NL8204961A - Monomode optische transmissievezel met een taps eindgedeelte en werkwijze voor het vervaardigen daarvan. - Google Patents

Description

4 »*w * » PHN 10.532 1 N.V. Philips' Gloeilaitpenfahrleken te Eindhoven.

Monarcde optische transmissie vezel met een taps eindgedeelte en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op een monanode optische transmissievezel net een taps eindgedeelte. De uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke transmissievezel.

5 Deze transmissievezel en werkwijze zijn bekend uit het artikel: "Efficient coupling from semiconductor lasers into single-mode fibers with tapered hemispherical ends" in: "Applied Optics" Vol. 19 No. 15 aug. 1980 pag. 2578-2583. Van de in dit artikel beschreven transmissievezel heeft het tapse eindgedeelte een afgeronde top net een diameter 10 van ongeveer 25 micron. Deze top vertoont een lenswerking. Zoals in het genoemde artikel beschreven is, vertonen transmissievezels met een taps eindgedeelte voorzien van een halfronde top ten opzichte van transmissievezels met een recht en vlak eindgedeelte aanzienlijk betere eigenschappen voor wat betreft inkoppelrendement, toelaatbare 15 verplaatsingen van de vezel ten opzichte van de stralingsbron in de vorm van bijvoorbeeld een diodelaser en de, tengevolge van reflecties binnen de vezel optredende, terugkoppeling van de straling naar de stralingsbron.

Onder het inkoppelrendement wordt verstaan het quotiënt 20 van de door de transmissievezel opgevangen stralingsintensiteit van de bron en de totale stralingsintensiteit van deze bron.

Door het terugkpppeleffect kan een gedeelte van de door de diodelaser uitgezonden straling weer de laser binnentreden. De teruggekoppelde straling kan een ongewenste modulatie van de door de 25 diodelaser uitgezonden stralingsintensiteit veroorzaken.

Het met de taps toelopende monanode transmissievezel bereikbare inkoppelrendement, ongeveer 25 tot 30%, is weliswaar groter dan dat van een transmissievezel met een recht en vlak eindgedeelte, maar kant nog niet in de buurt van het in de praktijk gewenste inkoppel-30 rendement. De oorzaak daarvan is gelegen in het feit dat de brekingsindex van de kop van de vezel relatief laag is, namelijk gelijk aan die van de vezelkem, waardoor de door deze kop gevormde lens een relatief lage numerieke apertuur heeft, en relatief grote sferische 8204961 4 * PHN 10.532 2 aberraties vertoont.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel het inkoppelrendement van een taps toelopende monomode transmiss ie vezel aanzienlijk te verhogen. De transmissievezel volgens de uitvinding is daartoe gekenmerkt, 5 dat qp het tapse eindgedeelte een transparant materiaal met een bol-vormig oppervlak is aangehracht, welk materiaal een brekingsindex heeft die aanzienlijk groter is dan die van de transmissievezelkem.

Het genoemde materiaal vormt een lens, waarvan de numerieke apertuur aanzienlijk groter is dan die van de bekende transmissie-10 vezel met taps eindgedeelte.

Opgemerkt wordt dat het uit de ter inzage gelegde Duitse octrooiaanvrage No. 2.535.161 qp zichzelf bekend is een transmissievezel te voorzien van een lens in de vorm van een homogeen en transparant materiaal met een bolvormig oppervlak. De transmissie vezel 15 volgens de genoemde Duitse octrooiaanvrage heeft echter geen taps eindgedeelte, zodat in deze transmissievezel niet het voordeel van een lens op het vezeleinde net de voordelen van een taps toelopende vezel verenigd zijn. Verder openbaart de Duitse octrooiaanvrage No. 2.535.161 niet dat de brekingsindex van het qp het vezeleinde aange-20 brachte extra materiaal groter meet zijn dan die van de vezelkem. Tenslotte heeft de Duitse octrooiaanvrage No. 2.535.161 betrekking qp een irultimode transmiss ievezel en niet qp een monomede vezel.

Ben voorkeursuitvoeringsvorm van de monemode transmissie-vezel vertoont als verder kenmerk, dat het materiaal glas is.

25 De lens op het transmissie vezeleinde kan van een homogeen glas zijn. In dat geval zal deze lens bij voorkeur als verder kenmerk vertonen, dat op het bolvormige buitenoppervlak een anti-reflectielaag is aangebracht.

Een andere uitvoeringsvorm van de lens vertoont als verder 30 kenmerk, dat de brekingsindex van het materiaal vanaf het bolvormige buitenoppervlak naar het binnenoppervlak een bepaalde gradiënt vertoont.

Volgens een verder kenmerk van de monemode transmissievezel is de laagste brekingsindex van het materiaal met het bolvormige 35 oppervlak ongeveer t,9 en de brekingsindex van de vezelkem ongeveer 1,5.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de transmissievezel vertoont als verder kenmerk, dat de lengte van het tapse eindgedeelte van de 8204961 φ * ΡΗΝ 10.532 3 arde van grootte van de diameter van het rechte vezelgedeelte is.

Ben dergelijke transmissie vezel heeft een beter inkcppelrendeirent dan een transmissievezel waarvan het tapse eindgedeelte aanzienlijk langer is, zoals de transmissievezel volgens het genoemde artikel S in "Applied Opties" Vol. 19 No. 15 pag. 2578-2583.

Het materiaal met het bolvormige oppervlak kan aangebracht zijn cp een rond uiteinde van de taps toelopende vezel. Een voerkeursuitvoeringsvom van de monomode transmissievezel vertoont bij voorkeur als verder kenmerk, dat het materiaal met een bolvormig oppervlak is aangebracht op een plat 10 eindvlak van het tapse eindgedeelte van de transmissievezel.

Opgemerkt wordt dat het aanbrengen van een plan-convexe lens pp een plat eindvlak van een transmissievezel op zichzelf bekend is, behalve uit de reeds genoemde Duitse octrooiaanvrage No. 2.535.161 ook uit de Duitse octrooiaanvrage No. 2.630.632. De laatstgenoemde 15 octrooiaanvrage beschrijft echter een transmissievezel met een recht eindgedeelte in plaats van een taps eindgedeelte. Bovendien wordt in deze octrooiaanvrage gesteld dat de brekingsindex van de lens bij voorkeur kleiner is dan die van het vezelmateriaal.

Een verder aspekt van de uitvinding betreft de werkwijze voor 20 het vervaardigen van de monanode transmissievezel. Zoals in het reeds genoemde artikel in "Applied Opties" Vol. 19, No. 15, pag. 2578-2583 beschreven is, kan een monemede optische transmissievezel met een taps eindgedeelte verkregen worden door een rechte transmissievezel in een boogontlading te rekken totdat hij breekt. De werkwijze volgens de uit-25 vinding vertoont als kenmerk, dat bet tapse eindgedeelte wordt onderge-dompeld in een vloeibaar transparant materiaal net een brekingsindex groter dan die van de vezelkem, het tapse eindgedeelte uit het vloeibare materiaal wordt getrokken en het aan het vezeleinde hechtende materiaal tot een vaste lens vorm verstard wordt.

30 Bij voorkeur wordt, alvorens het tapse eindgedeelte in het vloeibare materiaal wordt gedompeld, aan dit eindgedeelte een plat eindvlak gemaakt.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: 35 Figuur 1 een bekende monanode transmissievezel met een taps eindgedeelte toont,

Figuur 2 de werkwijze volgens de uitvinding voor het aanbrengen van een , lensje cp een vezeleinde illustreert, 8204961 EHN 10.532 4 de Figuren 3a, 3b en 3c verschillende uitvoeringsvormen van een volgens deze werkwijze verkregen transmiss ie vezel laten zien, en Figuur 4 illustreert hoe een transmissievezel net een taps eindge-deelte voorzien van een plat eindvlak verkregen kan'worden.

5 De transmissievezel 1 volgens Figuur 1 is opgebouwd uit een kern 2 en een mantel 3. De brekingsindex van het kernmateriaal is iets verschillend van die van het mantelmateriaal, zodat het grootste gedeelte van het de vezelkem binnentredende licht, via het mechanisme van totale reflectie aan de overgangen van kern naar mantel, door de 10 kern wordt geleid. De brekingsindex n2 van het mantelmateriaal is bijvoorbeeld 1,5, terwijl de brekingsindex n^ van het kernmateriaal bijvoorbeeld ongeveer 0.3 % hoger is. De hier beschreven transmissievezel is een monomode vezel, hetgeen betekent dat slechts straling met een bepaalde trillingsmodus zich door de vezelkem kan voort-15 platen. Voor een dergelijke vezel is de diameter van de kern aanzienlijk kleiner dan de diameter van de mantel. Zo is bijvoorbeeld de eerste diameter ongeveer 7 micron, terwijl de tweede diameter ongeveer 125 micron is.

Het grootste gedeelte'4 van de transmissievezel is recht.

20 Het eindgedeelte 5 loopt echter taps toe en heeft een afgeronde top 6.

De ronde top wordt automatisch verkregen bij het rekken van een rechte transmissievezel in een boogontlading totdat de rechte vezel breekt. De vorm van het tapse gedeelte en de straal van de ronde top 6 worden daarbij bepaald door de snelheid van uitrekken. De ronde top 25 heeft een straal van bijvoorbeeld 12,5 micron en vertoont een lenswerking.

Volgens de uitvinding wordt, ter vergroting van het inkoppel-rendement, een lens met een hoge brekingsindex op het eindgedeelte 5 van de vezel aangebracht. Ben lens met een hoge brekingsindex heeft in het algemeen een grote numerieke apertuur en vertoont een geringe 30 sferische aberratie. Deze lens wordt gevormd door het eindgedeelte 5 in een vloeibaar of visoeus materiaal 7 onder te dompelen, zoals in Figuur 2 schematisch is aangegeven. Bat materiaal 7 is bij voorkeur een glas dat in een kroes 8 gesmolten is, zoals schematisch is aangegeven met de vlam 9. Het glas is een zacht glas zodat het vezeleinde 5 door 35 de onderdompeling niet vervormt. Bat materiaal 7 heeft een brekingsindex n^ die groter is dan die van het vezelkem-materiaal. Een goed resultaat wordt verkregen door het aanbrengen van een glas met een brekingsindex n^ = 1,9 qp een vezel met n2 = 1,5. Het glas is bijvoor- 8204961 iijif PHN 10.532 5 beeld van bet type SF59. Er moet een glas gekozen worden waarvan de brekingsindex niet wezenlijk afneemt bij het weekmaken en weer laten afkoelen.

Bij het uit de kroes trekken van het vezeleinde zal een 5 gedeelte van het materiaal 7 aan de vezel blijven hangen. Tengevolge van de qppervlakte-spanning zal, bij een bepaalde viscositeit, deze hoeveelheid materiaal een bepaalde, in de Figuren 3a, 3b en 3c met 10 aangegeven, druppelvorm aannemen. De afmetingen en de vorm van deze druppel kunnen werden beïnvloed door de diepte van de onderdompeling 10 en de temperatuur van het materiaal 7 in de kroes 8. Verder zal de vorm van het eindgedeelte 5 van de vezel de vorm van de druppel 10 mede bepalen.

Nadat het vezeleinde 5 met de druppel 10 uit het materiaal 7 getrokken is, laat men de druppel afkoelen indien deze van glas is.

15 Er wordt zodoende een lensje 10 op het vezeleinde gevormd.

In de Figuren 3a, 3b en 3c zijn uitvoeringsvormen van een transmissievezel met een dergelijke lens weergegeven. Figuur 3a toont een transmissievezel met een relatief lange lens 10, die verkregen is door bijvoorbeeld het vezeleinde relatief diep in de kroes 8 20 te donpelen. Daarbij kan men de lens 10 ode uit lagen opbouwen, waarbij de vezel een aantal raaien in de kroes 8 wordt gedompeld en tussen de onderdompelingen het materiaal af gekoeld wordt.

Figuur 3b toont een uitvoeringsvorm met een relatief dunne lens die verkregen wordt door slechts een klein gedeelte van het 25 vezeleinde in de kroes te datpelen.

Figuur 3c tenslotte vertoont een voorkeursuitvoeringsvorm.

De lens 10 is nu aangebracht op een plat eind vlak 11 van de transraissie-vezel. Om een dergelijk plat eindvlak te verkrijgen kan de op de bekende manier vervaardigde vezel volgens Figuur 1 op een bepaalde 30 hoogte van het tapse gedeelte 5 worden afgesneden.

In het bovenste gedeelte van Figuur 4 is, zeer schematisch, een werkwijze geïllustreerd die bij voorkeur wordt toegepast voor het verkrijgen van een taps toelopende transmissievezel met een plat eindvlak. Daarbij wordt weer uitgegaan van een rechte transmissievezel 35 die eerst over een bepaalde afstand gerekt wordt. In de zo verkregen vezel 14 wordt met een pen 15 van een randsnij-apparaat een kras 16 gemaakt. Dan wordt de vezel 14 verder gerekt totdat hij breekt, waarbij het breukvlak een plat vlak ter plaatse van de kras is. Er worden 8204961 « PHN 10.532 6 dan twee taps toelopende vezels 4 net platte eind vlakken verkregen zoals het onderste gedeelte van Figuur 4 laat zien.

Bij het rekken van de rechte transmiss ieveze 1 kan aan beide einden van deze vezel getrokken worden. Het is echter gebleken 5 dat een beter resultaat verkregen wordt indien een einde van de rechte vezel onbeweegbaar vastgezet wordt en alleen aan het andere einde van de vezel wordt getrokken. Van de na het breken van de rechte vezel verkregen vezelgedeelten heeft het gedeelte dat onbeweegbaar bevestigd was een aanzienlijk korter taps eindgedeelte (bijvoorbeeld 10 125micron) dan het vezelgedeelte waaraan getrokken werd. De trans- missievezel roet een korter taps eindgedeelte heeft een groter inkoppel-rendement dan een transmissievezel met een langer taps eindgedeelte.

De lens die verkregen is volgens de in Figuur 2 geïllustreerde werkwijze bestaat uit een homogeen materiaal met een relatief hoge 15 brekingsindex. Hat oppervlak van deze lens kan een gedeelte van het invallende licht reflecteren. Cm het reflectieverlies te verminderen kan op het buitenoppervlak 12 van de lens 10 een antireflectielaag 13, zoals in de Figuren 3b en 3c getoond, aangebracht worden. Het reflectieverlies kan ook worden verminderd door de brekingsindex van 20 de lens 10 een bepaald verloop te geven. Daartoe kan bijvoorbeeld de lens 10 worden ondergedcmpeld in een zoutoplossing waarbij een ionenuitwisseling tussen de lens en de zoutoplossing plaats vindt, zodat een zogenaamde gradiënt-index lens ontstaat. De laagste brekingsindex in de lens 10 is daarbij nog aanzienlijk groter dan de 25 brekingsindex van de transmissievezelkem.

In een gerealiseerde uitvoeringsvorm van een transmissievezel roet een kemdiameter van ongeveer 7 micron, een manteldiameter van ongeveer 125 micron en een brekingsindex van ongeveer 1,5, welke transmissievezel een kort taps eindgedeelte met een plat 30 eindvlak had waarop een gradiënt index lens met een diameter van ongeveer 30 micron en net een laagste brekingsindex van ongeveer 1,9 was aangebracht, werd een inkoppelrenderoent van meer dan 60% bereikt.

35 8204961

Claims (11)

1. Monanode optische transmissievezel met een taps eindgedeelte, met het kenmerk, dat cp het tapse eindgedeelte een transparant materiaal met een bolvormig oppervlak is aangebracht, welk materiaal een brekingsindex heeft die aanzienlijk groter is dan die van de trans- s missievezelkem.

2. Monanode optische transmissievezel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het materiaal met het bolvormige oppervlak glas is.

3. Monanode optische transmissievezel volgens conclusie 1 of 2, 10 waarbij het materiaal met het bolvormige oppervlak homogeen is, met het kenmerk, dat op het bolvormige buitenoppervlak een anti^reflectielaag is aangetracht.

4. Monanode optische transmissievezel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de brekingsindex van het materiaal vanaf het 15 bolvarmige buitenoppervlak naar het binnenoppervlak een bepaalde gradiënt vertoont.

5. Monanode optische transmissievezel volgens conclusie 1,2, 3 of 4, met het kenmerk, dat de laagste brekingsindex van het materiaal, met het bolvormige oppervlak ongeveer 1,9 is en de brekingsindex 20 van de vezelkem ongeveer 1,5.

6. Monanode optische transmissievezel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de lengte van het tapse eindgedeelte van de orde van grootte van de diameter van het rechte vezel-gedeelte is.

7. Monanode optische transmissievezel volgens een der voor gaande conclusies, met het kenmerk, dat het materiaal met het bolvormige eindvlak is aangebracht op een plat eindvlak van het tapse eindgedeelte van de transmissievezel.

8. Werkwijze voor het vervaardigen van een monanode optische 30 transmissievezel volgens conclusie 1, waarbij een rechte transmissievezel in een boogontlading wordt gerekt totdat hij breekt zodat er een vezel met een taps einddeel wordt verkregen, net bet kenmerk, dat het tapse eindgedeelte wordt ondergedompeld in een vloeibaar transparant materiaal met een brekingsindex groter dan die van de vezelkem, 35 het tapse eindgedeelte uit het vloeibare materiaal wordt getrokken en het aan het vezeleinde hechtende materiaal tot een vaste lensvorm verstard wordt.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat alvorens 8204961 PHN 10.532 8 J » het tapse einddeel van de transmiss ie vezel in het vloeibare materiaal gebracht wordt, aan dit einddeel een plat eindvlak gemaakt wordt.

10. Vferkwijze volgens concusie 9, met het kenmerk, dat een taps toelopende vezel met een plat eindvlak wordt verkregen door een rechte 5 transmissievezel eerst uit te rekken, vervolgens een ronde kras op deze vezel te maken en tenslotte de vezel verder uit te rekken totdat hij breekt qp de plaats van de kras.

11. Werkwijze volgens conclusie 8 of 10, met het kenmerk, dat bij het rekken van de transmissievezel slechts aan één kant van deze 10 vezel getrokken wordt, zodat het tapse eindgedeelte van een van de twee verkregen transmissievezels aanzienlijk korter is dan dat van de andere transmissievezel. 15 20 25 30 35 8204961