DE68918024T2

DE68918024T2 - Optische Sternkoppler.

Info

Publication number: DE68918024T2
Application number: DE68918024T
Authority: DE
Inventors: Benjamin James Ainslie; David Bryan Mortimore; David Brian Payne
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1988-07-12
Filing date: 1989-07-06
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2009-07-07
Also published as: ES2057129T3; AU3875489A; ATE111234T1; GB8816521D0; IE892224L; CA1321912C; JPH03505931A; HK137396A; IE62134B1; EP0353870A1; AU626562B2; US5129021A; EP0353870B1; JP2672165B2; WO1990000751A1; DE68918024D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Optokopplern, insbesondere zum Verteilen von Licht von einer optischen Einmodenfaser auf zwei oder mehr optische Einmodenfasern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Optokoppler anzugeben, bei dem das Licht von der einen Einmodenfaser gleichmäßig auf die anderen Fasern unabhängig von der Wellenlänge übertragen wird.
Ein Verfahren zur Herstellung solcher Koppler ist z.B. in JP-A-57 186 730 offenbart.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren zum Bilden eines 1xN- Stern-Optokopplers mit einer Eingangs-Einmodenfaser und N identischen Ausgangs-Einmodenfasern an, wobei N zwei oder mehr ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
(a) Bilden von N+1 Faserabschnitten, von denen jeder eine an eine kernlose Faser schmelzgespleißte optische Einmodenfaser umfaßt;
(b) Anbringen der N + 1 Faserabschnitte in einem Former, so daß die N Ausgangs-Einmodenfasern von einem Ende des Formers aus verlaufen, und daß eine Eingangs-Einmodenfaser von dem anderen Ende des Formers aus verläuft, wobei die N Ausgangsfasern zentralsymmetrisch bezüglich der Eingangsfaser positioniert werden, und die Verteilung der Ausgangsfasern bezüglich einer gegebenen Ausgangsfaser identisch mit der bezüglich einer beliebigen anderen Ausgangsfaser ist, wobei der Former ausgebildet ist, um die Fasern in ihren Positionen zu halten und ein Material mit einem Brechungsindex umfaßt, der genauso groß oder geringfügig kleiner als der des Mantels der Faserabschnitte ist;
(c) Positionieren aller Schmelzspleiße in im wesentlichen derselben Ebene; und
(d) Bilden eines Verjüngungsabschnitts (Taper) aus der Former- und Faseranordnung, so daß die Grundmodenfelder beiderseits der Schmelzspleiße in einem Bereich des Verjüngungsabschnitts im wesentlichen angepaßt sind.
Das vorliegende Verfahren liefert einen optischen Sternkoppler mit einer an zwei oder mehr identische Ausgangs-Einmodenfasern in einem verjüngten Kopplerabschnitt angespleißten Eingangs- Einmodenfaser, wobei die Ausgangsfasern eine Ausgangsfaseranordnung bilden, wobei die Ausgangsfaseranordnung verjüngt (tapered) ist, die Ausgangsfasern zentralsymmetrisch bezüglich der Eingangsfaser positioniert sind, so daß die Ausgangsfasern von der Eingangsfaser mit der gleichen optischen Feldamplitude und Phase beleuchtet werden, wobei die Verteilung der Ausgangsfasern bezüglich einer gegebenen Ausgangsfaser identisch mit der bezüglich einer beliebigen anderen Ausgangsfaser auf der gesamten Verjüngung ist, so daß die Lichtenergie gleichmäßig auf die Ausgangsfasern verteilt wird und die Grundmodenfelder der Eingangsfaser und der Ausgangsfaseranordnung an beiden Seiten der Spleißstelle im wesentlichen angepaßt sind.
Die Positionen der Fasern stellen sicher, daß bei Gebrauch die Ausgangsfasern mit der gleichen optischen Feldamplitude und Phase beleuchtet werden, und da die Anordnung der Fasern bezüglich einer gegebenen Ausgangsfaser identisch mit der bezüglich einer beliebigen anderen Ausgangsfaser ist, wird die Energie des Lichts in der Eingangsfaser gleichmäßig auf die Ausgangsfasern verteilt.
Um eine Vorrichtung mit geringem Verlust zu erhalten, muß der Übergang im Modenfeld von dem der einzelnen Eingangsfaser zu dem der Ausgangsfasern allmählich sein. Diese Modenumwandlung wird durch die Verjüngung erreicht.
Der Former trägt die Faserabschnitte und bewahrt deren korrekte relative Positionen während des Verjüngungsprozesses, indem er Material liefert, das die Spalten zwischen den Fasern füllt. Vorteilhafterweise ist dieses Material dasselbe wie das Fasermantelmaterial, z B. Siliziumdioxid.
Ausgestaltungen der Erfindung und Verfahren zur Herstellung werden nun anhand von Beispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Glasformers zum Halten der Fasern in Position während des Bildens einer Verjüngung;
Figur 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer vor dem Verjüngen an eine kernlose Faser angeschmolzenen Einmodenfaser vor dem Verjüngen unter Verwendung des Formers aus Figur 1;
Figur 3 einen schematischen Querschnitt des Formers aus Figur 1 und der Fasern aus Figur 2 vor dem Bilden einer Verjüngung;
Figur 4 eine schematische Querschnittsendansicht eines Formers ohne zentrales Loch;
Figur 5 eine schematische Längsansicht eines erfindungsgemäßen Kopplers.
Die Fasern können in ihrer korrekten relativen Position für die Verjüngung von einem Glasformer 2 gehalten werden, wie in Figur 1 gezeigt. Diese Struktur, die aus einem zentralen Loch 4, umgeben von acht bei konstantem Radius gleich beabstandeten Löchern 6, besteht, kann günstig durch Ziehen eines großen gebohrten Glasstabs hergestellt werden. Der Stab wird so gezogen, daß die Löcher gerade groß genug sind, um jeweils eine einzige Faser aufzunehmen. Neun Faserstücke werden vorbereitet, von den jedes eine an ein Stück kernlose Faser oder "Dummy"-Faser 14 schmelzgespleißte Einmodenfaser 12 umfaßt, wie in Figur 2 gezeigt. Bezogen auf Figur 3 werden die Fasern in den Former 2 eingeführt, so daß die Spleiße alle in der gleichen Ebene A liegen, so daß eine zentrale Faser aus dem Former an dem Ende vorsteht, das dem äußeren Ring aus Fasern gegenüberliegt, von denen der Klarheit wegen nur zwei in Figur 3 gezeigt sind. Die zentrale Faser bildet die eine Eingangsfaser (I) und die anderen acht die Ausgangsfasern O&sub1; bis O&sub8;. Die Anordnung wird dann auf eine Temperatur erhitzt, die genügt, damit der Former aufgrund von Oberflächenspannung schrumpft. In diesem Stadium kann Vakuum eingesetzt werden, um das Kollabieren zu unterstützen, und/oder möglicherweise eingefangene Luft zu entfernen. Die Erhitzung wird fortgesetzt, bis ein homogener Siliziumdioxidstab gebildet ist. Der Glasformer wird um die Spleißstelle herum erhitzt und gezogen, um einen Verjüngungsabschnitt zu bilden, wobei die erhitzte Länge ausreichend ist, um kleine Verjüngungswinkel und damit niedrige Dämpfung sicherzustellen. Die Verjüngung wird fortgesetzt, bis die Durchmesser der Kerne ausreichend abgenommen haben, so daß die Modenfelder an beiden Seiten des Spleißes hinreichend angepaßt sind. In der Praxis kann Licht in die zentrale Faser eingekoppelt werden, und die Vorrichtung wird gezogen, bis das Ausgangssignal ein Maximum erreicht.
Bei einer anderen Herstellungstechnik wird ein Glasformer 20 ohne zentrales Loch verwendet. Bei diesem Verfahren werden die vorbereiteten Fasern 10 wie in Figur 4 gezeigt in den Glasformer eingeführt (der Klarheit wegen sind nur zwei Fasern gezeigt). Der Former wird wie oben beschrieben kollabiert und wird dann gezogen, um einen Verjüngungsabschnitt mit einem Taillendurchmesser gleich dem Durchmesser einer einzelnen Faser 10 zu bilden. Die Struktur wird dann an der Taille gespalten und mit einer einzelnen Faser schmelzgespleißt. Die Spleißstelle wird weiter verjüngt, um die Modenfelder beiderseits des Spleißes anzugleichen. Die Verjüngung wird fortgesetzt, bis maximale Leistungstransmission erreicht ist.
Mit Bezug auf Figur 5 wird Licht betrachtet, das sich entlang der einzelnen Eingangsfaser I in Richtung des mit 22 bezeichneten Verjüngungsabschnittbereichs ausbreitet. Bei der Bewegung des Lichts entlang des Verjüngungsabschnitts 22 expandiert sein Modenfeld und ist schließlich beschränkt durch die Grenzschicht zwischen Mantel und externem Medium. in diesem zentralen Bereich 24 des Verjüngungsabschnitts spielen die Faserkerne bei der Führung des Feldes nur eine geringe Rolle und die Ausgangsfasern O&sub1; bis O&sub8; wirken wie eine einzige Ausgangsfaseranordnung. Daher sind die Modenprofile der einzelnen Faser 1 und der Ausgangsfaseranordnung hinreichend gut angepaßt. Dadurch ist sichergestellt, daß das optische Feld diesen kritischen Bereich 24 mit geringer Dämpfung durchläuft. Im oberen Verjüngungsabschnittbereich 26 fangen die wachsenden Kerne allmählich gleiche Mengen des optischen Feldes ein, so daß, wenn die Fasern ihre normale Größe erreicht haben, jede Faser die gleiche optische Leistung führt.
1XN-Koppler mit anderen Werten von N können mit diesen Verfahren gebildet werden. Dazu brauchen die Ausgangsfasern nicht in einer symmetrischen kreisformigen Anordnung angebracht zu werden. Zum Beispiel kann auch durch Anbringen von vier Fasern an den Ecken eines Rechtecks gleiche Kopplung erreicht werden, da jede in dem gleichen relativen Abstand und der gleichen Winkelanordnung bezüglich der anderen drei positioniert ist, d. h. daß sie bezüglich der anderen Ausgangsfasern identisch positioniert sind.
Die Einführung der Fasern 10 in die Former 20 kann unterstützt werden durch die Verwendung eines Schmierfluids, das vor oder während der Anwendung von Hitze zur Bildung des Verjüngungsabschnitts leicht verdampft, z.B. Methanol, Ethanol, Aceton oder andere derartige Fluide.

Claims

1. Verfahren zum Bilden eines optischen 1xN-Sternkopplers mit einer Eingangs-Einmodenfaser (I) und N identischen Ausgangs- Einmodenfasern (O&sub1;,...,O&sub8;), wobei N zwei oder mehr ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

(a) Bilden von N + 1 Faserabschnitten (10), von denen jeder eine an eine kernlose Faser (14) schmelzgespleißte optische Einmodenfaser (12) umfasßt;

(b) Anbringen der N + 1 Faserabschnitte in einem Former (2), so daß die N Ausgangs-Einmodenfasern (O&sub1;,... ,O&sub8;) von einem Ende der Former aus verlaufen und die Eingangs-Einmodenfaser (I) vom anderen Ende der Former aus verläuft, wobei die N Ausgangsfasern zentralsymmetrisch bezüglich der Eingangsfaser positioniert werden und die Verteilung der Ausgangsfasern bezüglich einer gegebenen Ausgangsfaser identisch mit der bezüglich einer beliebigen anderen Ausgangsfaser ist, wobei der Former ausgebildet ist, um die Fasern in ihren Positionen zu halten und Material mit einem Brechungsindex umfaßt, der genauso groß oder geringfügig kleiner als der des Mantels der Faserabschnitte ist;

(c) Positionieren aller Schmelzspleiße in im wesentlichen derselben Ebene in der Former (A); und

(d) Bilden eines Verjüngungsabschnitts (22, 26) aus der Former- -und Faseranordnung, so daß die Grundmodenfelder beiderseits der Schmelzspleiße in einem Bereich des Verjüngungsabschnitts im wesentlichen angepaßt sind.

2. Verfahren zum Bilden eines optischen 1xN-Sternkopplers, wobei N zwei oder mehr ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

(a) Einführen von N identischen Ausgangs-Einmodenfasern (O&sub1;,...,O&sub8;) in einen Former (2), so daß sie von derselben Seite des Formers aus verlaufen, wobei die Verteilung der Ausgangsfasern bezüglich einer gegebenen Ausgangsfaser identisch mit der bezüglich einer beliebigen anderen Ausgangsfaser ist, wobei der Former ausgebildet ist, um die Fasern in ihren Positionen zu halten und Material mit einem Brechungsindex umfaßt, der genauso groß oder geringfügig kleiner als der des Mantels der Faserabschnitte ist;

(b) Bilden eines Verjüngungsabschnitts aus der Former- und Faseranordnung, mit einem Taillendurchmesser, der im wesentlichen dem Durchmesser einer einzelnen Faser gleicht;

(c) Spalten des Verjüngungsabschnitts an der Taille (24);

(d) Schmelzspleißen des gespaltenen Verjüngungsabschnitts an eine Eingangs-Einmodenfaser, so daß die N Ausgangsfasern zentralsymmetrisch bezüglich der Eingangsfaser positioniert sind; und

(e) weiteres Verjüngen des Verjüngungsabschnitts, um die Grundmodenfelder beiderseits des Spleißes anzugleichen.

3. Verfahren zum Bilden eines Kopplers nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem ein Schmiermittel auf die Fasern vor ihrer Einführung in den Former angewandt wird.

4. Verfahren zum Bilden eines Kopplers nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem ein Schmiermittel auf den Former vor der Einführung der Fasern angewandt wird.

5. Verfahren zum Bilden eines Kopplers nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei dem das Schmiermittel Ethanol ist.

6. Verfahren zum Bilden eines Kopplers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Angleichung der Grundmodenfelder bestimmt wird durch Verjüngen, bis maximale Leistungstransmission von der Eingangsfaser erreicht wird.

7. Verfahren zum Bilden eines Kopplers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem N gleich 4 ist.

8. Verfahren zum Bilden eines Kopplers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem N gleich 8 ist.