DE2703034C2

DE2703034C2 - Koppelanordnung für vielwellige Glasfaser-Nachrichtensysteme

Info

Publication number: DE2703034C2
Application number: DE19772703034
Authority: DE
Inventors: Michael Dr.-Ing. 2000 Hamburg Kuhn
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1977-01-26
Filing date: 1977-01-26
Publication date: 1984-08-02
Also published as: DE2703034A1

Description

aufweist, bei einer Zylinderlänge zo von

mna

wobei

m = 1,3,5..,

a = der Radius des Zylinders,

Δ = Brechzahldifferem zwisc^n der Brechzahl n₀ auf der Zylinderacbse r = 0 und der auf dem Zylinderrand mit r = a

bedeutet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halbleiter-Laserdioden (10) mit gleicher Strahlungscharakteristik auf der vorderen Stirnseite (2) symmetrisch längs einer Kreislinie angeordnet sind und daß die Auskopplung über den Kern einer auf der hinteren Stirnseite (4) zentral angekoppelten vielwelligen Lichtleitfaser (7) erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der vorderen Stirnseite (2) symmetrisch längs einer Kreislinie Halbleiter-Laserdioden (10) angeordnet sind, deren Schichtrichtung und Richtung ausgezeichneter Konvergenz paarweise senkrecht verlaufen, und daß auf der hinteren Stirnseite (4) zur selektiven Auskopplung der eingespeisten Signale Fasern (5, 6, 8, 9) außerhalb der Zylinderachse angeordnet sind und/oder zur Auskopplung aller eingespeisten Signale eine in der Zylinderachse angekoppelte Faser (7) dient.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdioden (10) verschiedene Signale abgeben.

Die Erfindung betrifft eine Koppelanordnung zum direkten Durchschalten oder Aufteilen eines ankommenden Lichtsignales für vielwellige Glasfaser-Nachrichtensysteme mit Laserdioden, wobei das ankommende Signal einer Laserdiode in einem beliebigem Punkt auf der Stirnseite eines Glas- bzw, Quarzzylinders ein

gekoppelt wird.

Durch die DE-AS 19 27 006 ist bereits eine derartige Anordnung bekannt Hierbei wird jedoch vereinfachend davon ausgegangen, daß alle Strahlen die gleiche axiale Periodizität haben. Dies gilt nur für axiale Strahlen und stellt somit für praktische Strahlungsquellen wie Laserdioden eine unzulässig vereinfachende Annahme dar. Laserdioden senden bekanntlich einen relativ schlecht gebündelten Strahl aus, wobei dieser Strahlungsfächer

ίο (flach) oder Strahlungskegel (rotationssymmetrisch) einen von der Geometrie der Diode abhängigen Raumwinkel ausleuchtet Bei dieser vorbekannten Anordnung ist ferner als Übertragungsmedium eine Faser mit einem Durchmesser von etwa 200 Mikron vorausgesetzt.

Durch die Literaturstelle »The Bell System Technical Journal« Dec. 1968, Seite 2095 bis 2109, ist ferner bereits der quadratische Verlauf der Brechzahl einer Multistrahlanordnung bekannt, bei der die Lichtstrahlen stets mit einer bestimmten Fleckgröße auf die Eingangsendfläche der Anordnung gerichtet werden.

Aus der Literaturstelle DE-OS 23 63 253 ist eine Laserdiode bekannt, deren Lichtsignale an die vordere Stirnseite eines als Koppelvorrichtung dienenden Glaszylinders gegeben werden. Dabei wird das Lichtsignal nach Durchlaufen des Zylinders an der rückwärtigen Fläche in Lichtleitfasern eingekoppelt

Durch die Literaturstelle »Philips Technische Rundschau« 36, 1976/77, Nr. 7, Seite 216 bis 219, ist die Anwendung von Multimode-Fasern bei einer Koppelan-Ordnung für vielwellige Glasfasernachrichtensysteme mit Laserdioden zum Durchschalten bekannt. Die störende Unsymmetrie der Strahlungskeule wird dabei durch Verwendung einer querliegenden Gradientenfaser kompensiert um den Wirkungsgrad der Ankopplung in eine einzige Faser zu verbessern.

In der Literaturstelle DE-OS 24 28 570 wird eine optische Datenübertragung beschrieben, bei der eine Vielzahl von Fasern mit der Stirnseite einer gemeinsamen Kopplungsanordnung verbunden sind. Diese Anordnung ist anhand einer kreissynimetrischen Strahlungskeule dimensioniert unter der Vorraussetzung geradliniger Strahlausbreitung. Der Ankoppelwirkungsgrad hängt deshalb von der Position der abgehenden Faser ab.

In der Literaturstelle DE-OS 23 13 289 wird als Koppelzylinder für eine Faser und eine Laserdiode ein getaperter Glaszylinder benutzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung aufzuzeigen mit der Möglichkeit, angekoppelte Fasern wahlweise selektiv nur von einer Lichtquelle auszuleuchten oder von mehreren Lichtquellen her stammende Signale an nur einer Faser abzugreifen, wobei die Fasern stumpf auf den Koppelzylinder aufklebbar sein sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erifndung dargestellt. Ein Glas- oder Quarzzylinder 1 weist zwei gegenüberliegende parallel verlaufende Stirnseiten 2 und 4 auf. Auf der eingangsseitigen vorderen Stirnseite 2 wird das ankommende Signal einer Laserdiode bei χ = Xo parallel zur yz-Ebene mit dem Strahl-Öffnungswinkel <&, angeregt. Dadurch wird der schraffierte Bereich 3 auf der hinteren Stirnseite 4 ausgeleuchtet. Dieser ausgeleuchtete Bereich 3 liegt dabei auf einem Durchmesser, der um 90° gedreht ist gegenüber dem Durchmesser des ausleuchtenden Signales,

meist ein Strahlfächer, auf der vorderen Stirnseite 2, bedingt durch die Zylinderlänge zq. Auf der hinteren Stirnseite 4 sind im Bereich 3 Lichtleitfasern 5, 6, 7, 8 und 9 angekoppelt zur Weiterleitung der dort auftretenden Lichtsignale.

In der F i g. 2 ist der Bereich 3 der F i g. 1 noch einmal dargestellt als Draufsicht von der hinteren Stirnseite 4 her, wobei jedoch die Räche 3 vertikal eingezeichnet wurde. Sind noch andere Laserdioden im Abstand /o von der Stabachse auf der Stirnseite 2 vorhanden, so wird der Bereich 3 ebenso von diesen Laserdioden ausgeleuchtet, und zwar unabhängig vom Winkel φ des jeweiligen Aufpunktes. In der F i g. 2 sind zwei derartige Aufpunkte im linken unteren und im rechten oberen Bereich des berandeten Kreises eingezeichnet Wenn eingangsseitig mehrere Laserdioden mit verschiedenen Ausgangssignalen vorhanden sind, werden diese Signale gleichmäßig in auf der hinteren Stirnseite im Bereich 3 angebrachte vielwellige Lichtleitfasern eingekoppelt. Dies entspricht der Realisierung eines Multiplexers. Die Ausdehnung des ausgeleuchteten Bereiches 3 entspricht dabei der Strahlungscharakteristik der Quel'e, d. h. das Maß 2 re in F i g. 2 ist direkt proportional zum öffnungswinkel tPder Laserdiode.

In der Fi g. 3 ist dies schematisch dargestellt Die Laserdiode 10 mit ihrer angedeuteten Schichtstruktur hat eine parallel zu dieser Schichtstruktur verlaufende Zone 11, von der aus abgestrahlt wird. Dies ist durch den eingezeichneten Strahlfächer mit seinem öffnungswinkel «? angedeutet Bei guter Kohärenz emittiert eine derartige Diode in Schichtrichtung praktisch nur einen Strahlfächer, dessen Breite b einem Öffnungswinkel vor: weniger als 3° entspricht

Es ist möglich, an der vorhandenen Stirnfläche 2 mehrere Laserdioden anzukoppeln. In der Fig.4 ist dies dargestellt Ein Glaszylinder 17 v/ird auf seiner vorderen Stirnfläche 16 von vier Laserhalbleiterdioden 12,13,14 und 15 angeregt Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Dioden auf einer Kreislinie symmetrisch angeordnet mit parallel verlaufendem Schichtaufbau. Sie können beispielsweise auch eine kegelförmige Strahlungscharakteristik, d. h. a = b in F i g. 3 haben. Die Länge des Zylinders 17 ist mit z<, bezeichnet, wobei die Zylinderlänge

nutzbar gemacht werden. Werden die Strahlfacher beispielsweise symmetrisch längs einer Kreislinie auf der vorderen Stirnfläche so angeordnet, daß die Schientrichtung der Halbleiterlaserdioden paarweise senkrecht zueinander verlaufen, so leuchten sie auch Durchmesserbereiche aus, die zueinander senkrecht stehen. In der F i g. 5 ist dies dargestellt Der linke Kreis zeigt dabei die vordere Stirnfläche der erfindungsgemäßen Anordnung, auf der jeweils zwei Halbleiterlaserdioden 23, 24 bzw. 25,26 so angeordnet sind, daß ihre Schichtrichtungen paarweise senkrecht zueinander verlaufen. Dies ergibt an der hinteren Stirnseite des Zylinders eine Ausleuchtung, wie sie im rechten Teil der Figur aufgezeigt ist Die beiden aufeinander senkrecht stehenden und sich überlappenden Bereiche, die ausgeleuchtet werden, sind dabei schraffiert dargestellt Koppelt man dieser hinteren Stirnfläche eine Lichtleitfaser in der Zylinderachse 29 an, so erhält sie von allen Quellen herrührende Signale. Werden hingegen abgehende Lichtleitfasern außerhalb der sich überlappenden Zone angeordnet, so werden diese Fasern im senkrecht virlaufenden Bereich 27 Signale der Dioden 23 und 24 empfangen und im waagrecht verlaufenden Bereich 28 Signale der beiden Dioden 25 und 26 empfangen und weiterleiten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

45

2b =

mn α

gewählt ist. Die Strahlungscharakteristik der Dioden ist abhängig vom Aufbau. Schichtdioden haben meist eine fächerförmige Abstrahlung mit a ungleich b. Man kann jedoch auoh Dioden herstellen, bei denen a gleich b ist, so daß die Abstrahlung kegelförmig erfolgt Die Signale der Dioden 12 bis 15 werden bei der Anordnung gemäß F i g. 4 dann von der Lichtleitfaser 21 weitergeleitet.

In der Anordnung der F i g. 4 ist dafür auf der hinteren Stirnfläche 18 des Zylinders 17 eine vielwellige Lichtleitfaser 21 axial angekoppelt. Die Quellen 12 bis 15 auf der vorderen Stirnfläche 16 leuchten auf der hinteren Stirnfläche 18 einen etwa konzentrischen Bereich 19 aus. Bei guter Kohärenz, d. h. sehr kleinem öffnungs= winkel t?der Laserdioden ist der ausgeleuchtete Bereich 19 nicht größer als der Kernquerschnitt 20 der viel welligen Faser 21. Der Abstand 2 r_g der F i g. 2 ist dabei gleich dem Kerndurchmesser.

Die genannte Eigenschaft, daß ein Strahlfächer einen Durchmesser auf der h-nteren Stirnseite des Zylinders 17 ausleuchtet, kann aucn für eine weitere Anwendung

Claims

Patentansprüche:

1. Koppelanordnung zum direkten Durchschalten oder Aufteilen eines ankommenden Lichtsignales für vielwellige Glasfaser-Nachrichtensysteme mit Laserdioden, wobei das ankommende Signal einer Laserdiode in einem beliebigen Punkt auf einer (vorderen) Stirnseite eines Glas- bzw. Quarzzylinders eingekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das abgehende Signal (die abgehenden Signale) aus der hinteren Stirnseite (4) des Glasoder Quarzzylinders (1) über direkt stumpf aufgesetzte Lichtleitfaser^) (5, 6, 7, 8, 9) auf einem der Orientierung des einkoppelnden Strahlfächers (3) entsprechenden Durchmesser ausgekoppelt wird (werden) und daß der Zylinder (1) ein Brechzahlprofil