BIDIRECTIONAL OPTICAL WAVE GUIDE BRANCH AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE

Abstract: 1. A bidirectional optical waveguide divider, wherein two separate main optical waveguides (1, 2) are connected to one another by means of a connecting element (3), from which optical waveguides (4, 5, 6, 7) branch in different directions, characterised in that the connecting element (3) is laterally offset with respect to the main optical waveguides (1, 2), that branch optical waveguides (4, 5) to a receiver (D) or from a transmitter, are butt-jointed to the ends (11, 21) of the main optical waveguides (1, 2), which ends abut the offset connecting element (3) laterally, and that branch optical waveguides (6, 7) from a transmitter (S) or to a receiver are butt-jointed to the laterally protruding ends (31, 32) of the connecting element (3) which abut the ends (11, 21) of the main optical waveguides (1, 2).

Description: BldlreXtionaler Lichtwellenleiter-Verzweiger und Verfahren zu seiner Herstellun. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen bidirektionalen Lichtwellenleiter-Verzweiger und auf.Ver- fahren zu seiner Herstellung. In optischen Datenbussen werden häufig Verzweiger benötigt, über die bidirektionaler Betrieb möglich ist. Bidirektionale arbeitende optische Systeme sind bisher dadurch realisiert worden, dass die Ubertragungsstrecke aus Faserbündeln bestand. Jeder Verzweiger enthalt dabei im Prinzip drei Mischzonen. Von diesen Zonen gehen Teil-Faserbüzidel aus, die das Licht zum oder vom Sender, Empfänger und Hauptkanal weiterleiten ( siehe dazu D.R. McMahon and R.t. Gravel: 11Distributive Tee Couolers", Appl. Phys. Lett. 28 (1976) S. 396-398). Ausser dem Nachteil vieler Fasern sind Einfügeverluste sehr hoch ( > 10 dB) und der Aufbau ist kompliziert. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen bidirektionalen Verzweiger anzugeben, der einfach herzustellen ist, wesentlich geringere Einfügeverluste aufweist und für Einzelfaser-Systeme geeignet ist. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verzweigers gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 10 hervor. Vorteilhafte Verfahren zur-Herstellung erfindungsgemässer bidirektionaler Verzweiger gehen aus den Ansprüchen 11 bis 17 hervor. Diese Verfahren sind aber nicht nur zur Herstellung von Verzweigern geeignet, sondern können generell zur Herstellung von-Stern-Koppler-Strukturen angewendet werden, bei denen Fein beispielsweisequader- förmiges Zischerelemenx die Verbindung zwischen den Eingangs- und Ausgangslichtwellenleitern herstellt. Die Erfindung wird anhand der Figuren in der nun folgenden Beschreibung näher erläutert. Von den Figuren zeigen Fig. 1 in schematischer Darstellung die Funktionsweise eines bidirektionalen Verzweigers , und Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen bidirektionalen Verzweigers. In der Fig. 1 ist die Funktionsweise eines bidirektionalen Verzweigers schematisch dargestellt. Licht, das von links über einen Kanal Kj an den Verzweiger V herangeführt wird, gelangt über einen Lichtweg 1?1 teilweise zu einem Teilnehmer und über einen Lichtweg 1t teilweise zu einem Hauptkanal K2, in dem es fortgeführt wird. Entsprechend wird Licht, das von rechts über den Kanal K2 herangeführt wird, aufgeteilt. Ein Teil dieses Lichts gelangt über einen Lichtweg 2t' zum Teilnehmer und der andere Teil gelangt über den Lichtweg 2' zum Kanal KI,in dem er fortgeführt wird. Licht, das von e-inem Teilnehmer kommt, der diesem Verzweiger zugeordnet ist, gelangt sowohl in den Kanal K1 als auch in den Kanal K2. In der Fig. 2 ist eine Realisierung eines derartigen bi direktionalen Verzweigers dargestellt. Er besteht aus zwei getrennten Hauptlichtwellenleitern 1 und 2, die durch ein dagegen seitlich versetztes Verbindungselement 3 mitein ander verbunden sind. An die an das Verbindugnselement 3 stossenden aber seitlich überstehenden Enden 11 und 21 der Hauptlichtwellenleiter 1 und 2 sind zwei Lichtwellen leiter 4 und 5 stossgekoppelt, die zu einem Empfänger D fuhren, der einem Teilnehmer entspricht. An die anrdie Enden 11 und 21 der Hauptlichtwellenleiter 1 und 2 stossenden und seitlich überstehenden Enden 31 und 32 des Verzweigerelements sind ebenfalls Lichtwellen- leiter 6 und 7 stossgekoppelt, die von einem Sender S kommen, der ebenfalls einem Teilnehmer entspricht. Durch den Versatz des Verbindungselements 3 in Bezug auf die aus Glasfasern bestehenden Hauptlichtwellenleiter 1 und 2 koppeln die zum Detektor D führenden Glasfasern 4 und 5 mit den Fasern 1 und 2. Uber das Verbin dungselement 3 wird durch die vom Sender S kommenden Glasfasern 6 und 7 Licht sowohl in die Faser 1 als auch in die Faser 2 gekoppelt. Als Sender kommen LED's als- auch LD's infrage. Zweckmässigerweise werden die Durchmesser der zum Detektor D führenden bzw vom Sender S kommenden Fasern kleiner gewählt als die Durchmesser der Hauptfasern 1 und 2. Das Verbindungselement, das aus einem transparenten verlustarmen Material bestehen soll, kann quaderförmig oder zylindrisch geformt sein. Um die Packungsdichteverluste gering zu halten, sind die Dimensionen des Verbindungselements 3 denen der Faser anzupassen. Der Brechungsindex des Materials des Verbindungselemerts ist so zu wählen, dass alles Licht im Verbindungselement 3 geführt wird. Im Prinzip ist die in Figur 2 dargestellte Ausfufsrungs- form nichts anderes als die Hintereinanderschaltung zweier Viertorkoppler. Aus diesem Grunde lassen sich alle Viertorkoppler zu einem bidirektionalen Bauelement erveitern. So kann der in Figur 1 dargestellte und durch die Ausfuhrungsform nach Figur 2 realisierte bidirektionale Verzweiger auch durch die Hintereinan derschaltung zweier Viertorkoppler, die nach dem Prinzip des Faserachs-Versatzes oder nach dem Prinzip der teildurchlässigen Spiegel oder nach dem Taper Prinzip realisiert wird, realisiert werden. Ein Unterschied des gemäss Figur 2 realisierten Versatz-Verzweigers zu den Verzweigern, die über das Fasertaper Prinzip oder das Prinzip der teildurchlässigen Spiegel realisiert werden, besteht darin, dass bei Versatz Verzweigern das vom Sender S kommende Licht nicht auch von den zum Detektor D dieses Elements führenden Fasern empfangen wird. Der in Figur 2 dargestellte Versatz-Verzweiger lässt sich folgendermassen realisieren: Über die Maskentechnik werden in einem Schritt über beispielsweise das Vorzugsätzen in Silizium sowohl die Führungsnuten für die Aufnahme der Fasern als auch eine Vertiefung für die Aufnahme des Verbindungselements hergestellt. Das Verbindungselement 3 geeigneter Form und Qualität wird in die entsprechende Aussparung gelegt und mit den ebenfalls in ihren Gräben eingelegten Fasern durch einen geeigneten Kleber verklebt. Es braucht dabei die Qualität der Stirnflächen der Fasern nicht besonders gut zu sein, weil ein geeigneter Kleber immer wie e eine Immersion wirkt. Das Verbindungselement kann auch durch Auffüllen der Vertiefung mit geeignetem Kleber hergestellt werden, wobei durch den Andruck über einen Deckel möglichst wenig Kleber über den Rand der Vertiefung gelangen soll. Zweckmässigerweise wird die Siliziumoberfläche der Vertiefung vorher durch thermische Oxidation in Siliziumdioxid verzandelt, um eine verlustärmere Wellenfuhrung zu gewährleisten. Diese Technologie lässt sich auch zur Herstellung von Stern-Koppler-Strukturen verwenden, bei denen ein quaderförmiges Mischerelement die Verbindung zwischen den Eingangs- und Ausgangsfasern herstellt. Je mehr Fasern vorhanden sind, um so geringer wirken sich dabei die Schwankungen der Faserdurchmesser auf die Einfügeverluste aus. 18 Patentansprüche 2 Figuren

Claims: Pat entanstrüche 1. Bidirektionaler Lichtwellenleiterverzweiger, g e k e n n z e i c h n e t durch die Hintereinanderschaltung zweier optischer Viertoroppler. 2. Verzweiger 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 zwei getrennte Hauptlichtwellenleiter (1, 2) durch ein dagegen seitlich versetztes Verbindungselement (3) miteinander verbunden sind, dass an die das Verbindungselement (3) stossenden, aber seitlich überstehenden Enden (11, 21) der Hauptlichtwellenleiter (1, 2) Zweiglichtwellenleiter (4, 5) stossgekoppelt sind, die zu einem Emp- länger (D) führen oder von einem Sender kommen, und dass an die an die Raden (11, 21) der Hauptlichtwellenleiter (1, 2) stossenden und seitlich überstehenden Enden (31, 32) des Verzweigerelements (3) Zweiglichtwellenleiter (6, 7) stossgekoppelt sind, die von einem Sender (S) kommen oder zu einem Empfänger (D) führen. 3. Verzweiger nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Durchmesser eines Zweiglichtwellenleiters (4, 5, 6, 7) kleiner ist als der Durchmesser eines Hauptlichtwellenleiters (1, 2). 4. Verzweiger nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verbindungselement (3) zylinderförmig ausgebildet ist. 5. Verzweiger nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Verbindungselement (3) kreiszylindrisch oder quaderförmig ausgebildet ist 6. Verzweiger nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verbindungselement (3) aus einem transparenten, verlustarmen Material besteht. 7. Verzweiger nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t > dass zur Vermeidung von Packungsdichteverlusten die Dimensicken des Verbindungselements (3) dienende Licht wellenleiter (1, 2, 4, 5, 6, 7) angepasst sind. 8. Verzweiger nach einem der Anspruche 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daB der Brechungsindex des Materials des Verbindungselementes (3) so gewählt ist, dass alles Licht in dem Verbindungselement geführt wird. 9. Verzweiger nach einem der Ansprüche 2 bis 8, d a d u r c h g e k e n n Z e 1 c h n e t , dass die Lichtwellenleiter (1, 2, 4, 5, 6, 7) aus Glasfasern bestehen. 10. Verzweiger nach einem der Ansprüche 2 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Empfänger (D) aus einem lichtempfindlichen Detektor besteht. 11. Verzweiger nach einem der Ansprüche 2 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , ss ein Sender (S) aus einer lichtimitierenden Diode (LED) oder aus einer Laserdiode (LD) besteht. 12. Verfahren zur Herstellung eines Verzweigers nach einem der Ansprüche 2 bis 11 oder eines Sternkopplers, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels einer Maskentechnik in einem Schritt Fuhrungsnuten für die Aufnahme der Lichtwellenleiter als auch eine Vertiefung für die Aufnahme des Verbindungselements herge stellt werden, dass in die Führungsnuten Lichtwellenleiter eingelegt und mit einem in die Vertiefung eingebrachten Verbindungselement verbunden werden. 13. Verfähren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das eine geeignete Form und Qualität aufweisende Verbindungselement in die Vertiefung gelegt und mit den in die Führungsnuten eingelegten Lichtwellenleitern verklebt wird. 14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kleber so gewählt wird, dass er wie eine Immersion wirkt. 15. Verfahren nach Anspruch 12, - d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verbindungselement durch Auffüllen der Vertiefung mit eInem Kleber hergestellt wird. 16. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die mit Kleber aufgefüllte Vertiefung mit einem Deckkörper abgedeckt wird. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , ss die Führungsnuten für die Lichtwellenleiter und die Vertiefung für das Verbindungselement mittels Vorzugsätzen (anisotropes Ätzen) in Silizium erzeugt werden. 18. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16 und Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , dass die Siliziumoberfläche in der Vertiefung vor dem Einbringen des Klebers durch thermische Oxidation in SiO2 verwandelt wird.

Inventors: WITTE, HANS-HERMANN, DR.RER.NAT., DIPL.-PHYS.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1982
Main classification: G02B6
IPC codes: G02B6