DE2440528A1

DE2440528A1 - Koppler fuer dielektrische lichtwellenleiter

Info

Publication number: DE2440528A1
Application number: DE2440528A
Authority: DE
Inventors: Michael Robert Matthews
Original assignee: Post Office
Current assignee: Post Office
Priority date: 1973-08-24
Filing date: 1974-08-23
Publication date: 1975-03-06
Also published as: FR2241797B1; DE2440527A1; AU7240274A; JPS5051745A; NL7411135A; CA1016790A; NL7411136A; FR2241796A1; JPS5089048A; CA1026657A; GB1448741A; FR2241797A1; US3976355A; AU7240074A

Description

Patentanwälte Dip'.**r»g· R. B E ε τ ζ sen."

DIpI -Ing. K. LAMPRECHT

Or.-lng.R. BEETZ jr.
I Mönchen 22, Suliudorf»tr. 10

2U0528

41-25·O99P

25. August 1974

THE POST OFFICE, London (Großbritannien)

Koppler für dielektrische Lichtwellenleiter

Die Erfindung betrifft einen Koppler für dielektrische Lichtwellenleiter und ein Herstellungsverfahren für den Koppler.

Die Begriffe "Licht" und "optisch" sollen dabei hier die Bereiche des elektromagnetischen Spektrums erfassen, die üblicherweise mit "infrarot", "sichtbar" und "ultraviolett" bezeichnet werden.

Der Begriff "Lichtleitfaser" hat dabei die gleiche Bedeutung wie "dielektrischer Lichtwellenleiter".

41-(EP 8312O Gase A)-Me-r (8)

SQ981Q/Ö829

-Z-

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.Die ideale Koppeltechnik für Lichtleitfasern muß die folgenden Forderungen erfüllen:

A. Die hergestellte Kopplung soll eine große Übertragungsgüte besitzen;

B. zur Herstellung der Kopplung soll keine besondere Geschicklichkeit erforderlich sein;

C. die Kopplung soll billig sein;

Dydie Kopplung soll zur Herstellung gleichzeitiger (simultaner) Kopplung zwischen einer großen Anzahl von Lichtleitfasern, wie in einem Kabel, anpaßbar sein.

Herkömmliche Koppler erfüllen selten mehr als eine dieser Forderungen. Zwei herkömmliche Koppeltechniken seien kurz erwähnt:

Die erste Technik besteht im Aneinanderstoßen der Enden der zu koppelnden beiden Lichtleitfasern und im Verschmelzen der Enden miteinander. Diese Technik erfordert die Verwendung komplizierter Positioniergeräte, damit die Lichtleitfasern vor dem Verschmelzen genau positioniert oder in Lage gebracht werden können. Das verlangt ein beträchtliches Geschick des Bedieners und die Verwendung komplexer und teurer Ausrüstung.

Die zweite Technik besteht im Anordnen der zu koppelnder Lichtleitfasern in einer Vertiefung in einer Platte, Zu-

sammenschieben der Enden, Anbringen einer zweiten Platte auf den Fasern und Zusammenklemmen der Platten. Diese Technik ist'schwer an die gleichzeitige Handhabung einer großen An-

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zahl von Fasern anzupassen und erfordert darüber hinaus die Verwendung von Klammern oder Klemmen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, unter Vermeiden der genannten Nachteile, einen billigen, leicht zu handhabenden dielektrischen Licht-Koppler hoher Übertragungsgüte, der an das gleichzeitige Koppeln einer großen Anzahl von Lichtleitfasern anpaßbar ist, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung vorzusehen.

Bei einem Koppler für dielektrische Lichtwellenleiter zum Lichtkoppeln eines ersten und eines zweiten Längsabschnittes eines dielektrischen Lichtwellenleiters, mit einem Glied, das eine sich zwischen einer ersten und einer zweiten Endfläche des Glieds erstreckende Durchführung zum Aufnehmen und Ausrichten der Enden des ersten und des zweiten Längsabschnitts des dielektrischen Lichtwellenleiters besitzt, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Durchführung sowohl an der ersten als auch an der zweiten Endfläche des Gliedes nach außen abgeschrägt ist.

Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kopplers ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ende eines Rohrs mit einer mit Flüssigkeit gefüllten Kapillarbohrung in eine mit der Flüssigkeit mischbares Ätzmedium eingetaucht wird.

Die Erfindung weist also ein Kapillarrohr auf, in das an jeder Seite zwei zu koppelnde dielektrische Lichtwellenleiter eingeführt werden können. Die Kapillarbohrung ist an jedem Ende abgeschrägt oder gefast, um die Einführung der dielektrischen Lichtwellenleiter zu erleichtern. Die dielektrischen Lichtwellenleiter werden in die Kapillarboh-

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rung geschoben, bis ihre Enden aneinanderstoßen. Die Kapillarbohrung kann mit einem Brechzahl ausgleichenden Fluid gefüllt sein, um die Übertragungsgüte der Kopplung zu erhöhen.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Erfindungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Teil eines Licht-Nachrichtenübertragungssystems, das einen erfindungsgemäßen Koppler verwendet,

Fig. 2 den Überlappungsbereich zwischen zwei dielektrischen Lichtwellenleitern in einem erfindungsgemäßen Koppler für dielektrische Lichtwellenleiter.

Ein Paar dielektrischer Lichtwellenleiter wird gemäß der Erfindung zusammengekoppelt durch Bilden einer Hochleistungs-Stoßverbindung innerhalb eines Glaskapillarrohrs mit enger Bohrung, wobei der Bohrungsdurchmesser wenige um größer als der Durchmesser der zu koppelnden Fasern ist.

Um das Einfädeln oder Einführen der Fasern in das Kapillarrohr zu vereinfachen, ist es notwendig, die Bohrung an den Enden des Rohrs abzuschrägen oder.zu fasen. Das kann mittels eines der im folgenden beschriebenen Verfahren erfolgen:

1. Xtzen: Das Kapillarrohr wird mit Wasser gefüllt und in eine ätzende Lösung eingeführt, die aus 80 % Fluorwasserstoffsäure und 20 % Schwefelsäure besteht. Das Wasser verhindert, daß die ätzende Flüssigkeit durch Kapillarwirkung in das Rohr eindringen kann. Nach 10 - 15 min in der Lösung weist das Rohr gut ausgebildete Abschrägungen oder Fasen an jedem Ende auf.

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2. Blasen: Große Abschrägungen (Fasen) werden leicht mittels Glasblastechnik erzeugt. Das abgedichtete Ende eines Kapillarrohrs wird erhitzt und mittels Preßluft wird eine Blase geblasen. Wird die Blase durchgeschnitten, so verbleibt das Rohr mit einem sanft abgeschrägten Ende. Eine Abschrägung wird am anderen Ende des Rohrs in gleicher Weise gebildet.

In Fig. 1 ist eine Hülse oder ein Rohr 1 mit einer Kapillarbohrung 5i die als eine Durchführung dient, mit an jedem Ende der Kapillarbohrung 5 gebildeten Abschrägungen 2, mit einem Tauch- oder Immersionsöl gefüllt, und dielektrische Lichtwellenleiter 3 und k .sind in die Kapillarbohrung 5 von beiden Enden eingeführt. Die dielektrischen Lichtwellenleiter 3 und k werden geschoben, bis ihre Enden gegeneinanderstoßen. Die Kapillarbohrung 5 hält die Enden der dielektrischen Lichtwellenleiter 3 und k so, daß die Kerne Register halten oder genau zusammenpassen, d. h. daß die Querschnitts-flächen der beiden Kerne im wesentlichen in Deckung gebracht sind. Das Immersionsöl vermindert die Fehlanpassung der Brechzahlen an den Enden der beiden Fasern und erhöht die optische Güte des Koppeins.

Die Enden der dielektrischen Lichtwellenleiter 3» ^ werden durch "Kratzen und Ziehen" vorgefertigt, indem die Lichtleitfaser mit einem harten Werkstoff, z. B. einem Diamanten,, geritzt und dann gezogen wird, bis aie bricht. Solche Bruchstellen sind sauber und im wesentlichen senkrecht zur Faserachse. Die Qualität der sich ergebenden Endflächen der dielektrischen Lichtwellenleiter 3» ^ kann aus der Symmetrie eines Strahlungsbildes abgeschätzt werden, wenn es auf einem Schirm abgebildet wird.

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Für Multimode dielektrische Lxchtwellenleiter mit einem Äußendurchmesser von 100 /um und einem dielektrischen Lichtwellenleiter-Koppler mit einem Kapillarbohrungsdurchme.sser von 110 /um konnte eine optische Güte der Kopplung, ausgedrückt durch das Verhältnis von Eingangs- und Ausgangsleistung, von 87 - 95 $ erreicht werden. Für Multimode Lichtwellenleiter mit.einem Außendurchmesser von 102 /um und einem dielektrischen Lichtwellenleiter-Koppler mit einem Kapillarbohrungsdurchmesser von 120 /um konnte eine optische Güte von 90 - 9^ Ί° erhalten werden.

Beim Bilden einer Kopplung muß unbedingt darauf geachtet werden, daß eine Verunreinigung des Brechzahl ausgleichenden Öls vermieden wird und die Bildung von Luftblasen in einem Brechzahl-Ausgleichsöl vermieden wird, da diese Erscheinungen einen bedeutenden Verlust an optischer Güte verursachen können.

Die Koppelgüte eines Kopplers ist in großem Maße bestimmt durch das Ausmaß, mit dem die Wellenleiter-Kerne in .Deckung gehalten werden.* Eine theoretische Abschätzung der Koppelgüte kann durch Betrachtung der prozentualen Überlappung der beiden Faserkerne 6, 7 gemäß Fig. 2 erhalten werden.

d 2 ^j2 ^ Fläche des Dreiecks OAB = ■=· (r -

Fläche des Sektors OAB = Tf v² t?/i80° = Tr² cos"¹ (-^

Fläche des ' _Λ ,2 ^

schraffierten Bereichs 8 = fr cos (~)/i80° - §(r -^

Prozentuale _i . · , _o ,2 —

Überlappung - 2 (coa"¹ (^)/i80° - -^₂ (r² - ^-)² · 100.

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Daraus ergibt sich die Gleichung für die Licht-Koppelgüte zu:

2 1

Güte.= 2 (co_S-¹(£)/i80° - -j^jj (r² - ^p)²) · 100 %,

mit r = Radius des Faserkerns, und

d = Versetzung der beiden dielektrischen Lichtwellenleiter.

Einer Fehlanpassung der Brechzahl der. Faserenden ist keine Rechnung getragen. Das Anwenden der genannten Gleichung auf die beiden vorgenannten Fälle ergibt die folgenden Ergebnisse:

1. Außendurchmesser des dielektrischen Lichtwellenleiters = 102, Kerndurchmesser des dielektrischen Lichtwellenleiters = 97 /um, Kapillarbohrungsdurchmesser = 110 /tun, theoretische Koppelgüte = 89 $5

2. Außendurchmesser des dielektrischen "Lichtwellenleiters 102 /um, Kerndurchmesser des dielektrischen Lichtwellenleiters 97 /uni, Kapillarbohrungsdurchmesser 120 /Um,
theoretische Koppelgüte 76 $.

Beide theoretischen Abschätzungen sind gering gegenüber den entsprechenden gemessenen Güten. Die theoretischen Abschätzungen sind die minimalen Koppelgüten, die in jedem Fall zu erwarten sind unter Vernachlässigung anderer Einflüsse außer der Versetzung. Anscheinend tritt eine geringe Selbstausrichtung der dielektrischen Lichtwellenleiter in dem Kapillarrohr auf. Das ist sehr wahrscheinlich das Ergebnis von Oberflächenspannungswirkungen infolge des Brechzahl-Ausgleichsöls .

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Die beschriebene Technik zum Koppeln eines Paares dielektrischer Lichtwellenleiter scheint Kopplungen zwischen Multimode dielektrischen Lichtwellenleitern hoher Güte herstellen zu können ohne Verwendung hochentwickelter komplizierter Ausrichttechniken.

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Claims

Patentansprüche

λ J Koppler für dielektrische Lichtwellenleiter zum Lichtkoppeln eines ersten und eines zweiten Längsabschnittes eines dielektrischen Lichtwellenleiters, mit einem Glied, das eine sich zwischen einer ersten und einer zweiten Endfläche des Glieds erstreckende Durchführung zum Aufnehmen und Ausrichten der Enden des ersten und des zweiten Längsabschnitts des dielektrischen Lichtwellenleiters besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung (5) sowohl an der ersten als auch an der zweiten Endfläche des Gliedes (1) nach außen abgeschrägt ist.
2. Koppler nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung (5) Kreisquerschnitt aufweist.
3. Koppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied (i) zylindrisch ist.
h. Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Glied (1) aus Glas hergestellt ist.
5. Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des ersten LängsabSchnitts des dielektrischen Lichtwellenleiters in der Durchführung (5) ist und unverschiebbar an dem Glied (l) befestigt ist.
6. Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung (5) eine Brechzahl ausgleichende Flüssigkeit enthält.

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7· Herstellungsverfahren eines dielektrischen Lichtwellenleiter-Kopplers, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein Ende eines Rohrs mit einer mit Flüssigkeit gefüllten Kapillarbohruiig in ein mit der Flüssigkeit mischbares Ätzmedium eingetaucht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit Wasser verwendet wird.
9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein dielektrischer Lichtwellenleiter-Koppler aus Glas und ein Fluorwasserstoffsäure enthaltendes Ätzmedium verwende t wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch ein Schwefelsäure enthaltendes Ätzmedium.

1t. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Ätzmedium mit 80 $ Fluorwasserstoffsäure und 20 $ Schwefelsäure.

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