DE2840493A1

DE2840493A1 - Frequenzselektives optisches lichtverteilerelement und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2840493A1
Application number: DE19782840493
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Ing Winzer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1978-09-18
Filing date: 1978-09-18
Publication date: 1980-03-27
Also published as: FR2436407B1; JPS6145801B2; GB2031183B; JPS5543599A; FR2436407A1; US4339170A; GB2031183A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 7g ρ η \ih BDQ

Frequenzselektives optisches Lichtverteilerelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein frequenzselektives optisches Lichtverteilerelement, insbesondere für Demultiplexer in optischen Wellenleitersystemen und Verfahren zu seiner Herstellung.

Bislang wurden für frequenzselektive optische Lichtverteilerelemente ein geblaztes Reflexionsgitter in Verbindung mit einer Gradientenindex-Linse, ein CdS-Prisma in Verbindung mit zwei Kolimatorlinsen, ein Hologramm und ein dichroitischer Strahlteiler im Gebiet freier Strahlausbreitung zwischen Kolimatorlinsen verwendet. Solche Lichtverteilerelemente benötigen aber, insbesondere wenn sie als Demultiplexer in optischen Wellenleitersystemen verwendet werden, einen sehr hohen Justieraufwand oder haben nur eine geringe Trennschärfe. Ein hoher Justieraufwand ist z.B.. beim Verteilerelement mit dem CdS-Prisma erforderlich, weil infolge der nur geringen Materialdispersion mit einer nachfolgenden Linse genau auf die Lichteintrittsflächen von Wellenleitern des Ed 1 Sti

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-Z- VPA Λ P 7 1 2 4 BRO

. liTellenleitersystems, "beispielsweise die Stirnflächen von abgehenden Glasfasern oder auf Detektorfenster fokussiert werden muß, wobei die Lage der dicht beieinander liegenden Brennpunkte durch die Dispersionswinkel bestimmt wird. Geringe Trennschärfe hat z.B. das Verteilerelement mit dem einfachen, schräg gestellten dichroitischen Strahlteiler im Gebiet freier Strahlausbreitung.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Licht-Verteilerelement der eingangs genannten Art anzugeben, welches einen geringen Einfügeverlust und hohe spektrale Trennschärfte aufweist und bei welchem keine aufwendige Justierung erforderlich ist.

Die Aufgabe wird durch ein Lichtverteilerelement gelöst, welches durch die Kombination eines Strahlteilerfilters mit einem Farbfilter, wobei das Farbfilter im Strahlengang eines der Teilstrahlen angeordnet ist, gekennzeichnet ist.

Vorzugsweise ist das Strahlteilerfilter mit einer Schicht aus dichroitischem Material gebildet.

Ebenso ist vorzugsweise das Farbfilter mit einer Schicht aus dichroitischem Material gebildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform eines vorgeschlagenen Lichtverteilerelementes ist zwischen dem Strahlteilerfilter und dem Farbfilter eine Linse angeordnet. Diese Linse ist vorzugsweise eine Gradientenlinse.

Weiter ist in einer bevorzugten Ausführungsform des vorgeschlagenen Lichtverteilerelementes das Strahlteilerfilter zwischen einem zuführenden und einem im Bereich eines anderen Teilstrahls vorgesehenen wegführenden optischen Wellenleiters angeordnet.

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j 284Q493

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Ein solcher optischer Wellenleiter ist vorzugsweise mit einer Glasfaser gebildet, wobei diese Glasfaser ein gestuftes Brechungsindexprofil oder ein Gradientenprofil aufweist.

Eine spezielle bevorzugte Ausführungsform ist so ausgebildet, daß die dichroitische Schicht des Strahlteilerfilters im Winkel von 45° zu den in einer Linie liegenden optischen Wellenleitern angeordnet ist.

Diese spezielle Ausführungsform ist vorzugsweise mit einer Linse versehen, und diese ist vorzugsweise so angeordnet, daß ihre optische Achse die dichroitische Schicht des Strahlteilerfilters im Winkel von 45° zur Flächennormalen der Schicht zwischen den Wellenleitern

trifft.

Weiter können bevorzugte Ausführungsformen des vorgeschlagenen Lichtverteilerelemenfc es so ausgebildet sein, daß ein weiteres Farbfilter vorgesehen ist, welches im Bereich eines anderen Teilstrahles angeordnet ist. Auch dieses weitere Farbfilter ist vorzugsweise mit einer dichroitischen Schicht gebildet.

Für verschiedene Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, daß im Strahlengang zumindest eines der Teilstrahlen ein lichtempfindliches Element angeordnet ist.

Bei dem vorgeschlagenen Lichtverteilerelement werden die geringen Einfügverluste und die hohe spektrale Trennschärfe in aufeinanderfolgenden Schritten erzielt: Das Strahlteilerfilter trennt zunächst mit nur mäßiger Trennschärfe grob die Komponenten verschiedener Wellenlänge, das Nebensprechen in den abgehenden Kanälen, in welchen die Teilstrahlen verlaufen wird dann mit dem Farbfilter stark herabgesetzt.

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-μ VPA 78 P 7 1 2 4 BRD

Bin zusätzlicher wesentlicher Vorteil des vorgeschlagenen Lichtverteilerelementes liegt in seiner einfachen und bequemen Herstellungsmöglichkeit.

Ein solches Verfahren zur Herstellung des vorgeschlagenen Lichtverteilerelementes verläuft vorteilhafterweise so, daß zwei mit optischen Wellenleitern bestückte Verbundteile hergestellt werden, die auf Stoß aneinanderpassen, so daß die Wellenleiter in einer Linie liegen, wobei die Stoßflächen quer und schräg zu den Wellenleitern verlaufen daß auf eine der Stoßflächen eine Schicht aus dichroitischem Material aufgebracht wird, welche die benachbarte Stirnfläche des Wellenleiters im betreffenden Verbundteil überdeckt, daß dann die beiden Verbundteile zusammengefügt werden, so daß die beiden Wellenleiter in einer Linie und die dichroitische Schicht zwischen den Stoßflächen liegen und daß danach ein Farbfilter an dem so entstandenen Körper befestigt wird.

' Eine Ausführungsform des vorgeschlagenen

Lichtverteilerelementes, bei welchem eine Gradientenlinse vorgesehen ist, wird unter Verwendung des soeben beschriebenen Verfahrens so hergestellt, daß das Farbfilter am entstandenen Körper so befestigt wird, daß vor oder nach dem Befestigen der Gradientenlinse "auf der Oberfläche des Körpers auf die vom Körper abgewandte Stirnfläche der Gradientenlinse die Schicht aus dichroitischem Material aufgebracht wird.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante werden die beiden Verbundteile so hergestellt, daß für jedes Verbundteil ein Körper hergestellt wird, bei dem der optische Wellenleiter in einer Führungsnut in der Oberfläche des Körpers befestigt ist, daß auf einem der Körper ein Deckkörper befestigt wird, der die Oberfläche mit der Führungsnut abdeckt, daß dann auf dem Körper und dem

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λα 284Q493

-tf- VPA _,. _

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Körper mit dem Deckkörper je eine der Stoßflächen erzeugt wird, wodurch die beiden Verbundteile gebildet sind. Dabei wird die dichroitische Schicht zweckmäßigerweise auf die Stoßfläche des Körpers mit dem Deckkörper aufgebracht. Bei dieser Variante werden die beiden Körper bevorzugterweise aus demselben Material gefertigt» Vorzugsweise wird bei dieser Herstellungsvariante Glaskeramikmaterial als Material für die Verbundteile verwendet oder Silizium, in dem durch Vorzugsätzen Führungsnuten erzeugt werden können.

Bei einer andere bevorzugten Verfahrensvariante werden die beiden Verbundteile so hergestellt, daß zwei Körper hergestellt werden, wovon jeder aus einer Kapillare aus transparentem Material besteht, in deren öffnung ein optischer Wellenleiter eingeführt und befestigt ist und daß an einer Stirnseite jeder Kapillare eine Stoßfläche erzeugt wird, wodurch die beiden Verbundteile gebildet sind. Vorzugsweise wird als Kapillare eine Glaskapillare verwendet.

Bei den bevorzugten Verfahrensvarianten werden die beiden Körper zweckmäßigerweise durch Zerlegen eines entsprechenden einzigen Ausgangskörpers,auf oder in dem ein optischer Wellenleiter befestigt ist, in zwei Hälften hergestellt. Das Zerlegen geschieht vorzugsweise mittels einer Trennscheibe. Es ist auch zweckmäßig, die Trennung so durchzuführen, daß die Trennflächen der beiden entstandenen Körper den zu erzeugenden Stoßflächen entsprechend schräg zu den Wellenleitern angeordnet sind.

Die Befestigung der optischen Wellenleiter auf oder in den Verbundteilen wird vorzugsweise mittels transparentem Kleber hergestellt.

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78 pn 2 4 BRD

Die Verbindung der Verbundteile oder eines Körpers mit einem Deckkörper wird bevorzugterweise mittels Kleber hergestellt.

Die beiden Verbundteile werden vorteilhafterweise so zusammengefügt, daß sie auf eine mit einem Anschlag versehene Unterlage gelegt und an den Anschlag angedrückt werden, wobei die Stoßflächen der beiden Verbundteile einander zugewandt sind, daß dann eine Verschiebung eines Verbundteiles längs des Anschlags mit der Stoßfläche voran vorgenommen wird, bis die beiden Verbundteile zusammengebracht sind und daß dann die so zusammengebrachten Verbundteile miteinander verbunden werden.

Durch dieses letztere Verfahren wird eine bequeme und selbstjustierende Herstellung eines vorgeschlagenen Lichtverteilerelementes ermöglicht. Um die Selbstjustierung zu ermöglichen, werden vorteilhafterweise Verbundteile verwendet, welche zumindest teilweise die Mantelfläche eines zylinderischen Körpers aufweisen, dessen Zylinderachse parallel zu den auf den Verbundteilen befestigten optischen Wellenleitern verläuft, wobei letztere bei beiden Verbundteilen in gleicher Lage zur Mantelfläche angeordnet sind. Die Verbundteile werden in gleidier Weise auf die Unterlage gelegt, so daß die Mantelfläche die Unterlage sowie den Anschlag berührt. Dadurch wird gewährleistet, daß daß die optischen Wellenleiter beider Verbundkörper den gleichen Abstand von der Unterlage und von dem Anschlag aufweisen und damit bereits in die richtige Lage gebracht sind. Eine optische Justierung kann daher entfallen. Voraussetzung ist lediglich, daß die Mantelfläche der Verbundteile sowie die Oberfläche der Unterlage hinreichend genau hergestellt sind, was aber kein Problem darstellt.

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-?- VPA 78 P 7 1 2 4 BRD

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine stark schematisierte Darstellung, welche den prinzipiellen Aufbau eines vorgeschlagenen Lichtverteilerelementes zeigt,

Figur 2 in einem Diagramm eine Durchlaßkurve eines bekannten dichroitischen Kantenfilters, wie es bei der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, Figur 3 im Längsschnitt eine erste Realisierung der Erfindung ,

Figur 4 eine Ansicht der noch nicht vereinigten Verbund-? teile der Ausführungsform nach Figur 3 in Richtung der Fasern,

Figur 5 einen Längsschnitt durch eine zweite Realisierung der Erfindung,

Figur 6 eine Ansicht des in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiels längs der Fasern und

Figur 7 eine erweiterte Ausführungsform eines vorgeschlagenen Lichtverteilerelementes.

In dem in Figur 1 schematisch dargestellten Lichtyerteilerelement ist das Strahlteilerfilter mit 1 und das Farbfilter mit 2 bezeichnet. Ein Lichtstrahl, der die Wellenlängen ?\, und 7\ ₂ enthält, fällt von links auf das Strahlteilerfilter, welches beispielsweise für die Wellenlänge P\ ^ ein gutes Reflexionsvermögen und für die Wellenlänge \~ ein gutes Durchlaßvermögen aufweist. Der von links kommende Lichtstrahl wird somit in zwei Teilstrahlen zerlegt, wobei der vom Strahlteilerfilter nach oben reflektierte Teilstrahl im wesentlichen nur noch Licht der Wellenlänge A₁ und der nach rechts durchgelassene Teilstrahl im wesentlichen nur noch Licht der Wellenlänge A₂ enthält.

In dem einen Teilstrahl, der im wesentlichen nur noch die Wellenlänge Ά* enthält, ist das Farbfilter 2

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-jg- VPA 78 ρ 7 t 2 4 BRD

ordnet, welches ein gutes Durchlaßvermögen für die Wellenlänge /) * und ein gutes Reflexionsvermögen für die andere Wellenlänge aufweist.

Je nach Bedarf kann auch im anderen Teilstrahl, welcher im wesentlichen nur noch die Wellenlänge ^j₂ enthält, ersatzweise oder zusätzlich ein Farbfilter 2' angeordnet sein, welches ein gutes Durchlaßvermögen für die Wellenlänge /^ 2 ^un(i ^e^-ⁿ gutes Reflexionsvermögen für die andere Wellenlänge besitzt.

Da das Lichtverteilerelement insbesondere für die Multiplexer in optischen Wellenleitersystemen vorgesehen ist, wird ihm in der Regel das Licht über solche Wellenleiter zugeführt werden. Bei der Konstruktion des Filters muß dann davon ausgegangen werden, daß das Strahlteilerfilter 1 wegen des Lichteinfalls innerhalb eines der numerischen Apertur der Faser entsprechenden Winkelspektrums nur eine mäßige Trennschärfe besitzt, und daß außerdem die s- und p-Komponenten des Lichts unterschiedlich durch das Filter beeinflußt werden. Letzterer unerwünschter Effekt macht sich insbesondere bei Interferenzfiltern vom Fabry-Perrot-Typ bemerkbar (siehe F.Abelds: Optics of Thin Films in A.C.S. von Heel, Advances Optical Techniques, North-Holland Publishing Co., Amsterdam 1967, S. 185 - 186). Wählt man für das Strahlteilerfilter aber ein dichroitisches Kantenfilter, wie es beispielsweise in Z. Knittel: Optics of thin Films, John Wiley & Sons, London 1967, S. 148- 159 erläutert wird, so läßt sich für unpolarisiertes,unter 45° einfallendes Licht bereits eine recht gute Vorselektion zwischen zwei Wellenlängen ^ und ^) £ erzielen.

In der Figur 2 ist in einem Diagramm ein typischer Verlauf der Durchlaßkurve über der Wellenlänge solcher

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Kantenfilter schematisch wiedergegeben. Die Lage der Filterkante K muß innerhalb des in der optischen Nachrichtenübertragung verwendeten Wellenlängengebiets gelegt werden. Dies bedeutet derzeit, daß die Filterkante 5 oberhalb 800 mn liegt.

Nach dem in Figur 2 dargestellten Diagramm wird Licht mit Information auf dem Träger bei \ ^ ± o/b/o ^zu T₁ = (1- TT₁) ^- 95 % ( ^bedeutet Durchlassigkeitskoeffizierit für den Wellenlängenbereich um *\ * und r^ seinen Reflexionskoeffizienten) in Richtung des Farbfilters 2 reflektiert, während Licht mit Information auf dem Träger bei λ₂ ± i^2/4 ^zu ^2 ^ ⁹⁰ ^ ( *V2 bedeutet den Durchlässigkeitskoeffizienten des Kantenfilters für den Wellenlängenbereich um ^ ₂) ^das Kantenfilter 1 passieren kann. Infolge des Winkelspektrums des einfallenden Lichts kann für beide Werte eine Verschlechterung um jeweils weitere 10 % angenommen werden, d.h. daß T₁ gieick, oder größer 85 % und X ₂ gleich oder größer 80 % angenommen werden kann.

Es kann also angenommen werden, daß die Farbfilter 2 bzw. 2^! Licht erhalten, welches mindestens zu 80 % Licht aus dem Wellenlängenbereich um /^₁ bzw. /\ ₂ erhält. Auf das so zusammengesetzte Licht wirken nun die Farbfilter 2 bzw. 2' noch einmal selektiv ein. Um das Trennverhalten des gesamten Lichtverteilerelementes zu erhöhen, ist es zweckmäßig, eine Linse, insbesondere eine Gradientenlinse zwischen den Strahlteilerfilter und dem Farbfilter im betreffenden Teilstrahl anzuordnen. Damit kann nämlich der Lichtstrahl aufgeweitet werden und möglichst senkrechter Lichteinfall erreicht werden, wodurch ein wesentlich schärferes Trennverhalten als beim Strahlteilerfilter 1 erreicht werden kann.

Auch die Farbfilter 2 bzw. 2¹ können wie das Strahlteilerfilter mit dichroitischen Kantenfiltern, wie sie

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vorstehend bereits angegeben wurden, realisiert werden. Es sind dabei folgende Werte für die Durchlässigkeitskoeffizienten bzw. Reflexionskoeffizienten realisierbar.

Farbfilter 2: Durchlässigkeitskoeffizient für die Wellenlänge /^ = 95 %, Reflexionskoeffizient für die Wellenlänge ^₂ =99, 8%;

Farbfilter 2': Durchlässigkeitskoeffizient für die Wellenlänge 7^2 ⁼ 95 %> Reflexionskoeffizientifür die Wellenlänge ^₁ = 99,8 %.

Hieraus errechnen sich folgende Werte für Einfügeverluste und Nebensprechdämpfung des gesamten Lichtverteilerelementes.
Aus dem Farbfilter 2 für die Wellenlänge A1 gleich Reflexionskoeffizient des Strahlteilerfilters χ Durchlässigkeitskoeffizient des Farbfilters 2 größer als 0,85 x 0,95,was - 0,93 dB entspricht,

und für die Wellenlänge /^ ₂ gleich dem Reflexionskoeffizienten am Strahlteilerfilter für diese Wellenlänge χ dem Durchlässigkeitskoeffizienten am Farbfilter für diese Wellnlänge, welcher Wert kleiner als 0,2 χ 0,002 ist und damit - 34 dB entspricht;

aus dem Farbfilter 2¹ für die Wellenlänge X^ gleich Durchlässigkeitskoeffizient für diese Wellenlänge am Strahltellerfilter χ Durchlässigkeitskoeffizient für diese Wellenlänge am Farbfilter 2' kleiner als 0,15 x 0,002, was - 35 dB und

für die Wellenlänge 7\ 2 S^leick Durchlässigkeitskoeffizient für diese Wellenlänge beim Strahlteilerfilter χ Durchlässigkeitskoeffizient für diese Wellenlänge beim Farbfilter 2', größer als 0,8 χ 0,95, was - 1,19 dB entspricht (x bedeutet : "multipliziert mit"),

Nimmt man zusätzliche EinfügeVerluste an Faserstoßstellen in Höhe von etwa 0,5 dB und Koppelverluie von etwa 0,8 dB an der Verbindungsstelle des kompletten

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VPA ^7S P ⁷ 1 2 4 BRQ

Demultiplexers mit der ankommenden Faser (Steckerverlust) an, so bleiben die Gesamteinfügeverluste Je Wellenlängenkanal unter 2,5 dB und die Trennschärfe ist besser als - 34 dB. Damit sind die nachrichtentechnisehen Forderungen hinreichend erfüllt, die an das Verhalten eines Demultiplexers gestellt werden.

Im folgenden werden nun Herstellungsverfahren für zwei bevorzugte Ausführungsformen des vorgeschlagenen Lichr-Verteilerelementes beschrieben.

Bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsform wird so vorgegangen, daß in einer längsseitigen Oberfläche eines länglichen Quaders aus Glas-Keramik-Material oder Silizium eine Nut eingebracht wird, welche zu den Längskanten des Quaders parallel verläuft. In diese Nut wird eine Glasfaser mit Stufenindexprofil oder Gradientenprofil als optischer Wellenleiter eingelegt und darin mittels einem transparenten optischen Kitt befestigt, welcher vorzugsweise einen solchen Brechungsindex aufweist, daß der Kitt auch als Immersionsmaterial dienen kann.

Der so hergestellte Quader mit der Lichtleitfaser wird nun quer zur Längsachse in zwei Teile zerlegt. Dies kann beispielsweise mittels einer Trennscheibe geschehen. Bei einem der beiden so hergestellten Teile wird die Nut mit dem Wellenleiter durch ein Deckstück abgedeckt, welches auf der betreffenden Oberfläche dieses Teils befestigt wird, bei dem zweiten Teil bildet die Gradientenlinse gleichzeitig das Deckstück. An den Stirnseiten der beiden so erzeugten Teile werden Stoßflächen erzeugt, welche dieAchsen der Glasfasern im Winkel von 45° schneiden. Vorzugsweise sind die Stoßflächen dabei so orientiert, daß die Schnittlinie einer Jeden Stoßfläche mit derjenigen Fläche, in welche die Nut eingebracht ist, senkrecht zur Längsachse des ursprünglichen Quaders verläuft.

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Die Stoßflächen werden vorzugsweise so hergestellt, daß gegenüberliegende Stirnflächen der beiden Teile schräggeschliffen und dann durch Polieren auf optische Qualität gebracht werden.

Eine der beiden Stoßflächen, bevorzugterweise die desjenigen Verbundteiles, welche das Deckstück trägt, wird mit dichroitischem Material bedampft, so daß eine dichroitische Schicht' darauf entsteht. Die beiden so entstandenen Verbundteile werden so zusammengefügt, daß die beiden Glasfasern fluchten, die Stoßflächen einander gegenüberliegen und dazwischen die dichroitische Schicht sich befindet.

Dieses Zusammenfügen kann vorteilhafterweise in selbstjustierender Weise geschehen, indem eine Unterlage verwendet wird, welche einen aus der ebenen Oberfläche hervorstehenden Anschlag aufweist. Zum Zusammenbringen der Verbundteile werden diese so auf die Unterlage gelegt, daß sie am Anschlag anliegen, und ihre Stoßflächen sich gegenüberliegen und zueinander parallel verlaufen. Dann werden durch verschieben wenigstens eines der Verbundteile längs des Anschlags die beiden Stoßflächen auf den geringstmöglichen Abstand voneinander zusammengebracht und die so zusammengebrachten Verbundteile miteinander verbunden, beispielsweise durch Verkleben mittels optischem Kitt. Werden die beiden Verbundteile nach dem soeben geschilderten Verfahren zusammengebracht, liegen die beiden Glasfasern mit ausreichender Genauigkeit koaxial.

Aus der Figur 3 ist die so hergestellte Zwischenstufe zu erkennen. Dort ist mit 3 das eine Verbundteil, mit 32 die Führungsnut, mit 33 die in dieser Führungsnut befestigte Glasfaser und mit 31 die Stoßfläche dieses Verbundteiles 3 bezeichnet. 7 ist die Gradientenlinse,

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VPA ⁷⁸ P ⁷ ί 2 4 BRO

die auch das Deckstück für dieses Verbundteil bildet. Das andere Verbundteil besteht aus dem Körper 5, in welchem die Führungsnut 52 eingebracht ist und in welcher die Glasfaser 53 befestigt ist. Dieses Verbundteil besitzt auch das Deckstück, welches mit 4 bezeichnet ist. Die Stoßfläche dieses Verbundteiles ist mit 51 bezeichnet und erstreckt sich über den Körper 5 und das Deckstück.

Die optische Achse 71 der Gradientenlinse 7 schneidet die gemeinsame optische Achse 35 der beiden Glasfasern 33 und 53 dort, wo diese Achse 35 durch die dichroitische Schicht 1 geht. Es ist auch zweckmäßig, wenn die optische Achse 71 der Gradientenlinse senkrecht zur Achse 35 ist und der Winkel zur Normalen 61 der dichroitischen Schicht 1 45° beträgt. Dies kann nur erreicht werden, wenn die Gradientenlinse teils über der die Führungsnut 32 tragenden Oberfläche des Verbundteiles 3 und teils über der diehroitisehen Schicht 1 angebracht wird. Die betreffende Stirnseite der Gradientenlinse muß daher eine Flächenhälfte aufweisen, welche senkrecht zur optischen Achse 71 ist und eine Flächenhälfte, deren Normale mit der optischen Achse 71 einen Winkel von 45° einschließt. Auf die Stoßfläche 31 ist die dichroitische Schicht 1 aufgebracht, welche sich über die gesamte Stoßfläche des Verbundteiles erstreckt .

Nach dem Aufbringen der dichroitischen Schicht werden mittels eines optischen Kitts 8 die beiden Verbundteile miteinander verbunden.

Das Farbfilter 2 wird zweckmäßigerweise unmittelbar auf die vom Strahlteilerfilter 1 abgewandte Stirnfläehe der Gradientenlinse aufgebracht. Dieses Aufbringen kann wie beim Strahlteilerfilter 1 durch Aufdampfen

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einer Schicht aus geeignetem dichroitischem Material auf diese Stirnfläche geschehen. Dies kann an und für sich vor oder nach dem Befestigen der Gradientenlinse geschehen, bevorzugt wird es aber vorher gemacht.

■

Vorzugsweise steht die optische Achse 71 der Gradientenlinse 7 senkrecht auf der Stirnfläche, welche'.das Farbfilter 2 trägt.

Mit Hilfe der in der Figur 4 dargestellten Ansicht in Faserlängsrichtung soll das selbstjustierende Zusammenfügen der beiden Verbundteile mit Hilfe eines mit einem Anschlag versehenen Trägers erläutert werden. Der Träger ist mit 10 bezeichnet und besitzt eine ebene Oberfläche 101. von der eine Anschlagfläche 102 senkrecht emporragt. Auf diesem Träger 10 ist bereits das mit dem Deckteil;versehene Verbundteil so aufgebracht, daß es auf der Fläche 101 auf- und an der Anschlagfläche 102 anliegt. Es sind der Körper 5 und die Deckschicht 4 dieses Verbundteiles getrennt zu sehen. Außerdem ist die Nut 52, welche im Querschnitt V-förmig ausgebildet ist und die darin eingebrachte, in transparentem Kitt eingebettete Glasfaser 53, welche als Kern-Mantel-Glasfaser ausgebildet ist, zu sehen."

Vor diesem Verbundteil mit dem Deckstück ist das andere Verbundteil.dargestellt, welches im Begriff steht, auf dem Träger 10 in gleicher Weise wie das andere Verbundteil mit dem Deckstück aufgebracht zu werden, was durch den Pfeil 40 angedeutet ist, welcher die Richtung angibt, in welcher dieses Verbundteil 3 aufzubringen ist. Da dieses Verbundteil 3 Teile des anderen Verbundteiles verdeckt, sind diese verdeckten Teile gestrichelt gezeichnet. Das Verbundteil 3 weist die ebenfalls im Querschnitt V-förmig ausgebildete Nut 32 und die darin in optischem Kitt eingebettete und befestigte

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Glasfaser 32 auf, welche wie die Glasfaser 53 als Kern-Mantel-Glasfaser ausgebildet ist. Außerdem ist in der Figur 4 die auf dem Verbundteil 3 aufgebrachte Gradientenlinse 7 zu sehen, wovon allerdings der obere Teil weggebrochen ist.

Wenn das Verbundteil 3 wie das andere Verbundteil auf den Träger 10 aufgebracht ist, werden sie durch Verschieben längs der Anschlagfläche 102, welche sich in der Figur 4 senkrecht zur Papierebene erstreckt, zusammengebracht, bis die Stoßfläche des Verbundteils 3 die dichroitische Schicht 1 auf dem anderen Verbundteil berührt. In dieser Stellung werden sie dann miteinander verklebt.

Bei der in Figur 4 dargestellten Herstellungsvariante wird die Gradientenlinse zweckmäßigerweise vor dem Schleifen oder Polieren der Stoßstellen aufgebracht und bei einem solchen Vorgang gleich mitbearbeitet.

Bei dem in Figur 5 dargestellten Längsschnitt einer zweiten Ausführungsvariante besteht jeder Verbundteil

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aus einer Kapillare 30 bzw. 50, in deren Öffnung 302 bzw. 502 eine Kern-Mantel-Glasfaser 303 bzw. 503 mittels optischem Kitt 304 bzw. 504 befestigt ist.

Alles weitere wird am besten durch Beschreibung des Herstellungsverfahrens dieser Ausführungsvariante klar, wobei dazu zusätzlich die Figur 6 dient, welche eine Ansicht von links in Richtung der Faser des in Figur 5 dargestellten Beispiels zeigt. Das zweite Ausführungsbeispiel wird nun so hergestellt, daß eine Glasfaser mit einem Manteldurchmesser von beispielsweise 120/um in eine Glaskapillare eingeführt wird, welche einen Innendurchmesser von beispielsweise 130/um und einen Außendurchmesser von beispielsweise 5 mm aufweist. Die eingeführte Glasfaser wird mittels optischem Kitt in der Kapillare befestigt.

Vor dem Einführen der Glaskapillare wird diese, beispielsweise durch Schleifen und Polieren, mit einer über die ganze Länge der Kapillare sich erstreckende ebene Fläche versehen, die zudem parallel zur Faser verläuft.

Die so präparierte Kapillare mit der eingekitteten Faser wird unter einem Winkel von 45 mittels einer Trennscheibe in zwei Hälften zerlegt, wobei die Schnittstärke der Trennscheibe möglichst klein sein sollte, beispielsweise 300 /um.

Beide so entstandenen Schnittflächen werden optisch poliert. Es sind so die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Kapillarhälften 30 und 50 mit den Schnittflächen 301 und 501 entstanden.

Auf einer der beiden Schnittflächen, beispielsweise auf der Schnittfläche 301 _t wird das Strahlteilerfilter 1,

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wie früher schon beschrieben, in Form einer dichroitischen Schicht, beispielsweise durch Aufdampfen, aufgebracht .

Beide Kapillarhälften werden nun auf einen mit einem Anschlag versehenen Träger 100, welcher analog aufgebaut ist, wie der Träger 10 nach Figur 4, wobei jeweils die ebene Fläche 305 bzw. 505 jeder Kapillarhälfte auf der Oberfläche des Trägers 100 aufliegt, während jede Kapillarhälfte seitlich an der Anschlagfläche anliegt, gelegt.

Beide Hälften werden zusammengebracht, bis die freie Stoßfläche das Strahlteilerfilter 1 berührt und dann mittels eines Klebers, beispielsweise eines optischen Kitts, fest mit dem Träger 100 verbunden.

Danach wird auf den verbundenen Kapillarhälften mit der dazwischenliegenden dichroitischen Schicht¹ eine Fläche 500 erzeugt, welche.parallel zu den Flächen 305 und 505 verläuft (keine Toleranzforderungen bezüglich Winkel). Dies wird beispielsweise mittels Schleifen und anschließendem optischen Polieren bewerkstelligt. Die Fläche 500 könnte auch bereits auf der noch nicht durchtrennten Ausgangskapillare erzeugt werden.

Auf die Fläche 500 wird die Gradientenlinse 7 so aufgekittet, daß ihre Achse die Achse der beiden verbundenen Faserhälften schneidet.

Auf der Gradientenlinse ist wie bei der Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 das schmalbandige Transmissionsfilter aufgebracht.

Die beiden Ausführungsvarianten nach den Figuren 3 und

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bzw. 5 und 6 können auch so abgewandelt werden, daß die Gradientenlinse mit dem Farbfilter nicht seitlich der Glasfasern sondern an einer Stirnseite einer Faserhälfte koaxial dazu angebracht werden. Das so angebrachte Farbfilter bildet dann das Farbfilter 2' in Figur 1.

Für bestimmte Anwendungen kann es aber auch zweckmäßig sein, wenn sowohl eine Gradientenlinse mit einem Farbfilter 2 und eine Gradientenlinse mit einem Farbfilter 2' vorhanden sind.

Ein lichtempfindliches Element wird,-falls es erforderlich ist, unmittelbar auf einem Farbfilter 2 bzw. 2^f aufgebracht. Dies kann sehr einfach wieder durch Kleben erfolgen.

In der Figur 7 ist in wesentlichen Teilen eine Erweiterung im vorstehenden Sinne dargestellt, wobei die Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 zugrundegelegt ist. Gleiche Elemente sind daher in der Figur 7 mit denselben Bezugszeichen wie dort bezeichnet. Die Erweiterung nach Figur 7 unterscheidet sich nach der Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 dadurch, daß auf dem Farbfilter 2 zusätzlich ein lichtempfindliches Element 17 aufgebracht ist, daß eine zusätzliche Gradientenlinse 7^f, welche an der Stirnseite der Glasfaser 53 koaxial mit der Achse 35 am Verbundteil mit dem Deckteil befestigt ist, sowie durch das zusätzliche Farbfilter 2', welches auf der Gradientenlinse 7' aufgebracht ist und das lichtempfindliehe Element 17', welches auf dem Farbfilter 2¹ befestigt ist.

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Claims

VPA

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Patentansprüche

Frequenzselektives optisches Lichtverteilerelement, insbesondere für Demultiplexer in optischen Wellenleitersystemen, gekennzeichnet durch die Kombination eines Strahlteilerfilters (1) mit einem Farbfilter (2 bzw. 2')> wobei das Farbfilter im Strahlen gang eines der Teilstrahlen angeordnet ist.
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Strahlteilerfilter (Ό niit einer Schicht aus dichroitischem Material gebildet ist.
3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Farbfilter (2 bzw. 2') mit einer Schicht aus dichroitischem Material gebildet ist.
4. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Strahlteilerfilter (1) und dem Farbfilter (2 bzw. 2') eine Linse (7 bzw. 7^f) angeordnet ist.
5. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Linse (7 bzw. 7') vorzugsweise mit einer Gradientenlinse gebildet ist.
6. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlteilerfilter (1) zwischen einem zuführenden (33 bzw. 303) und einem im Bereich eines anderen Teilstrahls vorgesehenen wegführenden optischen Wellenleiters (53 bzw. 503) angeordnet ist.

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VPA 7fl η 7 < _Λ ,

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7. Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein optischerWellenleiter (33, 303, 53 und/oder 503) mit einer Glasfaser gebildet ist.
8. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine Glasfaser ein gestuftes Brechungsindexprofil oder Gradientenprofil aufweist.
9. Element nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dichroitische Schicht des Strahlteilerfilters (1) im Winkel von 45° zu den in einer Linie liegenden optischen Wellenleitern (33, 53 bzw. 303, 503) angeordnet ist.
10. Element nach Anspruch 2 oder 3 und 4 oder 4 und einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Achse der Linse (7 bzw. 7') die dichroitische Schicht des Strahlteilerfilters (1) im Winkel von 45 zur Flächennormalen der Schicht zwischen den Wellenleitern (33, 53 bzw. 303, 503) trifft.
11. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein "weiteres Farbfilter (2·) vorgesehen ist,, welches im Bereich eines anderen Teilstrahles angeordnet ist.
12. Element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dasweitere Farbfilter (2¹) mit einer dichroitischen Schicht gebildet ist.
13. Element nach Anspruch 12, dadurch g e kennzeichnet, daß zwischen dem Strahlteilerfilter (1) und dem weiteren Farbfilter (1) eine

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weitere Linse (7¹) angeordnet ist.
14. Element nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die weitere Linse (7') mit einer Gradientenlinse gebildet ist.
15. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zumindest eines der Teilstrahlen ein lichtempfindliches Element (17 oder 17') angeordnet ist.
16. Verfahren zur Herstellung eines Elementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zwei mit optischen Wellenleitern bestückte Verbundteile hergestellt werden, die auf Stoß aneimnderpassen, so daß die Wellenleiter in einer. Linie liegen, wobei die Stoßflächen quer und schräg zu den Wellenleitern verlaufen, daß auf eine der Stoßflächen eine Schicht aus dichroitischem Material aufgebracht wird, welche die benachbarte Stirnfläche des Wellenleiters im betreffenden Verbundteil überdeckt, daß dann die beiden Verbundteile zusammengefügt und miteinander verbunden werden, so daß die beiden Wellenleiter in einer Linie und die dichroitische Schicht zwischen den Stoßflächen liegen und daß danach ein Farbfilter an dem so entstandenen Körper befestigt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16 zur Herstellung eines Elementes nach Anspruch 4 und 5 oder Anspruch 4 und 5 und einem-der -Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß vor oder nach dem Befestigen der Gradientenlinse auf der Oberfläche des so entstandenen Körpers auf die von diesem Körper abgewandte Stirnfläche der Gradientenlinse die Schicht aus dichroitischem Material aufgebracht wird.

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18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch* gekennzeichnet , daß für jedes Verbundteil ein Körper hergestellt wird, bei dem der optische Wellenleiter in einer Führungsnut in der Oberfläche des Körpers befestigt ist, daß auf einem der Körper ein einfacher und auf dem zweiten Körper eine Gradientenlinse als Deckkörper befestigt werden, die die Oberfläche mit der Führungsnut abdecken, daß dann auf den Körpern mit ihren Deckkörpern je eine der Stoßflächen erzeugt werden, wodurch die beiden Verbundteile gebildet sind.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die dichroitische Schicht auf die Stoßfläche des Körpers mit der Gradientenlinse als Deckkörper aufgebracht wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Körper aus demselben Material gefertigt sind.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß Glaskeramikmaterial als Material für die Verbundteile verwendet wird.

21a. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20 _s dadurch gekennzeichnet, daß Silizium als Material für die Verbundteile verwendet wird. 30
22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Körper hergestellt werden, wovon jeder aus einer Kapillare aus transparentem Material besteht, in deren Öffnung ein optischer Wellenleiter eingefügt und befestigt ist und daß an einer Stirnseite jeder Kapillare eine Stoßfläche erzeugt wird, wodurch die beiden Verbundteile gebildet sind.

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23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß als Kapillare eine Glaskapillare verwendet wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekenn ze ichnet, daß die beiden Körper durch Zerlegen eines entsprechenden einzigen Ausgangskörpers, auf oder in dem ein optischer Wellenleiter befestigt ist, in zwei Hälften hergestellt werden.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß das Zerlegen des Ausgangskörpers mittels einer Trennscheibe vorgenommen wird.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet , daß die Trennung so durchgeführt wird, daß die Trennflächen der beiden entstandenen Körper den zu erzeugenden Stoßflächen entsprechend schräg zu den Wellenleitern angeordnet sind.
27.Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, da durch gekennzeichnet, daß die Befestigung der optischen Wellenleiter auf"oder in den Verbundteilen mittels transparentem Kleber hergestellt wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, d a d urch geken nzeichnet, daß die Verbindung der Verbundteile oder eines Körpers mit einem Deckkörper . durch Kleben hergestellt wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, ·daß die Verbundteile auf eine mit einem Anschlag versehene

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Unterlage gelegt und an den Anschlag angedrückt werden, wobei die Stoßflächen der beiden Verbundteile einander zugewandt sind, daß dann eine Verschiebung eines Verbundteiles längs des Anschlags mit der Stoßfläche voran vorgenommen wird, bis die beiden Verbundteile zusammengebracht sind und daß dann die so zusammengebrachten Verbundteile miteinander verbunden werden.

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