DE3921440A1 - Reflexionsarmer abschluss einer einmoden-glasfaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen reflexionsarmen Abschluß einer Einmoden-Glasfaser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solcherart abschließende Faserenden werden beispielsweise bei der Laserkopplung oder bei Meßaufgaben verwendet, z.B. beim Bestimmen der Rückflußdämpfung eines optischen Steckers oder beim Messen des Rückwirkungsrauschens an Halbleiterlasern. Hierbei tritt die Leistungsreflexion an einem offenen Faserende sehr störend in Erscheinung.

Aus der DE-OS 26 11 011 ist eine Faserankopplung bekannt, bei der die zu übertragenden Signale von einem Laser emittiert werden, der je nach Anwendungsfall empfindlich auf Licht reagiert, das aus dem angekoppelten Glasfaserende reflektiert wird. Dadurch kann bei Direktmodulation und hohen Bitraten das Modulationsverhalten erheblich gestört werden. Ist eine kohärente Lichtwellenübertragung vorgesehen, kann der Laser Moden- oder Frequenzsprünge machen oder sich die Linienbreite des Lasers ändern.

Um dies zu vermeiden, wird eine aus einer Monomodefaser und einer Gradientenfaser bestehende Anordnung verwendet, bei der zuerst ein Ende der Monomodefaser stumpf auf ein Ende der Gradientenfaser gesetzt wird. Anschließend werden die Glasfasern so justiert, daß der Kern der Monomodefaser auf einen Bereich des Kerns der Gradientenfaser trifft, in dem die Kernbrechzahlen beider Glasfasern bestmöglich übereinstimmen. Schließlich werden die justierten Glasfasern in dieser Lage fixiert, so daß durch die Kombination Monomodefaser/Gradientenfaser beim Übergang von dem kleinen lichtführenden Kern der Monomodefaser in den großen Kern der Gradientenfaser die Kopplungsverluste für Lichtwellen gering, in umgekehrter Richtung aber groß sind.

Außerdem ist es bekannt störende Einflüsse durch die Verwendung eines den Laser schützenden optischen Isolators zu vermeiden. Ein derartiger Isolator ist aber in der Herstellung aufwendig und somit teuer. Außerdem verursacht er zusätzliche Verluste. Weitere bekannte Maßnahmen zu Unterdrückung der Reflexion bestehen darin, auf die Stirnfläche des Faserendes dielektrische Entspiegelungsschichten aufzubringen, oder einen zur Faserachse winkligen Schräganschliff vorzusehen. Faserenden mit Schräganschliff sind beispielsweise von handelsüblichen LWL-Steckverbindern der Firma Radiall her bekannt.

An einer senkrecht zu ihrer optischen Achse geschnittenen Faser besteht ein abrupter Brechzahlsprung von n = 1,5 (Glas) auf n = 1 (Luft). Dies führt zu einem Reflexionsfaktor von etwa 4%. Dieser Leistungsanteil läuft, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden, in die Senderichtung zurück und erzeugt im Laser Rückwirkungsrauschen oder in bidirektionalen Übertragungssystemen eine Signal/Rausch-Verschlechterung durch Nebensprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einmoden-Glasfaser unter Beibehaltung des geradlinigen Strahlenganges einen reflexionsarmen Faserabschluß mit geringer Einfügungsdämpfung zu realisieren, der im Aufbau einfach ist und mit geringen Kosten hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen konstruktiven Maßnahmen gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt das Ende einer Einmoden-Glasfaser mit einem reflexionsarmen Abschluß, teilweise längsgeschnitten und in einer Seitenansicht dargestellt.

In der Zeichnung ist die Einmoden-Glasfaser mit 1 bezeichnet. Es handelt sich um eine von der Primärbeschichtung befreite, blanke Glasfaser, die einen Durchmesser von beispielsweise 125 µm hat. Das Faserende ist als Taper 2 ausgebildet und mit einem transparenten Kleber 3 in eine Glaskapillare 4 eingeklebt. Die Glaskapillare 4 ist ausreichend lang bemessen, so daß sie am rückwärtigen Ende noch ein Längenstück des zylindrischen Teiles der blanken Einmoden-Glasfaser 1 umfaßt. Die Glaskapillare 4 hat beispielsweise einen Innendurchmesser von ca. 130 µm und einen Außendurchmesser von z.B. 500 µm. Auf genaue Abmessungen kommt es hierbei jedoch nicht an, da allein entscheidend ist, daß der als wellenleitender Kern wirkende Kleber 3 eine Grenzschicht hat. Dies ist bei dem vorliegenden, im mittleren Arbeitstemperaturbereich liegenden Ausführungsbeispiel realisiert durch die Verwendung eines den Hohlraum der Glaskapillare 4 vollständig ausfüllenden Klebers 3 mit der Brechzahl 1,48, die der des Tapers 2 der Einmoden-Glasfaser 1 gleich ist oder dieser möglichst nahe kommt und einer Glaskapillare 4 mit der Brechzahl 1,44. In manchen Fällen ist es bei Vernachlässigung geringfügig ansteigender Dämpfungsverluste auch möglich, anstelle der Glaskapillare 4 ein innen verspiegeltes Kapillarröhrchen aus Metall zu verwenden.

Der Taper 2 ist ca. 1 bis 2 mm lang und seine Spitze endet innerhalb der Glaskapillare 4 wenigstens 10 mm vor der zur Faserachse rechtwinklig angeordneten Stirnfläche 5 des Auskopplungswellenleiters 6, welcher den reflexionsarmen Abschluß der Einmoden-Glasfaser 1 bildet. Der Neigungswinkel, den die Mantelfläche des Tapers 2 zur Faserachse einnimmt, ist hier nicht kritisch. Diesem kommt nur insofern Bedeutung zu, weil ein extrem flacher Neigungswinkel zu einem Anstieg von Dämpfungsverlusten führt. Das Längenmaß von <10 mm zwischen der Taperspitze und dem freien Ende des Auskopplungswellenleiters 6 bietet Gewähr dafür, daß der Ausgang voll ausgeleuchtet wird.

Bei der Herstellung des Tapers 2 wird die Glasfaser 1 z.B. in einer geeigneten Gasflamme bis über ihre Erweichungstemperatur erwärmt und dann so ausgezogen, daß ihr Querschnitt kontinuierlich geringer wird. Durch den sich ständig verringernden Querschnitt verliert der Faserkern seine lichtleitende Eigenschaft. Die ehemals im Grundmodus der Faser geführte Strahlungsleistung wird auf eine größere Anzahl von Strahlungsmoden aufgeteilt, die bei einem frei in Luft stehenden Taper 2 einen von der Taperfunktion abhängigen Raumwinkelbereich ausleuchten würden. Bei der vorliegenden Anordung tritt die Strahlung nicht in den freien Raum aus, sondern in den optischen Wellenleiter, der durch Kleber 3 und Glaskapillare 4 gebildet wird. Daher zeichnet sich der Auskopplungswellenleiter 6 einerseits durch eine geringe Einfügungsdämpfung aus, die z.B. weniger als 0,5 dB hat, andererseits durch eine hohe Reflexions- oder Rückflußdämpfung, die z.B. mehr als 50 dB beträgt und zwar bei geringer Einfügungsdämpfung und geradlinigem Strahlengang. Die Reflexionsunterdrückung ergibt sich über die Strukturparameter der beiden gekoppelten Wellenleiter aus der Anzahl der jeweils angeregten oder anregbaren Moden.

Da die am empfangsseitigen Ende der Einmoden-Glasfaser 1 auftretende Reflexion bei allen faseroptischen Übertragungssystemen, die als Sender Halbleiter-Laser verwenden unerwünscht ist, ist der vorliegende Glasfaser-Abschluß besonders vorteilhaft einsetzbar für:

• - Übertragungssysteme, bei denen auch kürzere Faserlängen auftreten können, z.B. im Teilnehmerbereich.
• - Übertragungssysteme mit erhöhten Anforderungen an die Laserstabilität, z.B. Analogübertragung oder kohärenter Empfang.
• - Fasersensortechnik, z.B. Faserkreisel

Außerdem bietet die vorliegende Anordnung Funktions- und Kostenvorteile bei Meß- oder Regelaufgaben, bei denen an dem normalerweise versumpften vierten Kopplertor rückwirkungsfrei die Strahlungsleistung gemessen werden kann, die tatsächlich auf die Übertragungsstrecke geht. Bei Analogübertragungssystemen läßt sich so z.B. die Senderkennlinie über den Störeinfluß der Faser-Ankopplung hinweg linearisieren.

Claims (4)

1. Reflexionsarmer Abschluß einer Einmoden-Glasfaser zur Verwendung in faseroptischen Übertragungs- und Meßsystemen, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserende als Taper (2) ausgebildet und innerhalb einer Glaskapillare (4) mittels eines transparenten Klebers (3) fixiert ist, dessen Brechzahl größer ist als die Brechzahl der Glaskapillare (4).

2. Reflexionsarmer Abschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechzahl des Klebers (3) mit dem der Einmoden-Glasfaser (1) übereinstimmt oder dieser möglichst nahe kommt.

3. Reflexionsarmer Abschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechzahl der Glaskapillare (4) kleiner ist als die Brechzahl der Einmoden-Glasfaser (1).

4. Reflexionsarmer Abschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Glaskapillare (4) ein innen verspiegeltes Kapillarröhrchen aus Metall vorgesehen ist.