DE2703034C2

DE2703034C2 - Coupling arrangement for multi-wave fiber optic communication systems

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 vonhas, with a cylinder length zo of

mnamna

wobeiwhereby

m = 1,3,5.., m = 1,3,5 ..,

a = der Radius des Zylinders,a = the radius of the cylinder,

Δ = Brechzahldifferem zwisc^n der Brechzahl n₀ auf der Zylinderacbse r = 0 und der auf dem Zylinderrand mit r = a Δ = refractive index difference between the refractive index n ₀ on the cylinder axis r = 0 and that on the cylinder edge with r = a

bedeutet.means.

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.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that several semiconductor laser diodes (10) with the same radiation pattern on the front face (2) symmetrically along a circular line are arranged and that the decoupling via the core one on the rear end face (4) centrally coupled multi-wave optical fiber (7) takes place.

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.3. Arrangement according to claim 1, characterized in that on the front end face (2) symmetrically Semiconductor laser diodes (10) are arranged along a circular line, their layer direction and Direction of excellent convergence run in pairs perpendicular, and that on the rear face (4) Fibers (5, 6, 8, 9) outside the cylinder axis for the selective decoupling of the signals fed in are arranged and / or one in the cylinder axis for decoupling all fed-in signals coupled fiber (7) is used.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdioden (10) verschiedene Signale abgeben.4. Arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the laser diodes (10) emit different signals.

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 einThe invention relates to a coupling arrangement for direct switching through or splitting of an incoming Light signal for multi-wave fiber optic communication systems with laser diodes, whereby the incoming Signal from a laser diode at any point on the face of a glass or quartz cylinder

gekoppelt wird.is coupled.

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 StrahlungsfächerSuch an arrangement is already known from DE-AS 19 27 006. However, this is simplified assumed that all rays have the same axial periodicity. This only applies to axial rays and thus represents an inadmissibly simplifying assumption for practical radiation sources such as laser diodes. As is known, laser diodes emit a relatively poorly bundled beam, this being a fan of radiation

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.ίο (flat) or radiation cone (rotationally symmetrical) one Illuminates the solid angle dependent on the geometry of the diode In this previously known arrangement a fiber approximately 200 microns in diameter is also required as the transmission medium.

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.Through the reference "The Bell System Technical Journal" Dec. 1968, pages 2095 to 2109, is also already the quadratic course of the refractive index of a multi-beam arrangement known, in which the light rays always hit the input end face with a certain spot size be directed to the arrangement.

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 eingekoppeltFrom the literature DE-OS 23 63 253 a laser diode is known whose light signals to the front Front side of a glass cylinder serving as a coupling device are given. Thereby the light signal after passing through the cylinder, coupled into optical fibers on the rear surface

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.Through the reference "Philips Technische Rundschau" 36, 1976/77, No. 7, pages 216 to 219, the application of multimode fibers in a coupling arrangement for multi-wave fiber optic communication systems known with laser diodes for switching through. The disturbing asymmetry of the radiation lobe is thereby by using a transverse gradient fiber compensated for the efficiency of the coupling improve into a single fiber.

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 the literature DE-OS 24 28 570 an optical data transmission is described in which a plurality of fibers are connected to the end face of a common coupling arrangement. This arrangement is dimensioned on the basis of a circularly synimetric radiation lobe under the assumption that it is more straightforward Beam propagation. The coupling efficiency therefore depends on the position of the outgoing fiber away.

In der Literaturstelle DE-OS 23 13 289 wird als Koppelzylinder für eine Faser und eine Laserdiode ein getaperter Glaszylinder benutzt.In the literature reference DE-OS 23 13 289 is used as a coupling cylinder a tapered glass cylinder is used for a fiber and a laser diode.

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.The invention is based on the object of showing an arrangement with the possibility of coupled Fibers can be illuminated selectively from only one light source or from several light sources to tap originating signals on only one fiber, whereby the fibers can be butt glued to the coupling cylinder meant to be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.This object is achieved according to the invention with the measures specified in the characterizing part of claim 1 solved.

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,In Fig. 1, an embodiment of the Erifndung is shown schematically. A glass or quartz cylinder 1 has two opposite, parallel end faces 2 and 4. On the front end face 2 on the input side, the incoming signal of a laser diode is excited at χ = Xo parallel to the yz plane with the beam opening angle <&. This illuminates the hatched area 3 on the rear face 4. This illuminated area 3 lies on a diameter that is rotated by 90 ° compared to the diameter of the illuminating signal,

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.mostly a beam fan, on the front face 2, due to the cylinder length zq. On the rear face 4 in the area 3 optical fibers 5, 6, 7, 8 and 9 are coupled for forwarding the light signals occurring there.

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 FIG. 2 is area 3 of FIG. 1 is shown once again as a top view from the rear end face 4, but the area 3 has been drawn in vertically. If there are other laser diodes at a distance / o from the rod axis on the end face 2, then the area 3 is also illuminated by these laser diodes, regardless of the angle φ of the respective reference point. In FIG. 2 two such points are drawn in the lower left and upper right area of the bordered circle. This corresponds to the implementation of a multiplexer. The extent of the illuminated area 3 corresponds to the radiation characteristic of the source, ie the dimension 2 re in FIG. 2 is directly proportional to the opening angle tP of the laser diode.

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° entsprichtIn Fi g. This is shown schematically in FIG. 3. The laser diode 10 with its indicated layer structure has a zone 11 which runs parallel to this layer structure and from which radiation is emitted. This is due to the drawn fan beam with its opening angle «? indicated With good coherence, such a diode emits practically only one beam fan in the direction of the layer, the width b of which corresponds to an opening angle before: less than 3 °

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 ZylinderlängeIt is possible to couple several laser diodes to the existing face 2. This is shown in FIG. 4. A glass cylinder 17 is excited on its front face 16 by four laser semiconductor diodes 12, 13, 14 and 15. In the exemplary embodiment shown, these diodes are arranged symmetrically on a circular line with a parallel layer structure. You can, for example, also have a conical radiation pattern, ie a = b in FIG. 3 have. The length of the cylinder 17 is denoted by z < , where the cylinder length

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.can be made usable. If the beam splitter is symmetrical, for example, along a circular line on the front face arranged so that the rail direction of the semiconductor laser diodes run in pairs perpendicular to one another, they also light up diameter areas that are perpendicular to each other. In FIG. 5 this is shown. The left circle shows the front end face of the arrangement according to the invention, on each of which two semiconductor laser diodes 23, 24 and 25, 26 are arranged so that their layer directions run in pairs perpendicular to each other. This results in an illumination on the rear face of the cylinder, as shown in the right part of the figure The two mutually perpendicular and Overlapping areas that are illuminated are shown hatched when these are coupled rear end face an optical fiber in the cylinder axis 29, so it receives from all sources Signals. If, however, outgoing optical fibers are arranged outside of the overlapping zone, so these fibers receive signals from the diodes 23 and 24 in the vertically running area 27 and in the horizontally extending area 28 receive signals from the two diodes 25 and 26 and forward them.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

4545

2b =2b =

mn αmn 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.is chosen. The radiation pattern of the diodes depends on the structure. Film diodes usually have a fan-shaped radiation with a not equal to b. However, diodes can also be produced in which a is equal to b , so that the emission is conical. 4 then passed on by the optical fiber 21.

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.In the arrangement of FIGS. 4, a multi-wave optical fiber 21 is axially coupled to the rear face 18 of the cylinder 17 for this purpose. The sources 12 to 15 on the front end face 16 illuminate an approximately concentric region 19 on the rear end face 18. In the case of good coherence, that is to say a very small opening angle t of the laser diodes, the illuminated area 19 is no larger than the core cross section 20 of the wavy fiber 21. The distance 2 r _g in FIG. 2 is equal to the core diameter.

Die genannte Eigenschaft, daß ein Strahlfächer einen Durchmesser auf der h-nteren Stirnseite des Zylinders 17 ausleuchtet, kann aucn für eine weitere AnwendungThe mentioned property that a jet fan has a diameter on the rear end of the cylinder 17 illuminates, can also be used for another application

Claims

Patent claims:

1. Coupling arrangement for direct switching or splitting of an incoming light signal for multi-wave fiber optic communication systems with laser diodes, whereby the incoming signal is a Laser diode in any point on a (front) face of a glass or quartz cylinder is coupled in, characterized in that the outgoing signal (the outgoing Signals) from the rear face (4) of the glass or quartz cylinder (1) via directly butted Optical fiber ^) (5, 6, 7, 8, 9) on one of the orientation of the coupling beam fan (3) corresponding diameter is (are) coupled out and that the cylinder (1) has a refractive index profile