denen jedes die Form nach Fig. 1(b) hat, in einander gegenüberliegender Anordnung zusammengebracht. Sie werden sodann im Preßsitz in eine Durchgangsöffnung 9 einer zylindrischen Buchse 8 eingeführt, wobei ihre geschliffenen Flächen 7 und 7′ in enge Berührung miteinander gelangen. Die beiden Anschlußelemente α1 und α2 werden also miteinander integriert, und zwar mit Hilfe der zylindrischen Buchse 8.

Fig. 1(c) zeigt in einer Schnittansicht und in einer Stirn ansicht das Bauelement nach Anspruch 1.

Ähnlich wie Fig. 1(c), zeigt Fig. 2 in einer Schnittan sicht und in einer Stirnansicht das Bauelement nach Anspruch 2.

Dieses Bauelement B wird mit denselben Arbeitsschritten wie der zuvor erwähnte Bauelement A hergestellt, unterscheidet sich von letzterem jedoch in folgender Hinsicht:
Insbesondere wird ein halbkreisförmiges Anschlußelement β verwendet, nämlich einer von zwei halbkreisförmigen Anschlüs sen, die durch Teilen eines massiven zylindrischen Anschluß stücks in zwei Hälften ohne daran befestigten Lichtwellenleiter hergestellt wird. Dieses Anschlußelement β ersetzt das halbzy lindrische Anschlußelement α2 des in der zuvor beschriebenen Weise hergestellten Bauelementes A. Abgesehen von diesem Unter schied stimmt der Aufbau des Bauelementes B mit dem Aufbau nach den Fig. 1(a), 1(b) und 1(c) überein. Eine erneute Be schreibung ist also nicht erforderlich.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen 1×2-Lichtwellenlei ter-Verzweiger oder -Combiner nach Anspruch 4, welcher herge stellt wird durch Zusammenfügen des Bauelements B nach Fig. 2 mit dem Bauelement A nach den Fig. 1(a), 1(b) und 1(c), und zwar mit Hilfe einer gemeinsamen Ausrichthülse S. Der zylin drische Abschnitt des Bauelements B wird drehbar im Preßsitz mit geringer Kraft von der linken Seite der Vorrichtung aus in die Ausrichthülse S eingesetzt, während der zylindrische Abschnitt des Bauelementes A drehbar im Preßsitz mit geringer Kraft von der rechten Seite der Vorrichtung aus, gesehen in Fig. 3, in die Ausrichthülse S eingeführt wird. Die vorderen Stirnflächen 12 und 12′ der Bauelemente B und A gelangen in enge Berührung miteinander, und zwar durch die Federkraft einer nicht dargestellten Druckfeder, wobei eine Baugruppe gebildet wird, die die Bauelemente A und B sowie die Ausrichthülse S umfaßt.

Die Fig. 4(a), 4(b), 4(c) und 4(d) zeigen in vier Stirn ansichten das Verhältnis zwischen der Winkelstellung, die eine Anschlußhälfte relativ zu einer dagegengesetzten Anschlußhälfte einnimmt, und dem Kopplungsverhältnis, und zwar für einen 1×2- Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner mit variablem Kopplungsverhältnis gemäß Anspruch 4.

In den Fig. 4(a), 4(b), 4(c) und 4(d) entspricht ein Lichtauslaß 13 einer Hälfte eines Lichtwellenleiters b1, wäh rend ein Lichteinlaß 14 einer Hälfte eines Lichtwellenleiters a3 entspricht und ein Lichteinlaß 16 einer Hälfte eines Licht wellenleiters a4 zugeordnet ist, siehe Fig. 3.

Im einzelnen zeigt Fig. 4(a) den Fall, in welchem eine Hal bierungslinie 11 der Hälfte des Lichtwellenleiters b1, die sich durch den Anschluß B erstreckt, mit einer Halbierungslinie 11′ der Hälfte des Lichtwellenleiters a3 zusammenfällt, die sich durch den Anschluß A erstreckt. Dabei bildet die Halbierungs linie 11′ des Anschlusses A einen Drehwinkel von 0°, bezogen auf die Drehstellung der Halbierungslinie 11 des Anschlusses B. Hierbei ist die Fläche, auf der der Lichtauslaß 13 des Lichtwellenleiters b1 mit den Lichteinlässen 14 und 16 des Lichtwellenleiter a3 und a4 in Berührung tritt, durch gestri chelte Linien wiedergegeben. Praktisch kommt der Lichtauslaß 13 des Lichtwellenleiters b1 lediglich mit dem Lichteinlaß 14 des Lichtwellenleiters a3 in Berührung. Es sei darauf hingewiesen, daß in jeder der Fig. 4(b) bis 4(d) dieselbe Darstellungsweise gewählt ist.

Im Falle der Fig. 4(a) erhält lediglich der Lichteinlaß 14 des Lichtwellenleiters a3 Strahlung, wohingegen der Lichteinlaß 16 des Lichtwellenleiters a4 nicht mit Licht beschickt wird. Das Kopplungsverhältnis der Vorrichtung folgt also der Glei chung:

Lichteinlaß 14 : Lichteinlaß 16 = 100 : 0.

Fig. 4(b) zeigt diejenige Position, in der der Anschluß A gegen den Uhrzeigersinn um einen Winkel von 45° relativ zum An schluß B gedreht ist. In diesem Falle hat die Lichtaufnahme fläche des Lichteinlasses 14 des Lichtwellenleiters a3 eine sektorförmige Kontur, die begrenzt wird von der Halbierungsli nie 11′, der radialen Linie, die einen Winkel von 135° defi niert, und der Außenumfangslinie des Lichteinlasses 14. Ande rerseits hat die Lichtaufnahmefläche des Lichteinlasses 16 ebenfalls eine sektorförmige Kontur, die begrenzt wird durch die Halbierungslinie 11′, die radial verlaufende Linie, die einen Winkel von 45° definiert, und die Außenumfangslinie des Lichteinlasses 16. Das Kopplungsverhältnis der Vorrichtung ent spricht also folgender Gleichung:

Lichteinlaß 14 : Lichteinlaß 16 = 75 : 25.

Fig. 4(c) zeigt in Stirnansicht diejenige Stellung, in der der Anschluß A um einen Winkel von 90° relativ zum Anschluß B gedreht ist. Hier entspricht das Kopplungsverhältnis der Vor richtung folgender Gleichung:

Lichteinlaß 14 : Lichteinlaß 16 = 50 : 50.

Fig. 4(d) zeigt diejenige Position, in der der Anschluß A um einen Winkel von 180° relativ zum Anschluß B gedreht ist. Hier entspricht das Kopplungsverhältnis folgender Gleichung:

Lichteinlaß 14 : Lichteinlaß 16 = 0 : 100.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß das Kopplungs verhältnis stark variiert, und zwar in dem Bereich von 0 : 100 bis 100 : 0. Dabei hat jede Lichtaufnahmefläche eine sektorfor mige Kontur, die definiert wird durch zwei durch die Mittel achse des Lichtwellenleiters verlaufende Halbierungslinien und die Außenumfangslinie. Man kann also ein 1×2-Lichtwellenleiter- Verzweiger oder -Combiner mit variablem Kopplungsverhältnis erhalten, der in der Lage ist, einen Lichtstrahl gleichförmig aufzuteilen.

Fig. 5(a) zeigt eine Schnittansicht eines Lichtwellenlei ter-Verzweigers oder -Combiners nach Anspruch 5. Ferner zeigt Fig. 5(b) in Stirnansicht eine Lichtöffnung auf der A1-Seite eines dieses Lichtwellenleiter-Verzweigers oder -Combiners, während Fig. 5(c) eine Stirnansicht einer Lichtöffnung auf der A2-Seite des Lichtwellenleiter-Verzweigers oder -Combiners darstellt.

Diese Zeichnungen geben als Beispiel einen 2×2-Lichtwellen leiter-Verzweiger oder -Combiner wieder, der so ausgebildet ist, daß zwei Doppelleiter-Verzweiger-Anschlüsse A1 und A2 drehbar im Preßsitz mit geringer Kraft in eine Ausrichtungs hülse S eingesetzt sind. Diese Ausführungsform arbeitet nach dem Prinzip, daß sich zwei Halbierungslinien 18 und 18′ unter einem Winkel von 90° schneiden, wie es die Fig. 5(b) und 5(c) darstellen.

Fig. 6(a) zeigt eine Schnittansicht des Lichtwellenleiter- Verzweigers oder -Combiners nach Anspruch 6. Fig. 6(b) stellt als Stirnansicht einen Lichtauslaß 20 eines Bauelements C mit einem einzigen Lichtwellenleiter dar, während Fig. 6(c) als Stirnansicht Lichteinlässe 19 und 21 eines Verzweiger-Bauele ments A zeigen.

Der Lichtauslaß 20 nach Fig. 6(b) bildet die Stirnfläche eines Lichtwellenleiters c, der entlang der Mittelachse des Bauelements C verläuft, während die Lichteinlässe 19 und 21 nach Fig. 6(c) die Stirnflächen von Lichtwellenleitern bilden, welche entlang der Mittelachse des Bauelements A verlaufen.

Diese Ausführungsform bildet einen 1×2-Lichtwellenleiter- Verzweiger oder -Combiner, der hergestellt wird durch Zusammen bau des Bauelements C, des Bauelements A und einer gemeinsamen Ausrichthülse S, und zwar in derselben Weise, wie das Bauele ment nach den Fig. 5(a), 5(b) und 5(c). Ein aus dem Lichtauslaß 20 des Bauelements C austretendes Lichtstrahlbündel wird von den Lichteinlässen 19 und 21 aufgenommen, von denen jeder eine halbierte Lichtaufnahmefläche aufweist, wobei das Flächenver hältnis 50 : 50 ist.

Dieser Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner hat al lerdings mit Sicherheit einen Genauigkeitsfehler, der auf einen Lichtwellenleiter oder ein Bauelement zurückgeht, oder es tritt ein akkumulierter Fehler auf, hervorgerufen durch Fehler wäh rend der Bearbeitungs- und Montagevorgänge. Daher kommt es oft zu Fehlfunktionen dahingehend, daß das tatsächlich gemessene Licht-Kopplungsverhältnis stark von dem vorbestimmten Licht- Kopplungsverhältnis von 50 : 50 abweicht.

Eine Ursache für einen Fehler, der sich signifikant auf die Genauigkeit des Kopplungsverhältnisses auswirkt, ist vor allem eine Positionsabweichung der Mittelachse eines sich durch ein Bauelement erstreckenden Lichtwellenleiters, bezogen auf die Mittelachse eines oder mehrerer Lichtwellenleiter, die sich durch das andere Bauelement erstrecken.

Es wurden Messungen an einem Bauelement mit einem Mono-Mo de-Lichtwellenleiter durchgeführt, um die Größe der Positions abweichung des Lichtwellenleiters bezüglich des Außendurchmes sers des Bauelements nach Beendigung des Zusammenbaus zu be stimmen. Die Ergebnisse dieser Messungen zeigen, daß die Posi tionsabweichung häufig in einem Bereich von 0,2-1,0 µm liegt. Wenn unter diesen Umständen Maximalfehler zwischen den Mittel achsen von Lichtwellenleitern, bezogen auf die Mittelachse des Bauelements, in entgegengesetzten Richtungen auftreten, so besteht die Möglichkeit, daß die maximale Positionsabweichung des einen Lichtwellenleiters vom anderen Lichtwellenleiter 2,0 µm beträgt. Für diesen Fall ändert sich das Kopplungsverhältnis zu etwa 57 : 43.

Zur Vermeidung der vorstehend diskutierten Fehlfunktion wurde vorgeschlagen, die Positionsabweichung eines Bauelements von einem anderen dadurch zu minimieren, daß man das erstere gegenüber dem letzteren verdreht, und zwar unter Berücksichti gung der Tatsache, daß die Positionsabweichung der Mittelachse eines Lichtwellenleiters vom Außendurchmesser des zugehörigen Bauelements praktisch unmöglich auf 0 reduziert werden kann, daß vielmehr die Positionsabweichung nach dem Zusammenbau des Lichtwellenleiters mit dem Bauelement im Mittel 0,5 µm beträgt. Wird dieses Verfahren in der Praxis angewendet, so kann das Kopplungsverhältnis auf etwa 53 : 47 verbessert werden. Wenn auch unter diesen Umständen der Variationsbereich des Kopp lungsverhältnisses schmal ist, so kann doch davon ausgegangen werden, daß der sich ergebende Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner, auf den dieses Verfahren Anwendung findet, in die Kategorie der 1×2-Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combi ner mit variablem Kopplungsverhältnis gehört.

Der 1×2-Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner mit va riablem Kopplungsverhältnis dient erfindungsgemäß als Einheit zur Ausbildung eines Lichtwellenleiter-Verzweigers oder Combiners mit einer Vielzahl von Abzweigungen, beispielsweise einem baumförmigen 1×32-Lichtwellenleiter-Verzweiger oder Combiner, einem sternförmigen 32×32-Lichtwellenleiter-Verzwei ger oder -Combiner o. dgl. Es ergibt sich also, daß das erfin dungsgemäße Prinzip der Änderung des Kopplungsverhältnisses von Bedeutung ist.

Es sei hinzugeführt, daß dann, wenn bei einem baumförmigen 1×32-Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner keine Einstel lung erfolgt, der beim endgültigen Kopplungsverhältnis der Vor richtung auftretende Fehler in beträchtlicher und unerwünschter Weise auf einen Maximalpegel vom 80 : 20 angehoben wird.

Da im Gegensatz hierzu erfindungsgemäß eine Einstellung der Vorrichtung praktisch bei jedem Operationsschritt durchgeführt werden kann, hat es sich bestätigt, daß das Kopplungsverhältnis bis in einen Bereich von 55 : 45 hinein verbessert werden kann und daß sich mit der Vorrichtung gute Ergebnisse bezüglich der Licht-Verzweigung und -Zusammenführung erzielen lassen.

Fig. 7 zeigt in schematischer Darstellung einen 2×2-Licht wellenleiter-Verzweiger oder -Combiner nach Anspruch 8, der derart ausgebildet ist, daß die Enden von zwei Lichtwellenlei tern a1 und a2, die von einem Doppelleiter-Bauelement A ausge hen, an Bauelemente C1 und C2 mit jeweils einem LWL angeschlos sen sind.

Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht eines baumförmigen 1×8-LWL-Verzweigers - oder Combiners nach Anspruch 9. Dieser ist aus drei Verzweiger-Bauelementen U1, U2 und U3 aufgebaut.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist ein Bauelement C1 mit einem LWL an ein primäres Verzweiger-Bauelement U1 ange schlossen, und zwar mit Hilfe einer Ausrichthülse S1. Dabei sind Bauelemente C2 und C3 am anderen Ende des Bauelements U1, nämlich auf der Combiner-Seite desselben, an sekundäre Ver zweiger-Bauelemente U2 und U3 angeschlossen, und zwar mit Hilfe von Ausrichthülsen S2 und S3. Die anderen Enden der Bauelemente U2 und U3 verzweigen sich in vier LWL mit Bauelementen C4, C5, C6 und C7 auf der Combiner-Seite. Außerdem sind die Bauelemente C4, C5, C6 und C7 auf der Verzweiger-Seite an vier Bauelemente A4, A5, A6 und A7 angeschlossen, und zwar mit Hilfe von Ausrichthülsen S4, S5, S6 und S7.

Bei dieser Konstruktion gelangt Strahlung P in das nur ei nen LWL aufweisende Bauelement C1, wird aufgeteilt und an die 8 Lichtwellenleiter a1 bis a8 weitergegeben.

Es sei darauf hingewiesen, daß ein sternförmiger 8×8-Licht wellenleiter-Verzweiger oder -Combiner durch zwei Sätze von baumförmigen 1×8 -Lichtwellenleiter-Verzweigern oder -Combinern aufgebaut werden kann.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, kann erfin dungsgemäß ein Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner grundsätzlich als 1×2-Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner mit variablem Kopplungs-Verhältnis konstruiert wer den, wobei Stirnflächen von Lichtwellenleitern miteinander ver bunden werden, ohne daß sich eine Änderung des Licht-Verzwei ger-Verhältnisses in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Lichtquelle ergibt und ferner ohne die Nachteile der bisher bekannten Lichtwellenleiter-Verzweiger oder -Combiner. Dement sprechend bietet die Erfindung folgende vorteilhafte Wirkungen:

(1) Für sämtliche Vorrichtungen wird unabhängig vom Kopp lungs-Verhältnis lediglich eine einzige Art eines Lichtwellen leiters einschließlich zweigeteilter Flächen eingesetzt. Folg lich kann die Genauigkeit des Kopplungsverhältnisses verbessert werden.
(2) Die Vorrichtung wird grundsätzlich so konstruiert, daß drei Bauteile lösbar zusammengebaut werden, nämlich zwei zylin drische Bauelemente und eine gemeinsame Ausrichthülse, in die die zylindrischen Bauelemente eingepaßt sind. Darüberhinaus läßt sich die Winkelposition des einen Anschlusses relativ zum anderen dadurch einstellen, daß man einen der im Preßsitz in der Ausrichthülse angeordneten Anschlüsse dreht. Dies bietet die Möglichkeit, kontinuierlich ein Flächenverhältnis zu än dern, welches gebildet wird zwischen einem Bereich sektorförmi ger Kontur, definiert durch zwei durch die Mittelachse der Lichtwellenleiter verlaufende Halbierungslinien und die äußere Umfangslinie der LWL, an zwei Lichtöffnungen auf der Verzwei ger-Seite der Vorrichtung und einem Gesamtbereich der LWL. Dies macht es möglich, den Lichtstrahl, der von einem Lichtauslaß abgegeben wird, mit frei wählbarem Kopplungsverhältnis einzu stellen.
(3) Wenn eine Mehrzahl von 2×2-Lichtwellenleiter-Verzwei gern miteinander verbunden wird, kann man in einfacher Weise aus diesen nicht nur einen baumförmigen 1×2^N-Lichtwellenleiter- Verzweiger aufbauen, sondern auch einen sternförmigen 2^N×2^N- Lichtwellenleiter-Verzweiger. Da unter diesen Umständen jeder 2×2-Lichtwellenleiter-Verzweiger lösbar in die zugehörige Aus richthülse eingesteckt ist, kann das Kopplungsverhältnis der Lichtwellenleitern auf der Verzweiger-Seite jeder Einheit ver gleichmäßigt werden. Außerdem kann, aufs Ganze gesehen, die Ge nauigkeit des Verzweiger-Verhältnisses der Vorrichtung verbes sert werden. Ergibt sich eine Fehlfunktion dadurch, daß einer der 2×2-Lichtwellenleiter-Verzweiger nicht korrekt arbeitet, so kann dieser einfach gegen einen neuen ausgetauscht werden. Dies trägt beträchtlich dazu bei, die Funktion und die Wirt schaftlichkeit jeder Vorrichtung zu verbessern, und zwar unter dem Gesichtspunkt der Wartung und Kontrolle des LWL-Verzweiger- oder Combiners.
(4) Außerdem können verschiedenste Typen von LWL-Verzwei gern oder -Combinern produziert werden, indem man die beschrie benen Bauelemente nach dem erläuterten Prinzip in geeigneter Weise miteinander kombiniert. Unter diesen Umständen kommen beispielsweise folgend Lichtwellenleiter für die Vorrichtung in Frage: Multi-Mode-Lichtwellenleiter, Mono-Mode-Lichtwellenlei ter und LWL für polarisiertes Licht. Alternativ können mehrere Lichtwellenleiter aus der vorstehend genannten Gruppe in Kombination eingesetzt werden. Da außerdem, wie oben erwähnt, die Vorrichtung nur eine geringe Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge aufweist, kann sie mit Vorteil als Lichtwel lenleiter-Verzweiger oder -Combiner für ein Gyroskop, einen Verstärker o. dgl. eingesetzt werden.

Claims

1. Bauelement für ein Lichtwellenleiter (LWL)-Verzweiger oder -Combiner mit einem ersten und und einem zweiten Anschluß element (α₁, α₂) derselben Außenabmessungen, von denen jedes unter Einsatz eines Klebstoffs (14) einen LWL (2) umschließt und die entlang einer Ebene in enger Berührung miteinander stehen, und zwar in einander gegenüberliegender, hinsichtlich ihrer Außenabmessungen symmetrischer Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Buchse (8) vorgesehen ist, in die das erste und zweite Anschlußelement (α₁, α₂), die halbzylindrisch ausgebildet sind, im Preßsitz eingesetzt sind, so daß sie über ihre ganzen axialen, ebenen Begrenzungsflächen in enger Berührung miteinander stehen, wobei sie durch folgende Schritte vorbereitet sind: Einführen eines LWL (2), dessen Aderhülle (4) entfernt worden ist, durch eine zentrale, abgestufte Öffnung (5) eines zylindrischen Anschlußstücks (1); Füllen der abgestuften Öffnung mit Klebstoff (14), während der LWL in versetzter Position entfernt von der axialen Mittelebene des zylindrischen Anschlußstücks (1) gehalten wird; Schleifen des vorderen Endes des zylindrischen Anschlußstücks rechtwinklig zur axialen Mittelebene; und sodann Schleifen des zylindrischen Anschlußstücks bis zum Erreichen der axialen Mittelebene, bis eine Hälfte des zylindrischen Anschlußstückes verschwunden ist (Fig. 1c).

2. Bauelement für eine LWL-Verzweiger oder -Combiner, mit einem ersten und einem zweiten Anschlußelement (α₁, β) derselben Außenabmessungen, von denen eines (α₁) unter Einsatz eines Klebstoffs (14) einen LWL (2) umschließt und die entlang einer Ebene in enger Berührung miteinander stehen, und zwar in einander gegenüberliegender, hinsichtlich ihrer Außenabmessungen symmetrischer Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Buchse (8) vorgesehen ist, in die das erste und zweite Anschlußelement (α₁, β), die halbzylindrisch ausgebildet sind, im Preßsitz eingesetzt sind, so daß sie über ihre ganzen axialen, ebenen Begrenzungsflächen in enger Berührung miteinander stehen, wobei das einen LWL umschließende Anschlußelement (α₁) durch folgende Schritte vorbereitet ist:
Einführen des LWL (2), dessen Aderhülle (4) entfernt worden ist, durch eine zentrale, abgestufte Öffnung (5) eines zylindrischen Anschlußstücks (1); Füllen der abgestuften Öffnung mit Klebstoff (14), während der LWL in versetzter Position entfernt von der axialen Mittelebene des zylindrischen Anschlußstücks (1) gehalten wird; Schleifen des vorderen Endes des zylindrischen Anschlußstückes rechtwinklig zur axialen Mittelebene; und sodann Schleifen des zylindrischen Anschlußstücks bis zur axialen Mittelebene, bis eine Hälfte des zylindrischen Anschlußstücks verschwunden ist (Fig. 2).

3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das massive Anschlußelement (β) durch folgende Schritte vorbe reitet ist: Schleifen des vorderen Endes des massiven zylindri schen Anschlußstückes rechtwinklig zur axialen Mittelebene; und sodann Schleifen des zylindrischen Anschlußstückes bis zum Erreichen der axialen Mittelebene, bis eine Hälfte des zylin drischen Anschlußstückes verschwunden ist.

4. 1×2-LWL-Verzweiger oder -Combiner gekennzeichnet durch eine gemeinsame Ausrichthülse (S), in die ein Bauelement

(A) nach Anspruch 1 von der einen Seiten aus und ein Bauelement
(B) nach Anspruch 2 von der anderen Seite aus mit geringer Kraft drehbar im Preßsitz eingepaßt sind, bis die vorderen Enden der Bauelemente (A, B) in enge Berührung miteinander treten (Fig. 3).

5. 2×2-LWL-Verzweiger oder -Combiner, gekennzeichnet durch eine gemeinsam Ausrichthülse (S), in die ein erstes Bauele ment (A) nach Anspruch 1 von der einen Seite aus und ein zwei tes Bauelement (A) nach Anspruch 1 von der anderen Seite aus mit geringer Kraft drehbar im Preßsitz eingesetzt sind, bis die vorderen Enden der Bauelemente in enge Berührung miteinander treten (Fig. 5)

6. 1×2-LWL-Verzweiger oder -Combiner, gekennzeichnet durch
ein mit einem zentralen LWL versehenes zylindrisches Bau element (C) auf der einen Seite der Vorrichtung,
ein Bauelement (A) nach Anspruch 1 auf der anderen Seite der Vorrichtung, und
eine gemeinsame Ausrichthülse (S), in die das Bauelement (C) von der einen Seite der Vorrichtung aus im Preßsitz einge setzt ist und in die das Bauelement (A) von der anderen Seite der Vorrichtung aus im Preßsitz eingesetzt ist, bis die vorde ren Enden des Bauelements (C) und des Bauelements (A) in enge Berührung miteinander treten (Fig. 6).

7. 1×2-LWL-Verzweiger oder -Combiner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem zentralen LWL versehene Bauelement (C) durch folgende Schritte vorbereitet ist: Einsetzen eines LWL, von dem die Aderhülle entfernt worden ist, durch eine zentrale feine Öffnung eines zylindrischen Anschlußstücks mit Hilfe eines Klebstoffs, während sich der LWL entlang der Mittelachse des Anschlußstücks erstreckt; und sodann Schleifen des vorderen Endes des zylindrischen Anschlußstücks rechtwinklig zur zentralen Achse (Fig. 6).

8. 2×2-LWL-Verzweiger oder -Combiner, gekennzeichnet durch
ein Bauelement (A) nach Anspruch 1 auf der einen Seite der Vorrichtung,
zwei LWL (a1, a2), die je von dem Bauelement (A) ausgehen, und
zwei mit einem zentralen LWL versehene Bauelemente (C1, C2) nach Anspruch 6 oder 7 auf der anderen Seite der Vorrichtung (Fig. 7).

9. Baumförmiger LWL-Verzweiger oder -Combiner mit mehreren 2×2-LWL-Verzweigern oder -Combinern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die LWL-Verzweiger oder -Combiner lösbar miteinander verbunden sind und eine 1×2^N-Schaltung bilden (Fig. 8).

10. Sternförmiger LWL-Verzweiger oder -Combiner mit mehre ren 2×2-LWL-Verzweigern oder -Combinern nach Anspruch 8, da durch gekennzeichnet, daß die LWL-Verzweiger oder -Combiner lösbar miteinander verbunden sind, um eine 2^N×2^N-Schaltung zu bilden.

11. Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes für einen LWL-Verzweiger oder -Combiner, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Einführen eines LWL, dessen Aderhülle entfernt ist, durch eine zentrale feine Öffnung eines zylindrischen Anschlußstücks, welches eine abgestufte Öffnung aufweist, um den LWL mit Hilfe eines Klebstoffs unbeweglich festzuhalten,
Füllen der abgestuften Öffnung mit dem Klebstoff, um den LWL in einer versetzten Position entfernt von der axialen Mittelebene anzuordnen,
Schleifen des vorderen Endes des zylindrischen Anschluß stücks rechtwinklig zur axialen Mittelebene,
Schleifen des zylindrischen Anschlußstücks zur Bildung ei nes ersten halbzylindrischen Anschlußelementes entlang der axialen Mittelebene, bis eine Hälfte des zylindrischen An schlußstücks verschwunden ist,
Vorbereiten eines zweiten halbzylindrischen Anschlußele ments derselben Außenabmessungen wie das erste Anschlußelement unter Durchführung der obigen Schritte,
enges miteinander in Berührung bringen der ersten und zwei ten halbzylindrischen Anschlußelemente zur Bildung einer einan der gegenüberliegenden Anordnung, und
Einsetzen der aus den ersten und zweiten halbzylindrischen Anschlußelementen bestehenden zylindrischen Anordnung im Preß sitz in eine zylindrische Buchse.

12. Verfahren zum Herstellen eines Bauelements für einen LWL-Verzweiger oder -Combiner, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Einführen eines LWL, dessen Aderhülle entfernt ist, in eine zentrale feine Öffnung eines zylindrischen Anschlußstücks, welches eine abgestufte Öffnung aufweist, um den LWL mit Hilfe eines Klebstoffs unbewegbar festzuhalten,
Füllen der abgestuften Öffnung mit einem Klebstoff, um den LWL in einer versetzten Position entfernt von der axialen Mittelebene anzuordnen,
Schleifen des vorderen Endes des zylindrischen Anschluß stücks rechtwinklig zur axialen Mittelebene,
Schleifen des zylindrischen Anschlußstücks zur Bildung ei nes ersten halbzylindrischen Anschlußelements entlang seiner axialen Mittelebene, bis eine Hälfte des zylindrischen An schlußstücks verschwunden ist,
Vorbereiten eines zweiten halbzylindrischen massiven An schlußelementes, welches keinen LWL enthält,
enges Miteinander in Berührung bringen der ersten und zwei ten halbzylindrischen Anschlußelemente zur Bildung einer einan der gegenüberliegenden Anordnung, und
Einsetzen der aus den ersten und zweiten halbzylindrischen Anschlußelementen bestehenden zylindrischen Anordnung im Preß sitz in eine zylindrische Buchse.