DE2650486A1

DE2650486A1 - Uebertragungsmischer fuer lichtleitfasern und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2650486A1
Application number: DE19762650486
Authority: DE
Inventors: James Emanuel Goell; Charles Kuen Kao
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1976-11-04
Publication date: 1977-05-18
Also published as: US4087156A

Description

Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul
Postfach 3OO 929
7000 Stuttgart-Feuerbach

CK. Kao et al 14-7

INTERNATIONAL STANDAPJD ELECTRIC CORPORATION, New York

Übertragungsmischer für Lichtleitfasern und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Priorität der Anmeldung Nr. 630 118 vom 7. 11. 1975 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Übertragungsmischer werden dann in optischen Nachrichtenübertragungssystemen verwendet, wenn der Wunsch besteht, eine Information von einer Faser auf eine Vielzahl von Fasern zu übertragen'. Derzeit sind Mischer im Umlauf für Faserbündel, die im allgemeinen aus einem Mischstab mit hohem ^Brechungsindex und einer Hülle mit niedrigem Brechungsindex bestehen. Eine Anzahl von Lichtleitfaserbündeln werden an jedem Ende des Mischers angebracht zur Erzielung einer optischen Verbin-

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22. Oktober 1976 Dr.Rl/sp

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dung zwischen einem Faserbündel auf der einen Seite und all den anderen Faserbündeln auf der anderen Seite des Stabes.

Die Verwendung eines festen Mischstabes zur Herstellung einer Verbindung zwischen einer Vielzahl von Eingangs- und Ausgangsfaserbündeln führt zu einer gewissen Uneinheitlichkeit der Lichtverteilung und zu-Lichtverlusten aufgrund der verhältnismäßig unsteten Lichtanschluß- und Mischverluste in einem Stab von ausreichender Länge.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Übertragungsmischer zu schaffen, der einen verbesserten Lichtanschlußwirkungsgrad zwischen der Lichtleitfaser und dem Mischer besitzt sowie ferner eine verbesserte Ankopplung und größere Einheitlichkeit der einzelnen Fasern. Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Der übertragungsmischer für Lichtleitfasern gemäß der Erfin-'dung enthält demnach eine Vielzahl von Lichtleitfasern definierter Länge mit Zwischenbereichen, in denen ihre Umhüllung entfernt und durch ein Verkapselungsmaterial mit passendem oder etwas höherem Brechungsindex ersetzt ist. Das Verkapselungsmaterial ist wiederum von einer Schicht mit niedrigerem Brechungsindex umschlossen.

Eine Ausbildungsform besteht aus einer Faser mit Quarzkern, die eine Plastikhüllschicht besitzt in dem Bereich, wo die Plastikumhüllung von den Fasern entfernt ist. Der freigelegte Kernbereich der einzelnen Fasern wird dann eng linear oder spiralförmig aneinandergelegt und in einem Material verkapselt, das einen passenden oder etwas höheren Brechungsindex besitzt

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als Quarz. Das Verkapselungsraaterial wird wiederum mit einer Beschichtung versehen, die einen niedrigeren Brechungsindex aufweist, um die innere Reflexion des Lichtes in dem Mischer zu fördern»

Eine weitere Ausbildungsform zeigt eine Vielzahl von Lichtleitfasern, von denen jede einen dotierten Quarzkern besitzt und eine Hüllschicht aus Glas. Bei dieser Ausbildungsform wird die Hüllschicht vor dem Verkapseln in einem Material mit passendem oder etwas höherem Brechungsindex durch Ätzen entfernt. Das Verkapselungsmaterial ist wiederum in einer dünnen Schicht eines Materials mit niedrigem Brechungsindex eingeschlossen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben; darin stellen dar:

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Mischstab nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 den Längsschnitt durch einen Übertragungsmischer nach der Erfindung,

Fig. 3A einen Querschnitt durch das Ende einer Lichtleitfaser, wie sie in dem Übertragungsmischer nach Fig. 2 verwendet wird und

Fig.. 3B einen Querschnitt durch das Ende einer anderen Lichtleitfaser, die in dem Mischer nach Fig. 2 Verwendung findet.

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Fig. 1 zeigt den Mischstab 2 nach dem Stand der Technik, der aus einem festen Kernbereich 8 und einer Hüllschicht 6 besteht. Eine Anzahl von Lxchtlextfaserbündeln sind auf jeder Seite des Mischstabes 2 mit Hilfe von Epoxyharz oder einem ähnlichen Befestigungsmaterial· angebracht. Obgleich eine Vielzahl von Faserbündeln im allgemeinen bei einem Mischstab nach dem Stand der Technik verwendet wird, ist aus Gründen der Übersicht nur eine Faser 4 aus jedem der zahlreichen Bündel zu sehen. Jede der Lichtleitfasern 4 besitzt den lichtführenden Kernbereich 8, den eine Hüllschicht 6 bedeckt, wie es allgemein aus 'dem Stand der Technik bekannt ist. Der Mischstab 2 soll ermöglichen, daß optische Nachrichten, die in die einzelne Faser 4 eintreten, durch den Mischer 2 weitergeleitet werden, um so eine Nachrichtenübertragung in die Faser 4 auf dem entgegengesetzten Ende des Mischstabes 2 sicherzustellen.

Die eine Seite des Mischstabes 2 kann als Ausgang und die entgegengesetzte Seite als Eingang des Mischers angesehen werden. Wenn Lichtenergie durch Anschließen einer Lichtquelle an eine der Eingangsfasern in den Mischer gelangt, wird das in den Kernbereich 8 eintretende Licht in dem Mischer 2 durch vielfache innere Reflexion an der Hüllschicht 6 in dem Mischer 2 gehalten, bis es durch die Fasern 4 an der anderen Seite des Mischstabes 2 austritt. Auf diese Weise kann ein einziges Bündel an Eingangsfasern eine Information auf ene große Zahl von Ausgangsfaserbündeln übertragen.

Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Übertragungsmischer 3. In der einen Ausbildungsform ist eine Vielzahl von plastikbeschichteten Quarzfasern durch Abziehen des Plastikmaterials und Freilegung des Quarzkerns 8 hergerichtet. Den Querschnitt

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einer typischen plastikumhüllten Faser zeigt Fig. 3A. Der Licht weiterführende Kernbereich 8 besteht aus einer hochreinen Quarzfaser, die mit einer Plastikhülle 6 von gegenüber dem reinen Quarzkern 8 niedrigerem Brechungsindex beschichtet ist. Nach Abziehen der Plastikumhüllung 6 von einem Zwischenbereich jeder der Fasern 4 werden dann die Kerne 8' derselben verfestigt und in dem Plastikmaterial 5 verkapselt, das einen Brechungsindex besitzt, der gleich oder etwas größer ist als der von Quarz. Dies stellt sicher, daß Licht, welches den Kernbereich 8 einer der Eingangsfasern durchläuft, schnell zu dem Quarzkern 8 der austretenden Lichtleitfasern 4 gelangt. Eine äußere Hüllschicht 6 aus Material mit niedrigerem Brechungsindex als das Verkapselungsmaterial 5 wird über dieses gebracht, um zu verhindern, daß aufgrund der inneren Totalreflexion Licht den Mischer 3 verläßt. Aufgrund des niedrigen Brechungsindexes und seiner Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeit wird Silikonharz als äußere Hüllschicht 6 bei dieser Ausbildungsform verwendet. Unabhängig davon und der Verwendung von Plastik als Verkapselungsmaterial können andere Kombinationen an Materialien benutzt werden, vorausgesetzt, der Brechungsindex der Hüll schicht 6 ist geringer als der Brechungsindex des Verkapselungsmaterials 5 und dieser ist gleich oder etwas größer als der Brechungsindex des Materials, aus dem der Kernbereich 8 besteht. Verfestigung der freigelegten Kerne, so daß diese eng nebeneinanderliegen, verbessert das Mischen zwischen denselben. Ein weitere Verbesserung läßt sich dadurch erreichen, daß die Faserkerne nahe zusammen und vor dem Verkapseln zusammengedreht werden.

Obgleich die in Fig. 3A gezeigten plastikumhüllten Fasern mit Quarzkern ein brauchbares Instrument zur Bildung des erfindungsgemäßen Übertragungsmischers 3, wie er in Fig. 2 ge-

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zeigt wird, darstellen, können auch anders zusammengesetzte Lichtleitfasern, verwendet werden. Fig. 3 B zeigt die Lichtleitfaser 4 mit dem dotierten Quarzkern 8, umgeben von einer dotierten Quarzhüllschicht 7 und eingeschlossen in eine Plastikumhüllung 6. Wird die Lichtleitfaser mit dem Aufbau nach Fig. 3B bei der Herstellung des Übertragungsmischers 3 verwendet, so wird die dotierte Quarzhüllschicht 7 zusammen mit der Plastikumhüllung 6 entfernt. Dadurch wird sichergestellt, daß das in dem Kern einer der Eingangsfasern 4 weitergeleitete Licht ohne Schwierigkeiten durch die entsprechenden freigelegten Kernbereiche 8' direkt in das Verkapselungsmaterxal 5 gelangt. Das Vorhandensein einer Zwischenschicht wie die dotierte Quarzhüllschicht 7 hindert das Licht daran, aus dem Kernbereich aufgrund der inneren Totalreflexion auszutreten. Wenn der dotierte Quarzkern 8 der Ausbildungsform nach Fig. 3B aus Germanatglas besteht und die dotierte Quarzhüllschicht 7 aus Borsilikatglas, so kann letztere durch ein geeignetes Ätzmittel wie Fluorwasserstoffsäure entfernt werden.

Die vorliegende Erfindung beschreibt brauchbare Verfahren und Materialien zum Transport von Licht von einer Einzelfaser auf eine Vielzahl von Fasern. Die Verwendung der Erfindung für optische Nachrxchtenübertragungssysteme ist nur ein Beispiel, sie kann auch auf andere Bereiche ausgedehnt werden.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

I Optischer Übertragungsmischer, bestehend aus einer

Vielzahl von Lichtleitfasern (4) mit einem lichtleitenden Kern (8), einem Bereich ohne Umhüllung zwischen den
Enden der Fasern, einem Verkapselungsmaterial (5) um
den Faserkernen im Bereich dieser Zwischenregion und
einer äußeren Hüllschicht (6), die das Verkapselungsmaterial (5) umgibt.
2. Übertragungsmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Fasern (4) eine entsprechende
Vielzahl von Eingangs- und Ausgangsfaserenden auf beiden
Seiten der Zwischenregion besitzen.
3. Übertragungsmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verkapselungsmaterial (5) einen Brechungsindex besitzt, der dem des den Kern (8) bildenden Materials entspricht.
4. Übertragungsmischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verkapselungsmaterial (5) einen gegenüber dem Kernmaterial (8) größeren Brechungsindex besitzt.
5. Übertragungsmischer nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllschicht (6) einen gegenüber dem Verkapselungsmaterial (5) niedrigeren Brechungsindex besitzt.
6. Übertragungsmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verkapselungsmaterial (5) aus Plastik ist.

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7. Übertragungsmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllschicht (6) aus Silikonharz besteht.
8. Verfahren zur Herstellung eines Übertragungsmischers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein bestimmter Abschnitt der Plastikhüllschicht (6) von einer Vielzahl von Lichtleitfasern zur Freilegung der Faserkerne abgezogen wird, daß die Faserkerne in ein . Verkapselungsmaterial (5).eingebettet werden, dessen Brechungsindex gegenüber dem der Hüllschicht (6) verschieden ist, und daß der verkapselte Faserbereich erneut mit einer Hüllschicht (6) überzogen wird, die gegenüber dem Verkapselungsmaterial (5) einen niedrigeren Brechungsindex aufweist .

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