DE4008483A1 - Coupling element for optical signal transmission system - has lens and optical fibre coupling at opposing ends of angle piece - Google Patents
Coupling element for optical signal transmission system - has lens and optical fibre coupling at opposing ends of angle pieceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Koppelelement für ein optisches Signal-Übertragungssystem, mit einem Lichtwellenleiter-Anschluß und einem Lichtein- bzw. Lichtausgang.The invention relates to a coupling element for a optical signal transmission system, with a Optical fiber connection and a light input or Light output.
Für Breitbandübertragunssysteme, die vorzugsweise in Gestellrahmen untergebracht sind, ist es be kannt, die einzelnen Einschübe eines derartigen Ge stells zu verkabeln. Hierzu werden zum Beispiel Kupfer-Koax-Kabel verwendet. Eine derartige Ge stellverkabelung ist sehr aufwendig. Die notwendi gen Koppelelemente (Koaxstecker sowie zugehörige Buchsen) erfordern eine langwierige und daher ko stenintensive Kabelmontage. Überdies sind derartige Bauelemente teuer, da sie aus einer Vielzahl von Einzelteilen bestehen.For broadband transmission systems, the preferred are housed in frame, it is be knows the individual inserts of such a Ge stells to wire. For example Copper coax cable used. Such a Ge control cabling is very complex. The necessary coupling elements (coax plug and associated Bushings) require a lengthy and therefore knockout very intensive cable assembly. Moreover, there are Components are expensive because they are made from a variety of Individual parts exist.
Sofern die erwähnte Verkabelung mit Lichtwellenlei tern vorgenommen wird, es sich also um ein Licht wellenleiter-Breitbandübertragungssystem handelt, sind geeignete Koppelelemente für den Anschluß der Lichtwellenleiter mit den Einschüben erforderlich. Die Erfindung bezieht sich auf derartige Koppelele mente, wobei diese universell, also nicht nur bei Breitbandübertragssystemen verwendet werden können. If the cabling mentioned with Lichtwellenlei tern is made, so it is a light waveguide broadband transmission system are suitable coupling elements for connecting the Optical fiber with the inserts required. The invention relates to such Koppelele elements, these being universal, not just for Broadband transmission systems can be used.
Sie sind unter anderem zum Beispiel auch für eine Rechner-Vernetzung einsetzbar.Among other things, they are also for one Computer networking can be used.
Koppelelemente für optische Signal-Übertragungssy steme sind ebenfalls bekannt. Diese können im Spritzgußverfahren aus Thermoplasten hergestellte Linsen aufweisen. Nachteilig sind in den Verbin dungsbereichen die zur Luft bestehenden Grenzflä chen, da hierdurch nur ein niedriger Ankoppelwir kungsgrad erzielbar ist.Coupling elements for optical signal transmission system systems are also known. These can be in Injection molding process made from thermoplastics Have lenses. Disadvantages are in the verbin areas to the air chen, as this only results in a low coupling degree of efficiency can be achieved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kop pelelement für ein optisches Signal-Übertragungssy stem zu schaffen, das einen hohen Ankoppelwirkungs grad aufweist sowie preisgünstig und störungsunan fällig ist und für kurze Übertragungsstrecken eine hohe Bandbreite bietet.The invention has for its object a Kop pelelement for an optical signal transmission system stem to create a high coupling effect degrees and inexpensive and unstable is due and one for short transmission distances offers high bandwidth.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Ausbildung als einstückiges, transparentes Winkel stück mit im Winkelbereich gelegener parabolischer Lichtumlenkfläche, wobei die Oberfläche an einem Winkelstückende zur Bildung einer Linse gewölbt ist und am anderen Winkelstückende der Lichtwellenlei ter-Anschluß liegt. Mithin weist das Koppelelement erfindungsgemäß zwei optische Systeme auf, nämlich die genannte Linse und die parabolische Lichtum lenkfläche. Ein beispielsweise von einem optischen Sender stammender Lichtkegel trifft auf die Linse, die vorzugsweise einen parallelen Lichstrahl im In nern des Koppelelements erzeugt. Dieser Lichstrahl trifft auf die parabolische Lichtumlenkfläche und wird dort gebündelt, so daß in den angekoppelten Lichtwellenleiter, der direkt mit dem Koppelelement am entsprechenden Winkelstückende in Verbindung steht (z. B. dort verklebt ist) ein entsprechend dem Faserdurchmesser des Lichtwellenleiters fokus sierter Lichtstrahl eintreten kann. Zwischen der parabolischen Lichtumlenkfläche und dem Lichtwel lenleiter ist daher keine Verluste bewirkende Grenzfläche zur Luft vorhanden. Durch die verwende ten Materialien (z. B. PMMA), läßt sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung trotz relativ niedriger Brechzahl der verwendeten Werkstoffe eine optimale Lichtführung bzw. die gewünschte Apertur erzielen. Die Ausbildung des Koppelelements als Winkelstück eignet sich hervorragend für die bereits erwähnte Gestellverdrahtung (back panel wiring). Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, das Licht an der einen Winkelstirnseite eintreten zu lassen, es im Winkelbereich umzulenken, so daß es dann aus der anderen Winkelstirnseite wieder aus tritt.This object is achieved by the Training as a one-piece, transparent angle piece with parabolic located in the angular range Light deflecting surface, the surface on one Elbow end is curved to form a lens and at the other end of the elbow of the optical fiber ter connection is. The coupling element therefore has According to the invention on two optical systems, namely the named lens and the parabolic light steering surface. An example of an optical Light cone originating from the transmitter hits the lens, which preferably have a parallel light beam in the generated the coupling element. That ray of light meets the parabolic light deflection surface and is bundled there, so that in the coupled Optical fiber that connects directly to the coupling element at the corresponding contra-angle end stands (e.g. is glued there) accordingly focus on the fiber diameter of the optical fiber light beam can enter. Between the parabolic light deflection surface and the light world lenleiter is therefore not a loss-causing There is an interface with the air. By using materials (e.g. PMMA) can be Training according to the invention despite relatively lower An optimal refractive index of the materials used Guide the light or achieve the desired aperture. The design of the coupling element as an elbow is ideal for the already mentioned Back panel wiring. Through the inventive design, it is possible that Light enters at one end of the angle let it redirect it in the angular range so that it then from the other side of the angle occurs.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese hen, daß der Lichtwellenleiter-Anschluß einen Ein steckkanal für den Lichtwellenleiter aufweist. Der Lichtwellenleiter ist daher bei der Montage einfach in den Einsteckkanal einzuführen und dort gegebe nenfalls mit etwas Klebstoff festzulegen. Seine Stirnfläche grenzt daher unmittelbar an das Koppel element an, ohne daß sich eine Grenzfläche "Luft- Faser" gibt.According to a further development of the invention, it is provided hen that the fiber optic connection an has plug-in channel for the optical fiber. The Optical fiber is therefore easy to assemble insert in the insertion channel and give there if necessary, fix with a little glue. His The end face therefore borders directly on the paddock element without an interface "air Fiber "there.
Vorzugsweise besteht das Winkelstück aus Kunst stoff. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Winkelstück im Kunststoff-Spritzgußverfahren herge stellt ist. Diese Herstellung ist besonders preis wert. Für das Spritzgußverfahren werden transpa rente Kunststoffe (z. B. PMMA, Polystyrol, Polykar bonat oder ein thermoplastisches Mischpolymerisat) eingesetzt. Derartige Kunststoffe besitzen eine außerordentlich gute optische Qualität.The angle piece is preferably made of art material. In particular, it is advantageous if that Angle piece in the plastic injection molding process represents is. This manufacture is particularly expensive value. For the injection molding process, transpa pension plastics (e.g. PMMA, polystyrene, polycar bonat or a thermoplastic copolymer) used. Such plastics have one extraordinarily good optical quality.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lichtumlenk fläche als Parabolspiegel ausgebildet ist.It is particularly advantageous if the light deflection surface is designed as a parabolic mirror.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Umlenkfläche an der Oberfläche eines Außenwinkelbe reichs ausgebildet. Da hier Reflexion vorliegt, tritt das Licht nicht im Außenwinkelbereich aus, sondern wird zur entsprechend anderen Winkel stirnseite geleitet. Die erwähnte Reflexion ergibt sich durch die Grenzfläche zur Luft. Um alternativ insbesondere auch für achsennahe Lichtstrahlen eine Totalreflexion zu erzielen, ist die Oberfläche des Außenwinkelbereichs verspiegelt. Hierzu kann bei spielsweise Aluminium eingesetzt werden.According to a preferred embodiment, the Deflection surface on the surface of an outside angle richly trained. Since there is reflection here the light does not emerge in the outer angle range, but becomes a correspondingly different angle headed. The reflection mentioned gives through the interface with the air. To alternatively especially for light beams close to the axis To achieve total reflection is the surface of the Mirrored outside angle range. This can be done at for example, aluminum can be used.
Um das Licht innerhalb des Koppelelements zentral führen zu können, ist die Lichtumlenkfläche am Bo den einer im Außenwinkelbereich liegende Vertiefung ausgebildet. Die Vertiefung bildet ferner einen Schutz für den Parabolspiegel.Central to the light within the coupling element the light deflection surface on the Bo the one in the outer angle range educated. The depression also forms one Protection for the parabolic mirror.
Nach einem speziellen Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche zur Bildung der Linse konvex gewölbt. Diese Oberfläche bildet eine der bereits erwähnten Winkelstirnseiten. Durch die konvexe Wölbung ist eine Sammellinse gebildet. Die Wölbung kann insbe sondere sphärisch oder auch asphärisch ausgebildet sein. According to a special embodiment, the Surface curved to form the lens. This surface forms one of those already mentioned Angular end faces. Due to the convex curvature a converging lens is formed. The curvature can be esp special spherical or aspherical be.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn ein die Linse aufweisender Schenkel des Winkelstücks in einem Aufnahmekanal eines Gegensteckerteils eingesteckt ist, wobei im Aufnahmekanal ein optoelektrisches Bauelement angeordnet ist. Hierdurch ist eine op tisch einwandfreie Kopplung mit dem optoelektri schen Bauelement möglich. Durch Einstecken bzw. Herausziehen aus dem Aufnahmekanal läßt sich die optische Verbindung herstellen bzw. lösen.Finally, it is advantageous if the lens having leg of the elbow in one Receiving channel of a mating connector part inserted is, with an optoelectric in the receiving channel Component is arranged. This makes an op perfect coupling with the optoelectri component possible. By inserting or The can be pulled out of the receiving channel Establish or disconnect optical connection.
Zur Aufnahme des optoelektrischen Bauelements kann der Aufnahmekanal im Durchmesser stufenförmig ver größert sein. Dies ist ferner auch aus thermischen Gründen vorteilhaft (Abführung der Verlustwärme).Can accommodate the optoelectric component the receiving channel ver in diameter stepwise be bigger. This is also from thermal Advantageous reasons (dissipation of heat loss).
Als optoelektrisches Bauelement kann insbesondere eine Laserdiode (Sender) oder eine Fotodiode (Emp fänger) verwendet werden.In particular, as an optoelectric component a laser diode (transmitter) or a photodiode (Emp catcher) can be used.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfin dung in Verbindung mit den Zeichnungen veranschau licht. Und zwar zeigt:Using an exemplary embodiment, the inven in conjunction with the drawings light. That shows:
Fig. 1 eine Seitenansicht des Koppelelements im Schnitt, Fig. 1 is a side view of the coupling element in section,
Fig. 2 eine Rückansicht des Koppelelements und Fig. 2 is a rear view of the coupling element and
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung des mit einem Gegensteckerteil versehenen Koppelelements im Schnitt. Fig. 3 is an exploded view of the coupling element provided with a mating connector part in section.
Die Fig. 1 zeigt ein Koppelelement 1, das aus transparentem Kunststoff einstückig im Spritzguß verfahren hergestellt ist. Als Kunststoff wird be vorzugt PMMA, Polystyrol, Polykarbonat oder ein thermoplastisches Mischpolymerisat verwendet. Fig. 1 shows a coupling element 1 , which is made in one piece from transparent plastic by injection molding. PMMA, polystyrene, polycarbonate or a thermoplastic copolymer is preferably used as the plastic.
Das Koppelelement 1 bildet somit ein transparentes Bauteil 2. Es ist vorzugsweise als Winkelstück 3 ausgebildet, das heißt, es besitzt einen ersten Schenkel 4 sowie einen zweiten Schenkel 5. Die bei den Schenkel 4, 5 sind einstückig über einen Win kelbereich 6 miteinander verbunden. Der erste Schenkel 4 weist eine erste Winkelstirnseite 7 und der zweite Schenkel 5 eine zweite Winkelstirnseite 8 auf. Die Winkelstirnseite 7 und 8 bilden Licht ein- bzw. Lichtausgänge 24. Der Querschnitt des Winkelstücks 3 ist kreisförmig ausgebildet.The coupling element 1 thus forms a transparent component 2 . It is preferably designed as an angle piece 3 , that is to say it has a first leg 4 and a second leg 5 . The legs 4 , 5 are integrally connected to one another via a win kel range 6 . The first leg 4 has a first angular face 7 and the second leg 5 has a second angular face 8 . The angular end faces 7 and 8 form light inputs and light outputs 24 . The cross section of the angle piece 3 is circular.
Zentral im ersten Schenkel 4 ist ein Lichtwellen leiter-Anschluß ausgebildet. Dieser besteht aus ei nem Einsteckkanal 10 zur Aufnahme eines Lichtwel lenleiters LWL (Fig. 3). Die Oberfläche 11 der zweiten Winkelstirnseite 8 ist konvex gewölbt und bildet eine Linse 12.A fiber optic connection is formed centrally in the first leg 4 . This consists of egg nem insertion channel 10 for receiving an optical waveguide LWL ( Fig. 3). The surface 11 of the second angular face 8 is convexly curved and forms a lens 12 .
Im Außenwinkelbereich 14 des Koppelelements 1 ist eine Lichtumlenkfläche 15 vorgesehen. Diese ist als Parabolspiegel 16 ausgebildet. Der Parabolspiegel 16 ist am Boden 17 einer Vertiefung 18 ausgebildet.A light deflection surface 15 is provided in the outer angle region 14 of the coupling element 1 . This is designed as a parabolic mirror 16 . The parabolic mirror 16 is formed on the bottom 17 of a recess 18 .
In der Fig. 1 ist mit gestrichelter Linie angedeu tet, wie ein zwischen Einsteckkanal 10 und Linse 12 verlaufender Lichtstrahl am Parabolspiegel 16 umge lenkt wird.In Fig. 1 it is indicated with a broken line how a light beam extending between the insertion channel 10 and lens 12 on the parabolic mirror 16 is deflected.
Die Fig. 2 zeigt einen Blick auf den Para bolspiegel 16. Es ist erkennbar, daß er eine kreis förmige Peripherie aufweist. Fig. 2 shows a view of the Para bolspiegel 16th It can be seen that it has a circular periphery.
Die Fig. 3 zeigt zusätzlich zur Darstellung der Fig. 1 ein Gegensteckerteil 25 des Koppelelements 1, das einen Aufnahmekanal 19 für den zweiten Schenkel 5 des Winkelstücks 3 aufweist. Im Aufnah mekanal 19 ist ein optoelektrisches Bauelement 20 derart angeordnet, daß dessen querschnittsgrößerer Flanschbereich 21 in einer sich stufenförmig erwei ternden Vergrößerung 26 des Aufnahmekanals 19 liegt. Das optoelektrische Bauelement 20 kann bei spielsweise als Laserdiode 22 ausgebildet sein. In diesem Falle wäre das optoelektrische Bauelement 20 als Sender tätig. Nach einem anderen Ausführungs beispiel ist es jedoch auch möglich, daß das opto elektrische Bauelement 20 eine Fotodiode ist, die als Empfänger arbeitet.In addition to the representation in FIG. 1, FIG. 3 shows a mating connector part 25 of the coupling element 1 , which has a receiving channel 19 for the second leg 5 of the angle piece 3 . In the recording mekanal 19 , an optoelectric component 20 is arranged such that its larger cross-sectional flange region 21 is in a stepwise widening enlargement 26 of the receiving channel 19 . The optoelectric component 20 can be designed as a laser diode 22 , for example. In this case, the optoelectric component 20 would act as a transmitter. According to another embodiment, however, it is also possible that the opto-electrical component 20 is a photodiode that works as a receiver.
Um den Lichtwellenleiter LWL in Wirkverbindung zur Laserdiode 22 zu bringen, wird dieser in den Ein steckkanal 10 eingeführt und mit einer geringen Menge Kleber festgelegt. Zur Verbindung mit der La serdiode 22 erfolgt ein Einschieben des zweiten Schenkels 5 des Winkelstücks 3 in den Aufnahmekanal 19 derart, daß das von der Laserdiode 22 ausgesen dete Licht auf die Linse 12 fällt, von dort in pa relleler Lichtführung bis zum Parabolspiegel 16 ge langt und dort umgelenkt wird. Das umgelenkte und gebündete Licht gelangt auf die Stirnseite des Lichtwellenleiters LWL.In order to bring the optical waveguide into active connection with the laser diode 22 , it is inserted into the insertion channel 10 and fixed with a small amount of adhesive. To connect to the La serdiode 22 , the second leg 5 of the elbow 3 is inserted into the receiving channel 19 such that the light emitted by the laser diode 22 falls onto the lens 12 , from there in pa relleler light guide to the parabolic mirror 16 and is redirected there. The redirected and focused light reaches the front of the fiber optic cable.
Sofern der Lichtwellenleiter LWL Licht liefert ge langt dieses zum Parabolspiegel 16 und von dort zur Linse 12, der eine als Empfänger arbeitende Fotodi ode (nicht dargestellt) gegenüberliegt. If the optical fiber LWL delivers light it reaches the parabolic mirror 16 and from there to the lens 12 , which is a photodiode ode (not shown) working as a receiver.
Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich ein preisgünstiges und störungsunempfindliches opti sches Übertragungssystem mit hoher Bandbreite für kurze Übertragungsstrecken realisieren. Als Licht wellenleiter LWL können vorzugsweise Plastik-Dick kernfasern zum Einsatz kommen. Diese sind besonders preiswert. Diese lassen sich wesentlich einfacher verarbeiten, als z. B. die aus dem Stand der Tech nik bekannten metallischen Leiter.The solution according to the invention can be used inexpensive and fault-resistant opti high bandwidth transmission system for realize short transmission distances. As light waveguide LWL can preferably plastic thick core fibers are used. These are special inexpensive. These are much easier process as z. B. from the prior art nik known metallic conductor.
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Koppelele ments liegt insbesondere auch darin, daß in einem Herstellungs-Arbeitsgang (Spritzgußverfahren) zwei unabhängig voneinander optimierbare, abbildende Sy steme erzeugt werden können. Dieses sind die Linse 12 sowie der Parabolspiegel 16. Diese beiden von einander unabhängigen optischen Systeme haben den Vorteil einer flexiblen Anpassung an die numeri schen Aperturen der zu verbindenden Systemelemente. Es besteht ein hoher Koppelwirkungsgrad, insbeson dere eine hohe Einstrahlungsleistung in die Faser. In das optoelektrische Bauelement 20 erfolgt nur eine sehr geringe Rückreflexion. Überdies ergibt sich nur ein sehr geringes reflexionsinduziertes Rauschen. Außer den genannten optischen Vorteile ergibt sich in mechanischer und herstellungstechni scher Sicht folgendes: es liegen geringe mechani sche Abmessungen vor; durch abgeknickten Strahlen gang (Winkelstück 3) besteht eine hervorragende Eignung für Gestellverdrahtungen; geringe Kosten; sehr einfache, zeitsparende Installation mit einem minimalen Aufwand an Werkzeugen (Messer und Kle ber); keine Korrosions- und sonstige Umweltpro bleme; keine Störstrahlung; hohe Datensicherheit, z. B. bei der Vernetzung von Rechenanlagen; keine RFI- oder EMI-Probleme; hohe Betriebszuverlässig keit; hohe Lebensdauer und bei kurzen Übertragungs strecken sind Datenraten im Gigabit/s-Bereich mög lich. Gegenüber bekannten Koppelelementen besteht bei der Erfindung der Vorteil, daß durch den Ein satz der Lichtumlenkfläche als abbildendes System eine reflektierende Luft-Grenzfläche vermieden ist, die ofmals zu dramatischen Qualitätseinbußen im Breitbandsystem führt. Die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Systems reicht von Gbit/s über einige Meter Streckenlänge bis zu Mbit/s über meh rere 100 Meter.The special feature of the coupling element according to the invention is, in particular, that two imaging systems which can be optimized independently of one another can be produced in one manufacturing operation (injection molding process). These are the lens 12 and the parabolic mirror 16 . These two mutually independent optical systems have the advantage of flexible adaptation to the numerical apertures of the system elements to be connected. There is a high coupling efficiency, in particular a high radiation power into the fiber. There is only very little back reflection in the optoelectric component 20 . In addition, there is very little reflection-induced noise. In addition to the optical advantages mentioned, the following results from a mechanical and manufacturing point of view: there are small mechanical dimensions; due to the bent beam path (contra-angle 3 ) there is excellent suitability for rack wiring; low cost; very simple, time-saving installation with a minimum of tools (knives and glue); no corrosion and other environmental problems; no interference radiation; high data security, e.g. B. in the networking of computer systems; no RFI or EMI problems; high operational reliability; long service life and short transmission distances, data rates in the gigabit / s range are possible. Compared to known coupling elements, the invention has the advantage that a reflective air interface is avoided by using the light deflecting surface as an imaging system, which often leads to dramatic quality losses in the broadband system. The performance of the system according to the invention ranges from Gbit / s over a few meters of track length to Mbit / s over several 100 meters.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ALCATEL SEL AKTIENGESELLSCHAFT, 7000 STUTTGART, DE |
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |