DE2611011A1 - Optical fibre coupling esp. for repeaters - abuts monomode and gradient fibres for undirectional transmission by matching refractive indices of cores - Google Patents
Optical fibre coupling esp. for repeaters - abuts monomode and gradient fibres for undirectional transmission by matching refractive indices of coresInfo
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Abstract
Description
Stichwort: Optische Koppel anordnung für SystemeKeyword: optical coupling arrangement for systems
der optischen Nachrichtentechnik Stichwort: Optische Koppel anordnung für Systeme der optischen Nachrichtentechnik Titel: Verfahren und Anordnung zur Gestaltung von optischen Koppel anordnungen in Systemen der optischen Nachrichtentechnik, vorzugsweise in Repeatern für optische Übertragungsstrecken Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Gestaltung von optischen Koppelanordnungen in Systemen der optischen Nachrichtentechnik, vorzugsweise in Repeatern für optische Obertragungsstrecken. Solche optischen Übertragungssysteme dienen dazu, elektrische Signale,die durch geeignete elektrisch-optische Wandler (z. B. Halbleiter-Laserdioden) in Lichtsignale umgewandelt worden sind, über Glasfasern von einem Ort A zu einem Ort B zu übertragen, wobei am Ende der Glasfaserstrecke die Lichtsignale durch geeignete optisch-elektrische Wandler (z. B. Photodioden) wieder in elektrische Signale zurückgewandelt werden. optical communications technology Keyword: optical Coupling arrangement for systems of optical communications technology Title: Procedures and Arrangement for the design of optical coupling arrangements in systems of the optical Communication technology, preferably in repeaters for optical transmission links The invention relates to a method and an arrangement for designing optical Coupling arrangements in systems of optical communication technology, preferably in Repeaters for optical transmission links. Such optical transmission systems serve to transmit electrical signals through suitable electrical-optical converters (e.g. semiconductor laser diodes) have been converted into light signals via optical fibers from a location A to a location B, at the end of the fiber optic link the light signals through suitable optical-electrical converters (e.g. photodiodes) converted back into electrical signals.
Stand der Technik: Es ist aus der DAS 1254513 bekannt, daß elektrische Signale in Form von optischen Signalen über Glasfasern übertragen werden können. Bei längeren Ubertragungsstrecken von einigen 100 m bis zu einigen km werden die optischen Signale dabei so geschwächt und verzerrt, daß sie in einem sog.Prior art: It is known from DAS 1254513 that electrical Signals in the form of optical signals can be transmitted over glass fibers. For longer transmission distances of a few 100 m to a few km, the optical signals are so weakened and distorted that they are in a so-called.
Repeater regeneriert werden müssen. Bei derartigen optischen Ubertragungsstrecken werden vielfach optische Koppel anordnungen benötigt zur Verbindung von Faserstücken untereinander und zur Verbindung von Faserstücken mit Endgeräten bzw. Bauelementen innerhalb dieser Endgeräte (z.B.Repeater).Repeater need to be regenerated. With optical transmission links of this type optical coupling arrangements are often required for connecting pieces of fiber with each other and for connecting pieces of fiber with terminals or components within these end devices (e.g. repeaters).
Bei Repeatern sind zwei Bauformen bekanntgeworden. Repeater einer ersten Art wandeln die ankommenden optischen Signale in elektrische Signale um, die dann elektrisch regeneriert und anschließend wieder in optische Signale zurückgewandelt werden (H. Ohnsorge: Neue Möglichkeiten für Nachrichtensysteme auf der Easis des Laser-Glasfaser-Kanals. NTZ-Report 17, VDE-Verlag GmbH, Berlin, 1973).Two designs have become known for repeaters. Repeater one first type convert the incoming optical signals into electrical signals, which are then regenerated electrically and then converted back into optical signals (H. Ohnsorge: New Possibilities for Message Systems on the Easis of Laser fiber optic channel. NTZ-Report 17, VDE-Verlag GmbH, Berlin, 1973).
Repeater der zweiten Art regenerieren die optischen Signale auf optischem Wege, d.h. ohne Zwischenschaltung einer elektrischen Regenerierschaltung (R. Th. Kersten: Optische Nachrichtenübertragung und integrierte Optik.Repeaters of the second type regenerate the optical signals on optical signals Ways, i.e. without the interposition of an electrical regeneration circuit (R. Th. Kersten: Optical communication and integrated optics.
Elektronik 1975, Heft 6, 5. 72/77).Elektronik 1975, issue 6, 5. 72/77).
Bei beiden Repeaterarten werden optische Koppelanordnungen zur Verbindung der Fasern der Übertragungsstrecke an die Bauelemente des Repeaters benötigt. Die dabei auftretenden Besonderheiten seien am Beispiel eines Repeaters erster Art erläutert. Ein solcher Repeater besitzt in seinem Sendeteil einen elektro-optischen Wandler, vorzugsweise eine Laser-Diode, und in seinem Empfangsteil einen optisch-elektrischen Wandler, vorzugsweise eine Avalanche-Photodiode oder eine pin-Photodiode. Repeater, die derartige Bauelemente verwenden, ermöglichen vorteilhaft eine digitale Übertragung von Nachrichten, wobei für hohe Übertragungsraten von > 50 Mbit/s und Entfernungen von einigen km derzeit vornehmlich Halbleiterlaser, Avalanche-Photodioden und Monomodefasern bzw. Gradientenfasern als Bauelemente-Kombination in Betracht kommen.With both types of repeater, optical coupling arrangements are used for the connection the fibers of the transmission path to the components of the repeater. the peculiarities occurring in this case are explained using the example of a repeater of the first type. Such a repeater has an electro-optical converter in its transmitting part, preferably a laser diode, and in its receiving part an opto-electrical one Converter, preferably an avalanche photodiode or a pin photodiode. Repeater, using components of this type advantageously enable digital transmission of messages, whereby for high transmission rates of> 50 Mbit / s and distances of a few km currently mainly semiconductor lasers, avalanche photodiodes and single-mode fibers or gradient fibers come into consideration as a component combination.
Monomodefasern haben für hohe Obertragungsraten den Vorteil, daß sie die Lichtimpulse am wenigsten auf dem Obertragungsweg verzerren; ihr lichtführender Querschnitt ist aber sehr gering (~ 3 um), so daß sie bei Ankopplung an eine Lichtquelle oder einen Lichtempfänger sehr genau justiert werden müssen. Die gleiche Genauigkeit in der Justierung ist erforderlich, wenn zwei Monomodefaserstücke zusammengekoppelt werden. Dazu wurde bekannt, daß man hierbei vorteilhaft eine Doppelexzenter-Steckverbindung verwenden kann (O. Krumpholz ; E. Pfeiffer: Coupling device connecting a glas fiber with an integrated optical circuit. Topical Meeting on Integrated Optics, New Orleans, January 1974.For high transmission rates, single-mode fibers have the advantage that they the light pulses distort the least on the transmission path; your light-guiding Cross-section is very small (~ 3 µm), so that when coupled to a light source or a light receiver must be adjusted very precisely. Same accuracy Adjustment is required when two single-mode fiber pieces are coupled together will. For this purpose, it has been known that a double eccentric plug connection is advantageous here (O. Krumpholz; E. Pfeiffer: Coupling device connecting a glas fiber with an integrated optical circuit. Topical Meeting on Integrated Optics, New Orleans, January 1974.
J. Guttmann; O. Krurnpholz; E. Pfeiffer: A simple connector for glas fiber optical waveguides. AEO Band 29 (1975), S. 50/52).J. Guttmann; O. Krurnpholz; E. Pfeiffer: A simple connector for glass fiber optical waveguides. AEO Volume 29 (1975), pp. 50/52).
Die Monomodefaser besteht aus einem Kern mit einer Brechzahl n1, einem Durchmesser dk sowie einem Mantel mit einer Brechzahl n2 X n1 und einem Außendurchmesser D ~ 100 - 200 ;ihm. Stellt man die Brechzahl n der Faser als Funktion des Radius r in Zylinderkoordinaten dar, so erhält man dabei ein stufenförmiges, rotationssymmetrisches Profil, wie dies in Fig. 5 und 6 u. a.The single mode fiber consists of a core with a refractive index n1, a Diameter dk and a jacket with a refractive index n2 X n1 and an outside diameter D ~ 100 - 200; him. If one sets the refractive index n of the fiber as a function of the radius r in cylinder coordinates, a step-shaped, rotationally symmetrical one is obtained Profile as shown in Figures 5 and 6, among others.
dargestellt ist.is shown.
Die Herstellung von Monomodefasern macht Schwierigkeiten, insbesondere hinsichtlich einer genauen Einhaltung des einmal gewählten Kerndurchmessers über größere Faserlängen.The manufacture of single-mode fibers presents difficulties, in particular with regard to an exact adherence to the core diameter selected once longer fiber lengths.
Gradientenfasern stellen demgegenüber weitaus geringere Anforderungen hinsichtlich einer Justierung an Lichtquellen, da sie einen größeren lichtführenden Querschnitt (50-100 ,um) aufweisen. Nachteilig ist bei diesen Fasern die größere Verzerrung bei der Übertragung optischer Signale, die eng von den Herstellungstoleranzen des Brechzahlprofils in dieser Faser abhängt. Das Brechzahlprofil der Gradientenfaser sollte sehr genau der Funktion n2 (r) = n02 . (1 - 2 (g )2) für O Z r z R genügen. In der Formel bedeuten n (r) die Brechzahl als Funktion des Radius r in Zyl i nderkoordi naten nO die maximale Brechzahl des Kerns der relative Brechzahlunterschied R der halbe Durchmesser des Kerns der Gradientenfaser.In contrast, gradient fibers have far less stringent requirements with regard to an adjustment to light sources, since they have a larger light-guiding Cross-section (50-100 µm). The disadvantage of these fibers is the larger one Distortion in the transmission of optical signals, closely related to manufacturing tolerances depends on the refractive index profile in this fiber. The refractive index profile of the gradient fiber should very closely match the function n2 (r) = n02. (1 - 2 (g) 2) for O Z r z R suffice. In the formula, n (r) denotes the refractive index as a function of the radius r in cylinder coordinates naten nO the maximum refractive index of the core the relative difference in refractive index R der half the diameter of the core of the gradient fiber.
Nach dem heutigen Stand der Technik ist nicht abzusehen, inwieweit die Herstellungstoleranzen der beiden genannten Fasertypen praktisch beherrschbar werden und inwieweit damit Monomodefasern vor Gradientenfasern bei breitbandigen Übertragungsstrecken einmal eingesetzt werden.Given the current state of the art, it cannot be foreseen to what extent the manufacturing tolerances of the two fiber types mentioned are practically manageable and to what extent single-mode fibers before gradient fibers in broadband Transmission links are used once.
Wie bereits erwähnt, hat man Lösungsmöglichkeiten gefunden, um Faserstücke ein- und desselben Typs miteinander zu verbinden. Aus der Unsicherheit über die zukünftige Entwicklung der Fasern ergibt sich damit, daß jeder Fasertyp jeweils einen eigenen Repeater erfordert, mit optischen Ein- und Ausgängen, die genau an den jeweils in der Übertragungsstrecke verwendeten Fasertyp angepaßt sind.As already mentioned, possible solutions have been found to remove pieces of fiber one and the same type to connect with each other. Out of the uncertainty about the Future development of fibers results from the fact that each fiber type respectively requires its own repeater, with optical inputs and outputs that match exactly are adapted to the type of fiber used in the transmission path.
Damit wird es unmöglich, bei einem einmal aufgebauten Obertragungssystem die dort verwendeten Fasern zu einem späteren Zeitpunkt einfach gegen Fasern eines anderen Typs auszutauschen; wenn dennoch ein Austausch notwendig würde, wäre dies mit Umbauarbeiten der optischen Koppel anordnungen bei den Endgeräten und Repeatern verbunden.This makes it impossible, once the transmission system has been set up the fibers used there at a later point in time simply against fibers one exchange other type; if an exchange would nevertheless be necessary, this would be it with conversion work on the optical coupling arrangements for the terminals and repeaters tied together.
Bei der Lichteinstrahlung in Fasern werden neben den erwünschten Wellentypen im lichtführenden Faserkern auch unerwünschte Wellentypen im Mantel der Faser erzeugt, die zu zusätzlichen Signalverzerrungen führen können, insbesondere, wenn die Mantelwellen (z.B. bei kürzeren Übertragungsstrecken) wenig gedämpft am Empfangsort eintreffen. Im Labor werden zum Zweck der Unterdrückung von Mantelwellen die Glasfasern in Schleifen durch eine Schale mit Immersionsflüssigkeit geleitet, deren Brechzahl gleich der Brechzahl des Fasermantels ist (mode stripping). Für praktische Anwendungen außerhalb des Labors ist jedoch bislang keine adäquate Lösung bekannt.When light is irradiated into fibers, the desired wave types in the light-guiding fiber core also generates undesired wave types in the cladding of the fiber, which can lead to additional signal distortion, especially if the standing waves (e.g. in the case of shorter transmission paths) arrive at the receiving location with little attenuation. In the laboratory, the glass fibers are looped in order to suppress standing waves passed through a bowl with immersion liquid, the refractive index of which is equal to The refractive index of the fiber cladding is (mode stripping). For practical applications outside However, the laboratory has not yet known an adequate solution.
Bei einer zentralen Lichteinstrahlung in Gradientenfasern werden immer eine Vielzahl von Wellentypen angeregt, wodurch die Lichtimpulse,insbesondere bei nicht exakt parabolischem Brechzahlprofil stärker verzerrt werden, als bei einer nicht zentralen Lichteinstrahlung (Guttmann et al.: Dispersion measurements in new "Selfoc" fibres. Optical and Quantum Electronics 7 (1975) S. 305/309).With a central light irradiation in gradient fibers are always stimulated a variety of wave types, causing the light pulses, especially at not exactly parabolic refractive index profile are more distorted than with a non-central light irradiation (Guttmann et al .: Dispersion measurements in new "Selfoc" fibers. Optical and Quantum Electronics 7 (1975) pp. 305/309).
Bei einer exzentrischen Lichteinstrahlung nahe der Kernmantelgrenze der Gradientenfaser wird eine geringere Zahl von Wellentypen angeregt, wodurch eine geringere Signal verzerrung (Laufzeitdispersion) auf dem Obertrayungsweg verursacht wird. Eine praktikable Lösung zur Nutzung dieses Effektes ist ebenfalls bislang nicht bekannt.With an eccentric light irradiation close to the kernmantle boundary the gradient fiber is excited a smaller number of wave types, creating a causes less signal distortion (runtime dispersion) on the upper tray path will. A practicable solution for using this effect is also so far not known.
Aufgabe der Erfindung: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine erfindungsgemäße Gestaltung von optischen Koppel anordnungen in Systemen der optischen Nachrichtentechnik, vorzugsweise in Repeatern für optische Obertragungsstrecken, die vorgenannten Nachteile zu umgehen. Insbesondere sollen die optischen Koppel anordnungen so beschaffen sein, daß Lichtwellenleiter verschiedenen Typs mit unterschiedlichem lichtführendem Durchmesser und Brechzahlprofil ohne Umbau mit ein- und demselben Endgerät oder Repeater in optischen Ubertragungssystemen zusammengeschaltet werden können.Object of the invention: The invention is based on the object by an inventive design of optical coupling arrangements in systems of the optical communications technology, preferably in repeaters for optical transmission links, to circumvent the aforementioned disadvantages. In particular, the optical coupling arrangements be such that optical fibers of different types with different light-guiding diameter and refractive index profile without modification with one and the same Terminal or repeater are interconnected in optical transmission systems can.
Eventuell vorhandene Mantelwellen in den Fasern sollen möglichst keinen Einfluß auf die angeschalteten Geräte (z. B. Empfangsteil des Repeaters) haben und die Kopplungsverluste sollten so niedrig wie möglich sein.Any sheath waves that may be present in the fibers should, if possible, not be Have an influence on the connected devices (e.g. receiver part of the repeater) and the coupling losses should be as low as possible.
Andererseits sollten die Koppeleinrichtungen von lichtaussendenden Geräten (z. B. Sendeteil eines Repeaters) so beschaffen sein, daß möglichst keine Mantelwellen in den angeschlossenen Fasern angeregt werden und eine optimale Einkoppelung des Lichtes in verschiedene Fasertypen möglich ist. Die Kopplungsverluste hierbei sollten möglichst gering sein und es sollten möglichst wenig Moden dabei angeregt werden. Eine derart flexible Kopplungstechnik sollte ferner keine merkliche zusätzliche Signalverzerrrung verursachen.On the other hand, the coupling devices should be of light-emitting Devices (e.g. transmitter part of a repeater) must be designed in such a way that, if possible, no Sheath waves are excited in the connected fibers and an optimal coupling of light is possible in different fiber types. The coupling losses here should be as small as possible and as few fashions as possible should be stimulated will. Furthermore, such a flexible coupling technique should not be any noticeable additional Cause signal distortion.
Lösung: Die genannten Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine besondere Anordnung und Kombination verschiedener Bauelemente in optischen Koppelanordnungen, vorzugsweise bei Endgeräten und Repeatern, gelöst: 1. Für Kopplungszwecke von Lichtsignalen in einer Richtung wird u.a. eine Anordnung von Monomodefaser und Gradientenfaser verwendet, wobei ein Ende der Monomodefaser stumpf auf ein Ende der Gradientenfaser gesetzt wird und die Fasern dabei so justiert werden, daß der Kern der Monomodefaser auf einen Punkt des Kerns der Gradientenfaser trifft, in dem die Kernbrechzahlen beider Fasern bestmöglich übereinstimmen. Dazu muß die Kernbrechzahl n1 der Monomodefaser folgende Bedingung erfüllen: n (R) - n1 L nO Durch die Kombination Monomodefaser/Gradientenfaser sind beim Übergang von dem kleinen lichtführenden Kern der Monomodefaser in den großen Kern der Gradientenfaser die Kopplungsverluste für Lichtwellen gering, in umgekehrter Richtung aber sehr groß. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, Fasern verschiedenen Typs miteinander zusammenziischalten , wenn gewährleistet ist, daß die Lichtübertragung nur in einer Richtung erfolgen soll.Solution: According to the invention, the tasks mentioned are achieved by a special one Arrangement and combination of different components in optical coupling arrangements, preferably for end devices and repeaters, solved: 1. For coupling purposes of light signals in one direction, among other things, an arrangement of single-mode fiber and gradient fiber is used used, with one end of the single-mode fiber butted to one end of the gradient fiber is set and the fibers are adjusted so that the core of the single-mode fiber meets a point of the core of the gradient fiber in which the core refractive indices both fibers match as closely as possible. For this purpose, the core refractive index n1 of the single-mode fiber must be meet the following condition: n (R) - n1 L nO By combining Single mode fiber / gradient fiber are at the transition from the small light-guiding Core of the single mode fiber in the large core of the gradient fiber the coupling losses low for light waves, but very high in the opposite direction. This results in the possibility of interconnecting fibers of different types, if it is guaranteed that the light transmission should only take place in one direction.
Andererseits bietet eine derartige Kopplungsanordnung die Möglichkeit, "optische Ventile" zu verwirklichen. On the other hand, such a coupling arrangement offers the possibility of to realize "optical valves".
2. Unter Einbeziehung einer derartigen Kopplungsanordnung läßt sich nun ein Repeater aufbauen, der wahlweise an Obertragungsstrecken mit Monomode-oder Gradientenfasern angeschaltet werden kann. Zu diesem Zweck wird im Empfangsteil des Repeaters ein Stück Gradientenfaser verwendet mit dem bereits beschriebenen Brechzahlprofil, das das lichtempfangende Bauelement (Avalanche- oder pin-Photodiode) mit einer justierbaren Steckverbindung (vorzugsweise Doppelexzenter-Steckverbindung) auf der Frontplatte des Gerätes verbindet. Im Sendeteil des Repeaters wird ein Stück Monomodefaser an einem Ende mit dem lichtaussendenden Bauelement (z. B. Halbleiter-Laser) und am anderen Ende ebenfalls mit einer justierbaren Steckverbindung (Doppelexzenter) verbunden. Die beiden Faserstücke - Monomode- und Gradienten-Faser - genügen dabei den bereits angegebenen Bedingungen. Verwendet man nun auf der Übertragungsstrecke Gradientenfasern des gleichen Typs, wie sie im Empfangsteil vorhanden sind, so bringt die Ankopplung der Gradientenfaser an den Empfangsteil keine Schwierigkeiten mit sich, da hierbei Fasern gleichen Typs miteinander verbunden werden, wogegen die Ankoppelung an den Sendeteil des Repeaters von der unter 1. angegebenen Möglichkeit Gebrauch macht. Dabei erleichtert die Doppelexzenter-Steckverbindung in vorteilhafter Weise eine genaue Justierung. Verwendet man eine Monomodefaser in der Obertragungsstrecke, so erfolgt die Kopplung dieser Faser an den Sendeteil des Repeaters in üblicher Weise, da hierbei zwei Fasern gleichen Typs miteinander verbunden werden, wogegen der Obergang Monomode/Gradientenfaser jetzt an der Kopplungsstelle zum Empfangsteil des Repeaters auftritt.2. With the inclusion of such a coupling arrangement can now build a repeater, which can be connected to transmission lines with single-mode or Gradient fibers can be switched on. For this purpose, in the receiving section of the repeater used a piece of gradient fiber with the one already described Refractive index profile that the light-receiving component (avalanche or pin photodiode) with an adjustable plug connection (preferably double eccentric plug connection) connects to the front panel of the device. In the transmission part of the repeater there is a piece Single-mode fiber at one end with the light-emitting component (e.g. semiconductor laser) and at the other end also with an adjustable plug connection (double eccentric) tied together. The two pieces of fiber - single mode and gradient fiber - are sufficient the conditions already specified. If you now use it on the transmission path Gradient fibers of the same type as they are present in the receiving part, so brings the coupling of the gradient fiber to the receiving part with no difficulties because fibers of the same type are connected to one another, whereas the Coupling to the transmitter part of the repeater from the option specified under 1 Makes use. The double eccentric plug-in connection facilitates this in an advantageous manner Way an exact adjustment. If a single mode fiber is used in the transmission link, the coupling of this fiber to the transmitter part of the repeater takes place in the usual way Way, because here two fibers of the same type are connected to one another, whereas the transition from single mode to gradient fiber is now at the coupling point to the receiving part of the repeater occurs.
3. Um zu verhindern, daß Mantelwellen in der Obertragungsfaser angeregt werden, wird mindestens ein Ende des kurzen Monomodefaserstückes im Repeatersendeteil mit einer Irisblende im Bereich der Fläche des Fasermantels abgedeckt. Gleichermaßen wird durch Anbringung einer Irisblende, z. B. in Form einer Lackabdeckung, an einem Ende des Gradientenfaserstückes im Empfangsteil des Repeaters der Einfluß von Mantelwellen auf die Qualität der empfangenen Signale reduziert. Die Irisblenden werden vorzugsweise an den Faserenden der kurzen Faserstücke im Repeater angebracht, die mit dem Halbleiter-Laser bzw. der Photo-Diode durch eine Klebestelle verbunden werden.3. To prevent sheath waves from being excited in the transmission fiber are, at least one end of the short single-mode fiber in the repeater end part covered with an iris diaphragm in the area of the surface of the fiber cladding. Likewise is achieved by attaching an iris diaphragm, e.g. B. in the form of a paint cover, on one At the end of the piece of gradient fiber in the receiver section of the repeater, the influence of standing waves reduced to the quality of the received signals. The iris diaphragms are preferred attached to the fiber ends of the short fiber pieces in the repeater, which are connected to the semiconductor laser or the photo diode are connected by an adhesive point.
Vorteile der Erfindung: Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen u. a. darin, daß an Stelle einer Vielzahl von Repeatern für verschiedene Fasertypen ein einheitlicher Repeater für Monomode- bzw. Gradientenfaser verwendet werden kann und daß in bestehende Obertragungsstrecken wahlweise Fasern nach dem neuesten technischen Stand eingefügt werden können. Der Repeater zeichnet sich ferner dadurch aus, daß die erfindungsgemäße Kopplungsanordnung eine optimale Ankoppluny, d.h. ohne große Koppelverluste, bei geringsten Verzerrungen durch Laufzeitdispersion und mit optimaler Unterdrückung von Mantelwellen gewährleistet. Bei Verwendung von Gradientenfasern auf der Übertragungsstrecke erfolgt die Lichteinkopplung im Sendeteil des Repeaters über ein Stück Monomodefaser, das in diesem Fall zusätzlich als Monomode-Filter wirkt und eine definierte Lichteinkopplung in die Randzone des Kerns der Gradientenfaser ermöglicht, wodurch die Laufzeitverzerrungen der Signale auf der Obertragungsstrecke verringert werden können.Advantages of the invention: The advantages that can be achieved with the invention exist among others in that instead of a multitude of repeaters for different Fiber types a uniform repeater is used for single-mode or gradient fibers can be and that in existing transmission lines optionally fibers according to the state-of-the-art technology can be inserted. The repeater also stands out characterized in that the coupling arrangement according to the invention provides an optimal coupling, i.e. without large coupling losses, with the slightest distortion due to time-of-flight dispersion and guaranteed with optimal suppression of standing waves. When using Gradient fibers on the transmission path, the light is coupled in in the transmitting part of the repeater via a piece of single-mode fiber, which in this case also acts as a single-mode filter acts and a defined coupling of light into the edge zone of the core of the gradient fiber allows the delay time distortion of the signals on the transmission link can be reduced.
Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispieles und der folgenden Fig. 1 - 7 näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines Repeaters' Fig. 2 den grundsätzlichen mechanischen Aufbau einer Doppel-Exzenter-Steckverbindung (4), Fig. 3 das Schema einer optischen Übertragungsstrecke, bestehend aus einem Sendeteil (3), einer Faserstrecke (29) und einem Empfangsteil (1), Fig. 4 das Schema der Verbindung von Halbleiter-Laser (9) und Doppel-Exzenter-Steckverbindung (4) mittels einem Stück Monomodefaser (10), Fig. 5 schematisch die Kopplung von Monomodefaser (10) und Gradientnfaser (30) bei zentraler Lichteinkopplung in die Gradientenfaser zur verlustarmen Anpassung bei unterschiedlichen lichtführenden Durchmessern und verschiedenen Brechzahlprofilen, Fig. 6 schematisch die Kopplung von Monomode- (10) und Gradientenfaser (30) bei exzentrischer Lichteinkopplung in die Gradientenfaser zur verlustarmen und verzerrungsarmen Anpassung bei unterschiedlichen lichtführenden Durchmessern und verschiedenen Brechzahlprofilen, Fig. 7 das Schema der Verbindung von Doppelexzenter-Steckverbindung (4) und Photodiode (6) mittels einem Stück Gradientenfaser (5) und einer Irisblende (13) in Form einer Lackabdeckung auf dem Querschnitt am Faserende und Fig. 8 schematisch das Stück Monomodefaser (10) mit Irisblende (14).The invention is now based on an embodiment and the the following FIGS. 1-7 explained in more detail. They show: FIG. 1 the basic structure a repeater 'Fig. 2 shows the basic mechanical structure of a double eccentric plug connection (4), Fig. 3 shows the diagram of an optical transmission link consisting of one Transmitting part (3), a fiber link (29) and a receiving part (1), Fig. 4 shows the scheme the connection of semiconductor laser (9) and double eccentric plug connection (4) by means of a piece of single-mode fiber (10), FIG. 5 schematically shows the coupling of single-mode fiber (10) and gradient fiber (30) with central light coupling into the gradient fiber for low-loss adaptation with different light-guiding diameters and different refractive index profiles, Fig. 6 schematically shows the coupling of single mode (10) and gradient fiber (30) with eccentric light coupling into the gradient fiber for low-loss and low-distortion adjustment with different light-guiding Diameters and different refractive index profiles, Fig. 7 the scheme of the connection of double eccentric plug connection (4) and photodiode (6) by means of a piece of gradient fiber (5) and an iris diaphragm (13) in the form of a lacquer cover on the cross-section at Fiber end and Fig. 8 schematically the piece of single-mode fiber (10) with iris diaphragm (14).
Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Repeaters, bestehend aus einem Empfangsteil (1" einem Netzteil (2) und einem Sendeteil (3).Fig. 1 shows the basic structure of a repeater, consisting from a receiving part (1 ″, a power supply unit (2) and a transmitting part (3).
Der Empfangsteil (1) besitzt einen optischen Eingang in Form einer justierbaren Steckverbindung (4), eine Photodiode (6), ein Stück Gradientenfaser (5), das die Photodiode (6) mit der Steckverbindung (4) verbindet und an einem Ende eine Irisblende (13) besitzt, sowie eine elektrische Regenerierschaltung (7), die die Empfangssignale regeneriert, den Datentakt zurückgewinnt und die Empfangs- und Taktsignale an den Buchsen (11) zur Verfügung stellt.The receiving part (1) has an optical input in the form of a adjustable plug connection (4), a photodiode (6), a piece of gradient fiber (5), which connects the photodiode (6) with the connector (4) and at one end an iris diaphragm (13), and an electrical regeneration circuit (7) which regenerated the received signals, recovered the data clock and the received and Clock signals at the sockets (11) are available.
Von einer ankommenden Faser gelangen die Lichtsignale über die Steckverbindung (4) und das anschließende Stück Gradientenfaser (5) zur Photodiode (6), in der die optischen Signale in elektrische zurückverwandelt werden und von dort zur elektrischen Regenerierschaltung (7) geleitet werden.The light signals come from an incoming fiber via the plug connection (4) and the subsequent piece of gradient fiber (5) to the photodiode (6), in which the Optical signals are converted back into electrical ones and from there to electrical ones Regeneration circuit (7) are conducted.
Der Sendeteil (3) enthält eine elektrische Schaltung (8) zur Laseransteuerung, den Halbleiterlaser (9) und die Doppelexzenter-Steckverbindung (4», die mit dem Laser über eine Monomodefaser (10) verbunden ist. Das Stück Monomodefaser besitzt an einem Ende eine Irisblende (14), um zu verhindern, daß Mantelwellen in der Monomodefaser (10) angeregt werden.The transmitter part (3) contains an electrical circuit (8) for laser control, the semiconductor laser (9) and the double eccentric plug connection (4 », which with the Laser is connected via a single mode fiber (10). The piece of single mode fiber possesses at one end an iris diaphragm (14) to prevent standing waves in the single-mode fiber (10) can be stimulated.
Die zu übertragenden elektrischen Signale gelangen mit Takt über die Buchsen (12) zur Laseransteuerschaltung (8) und von dort zum Halbleiterlaser (9), der die elektrischen Signale in optische wandelt. Die Lichtsignale werden vom Halbleiterlaser (9) über ein Stück Monomodefaser (10), das als Monomodefilter wirkt, zur Steckverbindung (4) geleitet.The electrical signals to be transmitted are clocked by the Sockets (12) to the laser control circuit (8) and from there to the semiconductor laser (9), which converts the electrical signals into optical ones. The light signals are generated by the semiconductor laser (9) via a piece of single-mode fiber (10), which acts as a single-mode filter, to the plug-in connection (4) headed.
Die Doppelexzenter-Steckverbindung (4) ist beispielhaft in Fig. 2 dargestellt. Sie erlaubt eine sehr feine Justierung, z. B. bei der Kopplung von Monomodefaser auf Monomodefaser, wenn eine solche als Obertragungsstrecke verwendet wird. In diesem Falle müssen die geometrischen Abmessungen und Brechzahlen des Faserstückes (10) mit denen der angeschlossenen Monomodefaser übereinstimmen. Die Doppelexzenter-Steckverbindung (4) besteht im wesentlichen aus einem Einsatz (19), der in die Frontplatte (17) des Repeatergehäuses eingelassen ist und der die beiden Drehkörper (18) des Doppelexzenters aufnimmt. In die Uffnungen (21) und (22) werden einfache Stecker, die an den zu verbindenden Glasfasern angebracht sind, eingeführt. Eine genaue Justierung erfolgt durch Verdrehen der beiden Drehkörper (18), die in Gleitpassungen (20) laufen.The double eccentric plug connection (4) is shown by way of example in FIG. 2 shown. It allows a very fine adjustment, e.g. B. when coupling Single mode fiber to single mode fiber, if one is used as a transmission link will. In this case, the geometrical dimensions and refractive indices of the fiber piece (10) match those of the connected single-mode fibers. The double eccentric plug connection (4) consists essentially of an insert (19) which is inserted into the front plate (17) of the repeater housing and the two rotating bodies (18) of the double eccentric records. In the openings (21) and (22) are simple plugs that are attached to the connecting glass fibers are attached, introduced. A precise adjustment takes place by turning the two rotating bodies (18), which run in sliding fits (20).
Fig. 3 zeigt schematisch eine optische Obertragungsstrecke (29), wobei diese sowohl eine Gradientenfaser (30) als auch eine Monomodefaser (35) enthalten kann.Fig. 3 shows schematically an optical transmission path (29), wherein these contain both a gradient fiber (30) and a single mode fiber (35) can.
Für den Fall, daß die Übertragungsstrecke (29) eine Gradientenfaser (2o) enthält, zeigt Fig. 4 den Weg des Lichtes von dem Halbleiterlaser (9j über das Stück Monomodefaser (10) und die Steckverbindung (4) in die Gradientenfaser (30). Die Kopplung der Fasern in der Steckverbindung (4) wird an Hand der Fig. 5 und 6 erläutert.In the event that the transmission link (29) is a gradient fiber (2o), Fig. 4 shows the path of light from the semiconductor laser (9j via the piece of single-mode fiber (10) and the connector (4) in the gradient fiber (30). The coupling of the fibers in the plug connection (4) is illustrated in FIG. 5 and 6 explained.
Um einen geringen Kopplungsverlust bei diesem übergang sicherzustellen, ist die Anordnung so gewählt, daß erstens das Licht aus einem kleineren in einen größeren lichtführenden Querschnitt übertritt und zweitens die Kern-Brechzahl beider Fasern im Berührungspunkt bestmöglichst übereinstimmt.To ensure a low loss of coupling during this transition, the arrangement is chosen so that firstly the light from a smaller one into one larger light-guiding cross-section and secondly the core refractive index of both Fibers at the point of contact match as closely as possible.
In Fig. 5 ist zusätzlich das Brechzahlprofil (32) der Monomodefaser (10) und dc Brechzahlprofil (31) der Gradientenfaser (30) dargestellt. Bei zentraler Lichteinspeisung gem. Fig. 5 muß demnach die Kernbrechzahl n1 der Monomodefaser (10) gleich der maximalen Brechzahl n0 der Gradientenfaser (30) sein (n1 = nO). Bei nichtzentraler Lichteinspeisung gem. Fig. 6 müssen die Kernbrechzahlen im Berührungspunkt der lichtführenden Querschnitte ebenfalls übereinstimmen, d.h.In Fig. 5 is also the refractive index profile (32) of the single-mode fiber (10) and the refractive index profile (31) of the gradient fiber (30) are shown. At central 5, the core refractive index n1 of the single-mode fiber must therefore be fed in according to FIG (10) be equal to the maximum refractive index n0 of the gradient fiber (30) (n1 = nO). In the case of non-central light feed according to Fig. 6, the core refractive indices must be at the point of contact of the light-guiding cross-sections also match, i.e.
nGrF(R) n1M0F GrF Die entsprechenden Brechzahlprofile (33),(34) der Gradienten- bzw. Monomodefaser sind ebenfalls in Fig. 6 angegeben. Die Art der Ankopplung von Monomodefaser (10) und Gradientenfaser (30) gem. Fig. 6 bietet außerdem den Vorteil der geringeren Laufzeitverzerrung der Lichtsignale in der angeschlossenen Gradientenfaser. nGrF (R) n1M0F GrF The corresponding refractive index profiles (33), (34) of the Gradient or single mode fibers are also indicated in FIG. 6. The type of coupling of single-mode fiber (10) and gradient fiber (30) according to FIG. 6 also offers the Advantage of the lower delay time distortion of the light signals in the connected Gradient fiber.
Für den Fall, daß die Übertragungsstrecke (29) eine Monomodefaser (35) enthält, tritt die in den Fig. 5 und 6 beschriebene Kopplungstechnik erst in der Steckverbindung (4) des Repeaterempfangsteiles (1) auf, wie dies die Fig. 7 zeigt. Auch hier gelten diesbezüglich die gleichen Überlegungen wie für die Fig. 4 bis 6. Fig. 7 zeigt zusätzlich eine Irisblende (13) auf dem Querschnitt des Gradientenfaserstückes (5).In the event that the transmission link (29) is a single mode fiber (35), the coupling technique described in FIGS. 5 and 6 only occurs in the plug connection (4) of the repeater receiving part (1), as shown in FIG. 7 shows. Here, too, the same considerations apply in this regard as for Fig. 4 to 6. FIG. 7 also shows an iris diaphragm (13) on the cross section of the gradient fiber piece (5).
Fig. 8 zeigt entsprechend eine Irisblende (14) auf der Querschnittsfläche des Monomcdefaserstückes (10). Diese Blenden können mit Lackabdeckungen realisiert werden. Die'Faserenden mit Irisblende werden vorzugsweise mit den entsprechenden Halbleiterbauelementen klebetechnisch verbunden.8 accordingly shows an iris diaphragm (14) on the cross-sectional area of the Monomcdefaserstückes (10). These panels can be realized with lacquer covers will. Die'Faserenden with iris diaphragm are preferably with the appropriate Semiconductor components connected by adhesive technology.
Die hier beschriebenen Verfahren und Kopplungsanordnungen zur Ankopplung und Verbindung von Glasfasern verschiedenen Typs an einen Repeater können überall dort eingesetzt werden, wo optische Faserstrecken mit Endgeräten, Repeatern oder sonstigen optischen Bauelementen(z.B. der integrierten Optik) flexibel oder fest zusammengeschaltet werden.Sie sind daher nicht notwendig auf Repeater der ersten Art beschränkt, sondern viel allgemeiner anwendbar.The methods and coupling arrangements described here for coupling and connecting optical fibers of different types to a repeater can go anywhere are used where optical fiber links with end devices, repeaters or other optical components (e.g. integrated optics) flexible or solid They are therefore not necessary on the first repeater Kind of limited, but much more generally applicable.
Das Gleiche gilt für die in diesem Zusammenhang eingesetzten Irisblenden zur Unterdrückung von Mantelwellen, die vorteilhaft als Lackabdeckung auf der Mantel fläche eines Faserquerschnitts realisiert werden.The same applies to the iris diaphragms used in this context for the suppression of standing waves, which is advantageous as a paint cover on the jacket area of a fiber cross-section can be realized.
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