Optische Drehverteiler für Lichtwellenleiter

Optischer Drehkoppler für Lichtwellenleiter –
Optische Kopplung rotierender Single-Mode Glasfasern
mit "flüssigen" Lichtwellenleitern
2. Anwendungen
Im Rahmen eines industriefinanzierten Kooperationsprojektes wurde ein mikro-optischer Drehkoppler für
Single-Mode Glasfasern entwickelt, bei dem die
rotierende und die stationäre Lichtleit-faser in einer
Mikro-Glaskapillare geführt werden und die optische
Kopplung über eine kurze "flüssige Lichtleitfaser" mit
einer brechzahlangepassten Flüssigkeit erfolgt.
Patente DE 10 2006 047 207 und US 7,613,371 B2
3. Problem: Optische Kopplung zweier
4. Lösung: Optische Kopplung der beiden
rotierender Single-Mode Glasfasern mit
einem lichtführenden 9-µm-Faserkern.
Faserkern mit Ø 9 µm
Single-Mode
Lichtleitfaser
Rotor
Glasfasern mit einem flüssigen Lichtwellenleiter
in einer speziellen Mikro-Glaskapillare.
Rotor
Mikrokapillare zur Führung
der Lichtleitfasern
Stator
Single-Mode
Lichtleitfaser
Stator
Halterung
► Große optische Dämpfungsverluste durch
- Rückreflexionen an Grenzflächen,
- lichtabsorbierende Verunreinigungen
im Luftkanal zwischen den Linsen,
- Dejustage aufgrund von Langzeiteffekten.
"Flüssiger
Lichtwellenleiter"
MikroKapillare
Axiale Abhängigkeit der Lichtdämpfung
Quadratisches Innenprofil
der Glaskapillare
Mikro-Kanal
Lichtleitfaser
Ø 125 µm
► Empfindlich gegenüber Fehljustierungen.
► Aufwändige abbildende Optik, daher teuer.
Optical insertion loss (dB)
Nachteile herkömmlicher optischer
Drehverteiler mit abbildenden Linsen:
10.0
Air
Silicon Oil M1000
8.0
6.0
4.0
3 dB threshold
2.0
0.0
0
Lichtleitender
Faserkern mit Ø 9 µm
20
40
60
80 100 120
Axial displacement (µm)
140
160
Arbeitsbereich
5. Vergleich mit Stand der Technik
► Verbesserung der optischen Dämpfung
von 4.5 dB auf 0.6 dB.
► Verbesserung der Dämpfungsschwankung von
±1 dB auf ±0.14 dB; daher sehr gut geeignet
für Analogübertragung schwacher Signale.
► Durch Kapillarführung der Lichtleitfasern mit
optischer Immersionskopplung stets optimal
justiert, daher mechanisch sehr robust.
0°
Optische
Dämpfung
(dB)
Optical
coupling
loss (dB)
RheinAhrCampus Remagen der Hochschule Koblenz ● Optik und Lasertechnik
1. Kurzbeschreibung
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
330°
► In Langzeittests mit zur Zeit 22 Mio. Rotationen
konstant niedrige optische Dämpfung bei
Temperaturen von -30°C bis +85°C.
Kontakt:
Prof. Dr. Georg Ankerhold
RheinAhrCampus, Hochschule Koblenz, Joseph-Rovan-Allee 2, 53424 Remagen
60°
300°
0.0 270°
1.0
2.0
240°
3.0
4.0
5.0
► Keine teuren, spektral einengenden
Antireflex-Bedampfungen notwendig.
Stand
30° der
Technik
FlüssigfaserDrehkoppler
90°
120°
210°
150°
180°
Herkömmlicher Drehkoppler
mit GRIN-Linsenaufweitung
Optische Dämpfung: 4.5 dB
Max. Variation:
± 1.0 dB
Drehkoppler mit optischer
"Flüssigfaser"-Kopplung
Optische Dämpfung: 0.6 dB
Max. Variation:
± 0.14 dB
Langzeittest:
22 Mio. Rot.