DE2703319A1

DE2703319A1 - Opto-elektrische abzweigungsvorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2703319A1
Application number: DE19772703319
Authority: DE
Inventors: Auria Luigi D; Andre Jacques; Philippe Maillot
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1976-01-27
Filing date: 1977-01-27
Publication date: 1977-07-28
Also published as: JPS5293352A; FR2356171B1; GB1569952A; US4103154A; CA1058307A; FR2356171A1

Description

Patjntc nwälte
E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser ^L ' ^u ° ° ' ^y

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

Unser Zeichen: T 2148 25.Januar 1977

THOMSON-CSF

173 Bd.Haussmann

75008 Paris, Frankreich

Opto-elektrische Abzweigungsvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf opto-elektrische Verbindungen mit Hilfe von Bündeln aus optischen Fasern und insbesondere auf Abzwe igungsvorrichtungen, die das Abgreifen eines Teils eines in einer Verbindung über Bündel aus optischen Fasern übertragenen Signals ermöglichen. Die bekannten Abzweigungsvorrichtungen für solche Verbindungen sind im allgemeinen rein optische Abzweigungsvorrichtungen, die beispielsweise dadurch erhalten werden, daß das Faserbündel räumlich in wenigstens zwei Abschnitte aufgeteilt wird, wobei die Strahlung weiterhin von den Fasern geführt wird; sie können auch dadurch gebildet werden, daß die optische Strahlung, die aus einem Faserbündel austritt, mittels herkömmlicher optischer Einrichtungen behandelt wird, die von einer

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teilweise reflektierenden Platte, von strahlenbrechenden Organen, einem Prisma, einer Parallelflächenplatte oder von anderen Einrichtungen Gebrauch machen, die eine Aufteilung der aus dem Bündel aus optischen Fasern austretenden Strahlung bewirken. Die sich bei dieser Aufteilung ergebenden optischen Strahlenbündel müssen wieder von Fasern für die weitere Übertragung erfaßt werden.

Mit Hilfe der Erfindung wird das Problem des Abgreifens eines Teils des in einer optischen Übertragungsleitung übertragenen Signals auf einem direkteren Weg verbunden, wobei dieses Abgreifen besonders dann günstig ist, wenn ein einziger Sender an mehrere längs der Leitung verteilte Empfänger angeschlossen werden soll. Das abgegriffene Signal wird in elektrischer Form geliefert.

Mit Hilfe der Erfindung wird also eine Abzweigungsvorrichtung geschaffen, die beispielsweise mit einem Verbindungselement für Faserbündel kombiniert ist, das eine einteilige optische Faser enthält; die Abzweigungsvorrichtung wird von einer Photodiode gebildet, die mittels eines geeigneten Verkittungsmaterials direkt am Kern der für die Verbindung zwischen den Bündeln verwendeten einteiligen Faser befestigt ist.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine allgemeine Darstellung einer opto-elektrischen "!"-Struktur nach der Erfindung mit einem optischen Eingangsweg und zwei Ausgangswegen, nämlich einem

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optischen Ausgangsweg und einem elektrischen Ausgangs· weg,

Fig.2 eine Ausführungsform einer optischen Verbindungsvorrichtung mit einer elektrischen Abzweigung nach der Erfindung,

Fig.3 und Fig.4 Schnitte besonderer Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig.1 sind zwei Bündel 1 und 2 aus optischen Fasern dargestellt, die mit Hilfe einer einteiligen optischen Faser 3 optisch miteinander verbunden sind, deren Querschnitt im wesentlichen gleich dem Querschnitt der Faserbündel ist; die mechanische Verbindung wird dabei mit Hilfe von Buchsen 4 und 5 an den Enden der zu verbindenden Faserbündel 1 und 2 und Steckern 6 und 7 an den zwei Enden der einteiligen Faser bewirkt, die die optische Verbindung bildet. Diese verschiedenen im Schnitt dargestellten Verbindungsteile sind rotationssymmetrisch aufgebaut. Die Faser 3 besteht aus einem Kern 8 und einem Mantel 9 mit den Brechnngsindices n₁ und n₂» wobei der Index n₁ größer als der Index n₂ ist, so daß die auf die Grenzfläche zwischen dem Kern und dem Mantel auftreffenden Lichtstrahlen zum Kern reflektiert werden.

In dem Mantel 9 ist ein Fenster gebildet, dessen Fläche abhängig von der abzuzweigenden optischen Energie bestimmt wird. Eine herkömmliche Photodiode weist einen Sockel 10 auf, auf dem ein Photodetektorplättchen 11 befestigt ist,

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das die Lichtdetektorfläche bildet. Der Sockel 10 trägt zwei elektrische Leiter 12, die mit zwei Elektroden der Photodiode verschweißt sind. Auf die Photodetektorfläche wird ein Tropfen aus einer Verkittungsmasse 13 aufgebracht, deren Brechungsindex n_Q größer als der Brechungsindex τι^ des Mantels der einteiligen Faser 3 ist, und die Anordnung wird bei den in dem Mantel der Faser gebildeten Fenster mit der einteiligen Faser verkittet.

Dieses Fenster wird dadurch gebildet, daß durch Abschleifen ein Teil des Mantels der optischen Faser entfernt wird. Durch Reiben einesZylinders auf dem Mantel wird eine im wesentlichen elliptische Öffnung erhalten. Der auf diese Weise freigelegte Faserkern wird dann poliert. Ein an der Grenzfläche zwischen dem Faserkern und dem Verkittungsmaterial ankommender Teil der Strahlung wird von dem Verkittungsmaterial zur Detektorfläche 11 der Photodiode übertragen. Jf größer dabei die in dem Mantel gebildete und von dem Verkittungsmaterial eingenommene Fläche ist, desto größer ist der vom Detektor erfaßte Anteil der einfallenden Strahlung. Bekanntlich ist der Brechungsindex Xi^ kleiner als der Brechungsindex n^ , und die Einfallswinkel der Strahlen auf die Grenzfläche zwischen dem Faserkern und dem Mantel liegen zwischen dem Minimalwert i_min und π/2, so daß die Strahlen an dieser Grenzfläche reflektiert werden.

Wenn der Brechungsindex n_Q größer als n.| ist, dann werden alle auf die Grenzfläche zwischen dem Faserkern und dem Verkittungsmaterial auftreffenden Strahlen gebrochen und somit zur Detektorfläche der Photodiode übertragen. Wenn der Brechungsindex n~ kleiner als der

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•ν

Brechungsindex n^ ist, dann werden nur die Strahlen mit einem Einfallswinkel zwischen O und dem Maximalwert i_max gebrochen. Damit bei Einfallswinkeln zwischen i_min und π /2 wenigstens ein Teil der auf die Grenzfläche zwischen dem Faserkern und dem Verkittungsmaterial auftreffenden Strahlung zur Photodiode übertragen wird, muß i__„ größer als i_m<_n sein, was bedeutet, daß der Brechungsindex n_Q größer als der Brechungsindex n₂ sein muß, wie oben angegeben wurde. Der Teil der zur Photodiode übertragenen Strahlung hat daher ein Maximum, wenn gilt: n_Q> n«j, und er nimmt bis auf Null ab, wenn sich der Brechungsindex n_Q von n^ bis n₂ ändert.

Fig.2 zeigt die optische Faser und die Abzweigungsvorrichtung genauer; in Fig.2a ist dabei eine Draufsicht dargestellt, und Fig.2b zeigt einen Schnitt längs der Linie A von Fig.2a.

Teile, die mit den in Fig.1 dargestellten Teilen übereinstimmen, sind mit gleichenBezugszeichen gekennzeichnet.

Als Beispiel sei angegeben, daß die Länge der Faser 17mm beträgt; sie besitzt einen Durchmesser von 560 um, eine Manteldicke von einigen /um , und eine numerische Öffnung von 0,55 . Der Brechungsindex des Faserkerns beträgt 1,620, und der Brechungsindex des Mantels beträgt 1,512. ELe in Fig.2 dargestellte öffnung ist in einer Länge L von 1 mm, einer Breite 1 von 400 um und einer Tiefe h von 86 um gebildet worden; der Faserkern ist mit einer Silizium-

/ ρ

flächendiode (2,4 χ 1,2) mm mittels eines Epxydharzes mit einem Brechungsindex von 1,55 verkittet worden. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die festgestellte optische Energie etwa 0,6% der einfallenden Energie in der Faser

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beträgt. Die Empfindlichkeit η der Photodiode hat bei einer Lichtwellenlänge λ von 6328 S den Wert 0,32 A/W, und der durch i/Pi definierte optisch-elektrische Übertragungskoeffizient beträgt 2,3 nA/uW, wenn i der bei der Detektion auftretende Photostrom und Pi die einfallende optische Energie sind. Der Übertragungskoeffizient steigt bei größeren Wellenlängen (mit λ etwa bei 0,82_/um) an, die gewöhlich für die übertragung mittels optischer Fasern angewendet werden.

Fig.3 zeigt einen Schnitt einer Abzweigungsvorrichtung, die mit einer lösbaren Verbindungsvorrichtung zum Verbinden von zwei Bündeln aus optischen Fasern kombiniert ist. Diese Verbindungsvorrichtung eignet sich zur Herstellung einer optisch-elektrischen T-Anordnung, da sie eine einteilige Faser enthält, die die Funktion der optischen Verbindung zwischen den Faserbündeln und der Faser zum Mischen der Strahlug aus allen Einzelfasern der angrenzenden Bündel realisiert. Sie enthält eine optische Faser 15 , die mit ihrem Mantel in ein mechanisches Steckerteil 17 eingeschoben ist, das an seinen beiden Enden Gewinde zum Verbinden mit mechanischen komplementären Teilen aufweist , in die Faserbündel eingeschoben sind. Nach Fig.3 weist das aus Metall bestehende Steckerteil eine seitliche öffnung auf, die mit einem isolierenden Verkittungsmaterial 20 ausgefüllt ist, aus dem zwei Anschlußdrähte 12 des elektrischen Ausgangswegs der T-Anordnung herausragen. Das Abzweigen erfolgt in der oben geschilderten Weise mit Hilfe einer Photodiode 11, die von einem Träger 10 gehalten ist und mit Hilfe eines Epoxydharzes 13, das eine in dem Mantel angebrachte öffnung einnimmt, mit dem Faserkern verkittet ist.

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Es kann auch eine solche Vorrichtung so ausgebildet werden, daß sie das elektrische Signal über ein Koaxialkabel liefert. Fig.4 zeigt die entsprechenden elektrischen Anschlüsse an einem Element entsprechend Fig.3.

Einer der elektrischen Anschlüsse 12 ist mit einem zylindrischen Leiter 21 verschweißt, der seinerseits am Steckerteil 17 verschweißt ist. Das Innere des Leiters enthält beim Steckerteil 17 eine Scheibe aus isolierendem Verkittungsmaterial 20, das von einem Mittelleiter 22 durchdrungen ist, der mit dem zweiten elektrischen Anschluß 12 verbunden ist.

Mit Hilfe einer derartigen Anordnung können optische T-Glieder verwirklicht werden,deren größte Abmessungen 20 mm bei einer Vorrichtung nicht überschreiten, die dazu bestimmt ist, Bündel aus 61 Fasern mit einem BUndeldurchmesser von etwa 560 um zu verbinden.

Eine solche Abzweigungsvorrichtung kann dazu verwendet werden, Tests zur Kontrolle von Abschnitten optischer Übertragungsleitungen durchzuführen, wobei die auf diese Weise abgezweigte Leistung sehr schwach ist und bei einer Leitung zum Übertragen einer Leistung in der Größenordnung von Milliwatt die Größenordnung von Nanowatt hat.Sie kann auch dazu bestimmt sein, Messungen an verschiedenen Punkten einer optischen Übertragungsleitung durchzuführen, wobei die abgezweigte und in elektrische Energie umgewandelte Energie direkt mit der einfallenden Energie in Beziehung steht. In diesem Fall genügt es, einen kleinen Bruchteil der optischen Strahlung abzuzweigen. Schließlich kann die Abzweigungsvorrichtung in Übertragungssystemen als Ausgangs-

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punkt einer Gegenkopplungsschleife benutzt werden. Die abgezweigte Leistung kann dabei ziemlich groß sein, damit eine große Verstärkung in der Schleife vermieden wird. Schließlich können zum Verteilen von Informationen auf eine bestimmte Anzahl von Teilnehmern, die längs einer Leitung zwischen einem Sender und einem Empfangsgerät verteilt sind, mehrere Abzweigungsvorrichtungen angebracht sein, die jeweils einen größeren Abzweigungsgrad als die zuvor beschriebenen Vorrichtungen aufweisen, damit die Teilnehmer im wesentlichen die gleiche Energie empfangen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können die im Mantel der Faser gebildete öffnung und die gegenüberliegende Photodetektorfläche andere Formen aufweisen.

Außerdem kann die oben beschriebene Abzweigungsvorrichtung mit einem Bündelend-Anschluß,beispielsweise mit einem Sender, zum Messen der abgegebenen Leistung kombiniert werden. In diesem Fall werden jedoch vorzugsweise andere Vorrichtungen verwendet, die die von der einteiligen Faser nicht erfaßte Strahlung benutzen, beispielsweise die an den seitlichen Flächen der sendenden Diode austretende Strahlung.

Dies kann auch bei einem Endanschluß mit einem Empfänger angewendet werden.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Opto-elektrische Abzweigungsvorrichtung zum Aufteilen einer an einen optischen Eingangsweg angelegten einfallenden optischen Strahlung zwischen einem optischen Ausgangsweg und einem elektrischen Ausgangsweg, dadurch gekennzeichnet, daß eine einteilige optische Faser vorgesehen ist, die dazu bestimmt ist, an einem Ende, das den Eingangsweg bildet, die einfallende optische Strahlung zu empfangen und am anderen Ende, das den optischen Ausgangsweg bildet, einen Teil der optischen Strahlung auszusenden, daß die einteilige optische Faser an ihrer Seitenfläche in dem ihren Kern umgebenden Mantel eine öffnung aufweist, die den Kern freilegt, daß durch die öffnung ein Photodetektor mittels eines Verkittungsmaterials mit dem Faserkern verkittet ist, das einen größeren Brechungsindex als der Mantel aufweist, wobei der Photodetektor dazu bestimmt ist, einen Teil der optischen Strahlung zu erfassen und ein elektrisches Signal abzugeben, und daß der Ausgang dieses Photodetektors den elektrischen Ausgangsweg bildet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Faser und der Photodetektor von einem mechanischen Teil umgeben sind, dessen Enden die Erden der Faser umgeben und durch Ineinandergreifen in der Achsrichtung der Faser mit weiteren mechanischen Teilen kopp:lbar sind, die fest mit den Enden von Bündeln aus optischen Fasern verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ,ekennzeichnet, daß der Photodetektor eine Silizium-Photoiiode ist.

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ORIGINAL INSPECTED
4. Verfahren zur Herstellung einer opto-elektrischen Abzweigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser zur Bildung einer Öffnung in einem Abschnitt ihrer Seitenflächen bis zum vollständigen Entfernen des Mantels in der seitlichen Öffnung abgeschliffen wird, daß der in der Öffnung erscheinende Faserkern poliert wird und daß der Photodetektor in der Öffnung durch Verkitten befestigt wird.
5. Opto-elektrische Verbindung mittels Bündeln aus optischen Fasern, gekennzeichnet durch wenigstens eine optoelektrische Abzweigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3.

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