DE2837649A1 - Optical mixer stage for optical communications system - comprises reception and divider elements between optical fibre bundles for balanced distribution - Google Patents

Optical mixer stage for optical communications system - comprises reception and divider elements between optical fibre bundles for balanced distribution

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Abstract

The mixer stage is used to couple two bundles of optical fibres. A reception element (1) receives light from the incoming optical fibre bundle (4) and supplies a corresponding light signal to an output (10). This output (10) is coupled via an optical fibre (2) to a divider (3) from which the fibres of an outgoing optical fibre bundle (5) emerge. The reception element (1) may comprise an optical amplifier with a photodetector (11) having a reception surface facing the incoming optical fibre bundle and with a cross-section at least equal to that of the latter. The output of the photo detector (11) is coupled to the control input of an electronically-controlled light source coupled to the optical fibre (2).

Description

Optisches MischerelementOptical mixer element

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Mischerelement, bei dem zwei Bündel von lichtleitenden Fasern über eine Mischerstrecke miteinander verbunden sind.The present invention relates to an optical mixer element, in the case of the two bundles of light-conducting fibers with one another via a mixer section are connected.

In optischen Kommunikationssystemen, insbesondere in Datenbus-Konfigurationen in T- oder Stern-Struktur, spielen optische Mischer eine entscheidene Rolle.In optical communication systems, especially in data bus configurations in T or star structure, optical mixers play a crucial role.

Sie haben die Aufgabe, Daten, die irgendeines von n miteinander kommunizierenden Anschlußgeräten sendet, allen anderen Anschlußgeräten in möglichst gleicher Intensität zur Verfügung zu stellen.Their job is to collect data that any one of n communicating with each other Connecting devices sends all other connecting devices with the same intensity as possible to provide.

Ein für solche Zwecke geeigneter Mischer der eingangs genannten Art ist aus Appl. Optics 13 (1974) S. 2540 -2545 bekannt. Dort besteht die Mischerstrecke aus einem zylinderischen Glasstab, an dessen Stirnflächen die Faserbündel anstoßen. Dieser Mischer besitzt jedoch hohe Einfgverluste von 6 bis 8 dB und gewährleistet auch keine genügend gleichmäßige Leistungsverteilung auf die wegführenden Fasern.A mixer of the type mentioned above that is suitable for such purposes is from Appl. Optics 13 (1974) pp. 2540-2545 known. There is the mixer section made of a cylindrical glass rod, on the end faces of which the fiber bundles abut. However, this mixer has high insertion losses of 6 to 8 dB and guarantees also not a sufficiently even distribution of power on the leading ones Fibers.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mischerelement anzugeben, welches geringe Einfügverluste aufweist und zudem eine gleichmäßige Leistungsverteilung auf die abgehenden Fasern gewährleistet.It is therefore the object of the present invention to provide a mixer element indicate which has low insertion losses and also an even power distribution guaranteed on the outgoing fibers.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Mischerstrecke mit einem, die Eingangsseite der Mischerstrecke bildenden Empfangselement, welches Licht aus einem zuführenden Bündel von lichtleitenden Fasern empfängt und in Abhängigkeit von einem empfangenen Lichtsignal ein Lichtsignal an einem Ausgang abgibt, und mit einem die Ausgangsseite der Mischerstrecke bildenden Verteiler, welcher Licht aus. einer zuführenden Faser auf die Fasern eines wegführenden Bündelsaus lichtleitenden Fasern verteilt, gebildet ist,und daß die zuführende Faser mit dem Ausgang des Empfangselementes verbunden ist.The object is achieved in that the mixer section with a, the input side of the mixer section forming the receiving element, which emits light a feeding bundle of optical fibers receives and dependent emits a light signal from a received light signal at an output, and with a distributor forming the output side of the mixer section, which emits light. an incoming fiber onto the fibers of an outgoing bundle of light-conducting Fibers distributed, formed, and that the feeding fiber with the output of the receiving element connected is.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Empfangselement mit einem Lichtverstärker gebildet.In a first preferred embodiment, the receiving element is formed with a light amplifier.

Dieser Lichtverstärker ist bevorzugterweise so ausgebildet, daß er mit einem optoelektronischen Detektor, dessen Lichteintrittsfenster dem zuführenden Bündel zugewandt ist und einen Querschnitt besitzt, welcher mindestens gleich dem Bündelquerschnitt ist und mit einer elektronisch steuerbaren Lichtquelle, deren Steuereingang mit einem Signalausgang des Detektors verbunden ist, gebildet ist. Bevorzugterweise ist die elektronisch steuerbare Lichtquelle mit einer Leucht- oder Laserdiode gebildet.This light amplifier is preferably designed so that it with an optoelectronic detector, the light entrance window of which corresponds to the feeding one The bundle faces and has a cross section which is at least equal to the Bundle cross-section is and with an electronically controllable light source whose Control input is connected to a signal output of the detector is formed. The electronically controllable light source is preferably with a luminous or Laser diode formed.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Empfangselement mit einem Umschalter gebildet, welcher jeweils eine optische Verbindung zwischen einer Information führenden Faser des zuführenden Bündels und derzuführenden Faser.des Verteilers herstellt.In another preferred embodiment, the receiving element is formed with a switch, which one optical connection each between an information-carrying fiber of the feeding bundle and the one to be fed Fiber. Of the distributor.

Bevorzugterweise ist der Verteiler als Planarverteiler oder als Rundverteiler ausgebildet.The distributor is preferably a planar distributor or a circular distributor educated.

Ein Rundverteiler kann vorteilhafterweise so hergestellt werden, daß ein Bündel von Fasern an einem Ende in innigen mechanischen Kontakt gebracht und genügend erwärmt wird, um auseinandergezogen werden zu können, so daß sich dieses Ende allmählich taperförmig verjüngt, wobei das verjüngte Ende dann der zuführenden Faser des Verteilers entspricht.A rotary distributor can advantageously be manufactured so that a bundle of fibers brought into intimate mechanical contact at one end and is heated enough to be pulled apart, so that this End gradually tapered tapered, the tapered end then the infeed Fiber of the distributor.

Ein wesentlicher Vorteil des vorgeschlagenen Mischers liegt darin, daß das schwierige Problem des Datenaustausches zwischen allen angeschlossenen Endgeräten im wesentlichen reduziert worden ist auf eine Verteilung der Information von einem Einzelkanal auf mehrere Einzelkanäle. Als Verteiler können bekannte Verteilerstrukturen verwendet werden, welche zudem den Vorteil besitzen, daß sie geringe Einfügeverluste haben.A major advantage of the proposed mixer is that that the difficult problem of data exchange between all connected terminals has essentially been reduced to a distribution of information from one Single channel to several single channels. Known distributor structures can be used as distributors can be used, which also have the advantage that they have low insertion losses to have.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren darg.estellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the figures and are described in more detail below.

Es zeigen Figur 1 die wesentlichen Teile eines mit einem Lichtverstärker aufgebauten Mischers und Figur 2 die wesentlichen Teile'ines mit einem Umschalter aufgebauten Mischers.FIG. 1 shows the essential parts of one with a light amplifier built-up mixer and Figure 2 the essential parts of a switch built-up mixer.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Mischer ist der Lichtverstärker mit 1, die an einen Ausgang 10 des Lichtverstärkers angeschlossene zuführende Faser mit 2 und der eigentliche Verteiler mit 3 bezeichnet. Das zuführende Bündel von lichtleitenden Fasern ist mit 4 und das wegführende Bündel von lichtleitenden Fasern mit 5 bezeichnet.In the mixer shown in FIG. 1, the light amplifier is included 1, the feeding fiber connected to an output 10 of the light amplifier with 2 and the actual distributor with 3. The feeding bunch of optical fibers is marked with 4 and the leading away bundle of optical fibers Fibers denoted by 5.

Der Lichtverstärker ist mit einem optoelektronischen Detektor 11 und mit einer Leucht- bzw. Laserdiode ge- bildet. Der Detektor 11 weist ein nicht dargestelltes Lichteintrittsfenster auf, welches einer Stirnfläche des zuführenden Bündels unmittelbar gegenüberliegt.The light amplifier is provided with an optoelectronic detector 11 and with a light or laser diode forms. The detector 11 has a light entry window, not shown, which is an end face of the feeding bundle is directly opposite.

Die Fläche des Lichteintrittsfensters ist mindestens so groß wie die gegenüberliegende Stirnfläche des 3ündels. Dadurch wird gewährleistet, daß Licht aus jeder Faser des Bündels in das Lichteintrittsfenster gelangen kann. Der Detektor gibt in Abhängigkeit von einem zugeführten Lichtsignal an einem Ausgang ein elektrisches Signal ab, welches als Steuersignal der -Leucht- bzw.The area of the light entry window is at least as large as that opposite end face of the bundle. This ensures that there is light can get into the light entry window from each fiber of the bundle. The detector gives an electrical signal at an output depending on a light signal supplied Signal, which is used as the control signal of the -Light- or

Laserdiode zugeführt wird Diese Leucht- bzw. Laserdiode gibt wiederum in Abhängigkeit des zugeführten elektrischen Signals aus dem Detektor ein Lichtsignal am Ausgang 10 ab. Dieses Lichtsignal wird in die zuführende Faser 2 eingekoppelt und so dem Lichtverteiler 3 zugeführt, welcher das Lichtsignal -gleichmäßig über die lichtleitenden Einzelkanäle des lihtführenden Bündels 5 verteilt.Laser diode is supplied This light or laser diode is in turn a light signal as a function of the electrical signal supplied from the detector at exit 10. This light signal is coupled into the feeding fiber 2 and so fed to the light distributor 3, which the light signal -evenly over the light-guiding individual channels of the light-guiding bundle 5 distributed.

Damit möglichst viel Leistung von der Leucht- bzw. Laserdiode in die zuführende Faser 2 eingekoppelt wird, soll.So that as much power as possible from the light emitting diode or laser diode into the feeding fiber 2 is coupled, should.

diese Faser eine möglichst große numerische Apertur haben. Das ist z.B. mit plastikummantelten Fasern, welche eine numerische Apertur aufweis-en, die größer oder gleich 0,5 ist, möglich. Diese Stufenprofilfaser kann eine relative hohe Dämpfung, beispielsweise 500 dB/km haben, da sie nur in Längen der Größenordnung cm verwendet wird.this fiber have the largest possible numerical aperture. That is e.g. with plastic-coated fibers that have a numerical aperture that is greater than or equal to 0.5, possible. This step profile fiber can be a relative have high attenuation, for example 500 dB / km, since they are only in lengths of the order of magnitude cm is used.

Dabei sollte die numerische Apertur dieser Faser so groß gewählt werden, daß der Auffangwinkel der vom Verteiler wegführenden Fasern noch nicht überschritten wird. So lange die Fläche der Leucht- oder Laserdiode kleiner ist als der Querschnitt des Faserkerns der zuführenden Faser, kann das von diesen abgegebene Licht auch über eine Abbildungsoptik in die zuführende Faser eingekoppelt werden, wodurch die eingekoppelte Leistung erhöht wird.The numerical aperture of this fiber should be chosen so large that that the collection angle of the fibers leading away from the distributor has not yet been exceeded will. As long as the area of the light or laser diode is smaller than the cross section the fiber core of the feeding fiber, the light emitted by these can also are coupled into the feeding fiber via imaging optics, whereby the coupled power is increased.

Ein besonderer Vorteil der in Figur 1 angegebenen Ausführungsform besteht darin, daß vr ein aktives Element enthält, mittels welchem Signale wahlweise verstärkt werden können. Signale, die von weiter entfernt liegenden Endgeräten, die im Mischer über ihren Adressenkode erkannt werden, können vor Verlassen des Mischers entsprechend verstärkt werden.A particular advantage of the embodiment indicated in FIG consists in that vr contains an active element by means of which signals are optional can be reinforced. Signals from more distant end devices, which are recognized in the mixer via their address code can be checked before exiting the Mixer are reinforced accordingly.

Die Enden der Fasern des Bündels 4 werden zweckmäßiger weise vor dem Detektor 11 zusammengeführt. Das kann man z.B. dadurch erreichen, daß die Faserenden in einen Trichter gesteckt werden, dessen engste Stelle am Ende des Trichters die Fasern leicht aufnehmen kann und dessen Querschnitt an dieser engsten Stelle kleiner als die Detektorfläche ist, so daß praktisch keine Justierprobleme auftreten.The ends of the fibers of the bundle 4 are expediently before Detector 11 merged. This can be achieved, for example, by removing the fiber ends be put into a funnel, the narrowest part of which is at the end of the funnel Can absorb fibers easily and its cross-section is smaller at this narrowest point than the detector area, so that practically no adjustment problems occur.

Es kann auch zweckmäßig sein, wenn die Faserbündel 4 und/oder 5 kurze Bündelstücke sind, welche über Stecker oder Spleiße mit den eigentlichen Datenkanälen, welche aus längeren Faserbündeln bestehen können, verbunden sind. Solche Bündel enthalten entsprechend der Anzahl der miteinander kommunizierenden Endgeräte ein oder mehrere Datenkanäle, wobei ein Kanal aus einer oder mehreren Fasern bestehen kann.It can also be useful if the fiber bundles 4 and / or 5 are short Bundles are pieces that are connected to the actual data channels via connectors or splices, which can consist of longer fiber bundles are connected. Such bundles contain according to the number of terminals communicating with one another or several data channels, where a channel consists of one or more fibers can.

Das in Figur 2 dargestellte Mischerelement unterscheidet sich von dem Mischerelement nach Figur 1 lediglich dadurchs daß das Empfangselement mit einem Umschalter 6 gebildet ist, welcher jeweils eine optische Verbindung zwischen einer Information führenden Faser des zuführenden Bündels 4 und der zuführenden Faser 2 des Verteilers herstellt. Die Erkennungsadresse des sendenden Endgerätes entspricht der Position der umzuschaltenden Faser.The mixer element shown in Figure 2 differs from the mixer element of Figure 1 only by the fact that the receiving element with a Changeover switch 6 is formed, each of which has an optical connection between one Information leading fiber of the feeding bundle 4 and the feeding fiber 2 of the distributor. The identification address of the sending terminal corresponds to the position of the fiber to be switched.

Da beim Einsatz der vorgeschlagenen Mischerelemente im allgemeinen immer nur eine der zuführenden Fasern Information überträgt, muß die Bandbreite der Ubertragungskanäle im Mischer bzw. der wegführenden Fasern nicht höher als die der zuführenden Fasern sein.As when using the proposed mixer elements in general only one of the incoming fibers transmits information, the bandwidth must the transmission channels in the mixer or the fibers leading away are not higher than the of the feeding fibers.

Ein Verteiler mit geringen Einfügeverlusten und guter gleichmäßiger Intensitätsaufteilung ist, verglichen mit herkömmlichen Mischern, relativ einfach herzustellen.A distributor with low insertion losses and good uniformity Intensity distribution is relatively easy compared to conventional mixers to manufacture.

Als Verteiler sind z.B. ein Planarverteiler, wie er in der DE-OS 26 00 893 beschrieben ist oder ein Rundverteiler geeignet. Ein Rundverteiler kann einfach so hergestellt werden, daß ein Ende eines Bündels von Glasfasern verschmolzen wird und der verschmolzene Teil zu einer Faser definierten Durchmessers auseinandergezogen wird, welche dann die zuführende Faser des Verteilers bildet. Ein mechanischer und optischer Schutz in Form eines niedrigbrechenden Materials kann noch in der Verjüngungszone um den Verteiler herum angebracht werden.A planar distributor as described in DE-OS 26 00 893 is described or a rotary distributor is suitable. A rotary distributor can simply can be made by fusing one end of a bundle of glass fibers and the fused portion is pulled apart into a fiber of defined diameter which then forms the feeding fiber of the distributor. A mechanical and Optical protection in the form of a low refractive index material can still be used in the tapering zone around the manifold.

Wenn der vorgeschlagene Mischer ein eigenes, jederzeit.If the proposed mixer has its own, at any time.

austauschbares Element, z.B. in einer Stern-Konfiguration, sein soll, muß er mit Koppelelementen versehen sein, mittels welchen er an die von den Endgeräten herkommenden bzw. zu ihnen führenden Faserbündel lösbar verbunden werden kann. Solche Koppelelemente können beispielsweise mit Steckern für Glasfasern gebildet sein.exchangeable element, e.g. in a star configuration, it must be provided with coupling elements by means of which it can be connected to the terminals coming or leading to them fiber bundles can be releasably connected. Such Coupling elements can be formed, for example, with connectors for glass fibers.

Im Falle des planaren Mischers bzw. Verteilers ist das einfach und mit gutem Koppelwirkungsgrad durchführbar, wie es schon in der DE-OS 25 22 740 beschrieben ist.In the case of the planar mixer or distributor, this is simple and feasible with good coupling efficiency, as already described in DE-OS 25 22 740 is.

Ist ein Auswechseln des Mischerelementes nicht erforderlich, können die Faserbündel 4 bzw. 5 gleich als lange Faserbündel ausgebildet sein, welche direkt mit den Endgeräten verbunden sind. Ein Koppelproblem entfällt dann.If it is not necessary to replace the mixer element, you can the fiber bundles 4 and 5 be formed equally as long fiber bundles, which directly are connected to the end devices. There is then no coupling problem.

Claims (7)

Patentansprüche 1. Optisches Mischerelement, bei dem zwei Bündel von lichtleitenden Fasern über eine Mischerstrecke miteinander verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Mischerstrecke mit einem, die Eingangsseite der Mischerstrecke bildenden Empfangsele--ment (1 bzw. 6), welches Licht aus einem zuführenden Bündel (4) von lichtleitenden Fasern empfängt und in Abhängigkeit von einem empfangenen Lichtsignal ein Lichtsignal an einem Ausgang (10 bzw. 60) abgibt, und mit einem, die Ausgangsseite der Mischerstrecke bildenden Verteiler (3), welcher -Licht aus einer zuführenden Faser (2) auf die Fasern eines wegführend Bündels (5) aus lichtleitenden Fasern verteilt, gebildet ist, und daß die zufuhrende Faser (2) mit dem Ausgang (10 bzw. 60) des Empfangselementes verbunden ist.Claims 1. An optical mixer element, in which two bundles of light-conducting fibers are connected to one another via a mixer section, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that the mixer section with one, the input side the receiving element (1 or 6) forming the mixer section, which emits light from a incoming bundle (4) of optical fibers receives and depending on emits a light signal at an output (10 or 60) of a received light signal, and with a distributor (3) forming the output side of the mixer section, which -Light from an incoming fiber (2) onto the fibers of an outgoing bundle (5) is distributed from optical fibers, and that the feeding fiber (2) is connected to the output (10 or 60) of the receiving element. 2. Element nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Empfangselement mit einem Lichtverstärker (1) gebildet iSt.2. Element according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the receiving element is formed with a light amplifier (1). 3. Element nach Anspruch 2, d a <1 d u -c h g e -k re n n z e i c h n e t , daß de-r Lichtverstärker -mit einem optoelektronisdien Detektor (11), dessen Lichteintrittsfenster dem zuführenden Bündel (4) zugewandt ist, und einen Querschnitt besitzt, welcher mindestens gleich dem Bündelquerschnitt ist und mit einer elektronisch steuerbaren Lichtquelle (12), deren Steuereingang mit einem Signalausgang des Detektors verbunden ist, gebildet ist.3. Element according to claim 2, d a <1 d u -c h g e -k re n n z e i c h n e t that the light amplifier -with an optoelectronic detector (11), whose light entry window faces the feeding bundle (4), and one Has cross-section which is at least equal to the bundle cross-section and with an electronically controllable light source (12), the control input of which has a signal output of the detector is connected, is formed. 4. Element nach Anspruch 3, d-a d u r c-h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die elektronisch steuerbare Lichtquelle mit-einer Leucht- oder Laserdiode gebildet ist.4. Element according to claim 3, d-a d u r c-h g e -k e n n z e i c h n e t that the electronically controllable light source with a light or laser diode educated is. 5. Element nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Empfangselement mit einem Umschalter (6) gebildet ist, welcher jeweils eine optische Verbindung zwischen einer Information führenden Faser des zuführenden Bündels (4) und der zuführenden Faser (2) des Verteilers herstellt.5. Element according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the receiving element is formed with a changeover switch (6), which in each case an optical connection between an information-carrying fiber of the supplying one Manufactures bundle (4) and the feeding fiber (2) of the distributor. 6. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Verteiler (3) als Planarverteiler oder als Rundverteiler ausgebildet ist.6. Element according to any one of the preceding claims, d a d u r c h it is noted that the distributor (3) as a planar distributor or as Rotary distributor is designed. 7. Verfahren zur Herstellung eines Rundverteilers nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Bündel von Fasern an einem Ende in innigen mechanischen Kontakt gebracht und genügend erwärmt wird, um auseinandergezogen werden zu können, so daß sich dieses Ende allmählich taperförmig verjüngt, wobei das verjüngte Ende dann der zuführenden Faser des Verteilers entspricht.7. A method for producing a rotary distributor according to claim 6, noting that a bundle of fibers at one end brought into intimate mechanical contact and heated enough to be pulled apart to be able to, so that this end tapers gradually tapered, with the tapered end then corresponds to the feeding fiber of the manifold.
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