DE2910291A1 - Bauelement mit optischen lichtwellenleitern - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München

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Bauelement mit optischen Lichtwellenleitern

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bauelement mit Lichtwellenleitern, insbesondere zum Verteilen von Licht aus einem zuführenden-Lichtwellenleiter auf wegführende Lichtwellenleiter oder zum Sammeln von Licht aus mehreren zuführenden Lichtwellenleitern in einem wegführenden Lichtwellenleiter.

Für die optische Nachrichtentechnik stellt ein Bauelement der eingangs genannten Art ein wesentliches Grundelement dar. Beispielsweise werden solche Verzweigerelemente für Wellenlängen-Multiplexer oder -Demultiplexer benötigt. Ein solches Bauelement soll aus diesem Grunde möglichst einfach und in einer weitgehend standardisierbaren Technologie herstellbar sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Bauelement der eingangs genannten Art anzugeben, welches sich technologisch besonders einfach herstellen läßt und welches als optischer Verzweiger oder Sammler oder als Wellenlängen-Multiplexer oder -Demultiplexer einsetzbar oder zum Aufbau solcher Elemente verwenbar ist.

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Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dabei bedeutet der Begriff "maximal zulässiger Versatz" den vom Abstand der beiden einander zugewandten Stirnflächen der benachbarten Lichtwellenleiter abhängigen seitlichen Versatz, bei dem gerade noch Licht von einem Lichtwellenleiter auf den anderen übertragen wird, wobei die gerade noch übertragene Lichtintensität vorgebbar ist. Analoges gilt für den "maximal zulässigen Winkel". Als Richtwert darf hier der Akzeptanzwinkel eines Lichtwellenleiters angenommen werden.

Ein besonders effektives und für die Serienfertigung besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung eines vorgeschlagenen Bauelements geht aus Anspruch 2 hervor, wobei dabei speziell das nach Anspruch 3 angegebene Verfahren besonders bevorzugt wird.

Mit einem vorgeschlagenen Bauelement lassen sich besonders vorteilhaft Wellenlängen-Multiplexer oder -Demultiplexer-Systeme in Baumstruktur realisieren.

Die Erfindung wird in einem Äusführungsbeispiel anhand zweier Figuren im folgenden näher erläutert.

Figur 1 zeigt in Draufsicht von oben einen Grundkörper mit einer ebenen Oberfläche, in die eine Struktur von Führungsnuten eingebracht ist, Figur 2 zeigt in Draufsicht von eben einen Trägerkörper auf bzw. in dem Lichtwellenleiter und teildurchlässige Spiegelschichten in der vorgeschlagenen Weise befestigt sind«,

Das dargestellte Bauelement wird am besten anhand eines

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beispielhaften Herstellungsverfahrens nach den Patentansprüchen 2 und 3 beschrieben.

In diesem beispielhaften Verfahren wird in eine ebene 5 Oberfläche eines Siliziumplättchens 4' als Grundkörper, welches beispielsweise einen quadratischen Grundriß aufweist, eine Struktur von Führungsnuten 50, 60, 70 und 80 für Lichtwellenleiter, vorzugsweise mittels anisotropen Ätzens, eingebracht. Von den Führungsnuten sind in der Figur 1 nur die Kanten an der ebenen Oberfläche dargestellt.

Die Führungsnutenstruktur weist dabei die Hauptnut 50 auf, welche sich quer über die ganze Oberfläche des Siliziumplättchens erstreckt. Von dieser Hauptnut 50 zweigen mit Abstand voneinander die beiden weiteren Führungsnuten 60 und 80 seitlich ab und führen bis zum Rand der ebenen Oberfläche des Plättchens 4^r. Darüber hinaus zweigt von der einen weiteren Nut 60 eine dritte Nut 70 mit Abstand von der Hauptnut 50 ab und führt ebenfalls zum Rand der ebenen Oberfläche des Plattchens 4·.

Die eine weitere Nut 60 zweigt von der Hauptnut 50 nach rechts ab und die andere weitere Nut 80 zweigt ein Stück oberhalb der Nut 60 von der Hauptnut 50 nach links ab. Die dritte Nut 70 zweigt von der einen weiteren Nut 60 nach unten ab.

Die Hauptnut 50 und die dritte Nut 70 verlaufen wie die eine weitere Nut 60 und die andere weitere Nut 80 parallel zueinander. Die beiden weiteren Nuten 60 und 80 verlaufen senkrecht zur Hauptnut und zur dritten Nut 70.

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Als nächster Verfahrensschritt werden in die Nuten 50, 60, 70 lind 80 Lichtwellenleiter, beispielsweise MuItimode-Glasfasern, beispielsweise Kern-Mantel-Glasfasern, eingelegt und darin befestigt. Dabei wird zweckmäßigerweise zunächst in die Hauptnut 50 ein Lichtwellenleiter gelegt, welcher sich über die ganze Oberfläche des Plättchens erstreckt. In die weiteren Nuten 60 und 80 wird je ein Lichtwellenleiter eingelegt, welcher stumpf an den Lichtwellenleiter in der Hauptnut 50 stößt. In die dritte Nut 70 wird ein Lichtwellenleiter eingelegt, welcher ebenfalls stumpf an den Lichtwellenleiter in der Nut 60 stößt. Die Lichtwellenleiter werden in dieser Anordnung in den Nuten beispielsweise mittels optischem Kitt fixiert.

Zweckmäßigerweise wird zum Fixieren der Lichtwellenleiter in den Nuten ein Deckplättchen, beispielsweise aus Glas, verwendet, mit welchem die Lichtwellenleiter abgedeckt werden und welches mit der ebenen Oberfläche des Plättchens 4^r fest verbunden wird.

Der sp entstandene Körper wird nun mittels Trennscheibe oder dergleichen zerlegt. Zweckmäßigerweise ist der Abstand zwischen der Nut 70 und der Nut 50 gleich dem Abstand zwischen der Nut 60 und der Nut 80 gewählt worden. Mit anderen Worten, es ist Vorsorge getroffen worden, daß der Abstand zwischen den Längsachsen der in die Nut 70 und in die Nut 50 eingelegten Wellenleiter gleich dem Abstand zwischen den Längsachsen der in die Nut 60 und in die Nut 80 eingelegten Wellenleiter ist.

Die Schnitte werden entlang der Linien I - I und II - II in Figur 1 geführt. Diese beiden Linien I - I und II - II stimmen im vorliegenden Fall mit den Diagonalen der quadratischen ebenen Oberfläche des Grundkörpers 4' überein.

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Die Schnitte werden senkrecht zur ebenen Oberfläche des Grundkörpers 4^f geführt.

Die durch einen Schnitt paarig entstandenen Schnittflächen werden auf Politur gebracht. Auf wenigstens eine der so paarweise einander zugeordneten Schnittflächen wird eine teildurchlässige Spiegelschicht aufgebracht, welche eine polierte Schnittfläche eines vollständig durchtrennten Lichtwellenleiters abdeckt. Danach werden die getrennten Teile wieder zusammengefügt und fixiert, so daß zugeordnete Schnittflächen der Teile sich wieder gegenüberliegen und die Längsachsen der vollständig durchtrennten Lichtwellenleiter nach Möglichkeit wieder fluchten. Es sollte darauf geachtet werden, daß an einer Abzweigstelle der abzweigende Lichtwellenleiter durch den Schnitt- und Politurvorgang nicht in Mitleidenschaft gezogen wird.

Nach dem Zusammensetzen und Fixieren der getrennten Teile ist das in Figur 2 dargestellte Bauelement entstanden.

Dieses Bauelement besteht danach aus dem Trägerkörper 4, der sich aus den vier Teilen 41 bis 44■zusammensetzt, zwischen denen die teildurchlässigen Spiegelschichten F1, F2 und F3 sich befinden. Die Spiegelschichten F1 und F3 trennen drei fluchtende Lichtwellenleiter 51, 52 und 53 voneinander, die aus dem in die Hauptnut 50 eingelegten Lichtwellenleiter durch den Trennvorgang entstanden sind.

Bei der einen Spiegelschicht F1 zweigt vom benachbarten äußeren Lichtwellenleiter 51 im rechten Winkel ein weiterer Lichtwellenleiter 61 nach rechts ab. Die Längsachsen A1 und B1 dieser beiden Lichtwellenleiter 51 und 61

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schneiden sich auf der ihnen zugewandten Oberfläche der einen Spiegelschicht Ft·

Bei der anderen Spiegelschicht F3 zweigt vom mittleren Lichtwellenleiter 52 der Lichtwellenleiter 8 im rechten Winkel nach links ab. Die Längsachsen Ct, A3 dieser beiden Lichtwellenleiter 8 und 52 schneiden sich auf der ihnen zugewandten Oberfläche der anderen Spiegelschicht F3.

Die weitere Spiegelschicht F2 trennt den einen weiteren Lichtwellenleiter 62, wobei beide weiteren Lichtwellenleiter 61 und 62 aus dem in die abzweigende Nut 60 eingelegten Lichtwellenleiter beim Trennvorgang entstanden ist. Bei der weiteren Spiegelschicht zweigt der andere zusätzliche Lichtwellenleiter 7 im rechten Winkel nach unten ab. Die beiden Längsachsen Bt und C2 der beiden Lichtwellenleiter 61 und 7 schneiden sich auf der ihnen zugewandten Oberfläche der weiteren Spiegelschicht F2.

Die Längsachsen A1, A2 und A3 der drei Lichtwellenleiter 51, 52 und 53 fluchten wie die Längsachsen B1 und B2 der beiden weiteren Lichtwellenleiter 61 und 62. Die Spiegelschichten F1, F2 und F3 sind im Winkel von 45° zu den Lichtwellenleitern geneigt.

Bei der Herstellung des Grundkörpers kann man beispielsweise von einer größeren Siliziumscheibe ausgehen, bei der in eine Oberfläche eine Vielzahl von parallelen äquidistanten Nuten und senkrecht dazu ebenfalls eine Vielzahl von parallelen äquidistanten Nuten eingeätzt worden sind. Daraus können quadratische Plättchen nach Figur 1 hergestellt werden, wobei die dort gestrichelt eingezeichneten zusätzlichen Nuten vorhanden sind, wodurch das Bauelement gegebenenfalls erweitert werden könnte.

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Die auf die polierten Schnittflächen aufzubringenden teildurchlässigen Spiegelschichten F1, F2, F3 können metallische Spiegelschichten, z.B. aus Aluminium, mit gleichem oder unterschiedlichem Transmissionsvermögen sein. Sie können aber auch dielektrische Vielfachschichten sein, die sich hinsichtlich des spektralen Verlaufs des Transmissions/Reflexionsvermögens beliebig gestalten lassen. Solche Vielfachschichten können z.B. aus SiOp/TiOp-Wechselschichten aufgebaut werden. Die derart mit Spiegeln versehenen Teile 41, 42, 43, 44 werden, wie bereits in der älteren Patentanmeldung P 28 51 679.2 (VPA 78 P 7195 BfID) beschrieben, an den Schnittflächen verkittet, wobei durch die spezielle Formgebung gewährleistet ist, daß die Faserachsen der Abschnitte 51, 52,

-15 53 bzw. 61, 62 fluchten (selbstjustierende Bauform), wenn wie beim Gegenstand der genannten älteren Patentanmeldung eine Montagevorrichtung mit Präzisionsanschlägen verwendet wird. Durch die Doppeldiagonaltrennung werden Schnittverluste kompensiert,

Die beschriebene Anordnung läßt sich sowohl als einfacher Lichtverzweiger mit einem Eingang bei 51 und vier Ausgängen bei 8, 53, 7 und 62 oder vier Eingängen bei 8, 53, 7 und 62 und einem Ausgang bei 51 realisieren oder als-Wellenlängen-Multiplexer oder -Demultiplexer für vier verschiedene Lichtwellenlängen verwenden. Bei Verwendung als Multiplexer oder Demultiplexer werden die polierten Diagonaltrennflächen zweckmäßigerweise mit kurzwellig oder langwellig transmittierenden dielektrischen Vielfachschicht-Kantenfiltern bedampft. Im Falle eines Demultiplexers werden von den vier in 51 ankommenden Wellenlängen durch das Filter zwischen 51 und 52 je zwei in 52 transmittiert und in 61 reflektiert. Die Filter zwischen 52 und 53 bzw. 61 und 62 trennen je zwei Wellenlängen voneinander, die in 8 und 53 bzw. 7 und 62 gelangen. Bei

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Bei Verwendung als Multiplexer wird die Strahlung vier verschiedener Wellenlängen, die von außen in 7, 62, 8, 53 eingespeist werden, in umgekehrter Richtung der Faser 51 zugeführt. Im Falle eines Demultiplexers ist es zur Erhöhung der Nebensprechdämpfung vorteilhaft, an den Ausgängen 7, 8, 53 und 62 Schmalbandfilter anzubringen, die jeweils nur die erwünschte Wellenlänge transmittieren.

3 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   Bauelement mit optischen Lichtwellenleitern, insbesondere zum Verteilen von Licht aus einem zuführenden Wellenleiter auf wegführende Wellenleiter oder zum Sammeln von Licht aus mehreren zuführenden Lichtwellenleitern in einen wegführenden Lichtwellenleiter, dadurch gekennzeichnet , daß auf oder in einem Trägerkörper (4) mehrere Lichtwellenleiter (51, 52, 53, 61, 62, 7, 3) und teildurchlässige Spiegelschichten (F1, F2, F3) angeordnet sind, daß von den Xichtwellenleitern (51, 52, 53, 61, 62, T₁ 8) drei Lichtwellenleiter (51, 52, 53) und daneben zwei weitere Lichtwellenleiter (61, 62) in Längsrichtung nacheinander angeordnet sind, daß die Längsachsen (A1, A2; A2, A3) der jeweils benachbarten Lichtwellenleiter (5'1, 52; 52, 53) in den drei Lichtwellenleitern (51, 52, 53) und die Längsachsen (B1, B2) der beiden benachbarten weiteren Lichtwellenleiter (61, 62) wenn.überhaupt, so jeweils höchstens bis auf einen maximal zulässigen Versatz gegeneinander versetzt und höchstens bis auf einen maximal zulässigen Winkel gegeneinander geneigt sind, wodurch gewährleistet ist, daß Licht aus einem der in Betracht gezogenen Lichtwellenleiter in den benachbarten Lichtwellenleiter übertragen wird, daß zwischen den benachbarten Lichtwellenleitern (51, 52; 52, 53) in den drei Lichtwellenleitern (51, 52, 53) jeweils eine von zwei teildurchlässigen Spiegelschichten (F1, F2) und zwischen den beiden benachbarten weiteren Lichtwellenleitern (61, 62) eine weitere teildurchlässige Spiegelschicht (F2) schief zu den Längsachsen (Al, Α2; A2, A3; B1, B2) der benachbarten Lichtwellenleiter (51, 52; 52, 53; 61, 62) angeordnet sind, daß auf der Seite einer (F1) der beiden Spiege!schichten (F1, F2), auf der auch der benachbarte äußere (51) der drei Lichtwellenleiter (51,

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   52, 53) liegt, einer (61) der beiden weiteren Lichtwellenleiter (61, 62) angeordnet ist, daß auf der Seite der anderen (F3) der beiden Spiegelschichten (F1, F3), auf der auch der mittlere (52) der drei Lichtwellenleiter (51, 52, 53) liegt, ein zusätzlicher Lichtwellenleiter (8) angeordnet ist, und daß auf der Seite der weiteren Spiegelschicht (F2), auf der auch der eine weitere Lichtwellenleiter (61) liegt, ein anderer zusätzlicher Lichtwellenleiter (7) angeordnet ist, und daß die Längsachse (B1) des einen weiteren Lichtwellenleiters (61), die Längsachse (C1) des zusätzlichen Lichtwellenleiters (8) und die Längsachse (C2) des anderen weiteren Lichtwellenleiters (7) jeweils so angeordnet ist, daß sie, wenn überhaupt, so von einem von der einen Spiegelschicht (fi) bzw. der anderen Spiegelschicht (F3) bzw. der weiteren Spiegelschicht (F2) reflektierten Achsenstrahl, der ihr längs der Längsachse (A1, A2, B1) des benachbarten äußeren LichtwellenMters (51) bzw. mittleren Lichtwellenleiters (52) bzw. des einen weiteren Lichtwellenleiters (61) zugeleitet ist, höchstens bis auf den maximal zulässigen Versatz und höchstens bis auf den maximal zulässigen· Winkel abweicht.
2. 2. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ebenen Oberfläche eines Grundkörpers (4¹) eine Struktur von Führungsnuten (50, 60, 70, 80) für Lichtwellenleiter eingebracht wird, wobei die Struktur eine Hauptnut (50) aufweist, von der mit Abstand voneinander zwei weitere Führungsnuten (80, 60) abzweigen sowie eine dritte Nut (70), die von einer der beiden abzweigenden Nuten (80, 60) mit Abstand von der Hauptnut (50) abzweigt, daß in alle Nuten Lichtwellenleiter eingelegt, in Kontakt miteinander gebracht und in den Nuten befestigt werden, daß danach der so hergestellte Lichtwellenleiter-Trägerkörper durch mehrere senkrecht zur ebenen

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   Oberfläche geführte Schnitte in mehrere Teile (41, 42, 43, 44 in Figur 2) zerlegt wird, derart, daß bei jeder der Stellen, wo eine Nut von einer anderen abzweigt, ein Schnitt entlang einer Richtung geführt wird, die mit beiden Nuten den gleichen spitzen Winkel einschließt und derart, daß nur einer der beiden Lichtwellenleiter in der Nut und der abzweigenden Nut vollständig durchtrennt wird, der andere dagegen nicht, daß die entstandenen Schnittflächen auf Politur gebracht werden, daß auf jeweils eine der durch den Schnitt paarig entstandenen und so paarweise einander zugeordneten Schnittflächen eine teildurchlässige Spiegelschicht (F1, F2, F3) aufgebracht wird, welche eine polierte Schnittfläche eines der Lichtwellenleiter abdeckt und daß dann die Teile (4t, 42, 43, 44) wieder so zusammengefügt und fixiert werden, daß zugeordnete Schnittflächen der Teile sich wieder gegenüberliegen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß in die ebene Oberfläche des Grund- ■ körpers eine Struktur eingebracht wird, bei der die Nuten nur parallel oder senkrecht zueinander verlaufen, bei der parallele Nuten ein und denselben Abstand voneinander haben und daß die Schnitte im Winkel von 45 zu den Nuten geführt werden.

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