OPTICAL SWITCHING ELEMENT

Abstract: 1. Method of manufacturing an optical filter element (WDM coupler) (W) having two mutually aligned optical fibres (1, 3) separated from one another by a wavelength-dependent beam-splitter layer (F) arranged at an incline with respect to the common axis, and also a further optical fibre (2) which extends at an incline with respect to the aligned optical fibres (1, 3), intersects with its axis the aforesaid common axis at the level of the wavelength-dependent beam-splitter layer (F), and is directed in a reflection direction of the beam-splitter layer (F), characterized in that a filter layer (Fe) having a transmission characteristic corresponding to the transmission characteristic of the beam-splitter layer (F) of the filter element (W) is vapour-deposited in one and the same manufacturing step with the beam-splitter layer (F) on the optical fibre end face (10), to be coupled to an optoelectric transducer (receiving element), of the optical fibre (1) aligned with the optical fibre (3), against which the obliquely extending optical fibre (2) lies.

Description: Optischer Weichenbaustein In einem Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem kann eine hohe Ausnutzung der Ubertragungskapazität eines Lichtwellenleiters durch einen Betrieb der Lichtleitfaser im bidirektionalen (oder unidirektionalen) Wellenlängenmultiplex (WDM - Wavelength Division Multiplex) erreicht werden, indem - bei bidirektionalem Wellenlängenmultiplex - für die Signal übertragung in der einen Ubertragungsrichtung Lichtwellen mit einer niedrigeren Wellenlänge, etwa um 830 nm, und für die Signalübertragung in der anderen Ubertragungsrichtung Lichtwellen mit einer höheren Wellenlänge, etwa um 1300 nm, verwendet werden; hierzu sind an den beiden Enden der Lichtwellenleiter-Strecke entsprechende optische Weichenbausteine vorzusehen, die jeweils mit einem einen elektro/ optischen Wandler enthaltenden Sendebaustein und einem einen opto/elektrischen Wandler enthaltenden Empfangsbaustein gekoppelt sind. Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Weichenbaustein (WDM-Coupler), der ein aus mehreren Schichten bestehendes, wellenlängenselektives Interferenzfilter (Strahlteilerschicht) aufweist, das im Hochvakuum auf eine schräge Glasfaserstirnfläche aufgedampft ist, und in dem zwei miteinander fluchtende, durch die schräg zur gemeinsamen Achse angeordnete wellenlängenselektive Strahlteilerschicht voneinander getrennte Lichtleitfasern sowie eine schräg zu den fluchtenden Lichtleitfasern verlaufende, mit ihrer Achse die genannte gemeinsame Achse in Höhe der wellenlängenselektiven Strahlteilerschicht schneidende und in eine Re flexionsrichtung der Strahlteilerschicht ausoerichtete weitere Lichtleitfaser vorgesehen ist, die, zur Fixierung und Justierung in V-förmigen Furchen von Substraten geführt, zwischen Glaskörpern eingekittet sind (DE-OS 30 12 184; ; Applied Optics 20(1981)18, 3128...3135). Zur Erhöhung der optischen Nebensprechdämpfung solcher Weichenbausteine werden bei den Empfangs-Lichtleitfasern gesonderte Bandfilterplättchen vorgesehen (Applied Optics,a.a.O.); in entsprechender Weise können Filterplättchen auch in bidirektionalen Lichtwellenleiter-Übertragungssystemen ohne derartige Weichenbausteine vorgesehen sein (US-A 4300811). In einem mit zwei optischen Weichenbausteinen der angegebenen Art aufgebauten bidirektionalen Lichtwellenleiter Ubertragungssystem können, wie dies etwa in IEEE Journal of Lightwave Technology, LT-2(1984)0ct.,No.5, 675...681, insbes. Fig.l oben, angegeben wird und in ähnlicher Weise auch in FR-A- 2509479, insbes. FIG 2, angedeutet ist, die Sendebausteine und ebenso die Empfangsbausteine an den beiden Enden der Lichtwellenleiter-Strecke jeweils an die gleiche Lichtleitfaser des jeweiligen der beiden, mit Strahlteilerschichten mit den beiden für die beiden Ubertragungsrichtungen verwendeten Lichtwellenlängen entsprechend gegeneinander versetzter Filtercharakteristik versehenen Weichenbausteine angekoppelt sein. Dies ermöglicht es, an den beiden Enden der optischen Ubertragungsstrecke (jeweils Sendebaustein, Empfangsbaustein und Weichenbaustein umfassende) Sende-Empfangs-Module einheitlich strukturierten Aufbaus einsetzen zu können; bei der Fertigung solcher Module können entsprechend einheitliche Montage-, Justier- u./o. Prüfeinrichtungen zur Anwendung kommen. Die mit den Strahlteilerschichten erreichte optische Nebensprechdämpfung von beispielsweise etwa 20 dB kann mit Hilfe der gesonderten Bandfilterplattchen erhöht werden, die vor den Empfangsbausteinen angeordnet sind; die Einfugung solcher Filterplättchen bringt allerdings eine Einfügungsdämpfung von etwa 1 dB und mehr mit sich. Die Erfindung zeigt demgegenüber einen Weg zu einer Verringerung der Einfügungsdämpfung und zugleich einfacheren Erstellung eines derartigen Filters. Die Erfindung betrifft einen optischen Weichenbaustein (WDM-Coupler) mit zwei miteinander fluchtenden, durch eine schräg zur gemeinsamen Achse angeordnete wellenlängenselektive Strahlteilerschicht voneinander getrennten Lichtleitfasern sowie einer schräg zu den fluchtenden Lichtleitfasern verlaufenden, mit ihrer Achse die genannte gemeinsame Achse in Höhe der wellenlängenselektiven Strahlteilerschicht schneidenden und in eine Reflexionsrichtung der Strahlteilerschicht ausgerichteten weiteren Lichtleitfaser; dieser optische Weichenbaustein ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass an der an einen opto/elektrischen Wandler (Empfangsbaustein) anzukoppelnden Lichtleitfaser Stirnfläche der mit der Lichtleitfaser, an der die schräg verlaufende Lichtleitfaser anliegt, fluchtenden Lichtleitfaser eine Filterschicht mit einer der Transmissionscharakteristik der Strahlteilerschicht des Weichenbausteins entsprechenden Transmissionscharakteristik aufgebracht ist. Die Erfindung bringt damit, dass der Weichenbaustein selbst an der angegebenen Lichtleitfaser-Stirnfläche mit einer Filterschicht der angegebenen Filtercharakteristik versehen wird, den Vorteil mit sich, dass die Trennschärfe des Weichenbausteins ohne zusätzliches Bandfilterplättchen und ohne dessen relativ hohe Einfügungsdämpfung angehoben wird: Durch die Filterschicht kann das optische Nebensprechen um wenigestens 15 dB erhöht werden, wobei die Einfügungsdämpfung nur um etwa 0,1...0,4 dB zunehmen wird. Dabei kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Filterschicht ebenso wie die Strahlteilerschicht aufgedampft sein, was es vorteilhafterweise ermöglicht, beide Bedampfungsvorgänge im selben Fertigungsschritt vorzunehmen. Zur weiteren Erhöhung der Trennschärfe kann danach in einem zusätzlichen Bedampfungsvorgang die Filterschicht nach Massgabe des (mittleren) Einfallswinkels der in der Empfangs-Lichtleitfaser gefuhrten Lichtstrahlung noch optimiert werden. Alternativ dazu kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung aber auch der Weichenbaustein selbst so ausgebildet sein, dass auch die hintere Stirnfläche der Empfangs-Lichtleitfaser parallel zur Strahlteilerschicht verläuft; dies bringt den Vorteil mit sich, dass bei vom Bedampfungsprozessschritt her optimierter Strahlteilerschicht die im selben Fertigungsschritt aufgedampfte Filterschicht insoweit ebenfalls Optimiert ist. Anhand der Zeichnung wird die Erfindung noch näher erläutert. Dabei zeigt FIG 1 einen optischen Weichenbaustein bekannten Aufbaus; FIG 2 verdeutlicht einige Prozessschritte bei der Herstellung optischer Weichenbausteine. FIG 3 zeigt einen optischen Weichenbaustein gemäss der Erfindung, und FIG 4 verdeutlicht dazu einige Fertigungsprozessschritte. FIG 5 zeigt ein bidirektionales Lichtwellenleiter-Ubertra- gungssystem mit optischen Weichenbausteinen gemäss der Erfindung, und FIG 6 zeigt ein Schema zugehöriger Filtercharakteristiken. In FIG 1 ist schematisch ein bekannter optischer Weichenbaustein W dargestellt, in dem drei Lichtleitfasern 1, 2, 3 vorgesehen sind, nämlich zwei miteinander fluchtende Lichtleitfasern 1, 3, die durch eine schräg zur gemeinsamen Achse angeordnete wellenlängenselektive Strahlteilerschicht F voneinander getrennt sind, und eine schräg dazu verlaufende, mit ihrer Achse die genannte gemeinsame Achse in Höhe der Strahlteilerschicht F schneidende Lichtleitfaser 2, die in eine Reflexionsrichtung der Strahlteilerschicht ausgerichtet ist. Die Strahlteilerschicht möge dabei eine aus mehreren SiO2- und Ti02 Schichten bestehendes wellenlängenselektives Interferenzfilter sein, das im Hochvakuum auf die schräge Stirnfläche der Lichtleitfaser 1 im Verlaufe eines Herstellungsprozesses aufgedampft worden ist, der in einigen Prozessschritten aus FIG 2 deutlich wird: FIG 2a) lässt Lichtleitfasern 3-1, 2 erkennen, die in V-förmige Nuten von Quarzglas-Prismen und -Quadern Qg oder von auf diese aufgekitteten Siliziumscheiben Si eingelegt sind; durch Verkitten werden diese Teile zu einem Block zusammengefügt. Dieser Block wird danach in zwei Teile gemäss FIG 2b) getrennt, und es wird nach Polieren der Schnittflächen auf die in FIG 2b) mit F bezeichnete Fläche das Interferenzfilter aufgedampft. Die beiden Blockteile werden dann zueinander justiert wieder zu einem Block verkittet, woraufhin von dem facettierten und polierten Block scheibenweise jeweils ein optischer Weichenbaustein abgetrennt werden kann, wie dies FIG 2c) verdeutlicht. In dem in FIG 3 skizzierten optischen Weickenbaustein W ist nun an der an einen opto/elektrischen Wandler (E;;pfnLsbaustein) anzukoppelnden Llchtleitfaser-Stirn- flache 10 der Lichtleitfaser 1 eine Filterschicht Fe aufgebracht, deren Tansn;issici-scaskterstik der jenigen der Strahlteilerschicht F des Weichenbausteins W entspricht. Diese Filterschicht Fe kann ebenso wie die Strahlteilerschicht F aufgedampft sein, wobei zweckmässigerweise das Aufdampfen der Strahlteilerschicht F auf den in FIG 2b) links dargestellten Blockteil und das Aufdampfen der Filterschicht Fe auf den in FIG 2b) rechts dargestellten Teil in ein und demselben Fertigungsschritt durchgeführt wird, so dass in dem in FIG 2 skizzierten Fertigungsablauf für die Filterschicht Fe die gleiche Abfolge und Dicke der einzelnen dielektrischen Schichten aus SiO2 und TiO2 erzielt wird wie für die Strahlteilerschicht F. Die Strahlteilerschicht F pflegt so bemessen zu sein, dass bei dem bei ihr gegebenen (mittleren) Lichteinfallswinkel die Transmission des einen Lichtstrahls und Refexion Qes anderen Lichtstrahls optimiert sind. Eine entsprechende Optimierung der Transmission des genannten einen Lichtstrahls in der Filterschicht Fe wird dadurch erreicht, dass, wie dies auch aus FIG 3 ersichtlich ist, die die Filterschicht Fe tragende Lichtleitfaser-Stirnfläche 10 parallel zur Strahlteilerschicht F verläuft. Hierzu kann der in FIG 2 verdeutlichte Fertigungsprozess in einer Weise erweitert sein, wie dies aus FIG 4 deutlich wird: FIG 4a) lässt wieder Lichtleitfasern 3-1, 2 erkennen, die in V-förmige Nuten von Quarzglas-Prismen und -Quadern Qg - oder auch von auf diese aufgekitteten Siliziumscheiben eingelegt sind; durch Verkitten werden diese Teile zu einem Block zusammengefügt. Dieser Block wird danach in drei Teile gemäss 4b) getrennt, und es wird nach Polieren der Schnittflächen auf die in FIG 4b) mit F bezeichnete Fläche das Interferenzfilter und auf die in FIG 4b) mit Fe bezeichnete Fläche eine Filterschicht gleicher Transmissions- charaktetistik aufgedampft. Die beiden so mit Filterschichten bedampfen Blockteile werden zueinander justiert wieder zu einem Block verkittet, woraufhin von dem facettierten und polierten Block scheibenweise jeweils ein optischer Weichenbaustein abgetrennt werden kann, wie dies FIG 4c) verdeutlicht. Ein solcher optischer Weichenbaustein kann insbesondere in einem Lichtwellenleiter-Ubertragungssystem Anwendung finden, wie es in FIG 5 skizziert ist: In dem in FIG 5 skizzierten Lichtwellenleiter-Übertragungssystem mit im bidirektionalen Wellenlängenmultiplex betriebener Lichtwellenleiter-Strecke L weisen an deren beiden Enden T, V vorgesehene elektrisch-optischen Sende-Empfangs Module Mt, Mv eine einheitliche Struktur auf: Die jeweils einen elektro/optischen Wandler enthaltenden Sendebausteine St und Sv sind jeweils an die gleiche Lichtleitfaser des jeweiligen Weichenbausteins Wt bzw. Wvxange- koppelt, und zwar jeweils an die schräg verlaufende Lichtleitfaser 2, die an der an die Lichtwellenleiter Strecke L angekoppelten Lichtleitfaser 3 anliegt. Ebenso sind die jeweils einen opto/elektrischen Wandler enthaltenden Empfangs bausteine Et und Ev jeweils an die gleiche Lichtleitfaser des jeweiligen Weichenbausteins Wt bzw. Wv angekoppelt, und zwar jeweils an die Lichtleitfaser 1, die mit der an die Lichtwellenleiter Strecke L angekoppelten Lichtleitfaser 3 fluchtet. Dabei sind, wie dies auch in FIG 5 angedeutet ist, die beiden Weichenbausteine Wt und Wv mit in ihrer Strahlteilereigenschaft zueinander gewissermassen komplementären Stahlteiler-Schichten Ft bzw. Fv versehen, d.h. ihre Filtercharakteristken sind den beiden fur dle beiden Übertragungsrichtungen v-e'ndeten Lichtwellenlängen von im Beispiel etwa 830 nrn und 1300 nm entsprechenc gegereinander versetzt: Im Beispiel hat die Strahlteiler- Schicht Ft des optischen Weichentausteins Wt, wie dies etwa die Kurve tin FIG 6 zeigt, eine maximale Transmission im Bereich um 1300 nm und eine maximale Reflexion im Bereich um 830 nm; die Strahlteiler-Schicht Fv hat, wie dies etwa die Kurve v in FIG 6 zeigt, eine maximale Transmission im Bereich um 830 nm, und eine maximale Reflexion im Bereich um 1300 nm. Diese Eigenschaften werden beim Aufdampfen der Filterschicht durch entsprechend unterschiedliche Abfolge und Dicke der einzelnen dielektrischen Schichten auf SiO2 und TiO2 erzielt, ohne dass damit grund sätzliche Änderungen des in FIG 4 skizzierten Fertigungsablaufs verbunden sind. Entsprechendes gilt auch für die jeweilige zusätzliche Filterschicht Fet bzw. Fev an der an den jeweiligen Empfangsbaustein Et bzw. Ev angekoppelten Lichtleitfaser-Stirnfläche, deren Trans mi ssionscharakteristik jeweils derjenigen der Strahlteilerschicht Ft bzw. Fv desselben Weichenbausteins Xt bzw.Wv entspricht. Bezugszeichenliste 1 Lichtleitfaser 2 Lichtleitfaser 3 Lichtleitfaser 10 Lichtleitfaser-Stirnfläche W Weichenbaustein Wt Weichenbaustein Wv Weichenbaustein F Strahlteilerschicht; Fläche Ft Strahlteilerschicht Fv Strahlteilerschicht Si Siliziumscheibe Qg Quarzglas-Prismen und -Quader Fe Filterschicht; Fläche Fet Filterschicht Fev Filterschicht Et Empfangsbaustein Ev Empfangsbaustein St Sendebaustein Sv Sendebaustein L Lichtwellenleiter-Strecke T, V Enden der Lichtwellenleiter-Strecke Mt, Mv Sende-Empfangs-Module t, v Kurven

Claims: Patentansprüche 1. Optischer Weichenbaustein (WDM-Coupler) (W) mit zwei miteinander fluchtenden, durch eine schräg zur gemeinsamen Achse angeordnete wellenlängenselektive Strahlteilerschicht (F) voneinander getrennten Lichtleitfasern (1, 3) sowie einer schräg zu den fluchtenden Lichtleitfasern (1, 3) verlaufenden, mit ihrer Achse die genannte gemeinsame Achse in Höhe der wellenlängenselektiven Strahlteilerschicht (F) schneidenden und in eine Reflexionsrichtung der Strahlteilerschicht (F) ausgerichteten weiteren Lichtleitfaser (2), dadurch gekennzeichnet dass an der an einen opto/elektrischen Wandler (Empfangsbaustein) anzukoppelnden Lichtwellenleitfaser-Stirnfläche (10) der mit der Lichtleitfaser (3), an der die schräg verlaufende Lichtleitfaser (2) anliegt, fluchtenden Lichtleitfaser (1) eine Filterschicht (Fe) mit einer der Transmissionscharakteristik der Strahlteilerschicht (F) des Weichenbausteins (W) entsprechenden Transmissionscharakteristik aufgebracht ist 2. Optischer Weichenbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Filterschicht (Fe) ebenso wie die Strahlteiler- schicht (F) aufgedampft ist 3 Optischer Weichenbaustein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die die Filterschicht (Fe) tragende Lichtleitfaser Stirnfwäche (10) parallel zur Strahlteilerschicht (F) verläuft.

Inventors: FRENKEL, FERDINAND, DR., HABERLAND, DETLEF, DR., HALTENORTH, HELMUT, DR.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1986
Main classification: G02B6
IPC codes: G02B6