DE69123024T2

DE69123024T2 - Durch Drehung einstellbares optisches Abzweigelement

Info

Publication number: DE69123024T2
Application number: DE69123024T
Authority: DE
Inventors: William James Miller; Alan John Morrow
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1991-02-16
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2011-02-17
Also published as: US5146519A; EP0477459B1; KR920004869A; CA2034910C; JP3108749B2; DE69123024D1; JPH04234712A; TW228025B; CA2034910A1; EP0477459A1; KR100235675B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Kommunikationssysteme sind wohlbekannt. übliche elektronische Kommunikationen beruhen auf Elektronen, welche durch Drähte treten. Radiofrequenz- und Mikrowellenkommunikationen beruhen auf Radiowellen und Mikrowellen, welche sich durch den freien Raum ausbreiten. Der entscheidende Unterschied zwischen diesen Systemen und den faseroptischen Kommunikationssystemen ist derjenige, daß in den letzteren die Signale als Licht übertragen werden
Die Vorteile faseroptischer Kommunikationen haben zu vielen Anwendungen bei Langstrecken- und Kurzstreckenkommunikationen geführt. Beispiele enthalten optischen Lokalbereich-Netzwerke, Untersee-Telekommunikationssysteme, Verbindungen zwischen Steuereinrichtungen, Kabelfernsehen und tragbare Kommunikationsausrüstung zur militärischen Verwendung.
Ein Schlüsselelement eines faseroptischen Kommunikationssystems ist die optische Faser. Die zwei Schlüsselelemente einer optischen Faser sind ihr Kern und ihr Mantel. Der Kern ist der Zentralbereich der optischen Faser, durch den das Licht geführt wird. Der Mantel ist der äußere Bereich, welcher den Kern vollständig umgibt. Licht, das sich durch den Kern ausbreitet, ist auf den Kern begrenzt. Licht, das auf die Grenze zwischen Kern und Mantel trifft, bleibt im Kern, da der Brechungsindex des Kerns größer als derjenige des Mantels ist.
Ein Teiler ist eine optische Faserkopplungsvorrichtung mit einer optischen Eingangsfaser und zumindest einer optischen Ausgangsfaser. Funktionell verbindet ein Teiler optisch die optische Eingangsfaser mit den optischen Ausgangsfasern, so daß die Lichtenergie unter diesen optischen Ausgangsfasern aufgeteilt wird. Die eingegebene Lichtenergie braucht nicht gleichförmig unter den optischen Ausgangsfasern aufgeteilt zu werden. Beispielsweise kann es erwünscht sein, daß etwa 10% des eingegebenen Lichts von einem Ausgang und etwa 90% von einem anderen hervortreten. Viele Anwendungen erfordern die Aufspaltung eines Videosignals für Kabelfernsehen auf verschiedene Straßen in der Nachbarschaft. In solch einem System muß der Teiler das eintretende Signal von dem Hauptbüro aufnehmen und das Signal zwischen den Straßen und den folgenden Häusern in den Straßen aufteilen. Ein Teiler wird an jedem Teilungspunkt benutzt.
Ein Kombinator bzw. Vereiniger ist eine optische Faserkopplungsvorrichtung mit zumindest einer optischen Eingangsfaser und zumindest einer optischen Ausgangsfaser. Funktionell verbindet ein Kombinator optisch die optischen Eingangsfasern mit den optischen Ausgangsfasern, so daß die Lichtenergie in die einzelne optische Ausgangsfaser vereinigt wird.
Ein Koppler transferiert Lichtenergie zwischen zwei gekoppelten optischen Fasern. Ein Koppler kann entweder als Teiler oder als Kombinator verwendet werden.
Hersteller optischer Faserkoppler bieten üblicherweise Vorrichtungen an, welche zum Betrieb bei vorausgewählten Betriebswellenlängen entworfen sind, oder feste Kopplungscharakteristika aufweisen. Die Kunden andererseits fordern oft Vorrichtungen, welche variable Kopplungscharakteristika und Betriebswellenlängen aufweisen oder eine Änderung der spektralen Eigenschaften nach der Installation ermöglichen.
Viele Koppler arbeiten nach dem Prinzip, daß eine Kopplung zwischen den Kernen der benachbarten optischen Fasern auftritt. Frühe Koppler wurden durch Anlegen von Wärme direkt an die zu verbindenden optischen Fasern hergestellt, was einen sehr zerbrechlichen Koppler erzeugte. Wegen ihrer geringen Größe waren diese verschmolzenen Koppler inhärenterweise weniger robust und gegenüber ihrer Umgebung instabil. Zur Erzeugung eines mechanisch festen Kopplers können die optischen Fasern in einem Matrixglas vereinigt werden, das als überzug bezeichnet wird und einen Brechungsindex aufweist, der geringer als derjenige des Mantelmaterials ist, und das abgestuft ist, um die optischen Faserkerne zur Induzierung der Kopplung näher aneinanderzubringen.
Bemantelte faseroptische Koppler werden üblicherweise aus einer Glaskapillarröhre 13 hergestellt, wie in den Figuren 1 bis 4 illustriert. Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, weist die Röhre 13 eine Öffnung 16 in Längsrichtung auf, die diamantförmig sein kann, wie in Figur 2 gezeigt. Zwei Wellenleiter 11, 12 werden in die diamantförmige Öffnung 16 gesetzt, wie in Figur 2 gezeigt, und erstrecken sich durch die Röhre 13. Der Mittelbereich der Röhre 13 wird erwärmt, kollabiert um die Wellenleiter 11, 12 und wird gezogen, um den Durchmesser zu reduzieren. Daraus resultierend wird, wie in Figur 3 gezeigt, ein abgeschrägter Mittelbereich 14 gebildet. Wie in Figur 4 gezeigt, sind die Kerne 11a und 12a im Mittelbereich 14 nebeneinander angeordnet.
Daraus resultierend wird das in den Wellenleiter 11 eingegebene Licht zwischen dem Ausgang des Wellenleiters 11 und/oder des Wellenleiters 12 von Figur 3 verteilt, wie durch das Kopplungsverhältnis bestimmt. Beispielsweise tritt Licht einer einzelnen Wellenlänge anfänglich in den Wellenleiter 11, aber nicht in den Wellenleiter 12. Das Licht, das sich entlang des Wellenleiters 11 ausbreitet, wird vom Wellenleiter 11 zum Wellenleiter 12 übertragen. Die Menge des übertragenden Lichts hängt von der Geometrie des Kopplungsbereichs 14, der Kerne 11a, 12a und der Mäntel 11b, 12b und ihren Brechungsindizes und dem Brechungsindex der Überzugröhre 13 ab.
Alternativermaßen tritt Licht einer einzelnen Wellenlänge anfänglich in den Wellenleiter 12, aber nicht in den Wellenleiter 11, wobei das Licht, das sich entlang des Wellenleiters 12 aus reproduzierbare und leicht steuerbare Verbiegung zu ermöglichen, wobei er nicht so groß ist, daß er große Kräfte zur Verbiegung des Kopplers erfordert.
Manche Anwendungen erfordern einen Koppler, bei dem man die Teilung des eingegebenen Signal zwischen der ersten und zweiten optischen Ausgangsfaser variieren kann. Die Bezeichnung für diese Vorrichtung ist variabler Abzweiger. Ein variabler Abzweiger arbeitet in vielen Zuständen; das Kopplungsverhältnis ist nicht wie beim optischen Schalter auf zwei Zustände begrenzt. In einer Form eines variablen Abzweigers wird der Winkel der Verbiegung des Kopplers variiert, wodurch das Licht selektiv an die optischen Ausgangsfasern übertragen wird.
übliche faseroptische Schalter bestehen typischerweise aus optischen Fasern mit gegenüberliegenden Endabschnitten, welche durch verschiedene Einrichtungen verbunden oder entkoppelt werden können. Eine faseroptische Schaltvorrichtung nach dem Stand der Technik zur Benutzung in optischen Fasersystemen ist im US- Patent-Nr. 4,759,597, das J. Lemonde am 26. Juli 1988 erteilt wurde, offenbart. Der offenbarte Schalter besteht aus einer optischen Faser mit einem beweglichen Ende, das zwischen zwei Positionen verschoben werden kann. Das bewegliche Ende wird mechanisch mit dem festen Ende einer zweiten oder dritten optischen Faser ausgerichtet. Der Übertragungsweg wird von der ersten optischen Faser auf die zweite oder die dritte optische Faser geschaltet. Ein signifikantes Problem bei diesem Design ist Tatsache, daß die notwendige erforderlich Genauigkeit für die Ausrichtung der optischen Fasern schwer erreichbar ist. Ein weiterer Nachteil ist die Schwierigkeit, einen geringen Abschwächungskoeffizienten zu erhalten, und zwar aufgrund des Zwischenraums zwischen den optischen Fasern.
Das US-Patent-Nr. 4,753,501, das S. Battle am 28. Juni 1988 erteilt wurde, offenbart einen optischen Schalter, der ebenfalls eine Anordnung optischer Fasern zum Schalten des übertragungs weges benutzt. Die optische Eingangsfaser ist mit einer Drehschließeinrichtung verbunden. Die optische Eingangsfaser wird in eine Anzahl verschiedener Positionen zur Ausrichtung mit optischen Ausgangsfasern gedreht. Dieser Schalter leidet unter denselben Nachteilen wie der Schalter von Lemonde, nämlich einer Ungenauigkeit bei der Ausrichtung und einer hohen Abschwächung.
Das US-Patent-Nr. 4,896,935 das H. Lee am 30. Januar 1990 erteilt wurde, offenbart eine faseroptische Schaltvorrichtung mit optischen Eingangs- und Ausgangsfasern, welche zum Schalten der optischen Wege optisch ausrichtbar sind. Die festen optischen Eingangsfasern können mit beweglichen optischen Ausgangsfasern ausgerichtet werden. Die optischen Ausgangsfasern werden zwischen den Positionen der optischen Eingangsfasern bewegt. Eine alternative Ausführungsform richtet sich auf die Drehung einer Anordnung von optischen Ausgangsfasern zur Ausrichtung mit den optischen Eingangsfasern.
Das Problem der Ausrichtung optischer Fasern zum Schalten wurde im Stand der Technik erkannt. Einer der Ansätze zur Lösung dieses Problems, welches beim Stand der Technik auftrat, ist das Konzept der Pertubation bzw. Störung, beispielsweise Verbiegen des abgeschrägten Bereichs eines Paars von Wellenleitern, um dadurch sein Kopplungsverhalten zu ändern.
Bei einem Typ solch einer Vorrichtung wird eine Struktur mit zwei Brechungsindizes verbogen, um die Übertragungswege uinzuschalten. Beispielsweise offenbart die EP 0 048 855 A3 von E. Klement eine optische Faser mit einem doppelten Kern, welcher zur Änderung des Grads der Kopplung zwischen den Kernen verbogen wird. Wenn die optische Faser verbogen wird, wird der erste Kern komprimiert, und der zweite Kern wird gestreckt. Ein umgekehrtes Verbiegen der optischen Faser mit dem doppelten Kern hebt die Kopplung der Kerne auf.
Das US-Patent-Nr. 4,763,977 das B. Kawasaki et al. am 16. August 1988 erteilt wurde, richtet sich ebenfalls auf einen Koppler mit einem Paar optischer Fasern, die in einen verengten Bereich miteinander verschmolzen sind. Der Koppler wird im verengten Bereich verbogen, wodurch ein Kopplungsverhältnis auswählbar ist.
Ein ähnlicher Koppler ist im Artikel "Steuerung der Wellenlängenselektivität des Leistungstransfers in bikonischen Monomode- Richtungskopplern" von D.C. Johnson und K.O. Hill, Applied Optics, Band 25, Nr. 21, 1. November 1986, Seiten 3800-3803 offenbart. Dieser Artikel offenbart, daß die Kopplungscharakteristika eines Kopplers durch Verbiegen des Kopplers an seinem Bauch veränderbar sind.
Obwohl die Verbiegungsvorrichtungen von Klement und Kawasaki die Nachteile der Ausrichtung und geringer Abschwächung vermeiden, sind die Koppler gegenüber Schwingungen, Druck, Temperatur, usw. empfindlich, und deshalb kann sich die Reproduzierbarkeit des Kopplungsverhältnisses mit der Zeit ändern. Ebenfalls ist eine wesentliche Kraft zum Verbiegen des Kopplers jedesmal dann erforderlich, wenn der Schalter benutzt wird.
Der in der WO 89/12243 offenbarte Koppler wird gerade und straff gehalten und ein Ende davon wird bezüglich des anderen Endes verwunden, so daß die Fasern in den Kopplungsbereich verwunden sind. Die Verwindung ändert den effektiven Brechungsindex über den Querschnitt des Kopplungsbereichs und induziert dadurch eine Änderung des Leistungsteilungsverhältnisses. Ein Ende des Kopplers muß über einen Verwindungswinkel von 480º verwunden werden, um ein vollständiges Schalten zu erzielen. Zu bestimmten Zwecken ist es wünschenswert, ein vollständiges Schalten in einem Koppler mit weniger als einer 480º-Drehung zu erhalten.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen drehbaren variablen optischen Abzweiger zu schaffen, der eine geringere Kraft zur Veränderung des Kopplungsverhältnisses erfordert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines drehbaren variablen optischen Abzweigers, der gegenüber Perturbation weniger empfindlich ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines optischen Schalters, bei dem das Übertra-Gungssignal niemals die Glasstruktur verläßt und so die Luft- Glas-Schnittstelle eliminiert.
Eine weitere Aufgabe ist es die Bereitstellung eines thermischen stabilen variablen optischen Kopplers.
Ein drehbarer variabler optischer Abzweiger gemäß der vorhegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Abzweigers nach Anspruch 1 ist in Anspruch 6 definiert.
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Struktur mit drei Brechungsindizes, die im Stand der Technik bekannt ist, verbogen und im verbogenen Zustand gehalten. Der Koppler wird darauf im verbogenen Zustand gedreht. Die Kopplungscharakteristika sind basierend auf dem Grad der Drehung abstimmbar. Zur übertragung von etwa 100% der Leistung wird der Koppler um etwa 90º gedreht. Eine übertragung von weniger als der gesamten Leistung erfordert eine geringere Drehung als 90º.
Die Erfindung kann als Schalter benutzt werden, bei dem eine Leistungsübertragung von etwa 100% bei der erwünschten Wellenlänge auftritt. Eine Leistungsübertragung von etwa 100%, im wesentlichen das gesamte Licht, das in die ersten optische Faser läuft, wird aus einer zweiten optischen Faser austreten. Wie im folgenden weiter erklärt wird, können verschiedene Kopplerdesigns benutzt werden, um verschiedene Kopplungsverhältnisse als eine Funktion des Drehwinkels zu erzeugen.
Zur Bildung eines Kopplers als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Koppler mit einer Faser in einer Röhre verbogen, bis die Biegeradien der optischen Faserkerne ungleich sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Koppler verbogen, bis es keine Leistungsübertragung gibt, d.h. wenn im wesentlichen das gesamte in die erste optische Faser einlaufende Licht aus derselben ersten optischen Faser austritt. Wenn man wünscht, daß das Licht wieder aus der zweiten optischen Faser austritt, wird der Koppler an beiden Enden gedreht, wobei er im verbogenen Zustand bleibt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Koppler mit einer Faser in einer Röhre an einem Ende in einem Drehlager angebracht, das in einer Basisplatte befestigt ist. Der Koppler ist so angeordnet, daß die Kerne der zwei Fasern in einer Ebene parallel zur Basisplatte liegen. Das Ende des Kopplers im Drehlager wird festgehalten, und der Koppler wird verbogen, während die Faserkerne koplanar mit der Basisplatte gehalten werden. Bei dieser Konfiguration sind die Biegeradien der optischen Fasern ungleich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Koppler verbogen, bis im wesentlichen ein Gesamtleistungstransfer aufgetreten ist, was als die Ein-Position definiert wird. Das gegenüberliegende Ende des Kopplers wird dann in einem Drehlager an der Basisplatte angebracht, wobei der Koppler im verbogenen Zustand befestigt wird. Falls der Koppler dann in der konstant verbogenen Konfiguration gedreht wird, wird die Kopplung verhindert, und dies wird als die Aus-Position definiert.
Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Koppler in eine zuvor verbogene Röhre eingesetzt. Die Röhre ist von ähnlicher Zusammensetzung wie der Koppler. Der Koppler wird innerhalb der Röhre gedreht, wodurch das Kopplungsverhältnis verändert wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:
Figur 1 eine Querschnittsansicht einer Glasröhre, in der ein Paar optischer Fasern angeordnet ist;
Figur 2 eine vereinfachte Querschnittsansicht des zentralen Abschnitts der Röhre, aufgenommen entlang der Linie 2-2 von Figur 1;
Figur 3 eine Querschnittsansicht zum Illustrieren des Kopplers nach dem Kollabieren der Glasröhre um die Fasern und dem Ziehen des Mittelbereichs;
Figur 4 eine vereinfachte Querschnittsansicht des Mittelbereichs des Kopplers, aufgenommen entlang der Linie 4- 4 von Figur 3;
Figur 5 eine Oberansicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 6 eine Seitenansicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 7 eine Querschnittsansicht des Kopplers zum Illustrieren der Achse, in der die optischen Fasern liegen, wenn der verbogene Koppler auf die Aus-Position gedreht ist;
Figur 8 eine Querschnittsansicht des Kopplers zum Illustrieren der Achse, in der die optischen Fasern liegen, wenn der verbogene Koppler in die Ein-Position gedreht ist;
Figur 9 eine perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Figur 10 eine Darstellung der Änderung des Kopplungsverhältnisses gegenüber der Drehung des verbogenen Kopplers.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist ein drehbarer variabler optischer Abzweiger zum übertragen von in eine optischen Faser eingegebenem Licht an eine weiter optische Faser. Die optischen Fasern sind in einem Matrixglas verbunden, welches einen Brechungsindex aufweist, der geringer als derjenige des Mantelmaterials ist, und welches abgeschrägt ist, um die optischen Faserkerne zur Induzierung der Kopplung dicht aneinanderzubringen. In einem ersten Zustand wird das in eine erste optische Faser übertragene Licht auf eine zweite optische Faser gekoppelt und tritt entlang des Weges derselben aus.
Das Kopplungsverhältnis wird beim Verbiegen der optischen Fasern reduziert. Der Winkel der Verbiegung bestimmt die Reduzierung des von der ersten optischen Faser auf die zweite optische Faser gekoppelten Lichts. Der Koppler hat den maximalen Winkel der Verbiegung erreicht, wenn das in der ersten optische Faser übertragene Licht im Weg der ersten Faser bleibt, da die Kopplung verhindert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Koppler in einem verbogenen Zustand mit Drehlagern an jedem Ende fixiert. Wenn die zwei Fasern innerhalb einer Ebene angeordnet sind, so daß der Unterschied in ihren Biegeradien maximal ist, ist die Kopplung verhindert. Zur Rückführung in den gekoppelten Zustand wird der Koppler etwa 90º gedreht, wodurch der Ausgang der ersten optischen Faser in die zweite optische Faser geschaltet wird. Der Koppler ist über die Drehung abstimmbar. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Kopplers resultiert das Drehen des Kopplers um etwa 45º darin, daß jeweils etwa 50% des Lichts von dem ersten und zweiten optischen Ausgang austritt.
Die vorliegende Erfindung umfaßt einen faseroptischen Koppler 10, der in Figur 3 illustriert ist und in Ubereinstimmung mit der US-A-4,931,076 mit dem Titel "Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Kopplers", erteilt am 5. Juni 1990, hergestellt ist. Die Zeichnungen sollen keine Skalierung oder Relativproportionen der darin gezeigten Elemente andeuten.
Figur 1 ist eine Ausführungsform des bei der vorliegenden Erfindung benutzten Kopplers. Die zwei Wellenleiter 11, 12, welche im Querschnitt gezeigt sind, sind innerhalb der Glaskapillarröhre 13 angeordnet. Wie in Figur 2 illustriert, erleichtert die Diamantgestalt 16 die geeignete Ausrichtung der Wellenleiter in der Röhre 13. Das Paar von Wellenleitern enthält Kerne 11a, 12a mit einem vorbestimmten Brechungsindex n1a , n1b und einen Mantel 11b, 12b, der die Kerne 11a, 12a umgibt und einen geringeren Brechungsindex n2a,n2b als die Kerne aufweist. Die Kern- und die äußeren Manteldurchmesser betragen 8 bzw. 125 Mikrometer. Die Wellenleiter sind derart ausgewählt, daß sie entweder gemeinsame Brechungsindizes am Kern oder hinreichend verschiedene Indizes aufweisen, so daß eine gleichförmigekopplung erzielt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Differenz zwischen den Kernindizes nia , n&sub2;a und den Mantelindizes n1b , n2b 0,003 - 0,004. Die Röhre 13 weist einen geringeren Brechungsindex n&sub3; als der Mantel 11b, 12b, der die Wellenleiter 11, 12 umgibt, auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Differenz zwischen den Mantelindizes n1b , n2b und dem Index n&sub3; im Bereich zwischen 0,001 und 0,005.
Der zentrale Abschnitt der Röhre 13 wird erhitzt, damit er um die Wellenleiter kollabiert, und die kollabierte Struktur wird auf einen vorbestimmten Durchmesser gezogen.
Die Wellenleiter 11, 12 sind, wie in Figur 3 illustriert, innerhalb des Kopplungsbereichs 14 abgeschrägt. Die Kopplung des Lichts zwischen den Wellenleitern wird im Kopplungsbereich 14 induziert. Die Kerne 11a, 12a der Wellenleiter sind im Zentrum des Kopplungsbereichs 14, wie in Figur 4 dargestellt, näher beieinander.
Die Kopplungseffizienz steigt mit einer abnehmenden Trennung der Kerne. Im Fall von Einzelmode-Kernen erhöht die Reduzierung des Kerndurchmessers die Kopplungseffizienz.
Da jeglicher Druck oder jegliche Verbiegung des abgeschrägten Bereichs des Wellenleiters das Kopplungsverhalten ändert, wird der Ausgang des Kopplers 10 durch Verbiegen des Kopplers innerhalb des Kopplungsbereichs 14 gesteuert. Der Koppler wird in der Horizontalebene parallel zur Basisplatte verbogen, einer Ebene, welche durch die zwei Kerne tritt.
Es wird jetzt auf Figur 5 und 6 in den Zeichnungen für eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung Bezug genommen. Der drehbare variable optische Abzweiger 20, der in Figur 6 gezeigt ist, enthält einen Koppler 10, der mittels Drehlagern 22, 23 drehbar auf einer Basisplatte 21 angebracht ist. Die Lager 22, 23 nehmen die gegenüberliegenden Enden des Kopplers 10 auf. Bei dem Zusammenbau des Schalters wird das Lager 22 zunächst an der Basisplatte 21 befestigt. Der Koppler 10 wird in der Richtung des Pfeils 40 gedreht, bis die Ebene mit den zwei Wellenleiterkernen, 11a, 12a parallel zur Basisplatte 21, wie in Figur 8 dargestellt, verläuft.
Licht wird in den Eingangsschwanz 24 geleitet. Die Ausgangsschwänze 25, 26 des Kopplers 10 werden danach an ein Meßsystem (nicht gezeigt) angebracht. Der Koppler 10 wird dann in einer Ebene parallel zur Basisplatte 21 verbogen, bis der Leistungstransfer von einem Wellenleiter zum anderen auftritt, mit anderen Worten wird die Vorrichtung "eingeschaltet". Das Lager 23 wird darauf an der Basisplatte 21 befestigt, und der Koppler 10 bleibt im verbogenen Zustand.
Wenn der Koppler in der Richtung des Pfeils 41 etwa um 90º gedreht wird, wird die Ebene durch die Wellenleiterkerne senkrecht zur Basisplatte verlaufen, und die Vorrichtung ist "ausgeschaltet", wie in Figur 7 illustriert.
Die anfänglichen zur Bildung des Kopplers 10 der in Figur 9 gezeigten alternativen Ausführungsform benötigten Schritte sind dieselben wie die zur Herstellung des von Figur 6 verwendeten. Der Drehschalter 30, der in Figur 9 gezeigt ist, weist eine verbogene Glasröhre 31, die den Koppler 10 umgibt, auf. Die Röhre 31 ist von ähnlicher Zusammensetzung wie der Koppler 10. Zumindest ein Ende des Kopplers 10 erstreckt sich nach außerhalb der Röhre 31, um eine Drehung des Kopplers 10 zu ermöglichen. Das Kopplungsverhältnis wird durch Drehen des Kopplers innerhalb der verbogenen Röhre, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, variiert.
Der drehbare variable optische Abzweiger, der in Figur 9 gezeigt, ist, ist thermisch stabil, da die für die verbogene Röhre und den Koppler benutzten Materialien derart gewählt sind, daß sie ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Man wird verstehen, daß die Vorrichtung der Figuren 6 und 9 entweder an einem 1x2 - oder an einem 2x2-Koppler funktioniert, und der Koppler typischerweise für den Betrieb bei einer einzelnen Wellenlänge optimiert ist. Alternativermaßen kann die vorliegende Erfindung einen Koppler als Ausführungsform haben, der in der Lage ist, eine im wesentlichen gleichförmige Kopplung über einen vorbestimmten breiten Bereich von Wellenlängen zu bewirken. Beispielsweise wird ein Koppier zur Benutzung im Fenster bei 1310 nm oder 1550 nm abgestimmt, wobei das Kopplungsverhältnis von einem Ausgangsport zwischen etwa 50 und 100% liegt.
Obwohl das erwünschte Kopplungsverhältnis typischerweise für eine einzelne Wellenlänge eingerichtet wird, können ähnliche Resultate offenbar mit einer Vorrichtung, die bei mehr als einer Wellenlänge betreibbar ist, erzielt werden. Solch ein Koppler, der als "achromatisch" bekannt ist, ist in der US-A- 5,011,251 beschrieben. Für jede diskrete wellenlänge ist das Kopplungsverhältnis als Funktion des Grades der Verbiegung -- d.h. des Drehwinkel -- verschieden. Deshalb ist bei dieser alternativen Ausführungsform ein unterschiedlicher Drehplan zur Erzielung derselben Kopplungsverhältnisse bei verschiedenen Betriebswellenlängen notwendig.
Miniaturspulen oder eine Miniaturelektronik oder jeglicher einstellbarer mechanischer Mechanismus könnte mit einer geeignet gestalteten Schnittstelle zur Drehung des Kopplers bei jeder Ausführungsform hinzugefügt werden.
Ein spezielles Beispiel eines drehbaren variablen optischen Abzweigers gemäß der vorliegenden Erfindung folgt. Eine Glaskapillarröhre mit einem Brechungsindex von 1,442571 und einer diamantförmigen Öffnung in Längsrichtung ist vorgesehen. Die Röhre ist 38,1 mm lang mit einem Außendurchmesser von 2,8 mm. Die diamantförmige Öffnung in Längsrichtung weist vier gleiche Seiten mit 315 Mikrometern Länge auf. Zwei optische Fasern, jeweils mit einem Kern von 8 Mikrometern, einem Brechungsindex von 1,452009, einem Mantel mit 125 Mikrometern Außendurchmesser, einen Brechungsindex von 1,446918 und einer Beschichtung aus Acrylat mit 165 Mikrometern Außendurchmesser werden in die Öffnung in Längsrichtung eingesetzt. Ein Abschnitt der Acrylatbeschichtung zwischen den Enden der optischen Faser wird entfernt, und die unbeschichteten Abschnitte der optischen Fasern werden in die Öffnung in Längsrichtung der Röhre gesetzt. Die Fasern werden straff gehalten, um eine Spannung innerhalb der Röhre zu erzeugen.
Der Mittelbereich der so gebildeten Anordnung wird erwärmt, um zu bewirken, daß er um die optischen Fasern kollabiert, und wird auf einen vorbestimmten Durchmesser gezogen. Nach Ziehen von einem Viertel der Größe der ursprünglichen Röhre beträgt der Durchmesser des Mittelbereichs 0,7 mm. Der Kern- und Manteldurchmesser werden ebenfalls reduziert, d.h. jeder Kerndurchmesser wird auf zwei Mikrometer reduziert, und jeder Manteldurchmesser wird auf 31,25 Mikrometer reduziert. Die optischen Fasern werden an den Endabschnitten der Röhre befestigt und durch Anwendung eines Klebemittels abgedichtet.
Eine Basisplatte mit 101,6 mm Länge, 25,4 mm Breite und 6,35 mm Dicke wird bereitgestellt. Zwei Drehlager mit einem Innendurchmesser von 2,81 mm und einer Wandstärke von 0,50 mm werden bereitgestellt. Die Lager werden an den gegenüberliegenden nahen Enden des Kopplers angebracht. Das erste Lager wird an der Basisplatte befestigt. Der Koppler wird gedreht, bis die zwei optischen Fasernkerne in einer Ebene parallel zur Basisplatte liegen.
Die von dem Koppler aus verlaufenden Schwänze werden an ein Meßsystem zum Messen des Kopplungsverhältnisses angebracht. Licht wird in die optische Eingangsfaser geleitet. Beispiele des Kopplungsverhältnisses bei verschiedenen Wellenlängen sind nachstehend illustriert:
Ein Hebelarm wird benutzt, um den Koppler in einer Ebene parallel zur Basisplatte zu verbiegen. Der Koppler wird verbogen, bis die oben illustrierten Kopplungsverhältnisse umgekehrt sind. Das in die optische Eingangsfaser geleitete Licht trat aus dem Ausgang derselben optischen Faser heraus. Das zweite Drehlager wurde dann an der Basisplatte befestigt, wobei der Koppler den verbogenen Zustand beibehielt.
Zum Drehen des Kopplers wurde eine Glasstange an einem Ende des Kopplers angebracht. Druck wird an die Stange angelegt, was bewirkt daß sich der Koppler in einem Bogen,dreht. Der Koppler wird um 90º gedreht, woraufhin die Ebene mit den optischen Faserkernen senkrecht zur Basisplatte liegt. Die Darstellung von Figur 10 ermöglicht einen Vergleich des Kopplungsverhältnisses, das für verschiedene Drehwinkel erhältlich ist. Das Ausgangssignal repräsentiert den Prozentsatz der Gesamtlichtausgabe im ersten optischen Faserkern.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine spezielle Vorrichtung beschrieben wurde, sollen solche speziellen Bezugnahmen keine Beschränkungen des Schutzumfangs der Erfindung sein, welcher in den folgenden Patentansprüchen definiert ist.

Claims

14 Drehbare variable optische Abgreifeinrichtung (20), mit einem Koppier (10), welcher wenigstens zwei nebeneinanderliegende biegsame Wellenleiter (11, 12) aufweist, wobei die Wellenleiter verbunden sind und in Längsrichtung erstreckend in einem eingeengten Bereich zur Kopplung zwischen den Wellenleitern aneinander anliegen;

einer Einrichtung (31), welche den Koppler (10) in einem bogenförmig gebogenen Zustand hält; und mit einer Einrichtung, welche die beiden Enden des Kopplers (10) in dieselbe Winkelrichtung derart dreht, daß der Koppler (10) um seine bogenförmige Achse innerhalb der Halteeinrichtung (31) gedreht ist, wodurch der Grad der Lichtkopplung zwischen den Wellenleitern (11,12) variierbar ist.

2. Drehbare variable optische Abgreifeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (31) zum Halten des Kopplers (10) ein gebogenes Glasrohr aufweist, welches den Koppler (10) umschließt und daß die Dreheinrichtung eine Einrichtung zum Drehen des Kopplers innerhalb des gebogenen Glasrohres aufweist.

3. Drehbare variable optische Abgreifeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß sie ferner aufweist:

eine Grundplatte (21); eine erste Lagereinrichtung (22), welche ein Ende des Kopplers (10) aufnimmt; eine zweite Lagereinrichtung (23), welche das entgegengesetzte Ende des Kopplers (10) aufnimmt; wobei die erste und zweite Lagereinrichtung auf der Grundplatte derart montiert ist, daß eine Biegung in dem Koppler hervorgerufen ist; und daß die Dreheinrichtung eine Einrichtung zum Drehen des Kopplers innerhalb der montierten Lager aufweist.

4. Drehbare variable optische Abgreifeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Wellenleiter (11, 12) einen Kern (11a, 12a) mit einem vorbestimmten Brechungsindex sowie einen Mantel (11b, 12b) aufweist, welcher den Kern (11a, 12a) umschließt und einen niedrigeren Brechungsindex besitzt als der Kern (11a, 12a); wobei der Koppler (10) ferner einen Überzugsmantel aufweist, welcher die Wellenleiter (11, 12) umschließt, wobei der Brechungsindex des Überzugsmantels niedriger ist als derjenige des Mantels.

5. Drehbare variable optische Abgreifeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter optische Glasfasern aufweisen.

6. Verfahren zum Betreiben einer drehbaren variablen optischen Abgreifeinrichtung nach Anspruch 1, welches die folgenden Schritte aufweist:

Bereitstellung eines Kopplers (10) mit wenigstens zwei nebeneinanderliegenden biegsamen Wellenleitern (11, 12), wobei die Wellenleiter miteinander verbunden sind und sich in Längsrichtung erstreckend in einem eingeengten Bereich zum Hervorrufen einer Kopplung zwischen den Wellenleitern liegen;

Einführen eines optischen Eingangssignals in einen der optischen Wellenleiter;

Biegen des Kopplers in einen bogenförmig gebogenen Zustand zum Schaffen einer vorbestimmten Kopplung zwischen den Wellenleitern;

Beibehalten des Kopplers in dem bogenförmig gebogenen Zustand; und

Drehen der beiden Enden des Kopplers in dieselbe Winkelrichtung derart, daß der Koppier um seine bogenförmige Achse innerhalb der Beibehalteeinrichtung gedreht wird, wodurch der Grad der Lichtkopplung zwischen den optischen Fasern verändert wird.