DE3331790A1

DE3331790A1 - Verfahren und vorrichtung zum abzweigen optischer energie aus einer optischen faser

Info

Publication number: DE3331790A1
Application number: DE19833331790
Authority: DE
Inventors: Calvin Max 30247 Lilburn Ga. Miller
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1982-09-09
Filing date: 1983-09-02
Publication date: 1984-03-15
Also published as: CA1248382A; NL8303114A; GB8323772D0; DE3331790C2; FR2533034A1; JPS6398509U; NL193004B; GB2126749B; US4802723A; NL193004C; JPH0526562Y2; GB2126749A; FR2533034B1; JPS5972402A

Description

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zum Abzweigen optischer Energie aus einer optischen Faser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abzweigen optischer Energie aus einer optischen Faser.

Zum übertragen von Daten und zu anderen Nachrichtenübertragungszwecken gelangen in zunehmendem Maße optische Fasern in einer Vielfalt von speziellen Anwendungszwecken zum Einsatz. Für relativ weite Nachrichtenübertragungsstrecken zwischen Telefonämtern und anderen Einrichtungen, die mehrere Kilometer auseinanderliegen, werden sowohl Monomode-Fasern als auch Multimode-Fasern verwendet. Außerdem werden optische Fasern auch für relativ kurze Nachrichtenübertragungsstrecken eingesetzt, z. B. in einem Betriebsgelände, auf dem mehrere Fabrik- und/oder Bürogebäude verteilt sind. Solche relativ kurzen Nachrichtenübertragungsstrecken dienen zum Verbinden von Rechnern und Rechner-Terminals, oder zum Verbinden von Bauteilen in einem elektronischen Koppelfeld eines Telefonsystems oder eines anderen Nachrichten-Fernübertragungssystems.

Es ist abzusehen, daß in automatisierten Bürosystemen verschiedene Stationen, z. B. Drucker, Bildschirmgeräte und dergl., durch optische Fasern untereinander verbunden werden. Einige der in Frage kommenden Anwendungen, beispielsweise das Abzweigen von Fernseh- oder anderen Videosignalen oder das Abzweigen von Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungen aus einer optischen Faser, machen es erforderlich, daß eine Abzweigung oder Anzapfung Signalen mit hoher Bandbreite oder hohen Datenübertragungsraten entspricht. In anderen Anwendungsfällen spielt die Band" breite eine nicht so bedeutende Rolle wie die Möglichkeit, eine Abzweigung bequem einzurichten oder abzubauen. Besonders wünschenswert ist es, eine optische Faser anzapfen zu können, ohne die Faser zu brechen und ohne den Überzug der Faser entfernen zu müssen. Ferner besteht der Wunsch, die Stärke des aus der Faser abgezweigten Signals zu ändern, um Geräten mit unterschiedlicher Empfindlichkeit zu entsprechen oder die Faserdämpfung der optischen Energie als Funktion des Abstands von der Signalquelle zu kompensieren. Schließlich ist erwünscht, daß durch eine Abzweigung oder Anzapfung so wenig von der durch die Faser übertragenen optischen Energie verlorengeht wie möglich.

Einige bisher vorgeschlagene Anzapfungen für optische Fasern benötigen einen oder zwei Verbinder in einem

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Lichtleitersystem. Diese Methoden machen es typischerweise notwendig, die Faser zum Anbringen der Abzweigung zu brechen. Außerdem wird in manchen Fällen das System außer Betrieb gesetzt, wenn eine Abzweigung angeschlossen oder abgenommen wird. Die heute üblichen Verbinder weisen Verluste von typischerweise 0,2 bis 2,0 dB auf, wodurch die Anzahl von in einem Faserverteilsystem anschließbaren Abzweigungen begrenzt wird. In einem Fall wird die aus dem Ende einer Faser streuende optische Energie gesammelt. Vergleiche hierzu "Optical-Fibre Tap With Low Insertion Loss", F. R. Gfeller u. a., Electronics Letters, Vol. 15, Seiten 448 - 450 (1979).

Bei einer anderen Art von Abzweigungen für optische Fasern ist das Brechen der Faser oder das Anschließen eines Verbinders nicht notwendig; die optische Energie wird dadurch aus der Faser gezogen, daß die Leistung von aus der Faser ausstrahlenden Moden auf einen Detektor gekoppelt wird, vergleiche z. B. die US-PSen 3 931 518, 3 936 631 und 3 982 123. Die in diesen Patentschriften offenbarte grundsätzliche Methode sieht vor, Licht aus dem Faserkern in den Fasermantel strahlen zu lassen, wie es z. B. durch Biegen der Faser erreicht wird. Dann wird das Licht mittels eines dieelektrischen Körpers aus dem Fasermantel herausgekoppelt und mittels eines Detektors erfaßt. Während die in den oben

beschriebenen Patentschriften dargestellten Ausführungsformen in vielen Anwendungsfällen brauchbar sind, besteht für eine Reihe von Anwendungsfällen das Bedürfnis an einer weiteren Verbesserung.

Hierzu schafft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abzweigen optischer Energie aus einer optischen Faser. Erfindungsgemäß ist um einen Abschnitt der Faser herum ein aus transparentem Material, z. B. Glas oder Kunststoff, bestehendes Rohr angeordnet. Die Faser wird gebogen, und zwar entweder an einem Ende des Rohres oder innerhalb des Rohres. In typischen Ausführungsbeispielen ist das Rohr geschlitzt, damit die Faser leicht in das Rohr eingesetzt oder aus dem Rohr herausgenommen werden kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Rohr in Form von zwei oder mehreren Abschnitten auszubilden, die um die Faser herum angeordnet werden. Die Faser ist innerhalb des Rohres durchgehend, d. h. nicht gebrochen, und typischerweise kann die Faser beschichtet bleiben. Das Rohr braucht nicht in der Nähe eines Faserendes zu liegen. Ein Detektor ist optisch an ein Ende des Rohres gekoppelt, um abgezweigte optische Energie ?u erfassen, die sich in axialer Richtung entlang des Rohres fortpflanzt. Der Außendurchmesser des Rohres kann sehr klein gehalten werden, z. B. 1 Millimeter oder weniger, um mit der aktiven Fläche eines Breitbanddetektors kompatibel zu sein. Für Fasern,

in denen optische Energie in beide Richtungen übertragen wird, können zwei Detektoren optisch an gegenüberliegende Enden des Rohres gekoppelt werden, wobei ein gewisses Maß an Trennung zwischen den beiden erfaßten optischen Signalen erhalten wird. In einer ersten Ausführungsform wird die Faser an einem Punkt gebogen, an welchem die Faser aus demjenigen Ende des Rohres austritt, welches dem Ende, an welches der entsprechende Detektor gekoppelt ist, gegenüberliegt. In einer zweiten Ausführungsform werden das Rohr und die darin befindliche Faser gebogen. Mit dieser Methode lassen sich sowohl Monomo.den- als auch Multimoden-Lichtleiter anzapfen.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine ein gestrecktes Rohr aufweisende Abzweigung für eine optische Faser,

Fig. 2 eine ein gebogenes Rohr aufweisende Abzweigung für eine optische Faser,

Fig. 3 eine Skizze, die die Meßmethode zum

Messen des abgezweigten Signals und der durch die Abzweigung bewirkten Dämpfung veranschav licht,

Fig. 4 eine grafische Darstellung, in der für

Monomodefaser-Anzapfungen die Einfügungsdämpfung über dem abgezweigten Signal aufgetragen ist,

Fig. 5 eine grafische Darstellung, in der für

Multimodefaser-Abzweigungen die Einfügungsdämpfung über dem abgezweigten Signal aufgetragen ist,

Fig. 6 eine bidirektjonale Abzweigung mit zwei Detektoren,

Fig. 7 und 8 geeignete Verkleidungen für die erfindungsgemäßen Abzweigungen.

Die hier beschriebene Methode zum Abzweigen optischer Energie aus einer optischen Faser beruht teilweise auf der Erkenntnis, daß das weitgehende Umgeben eines Abschnitts der Faser mit einem transparenten Rohr eine äußerst effiziente Maßnahme darstellt, um optische Energie aus einer optischen Faser (Lichtleiter) zu extrahieren. Das heißt: die Menge der abgezweigten Energie ist im Vergleich zu der durch die Abzweigung hervorgerufener Dämpfung der sich in der Faser fortpflanzenden optischen Energie relativ hoch. Ferner ist die Faser innerhalb des Rohres bei der

hier beschriebenen Methode durchgehend, im Gegensatz zu bestimmten herkömmlichen Methoden, die zum Abzweigen optischer Energie ein Brechen der Faser erforderlich machen. Die nicht-gebrochene Faser entsprechend der hier beschriebenen Methode trägt dazu bei, daß die Abzweigung eine nur relativ geringe Einfügungsdämpfung erzeugt. Sie gestattet außerdem das bequeme Anbringen oder Entfernen einer Abzweigung, ohne daß das in der optischen Faser übertragene Signal gesperrt wird. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Begriff "im wesentlichen umgeben", daß ein Abschnitt der optischen Faser, der von einem Rohr "im wesentlichen umgeben" ist, zu mindestens 50% des Faserabschnittumfangs in dem Rohr eingeschlossen ist. Wie aus der nachstehenden Beschreibung hervorgeht, kann das Rohr geschlitzt oder in Abschnitte unterteilt sein, damit sich die Faser leicht einsetzen und entfernen läßt.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Vorrichtungen ist die erfindungsgemäße Anzapfung nicht darauf angewiesen, von einem Ende einer Faser ausgestreutes Licht zu sammeln. Daher bedeutet der hier in Zusammenhang mit der Abzweigung oder Anzapfung verwendete Ausdruck "nicht in der Nähe eines Endes der Faser", daß das transparente Rohr ausreichend weit von einem Ende eines durchgehenden Abschnitts der Faser entfernt ist, so daß weniger als 50%

der in den Detektor eingekoppelten abgezweigten Energie auf Streuungen vom Faserende zurückzuführen sind. Schätzungsweise wird diese Bedingung von jeder Abzweigung erfüllt, die mindestens 1 Meter von einem Ende entfernt ist. Im vorliegen-' den Zusammenhang kann ein Ende einer Faser ein Spleißpunkt oder ein Verbinderpunkt sein.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei der eine optische Faser 10 in einem geraden Rohr 11 angeordnet ist. Die Faser ist an· dem Faseraustrittsende 14 des Rohres gebogen. Am anderen Ende ist das Rohr an einen Detektor 13 gekoppelt. Der Biegewinkel θ beträgt typischerweise mehr als 10 Grad, der Krümmungsradius beträgt typischerweise weniger als 1 Millimeter. In die Faser wird optische Energie 12 gelenkt, und ein Teil der sich in dem Faserkern fortpflanzenden Energie wird durch die Biegung veranlaßt, sich in dem Mantel der Faser 10 fortzupflanzen. Aus dem Mantel oder einem auf dem Mantel befindlichen Überzug, falls ein solcher vorhanden ist, wird die Energie in das Rohr 11 eingekoppelt und von dem Detektor 13 erfaßt. Da die Biegung der Faser fiußerhalb des Rohres liegt, wird diese erste Ausführungsform der Erfindung als "Abzweigung mit geradem Rohr" oder "Abzweigung mit gestrecktem Rohr" bezeichnet. Das Rohr 11 besitzt in geeigneter Weise einen sich in seiner Längsrichtung axial erstreckenden Schlitz, um die Faser einfach einsetzen und herausnehmen zu können.

Hierdurch läßt sich die Abzweigung in einfacher Weise an einer anderen Stelle anordnen, ohne daß die Faser beschädigt wird. In einer anderen Ausführungsform kann das Rohr 11 aus zwei um die Faser herumgelegten Hälften bestehen. Es sind auch noch andere abgewandelte Ausführungsformen möglich, um die Faser mit dem Rohr im wesentlichen zu umgeben.

Es wurde außerdem festgestellt, daß das Biegen der optischen Faser innerhalb des Rohres die Menge der aus der Faser ausgekoppelten Abzweigungsenergie beträchtlich erhöht, häufig ohne eine entsprechende Zunahme der durch die Abzweigung bedingten Einfügungsdämpfung. D.h.: der Wirkungsgrad der Abzweigung, der definiert ist als das Verhältnis von abgezweigter Leistung zu der Einfügungsdämpfung (siehe die untenstehende Gleichung (4)), läßt sich verbessern, wenn man sowohl das Rohr als auch die darin befindliche Faser biegt. Diese zweite Ausführungsform wird als "Abzweigung mit gebogenem Rohr" bezeichnet. Wie Fig. 2 zeigt, ist θ der Biegewinkel des Rohres und des darin befindlichen Faserabschnitts. Der Biegewinkel θ ist wiederum typischerweise größer als 10 Grad, jedoch braucht der Krümmungsradius der Biegung nicht klein zu sein. Durch Variieren des Winkels θ lassen sich verschiedene Mengen von Energie abzweigen. Dies ist eine sehr nützliche Eigenschaft, wenn entlang einer optische.! Fascir mehrere Abzweigungen vorgo-

sehen sein sollen. Die von der Signalquelle am weitesten entfernte Abzweigung empfängt auf Grund der Faserdämpfung naturgemäß wenige Energie, und daher läßt sich durch einen höheren Wert von θ bei einer solchen Abzweigung dieselbe Menge von Energie abzweigen wie in Abzweigungen, die näher an der Signalquelle gelegen sind.

Sowohl die Abzweigung mit gestrecktem Rohr als auch die Abzweigung mit gebogenem Rohr wurde mit einer Multimode-Faser bei einer Wellenlänge von 0,82 Mikrometer und einer Einzelmode-Faser bei einer Wellenlänge von 1,3 Mikrometer untersucht. Die Meßanordnung ist in Fig. 3 dargestellt. Eine Laserquelle 31 arbeitet bei einer Wellenlänge von 0,82 Mirkometer für die Multimode-Faser oder einer Wellenlänge von 1,3 Mirkometer für die Monomode-Faser. Vor der Abzweigung ist eine Faserlänge L. vorgesehen, um die Auswirkung der Faserlänge auf die Abzweigungseigenschaften zu bestimmen. Die Abzweigung selbst enthält ein Rohr 33, das entweder gerade oder gebogen ist, und die abgezweigte Energie wird mit einer InGaAs-PIN-Diode 34 erfaßt. Außerdem wird die durch die Faser geschickte optische Energie mit einer Vergleichs-PIN-Diode 35 erfaßt. Die Länge der Faser zwischen der Abzweigung und der Ausgangsdiode 35 ist mit L_Q bezeichnet. Bei langen (z. B. 1 km langen oder noch längeren) Fasern wird die Faser um eine (nicht gezeigte) Trommel mit 20 Zentimeter Durchmesser

gewickelt. Die von den beiden Dioden erfaßten Singale werden mit einem Lock-In-Verstärker 36 unter Heranziehung eines von der Signalquelle stammenden Bezugssignals gemessen. Auf diese Weise werden sowohl das gesendete Signal als auch das angezapfte Signal gemessen.

Das für den Spleiß verwendete Rohr ist ein Kieselerdeglasrohr, das etwa 8 Zentimeter lang ist. Es besitzt einen Innendurchmesser von 0,3 Millimeter und einen Außendurchmesser von 0,9 Millimeter. Ein etwa 0,3 Millimeter breiter Schitz ist in axialer Richtung des Rohres eingeschnitten. Um einen Aufbau mit gebogenem Rohr zu erhalten, wird das Rohr mit einem Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner erhitzt, und einem Ende des Rohres wird ermöglicht, ein geeignetes Stück abzusinken. Die Fasern werden in die Rohre eingeschoben, und die Rohre werden mit einem Brechungsindex-Anpassungsfluid gefüllt. Die Verwendung eines Brechungsindex-Anpassung sfluids ist in vielen Anwendungsfällen nicht notwendig, sie erhöht jedoch die Stärke des erfaßten Signals.

Bei sämtlichen hier behandelten Untersuchungen besitzt die optische Faser einen Außen-(Mantel-)Durchmeser von etwa 125 Mikrometer, und auf der Faser befindet sich eine bleibende, etwa 50 Mikrometer dicke Beschichtung aus einem UV-gehärtet>n Epoxy-Acrylat. Die Beschichtung

besitzt einen Brechungsindex von etwa 1,51, während der Mantel der Faser einen Brechungsindex von etwa 1,47 besitzt. Es ist bekannt, für die Beschichtung einen höheren Brechungsindex vorzusehen als für den Mantel, um Moden höherer Ordnung aus dem Mantel "herauszustreifen". Diese Brechungsindexbeζiehung erhöht die Wirksamkeit der hier behandelten Abzweigung, verglichen mit Beschichtungen, die einen geringeren Brechungsindex besitzen als der Mantel. Obschon die Beschichtung zur weiteren Erhöhung der Empfindlichkeit entfernt, werden kann, ist dies in den meisten Fällen nicht notwendig. Auf diese Weise läßt sich die Abzweigung leicht auf einen Abschnitt der Faser aufsetzen bzw. von dem Abschnitt entfernen, ohne daß die Faserstärke nennenswert beeinträchtigt wird. Voraussichtlich können auch andere Überzugsmaterialien, beispielsweise Silicone oder thermoplastische, warmschmelzende Harze in Form von Einzelschichtüberzügen oder Mehrschichtüberzügen, ebenfalls auf einer tpyischen Faser belassen werden, wobei dennoch ein zufriedenstellendes Abzweigungssignal erhalten wird.

Die Einfügungsdämpfung der Abzweigung d beträgt

er. = 10 log ~ (dB) (1)

wobei P_ni die vom Detektor 35 gemessene Ausgangsleistung ohne Abzweigung und Ρ_π~ die vom Detektor 35 gemessene Ausgangsleistung mit Abzweigung ist.

Das abgezweigte Singal S, wird in Beziehung gesetzt zu der Eingangsleistung der Abzweigung. Wird die Abzweigung am ausgangsseitigen Ende einer langen Faser angeordnet, so gilt

S. = 10 log --- (dB) (2)

wobei P die von dem Detektor 34 gemessene abgezweigte Leistung ist.

Wird die Abzweigung an dem eingangsseitigen Ende einer langen Faser angeordnet, so erhält man

P P

S. = .10 log —- + 10 log -~ (dB) (3) ^t -01 *i

wobei P. die Eingangsleistung der Faser ist und der zweite Term der Gleichung die Faserdämpfung darstellt.

Der Abzweigungswirkungsgrad η wird folgendermaßen definiert:

η = 100 ■= ~— (%) (U)

*0 i 02

0.1S +2

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Ergebnisse für die Monomode-Fasern-Abzweigung

In Fig. 4 ist die Einfügungsdämpfung über dem abgezweigten Singal für Abzweigungen mit gestrecktem Rohr und Abzweigungen mit gebogenem Rohr bei einer Monomode-Faser dargestellt. Ausgezogene und gestrichelte Linien stellen die am besten angepaßten Regressionslinien der Form S = a + b 1n (CK. ) dar; entlang dieser Linien sind die Wirkungsgrade an verschiedenen Punkten markiert. Die Korrelationskoeffizienten für Regressionslinien sind größer als 0,99. Man sieht, daß Abzweigungen mit gebogenem Rohr geringfügig höhere Wirkungsgrade besitzen als Abzweigungen mit geradem Rohr und außerdem ähnliche Eigenschaften bei Anordnung am Eingangsende oder am Ausgangsende der Faser besitzen. Die Einfügungsdämpfungen für ein abgezweigtes Signal von -40 dBm (bei Voraussetzung von 0 dBm Eingabe) betragen etwa 0,002 dB/ Abzweigung, so daß 500 Abzweigungen/dB-Dämpfung möglich sind. Wenn Signaldämpfungen auf Grund von Faserverlusten oder Abzweigungen auftreten, ist ein erhöhtes Abzweigungsverhältnis (stärkere Biegung) erforderlich, um einen angemessenen Empfangspegel zu erhalten.

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Ergebnisse für Multimode-Fasern-Abzweigung

Die Ergebnisse für eine Multimode-Faser bei einer Wellenlänge von X= 0,82 μπι sind in Fig. 5 dargestellt. Die Abzweigungen mit gebogenem Rohr (gestrichelte Linien) besitzen geringfügig höhere Wirkungsgrade als die Abzweigungen mit gestrecktem Rohr (durchgehende Linien) und in der Nähe des Eingangs einer langen Faser können die Wirkungsgrade für Abzweigungen mit gebogenem Rohr und für Abzweigungen mit gestrecktem Rohr mehr als 100% betragen. Dies ist zurückzuführen auf Abzweigungsundichtigkeiten und Verlustmoden, die zu der Abzweigungsleistung P, hinzukommen, über der Länge der Faser jedoch verloren gehen und keinen Beitrag leisten zu dem Wert von P_Q1. Die Abzweigung 2 (11,9 Grad) gewinnt zusätzliche 10 dB des Abzweigung ssignaIs auf Grund dieses Effekts, der mit zunehmender Biegung auf nur 1 dB für die Abzweigung 6 (31 Grad) abnimmt. Die Einfügungsdämpfung für die Abzweigung 2 erscheint unabhängig im Hinblick auf Eingangsseite oder Ausgangsseite einer langen Faser unverändert zu bleiben; jedoch kann sämtlichen Messungen unterhalb von 0,01 dB ein beträchtlicher Fehler anhaften. Die Abzweigung 6 bewirkt eine Dämpfungsabnahme von 0,35 dB an der Eingangsseite einer langen Faser, verglichen mit der Einfügungsdämpfung am Ausgang einer langen Faser. Dies ist wahrscheinlich zurückzuführen auf das Herausfiltern von Moden höherer Ordnung am Eingang und eine

geringfügig niedrigere Faserdämpfung (0,14 dB/km). Der einfache Ausdruck für die Abzweigungsdämpfung o( geht von der Annahme aus, daß die Faserdämpfung konstant bleibt.

Wie bei den Monomode-Fasern beträgt die Einfügungsdämpfung für ein bei -40 dBm abgezeigtes Singal 0,002 dB/ Abzweigung, was 500 Abzweigungen/dB-Dämpfung bei einer nahen stationären Modenleistungsverteilung (lange Eingangsfaser) ermöglicht. Die Korrelationskoeffizienten für die am besten angepaßten Regressionslinien sind größer als' 0,99.

Die sehr geringe Einfügungsdämpfung und der relativ hohe Abzweigungswirkungsgrad, die durch die obigen Untersuchungen nachgewiesen wurden, gestatten eine in hohem Maße erhöhte Flexibilität bei der Auslegung von Informationsübertragungssystemen. Der hohe Kopplungswirkungsgrad für durch das Rohr aus der Faser auf den Detektor gestreuten Energie gestattet typischerweise die Verwendung von nur einer Biegung. Dies vereinfacht nicht 'nur die Realisierung, sondern hält auch die der Faser vermittelte Dämpfung gering. Der hohe Kopplungswirkungsgrad ist teilweise auf die Tatsache zurückzuführen, daß das Rohr einen relativ hohen Prozentsatz der Leistung aus Moden sammelt, die veranlaßt werden, in die Biegung einzustrahlen, jedoch

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parallel oder zumindest etwa parallel zu der Faserachse bleiben. Außerdem ist der Detektor so angeordnet, daß er diese Moden wirkungsvoll auffängt, wenn sie sich entlang dem Rohr fortpflanzen. Außerdem gestattet es die erfindungsgemäße Methode, die Fläche des Kopplungsmediums relativ groß zu gestalten, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, während der Querschnitt klein gehalten wird. Dies ermöglicht das Koppeln in einen typischen Hochgeschwindigkeits-Fotodektor, die realtiv kleine aktive Oberflächen besitzen.

Die erfindungsgemäße Abzweigung für eine optische Faser läßt sich bei einem Bidirektionalen Aufbau einsetzen, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Bei diesem Aufbau befinden sich Detektoren 61 und 62 an gegenüberliegenden Enden eines Rohres 63, welches einen Abschnitt einer optischen Faser 64 umgibt. Der die Faser umfassende Abschnitt des Rohres wird in einem Winkel θ gebogen, um die oben erwähnte erhöhte Empfindlichkeit zu erzielen. Bei dem Aufbau nach Fig. 6 spricht der Detektor 61 in erster Linie auf Strahlung 65 an, die die optische Faser 64 in der dargestellten Richtung durchläuft. Der Detektor 62 ist am meisten empfindlich für Strahlung 66, die die Faser in die andere Richtung durchläuft. Auf diese Weise erhält man eine Trennung zwischen den beiden Detektoren. Dies gestattet beispielsweise das Abzweigen zweier verschiedener

optischer Singale, die die Faser in entgegengesetzte Richtungen durchlaufen. In einigen Fällen gestattet die durch die hier beschriebene Methode bewirkte Trennung, daß die bieden sich in der Faser fortpflanzenden Signale die gleiche Wellenlänge besitzen. In anderen Fällen ist eine zusätzliche Trennung zwischen den Singalen wünschenswert. Diese kann beispielsweise dadurch erhalten werden, daß man für die Signale 65 und 66 unterschiedliche Wellenlängen vorsieht.

Während bei dem obigen Beispiel ein Glasrohr verwendet wurde, lassen sich auch andere transparente Materialien einsetzen. Beispielsweise kommen typische Kunststoffe mit einem Brechungsindex: im Bereich zwischen 1,3 und 1,6 in Betracht bei Fasern aus Kieselerdeglas oder Kunststoff. Wie oben bemerkt wurde, ist die Verwendung von Brechungsindex-Anpassungsfluid oder -Gel in dem Rohr vorteilhaft, in den meisten Fällen jedoch nicht notwendig. Das das Rohr unmittelbar umgebende Medium sollte bei den Betriebswellenlängen der Faser keine nennenswerte Menge an optischer Energie absorbieren. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man das Rohr mit einem Material umgibt, welches einen niedrigeren Brechungsindex besitzt als das Rohr. Wenn das Rohr von Luft umgeben ist, die einen Brechungsindex von etwa 1 besitzt, so ist die erwähnte Forderung automatisch bei Rohren aus Glas oder Kunststoff erfüllt. In anderen '

Ausführungsformen kann das Rohr jedoch von anderen Medien umgeben sein. Das Rohr kann beispielsweise zwei Hälften aufweisen, die von einem Kunststoff oder einem anderen Trägermittel umgeben sind, wobei die beiden Hälften zusammengeklammert oder auf andere Weise um die Faser herum festgemacht werden. Der Brechungsindex des zum Abzweigen der optischen Energie aus der Faser verwendeten transparenten Rohres sollte in diesem Fall größer sein als der des umgebenden Materials. Alternativ kann die Außenfläche des Rohres für Betriebswellenlängen reflektierend ausgebildet werden, indem man sie mit einem geeigneten Material wie z. B. Silber, Aluminium oder dergl. beschichtet.

Um die Menge der abgezweigten Energie zu variieren, kann man die Stärke der Faserbiegung ändern. Im Falle einer Abzweigung mit gestrecktem Rohr geschieht dies zweckmäßigerweise auf die in Fig. 7 angedeutete Art. Der dort dargestellte Detektor 71 befindet sich an einem Ende eines Rohres 72 in einem Gehäuse 73. Die Stärke der Biegung der Faser 74 und somit die Stärke des abgezweigten Signals bestimmt sich nach Maßgabe von Nuten 65 bis 67, von denen die Faser nach ihrem Austritt aus dem Rohr eine belegt. Die Lage der Faser wird dadurch fixiert, daß man auf dem Gehäuse 73 ein Oberteil 78 festklammert oder auf andere Weise befestigt. Bei einer Abzweigung mit gebogenem Rohr läßt sich gemäß Fig. 8 das Ausmaß der Biegung ei.ier Faser 81 in einem Rohr 82 durch

Nuten 85 bis 87 ändern. Das dargestellte Rohr ist geschlitzt, damit die Faser leicht eingesetzt und herausgenommen werden kann. Die Anordnung wird fixiert, indem auf den Körper 83 ein Oberteil 88 aufgesetzt wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht sich auf in einer optischen Faser mit hoher Geschwindigkeit (d. h. mit hoher Bandbreite) übertragene Signale, wenn es notwendig ist, die abgezweigte Energie mit einer extrem schnellen Detektoranordnung zu erfassen, beispielsweise mit einer sehr schnellen PIN- oder Lawinendiode. Die Querschnittsflachen dieser Bauelemente sind naturgemäß sehr klein, um für schnelles Ansprechen geringe Kapazität, verminderte Durchlaufzeit usw. zu erhalten. Wie oben erwähnt, kann die Querschnittsfläche des Rohres klein sein. Außerdem kann der zu dem Detektor führende Endabschnitt des Rohres kegelförmig ausgebildet sein, indem z. B. ein erhitztes Rohr zur Verringerung des Durchmessers gezogen wird, so daß die Lichtenergie wirksamer auf die aktive Fläche des Detektors gekoppelt wird. Die Erfindung vereinigt daher die Vorteile einer großen Sammelfläche für einen hohen Abzweigungswirkungsgrad mit einem guten Kopplungswirkungsgrad für einen schnell ansprechenden Detektor.

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Das für die Abzweigung verwendete Rohr braucht nicht starr zu sein, sondern kann auch aus flexiblem Material bestehen, beispielsweise aus einem Silicon mit realtiv niedrigem Modul oder aus einem anderen transparenten Polymermaterial. Dies ermöglicht das Biegen des Rohres zur Änderung des Verhältnisses des abgezweigten Signals. Die Maßnahme ermöglicht außerdem die Verbesserung des Abzweigungswirkungsgrads ohne Verwendung eines Brechungsindex-Anpassungsfluids oder -Gels, indem auf das flexible Rohr Druck ausgeübt wird, so daß es sich an den Außendurchmesser, der optischen Faser anlegt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Abzweigen optischer Energie aus einer optischen Faser,

dadurch gekennzeichnet, daß ein durchgehender Abschnitt der optischen Faser mit einem transparenten Rohr im wesentlichen umgeben wird, in der Faser eine Biegung gebildet wird, so daß optische Energie in das Rohr induziert wird, welche sich axial in dem Rohr fortpflanzt, und daß ein erster Detektor optisch an ein erstes Ende des Rohres gekoppelt wird, um optische Energie zu erfassen, die sich entlang dem Rohr axial zu dessen erstem Ende hin fortpflanzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Biegung zumindest teilweise in einem Abschnitt des Rohres, welches die Faser enthält, gebildet wird.

RadeAestraße 43 8030 München 60 TeIt ,n<089) 883603/883601 Telex 5212313 Telegramme Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/S61V98 .Telex 4186237 Telegramme Patenlconsult

3. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Biegung in der Faser zumindest teilweise dadurch gebildet wird, daß die Faser an einem Punkt gebogen wird, an dem die Faser aus einem dem ersten Ende gegenüberliegenden Ende des Rohres austritt.

4. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens derjenige Abschnitt der Faser, der im wesentlichen von dem Rohr umgeben ist, ein beschichteter Abschnitt der Faser ist. '

5. Vorrichtung zum Abzweigen optischer Energie aus einer opitschen Faser,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein aus transparentem Material bestehendes Rohr (11) ist, welches derart ausgebildet ist, daß es einen durchgehenden Abschnitt der optischen Faser (10) im wesentlichen umgibt, daß ein erster Detektor (13) optisch an ein erstes Ende des Rohres gekoppelt ist, um optische Energie zu erfassen, die sich entlang einer ersten Richtung des Rohres axial fortpflanzt, und daß Mittel vorgesehen sind, durch die die Faser gebogen wird.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Biegen der Faser eine Biegung in einem Abschnitt des Rohres sind, welcher die optische Paser umgibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Biegen der Faser eine Einrichtung aufweisen zum Biegen der Faser an einem Punkt, an dem die Faser aus einem dem ersten Ende des Rohres entgegengesetzten Ende austritt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß an ein zweites Ende des Rohres ein zweiter Detektor optisch gekoppelt ist, um optische Energie zu erfassen, die sich axial entlang einer zweiten Richtung des Rohres fortpflanzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr einen axialen Schlitz aufweist, der zum Einsetzen oder zum Entfernen einer optischen Faser in das Rohr bzw. aus dem Rohr ausgebildet ist.

10, Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr zwei Hälften umfaßt, die um die Faser herum angeordnet werden können.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das erste Ende des Rohres zum Verbessern der Kopplung mit dem ersten Detektor auf einen Durchmesser verjüngt ist, der kleiner ist als der jenige Abschnitt des Rohres, welcher die Faser im wesentlichen umgibt.