NO823064L

NO823064L - Fiberoptisk retningskobler

Info

Publication number: NO823064L
Application number: NO823064A
Authority: NO
Inventors: Herbert John Shaw
Original assignee: Univ Leland Stanford Junior
Priority date: 1981-09-10
Filing date: 1982-09-09
Publication date: 1983-03-11
Also published as: DE3278413D1; AU8816482A; KR840001717A; US4536058A; EP0074789A2; EP0074789A3; AU559886B2; ATE33906T1; JPS5860722A; JPH0536768B2; KR890000582B1; CA1204010A; IL66765A0; BR8205320A; EP0074789B1

Description

J

Foreliggende oppfinnelse angår generelt fiberoptiske retnings-koblere og nærmere bestemt fiberoptiske retningskoblere som benytter flyktig feltkobling.

Fiberoptiske retningskoblere overfører optisk energi mellom to fibre eller strenger av fiberoptisk materiale. Ved flyktig feltkobling, samvirker ledet modus^til de to strengene via det flyktige feltet for å bevirke optisk energioverføring. Typisk flyktig feltkobling blir tilveiebragt ved å fjerne en del av den optiske kappen fra fibrene, og anbringe dem i tett nærhet, slik at hver kjerne er innenfor det flyktige feltet til den andre kjernen, for derved å bevirke den tidligere nevnte modus-samvirkning.

En type flyktig feltkobler er beskrevet i en artikkel med tittelen "Single Mode Fiber Optical Power Divider: Encapsul-ated Etching Technieuq", utgitt i januar 197 9 i tidsskriftet "Optics Letters". Kobleren, som vil bli henvist til som en "flaskekobler", innbefatter to optiske fibre som har blitt tvunnet sammen. Den tvunnede fiber blir satt ned i en glass-flaske som er fylt med en etsende oppløsning for å fjerne en del av den optiske kappe. Den etsende oppløsningen blir så ført bort og erstattet av indekstilpasningsolje. Som angitt i siste avsnitt i nevnte artikkel, har imidlertid denne anordningen et vesentlig gjennomføringstap omkring 2 dB. Det viser seg dessuten at denne kobleren kan være mekanisk ustabil og sprø.

Andre typer flyktige feltkoblere innbefatter optiske koblere

i ett som innbefatter bølgeledere fremstilt ved plansubstrater. Disse koblerne har imidlertid indre tap,relativt høy inngangs-og utgangskoblingstap og indre tap når benyttet ved fiberoptiske systemer, og de tenderer til å være følsomme mot polari-sasjonen til lys som blir sendt. En slik kobler er beskrevet i en artikkel utgitt den 1- mars 1978 i "Applied Optics" med tittelen "Optical Directional Couplers with Veriable Spacing".

Kobleren til foreliggende oppfinnelse innbefatter et par

basis eller blokker som har respektive bueformede spor for montering av respektive strenger av fiberoptisk materiale. Material blir fjernet samtidig fra blokkene og strengene inntil den ønskede mengden med fiberoptisk.materiale har blitt fjernet. Strengene blir så anordnet i tett nærhet til hveran-.v dre med bortskårne deler av fiber ved flaten hvor de vender mot hverandre. De respektive flatene til disse avskårne delene vil heretter bli henvist til som fiber "vendte overflater".

Det er blitt funnet at for å sikre egnet flyktig feltkobling, må mengden av materiale fjernet fra fibrene bli nøyaktig styrt, slik at mellomrommet mellom kjernedelene til strengene er innenfor en forutbestemt "kristisk sone". Dette bevirker at hver streng mottar en betydelig del av den flyktige feltenergien fra den andre strengen, og koblingen blir tilveiebragt uten betydelig energitap.

Det er en betydelig fordel ved kobleren ifølge foreliggende oppfinnelse at den koblede energien kan blir justert over et forutbestemt område til en ønsket verdi uten at den vesentlig påvirker gjennomføringstapet. Slik koblerjustering henvist til her som "avstemning av kobleren" kan bli tilveiebragt ved åforflytte fibrene slik at deres respektive fibervendte overflater blir flidende forskjøvet relativt i forhold til hverandre. Ved endring av slik forskyvning som følge av et tidsvarierende signal, kan foreliggende kobler virke som en modulator.

Et annet trekk ved foreliggende oppfinnelse er at kobleren

kan tilveiebringe lav gjennomføringstap. Eksperimentelle resultater viser at gjennomføringstap på 0,2 dB har blitt tilveiebragt selv om tapet på 0,5 dB er mer vanlig. Kobleren har dessuten en høy retningsevne med hovedsakelig all den koblede energien levert ved utgangssiden av kobleren. Prøver har vist at retningsmessig koblet energi er større enn 60 dB over den motsatte retningsmessige koblede energien. Kobleren kan også retningsmessig koble 100% av den optiske energien.

Kobleren har også en utmerket polariseringsreaksjon ved at den vil slippe gjennom lys av enhver polarisering nesten like godt. Karakteristikken til kobleren er således hovedsakelig uavhengig av polariseringen.

Foreliggende oppfinnelse er spesielt fordelaktig ved bruk med enkelmodusfibre. Som velkjent, er slike fibre spesielt små og sprø, og de kan lett bli brutt, og er ekstremt følsomme mot modusforstyrrelse bevirket av mikrobøyer. Disse problemene blir i det vesentlige eliminert ved permanent montering av fibrene i de bueformede sporene i blokkene, som beskrevet ovenfor. Blokkene gir ikke bare en grov, holdbar konstruksjon for kobleren, men gir også en innretning for stiv fastholdelse av de skjøre fibrene mens fiberoptisk materiale blir fjernet derfra. Blokkene tillater dessuten justering av av den relative stillingen av fibrene for "avstemming" av kobleren, som beskrevet ovenfor.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter også en fremgangsmåte for fremstilling, som er spesielt fordelaktig for enkelmodusfibre. På grunn av at det flyktige feltet til en enkelmodusfiber er

i alminnelighet gravd dypt ned i den optiske kappen, er det svært vanskelig å bestemme nøyaktig mengden av materialet som må bli fjernet for å sikre at kjernedelen av strengene er innenfor den "kritiske sonen". Fremgangsmåten for fremstilling av kobleren tilveiebringer følgelig relativt nøyaktig kontroll over mengden av materiale fjernet fra strengene. Den tilveiebringer dessuten også fordelaktighet ved koblerreproduserbar-heten. Slik reproduserbarhet tillater ikke bare duplisering av en kobler som har en gitt karakteristikk, men også tillater med fordel at koblerhalvdelene blir symmetriske, da dissymme-tri kan endre utbredelseskarakteristikken til fibrene, som med-fører en svak kobling.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av henvisning til medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et tverrsnitt gjennom den fiberoptiske kobleren ifølge foreliggende oppfinnelse, hvor det er vist et par fiberoptiske strenger anordnet i respektive bueformede spor til respektive basiser. Fig. 2 og 3 viser et tverrsnitt av kobleren fig. 1 langs linjen 2-2 og 3-3 henholdsvis. Fig. 4 viser et perspektivriss av den nedre basisen til kobleren på fig. 1 adskilt fra den andre basisen, idet dens til-knyttede fiber er vist montert derpå, og den ovalformede fibervendte overflate. Fig. 5 viser et skjematisk flyktig felt til et par fibre overlappende ved samvirkningsområdet. Fig. 6 viser en skjematisk tegning av kobleren på fig. 1, idet det er vist kurveradiusen, kjernemellomrommet, og samvirkende lengde, som er parametere for kobleren. Fig. 7 viser en skjematisk tegning av en "ekvivalent" kobler. Fig. 8 viser en kurve over en normalisert koblingsenergi som en funksjon av samvirkningslengdén for et gitt fiberkjernemel-lomrom. Fig. 9 viser en kurve over normalisert koblet energi som en funksjon av samvirkningsmengden for et annet fiberkjerne-mellomrom. Fig. 10 viser en kurve over normalisert koblingsenergi som en funksjon av minimumsfiberkjernemellomrommet (mellomromsflåtene overlagret). Fig. 11 viser et skjematisk snitt av de ovalformede motvendte flater til fibrene, idet de motvendte flatene er sidemessig for-skjøvet. Fig. 12 viser en kurve over normalisert koblingsenergi som en funksjon av sidemessig forskyvning for et første minimums-fiberkj ernemellomrom. Fig. 13 viser en kurve for numeriserisert koblingsenergi som en funksjon av sidemessig forskyvning for et andre fiberkjerne-mellomrom. Fig. 14 viser en kurve over nummerisert koblingsenergi som en funksjon av sidemessig forskyvning for et tredje fiberkjerne-mellomrom. Fig. 15 viser en kurve over (a) normalisert koblet energi som en funksjon av av sidemessig forskyvning og (b) gjennomførings-tap som en funksjon av sidemessig forskyvning for en kobler-utførelsesform, idet gjennomføringstapet er i vesentlig for-stand over hele dens område for normalisert koblet energi. Fig. 16 viser en skjematisk fremstilling av motvendte flater for fiberen, idet de mot hverandre flatene er forskjøvet i lengderetningen. Fig. 17 viser en skjematisk fremstilling av mot hverandre vendte fiberflater, idet disse mot hverandre flatene er dreiemessig forskjøvet. Fig. 18 viser et perspektivriss av en avstemmingsanordning med mikrometerskruer for justering av forskyvningen av de mot hverandre vendte flater for å avstemme kobleren til en ønsket koblingsvirkningsgrad. Fig. 19 viser et skjematisk perspektivriss av en avstemmingsanordning som anvender transduktorer for å forskyve de mot hverandre vendte flater som følge av et signal slik at kobleren ifølge foreliggende oppfinnelse kan bli benyttet som en modulator eller bryter. Fig. 2 0 viser skjematisk en sageanordning for skjæring av bueformede spor i monteringsblokkene. Fig. 21 viser et skjematisk tverrsnitt av en optisk fiber, idet dybden i hvilke fibrene har blitt overlappet kan bli beregnet ved måling av bredden på de mot hverandre vendte flater . Fig. 22 viser skjematisk "oljefallprøven" benyttet ved fremstilling av kobleren på fig. 1. Fig. 23 viser en kurve av en normalisert koblet energi som en funksjon av slukkeforholdet, utviklet fra "oljefallprøve"-data og benyttet for å reprodusere koblere som har ønskede koblingskarakteristikker. Fig. 24 viser en kurve over slukkeforholdet som en funksjon over antall overlapningsslag, utviklet for oljefallprøvedata og benyttes for å bestemme mengden av ytterligere overlappin-ger nødvendig for å tilveiebringe ønsket slukkeforhold. Fig. 25 viser en kurve over energitap som en funksjon av oljeindeksen for "oljefallprøven". Fig. 1 til 4 viser kobleren 10 ifølge foreliggende oppfinnelse innbefattende to strenger 12A og 12B til en enkel modus optisk fiber anordnet i langsgående, bueformede spor 13A og 13B henholdsvis, dannet i optisk flat mot hverandre vendte flater 14A og 14B henholdsvis, i den rektangulære basisen til blokkene 16A og 16B henholdsvis. Blokken 16A med strengen 12A montert i sporet 13A vil heretter bli omtalt som koblerhalvdelen 10A og blokken 16B med strengen 12B anordnet i sporet 13B vil bli omtalt som koblerhalvdelen 10B.

Hver av strengene 12A og 12B innbefatter en kommersielt til-gjengelig fiber av kvartsplast som er dopet for å ha en sen-tral kjerne og en ytre optisk kappe. Det vil senere fremgå

at foreliggende oppfinnelse er spesielt fordelaktig for bruk ved enkelmodusfibre, som i alminnelighet har kjernediameter i størrelsesorden av 10 mikron eller mindre, og en optisk

kappediameter i størrelsesorden 125 mikron, selv om oppfinnelsen også kan bli anvendt ved andre typer fibre, slik som fler-modusfibre. Med den beskrevne utførelsesformen, blir imidlertid enkelmodusfibre benyttet av illustrasjonsgrunner, og diameteren til strengene 12 og de respektive kjerner, er overdre-vet. Prøveresultatene beskrevet her, er dessuten for koblere som benytter enkeltmodusfibre.

De bueformede sporene 13A og 13B har en radius som er svært stor sammenlignet med diameteren til fibrene 12, og har en bredde lett større enn fiberdiameteren, slik at fibrene 12, når montert, passer i en bane definert av bunnen til sporene 13. Dybden på sporene 13A og 13B varierer fra et minimum ved midten av blokkene 16A og 16B henholdsvis, til et maksimum ved kantene av blokkene 16A og 16B henholdsvis. Dette medfø-rer at de optiske fiberstrengene 12A og 12B, når anordnet i sporene 13A og 13B henholdsvis, med fordel gradvis konvergerer mot midten og divergerer mot kanten av blokkene 16A, 16B, og der elimineres derved enhver skarp dreining eller plutselig endring i retningen på fibrene 12 som kan bevirke energitap gjennom modusforstyrrelse. Ved den viste utførelsesformen, er sporene 13 vist som rektangulære tverrsnitt, men andre indre tverrsnittskonturer som passer fiberen 12, kan naturligvis

blir alternativt benyttet, da slik som et U-formet tverrsnitt eller V-formet tverrsnitt. Teknikker for å utforme sporene 13 og montering av fibrene 12, er beskrevet senere.

Ved midten av blokkene 16, ved den viste utførelsesformen, er dybden på sporene 13 for strengen 12 mindre enn diameteren til strengene 12, mens ved kantene til blokkene 16, er dybden på sporene 13 fortrinnsvis i det minste så stor som diameteren til strengene 12. Det fiberoptiske materialet ble fjernet for hver av strengene 12Aog 12B for å danne respektive ovalformede, plane overflater 18A, 18B som er i et plan med de mot hverandre vendte flater, henholdsvis 17A, 17B. Disse overflatene 18A, 18B vil heretter bli omtalt som fiber "mot hverandre vendende flater". Mengden av fjernet fiberoptisk materiale økes gradvis fra null mot kanten av blokken 16 til et maksimum mot midten av blokken 16. Denne avtagende fjerningen av fiberoptisk materiale muliggjør fiberen å konvergere og divergere gradvis, som er fordelaktig for å unngå bakoverrettet refleksjon og for mye tap av lysenergi.

Ved den viste utførelsesformen, er koblerhalvdelene 10A og 10B identiske og de er sammensatt ved å anbringe blokkenes 16A og 16B mot hverandre vendende flater 14A og 14B sammen slik at mot hverandre vendte flater 18A og 18B til strengene 12A og 12B er i et mot hverandre vendt forhold.

En indekstilpasningssubstans (ikke vist), slik som indekstilpasningsolje, er anordnet mellom mot hverandre vendte flater 14. Denne substans har en brytningsindeks tilnærmet til brytningsindeksen til den optiske kappen, og virker også for forhindring av at de optiske flate overflatene 14 blir permanent låst sammen. Oljen blir innført mellom blokkene 16 ved hjelp av kappilar virkning.

Et samvirkende område 2 er utformet ved strengenes 12 knute-punkt, hvor lys blir overført mellom strengene ved flyktig feltkobling. Det er blitt funnet at for å sikre riktig flyktig feltkobling, må mengden av materiale fjernet fra fibrene 12 bli. nøyaktig styrt, slik at mellomrommet mellom kjernedelene til strengene 12 er innenfor en forutbestemt "kritisk sone". De flyktige feltene strekker seg inn i den optiske kappen og minsker hurtig med avstanden på utsiden av deres respektive kjerner. Tilstrekkelig materiale skulle således være fjernet for å tillate at hver kjerne blir anordnet i hovedsak innenfor det flyktige feltet til hverandre. Dersom for lite materiale blir fjernet, vil ikke kjernene være tilstrekkelig tett opp til hverandre for å tillate at det flyktige feltet bevirker denønskede samvirkningen mellom leder-modusene og utilstrekkelig kobling vil således oppstå. Dersom for mye materale blir fjernet, vil motsatt utbredelseskarak-teristikkene til fibrene bli endret, som medfører tap av lysenergi på grunn av modusforstyrrelse. Da mellomrommet mellom kjernene til strengene 12 er innenfor den kritiske sonen, vil imidlertid hver streng motta en betydelig del av den flyktige feltenergien fra den andre strengen, og optimal kobling blir tilveiebragt uten betydelig energitap. Den kritiske sonen er vist skjematisk på fig. 5 og da innbefattende det området betegnet med henvisningstallet 33 i hvilke det flyktige feltet betegnet med henvisningstallet 34A og 34.B til fibrene 12A og 12B henholdsvis, overlappet med tilstrekkelig styrke for å tilveiebringe kobling, dvs. hver kjerne er innenfor det flyktige feltet til hverandre. Som tidligere antydet, forekommer modusforstyrrelse innenfor området 33 når kjernene blir bragt for tett sammen. Det er f.eks. antatt at svak ledet modus, slik som HEj]_ mosud i enkelmodusfibrene eller moduser av høyere orden i flermodusfibrene, vil slik modusforstyrrelse oppstå når tilstrekkelig materiale er fjernet fra fiberen 12 for å frilegge deres kjerner. Den kritiske sonen er definert som det området innenfor hvilket de flyktige feltene overlap-per med tilstrekkelig styrke for å bevirke kobling uten vesentlig modusforstyrrelseinduserte energitap.

Graden av kritisk sone som en bestemt kobler er avhengig av antall innbyrdes avhengige faktorer, slik som parametrene til selve fiberen og koblerens geometri. For en enkel fibermodus som har en trinnindeksprofil, kan den kritiske sone dessuten være heller smal. Ved en enkel modusfiberkobler av typen vist på fig. 1-4, er f.eks. det nødvendige senter-til-senter mellomrommet mellom strengene 12 ved deres senter av kobleren,

i alminnelighet mindre enn et par (f.eks. 2-3), kjernediametere.

Strengene 12A og 12B er (1) fortrinnsvis identiske med hverandre, (2) har samme radius ved samvirkningsområdet 32, og (3) har en lik mengde fiberoptisk materiale'fjernet derfra for å danne deres respektive mot hverandre vendte flater 18A og 18B. Fibrene 12 er således symmetriske over det samvirkende området 32, innenfor planet til mot hverandre vendte fiberflåtene 18, slik at de mot hverandre vendte flatene 18 er sammenfallende dersom overlagret. Dette sikrer at de to fibrene 12A og 12B vil ha samme utbredelseskarakteristikker ved samvirkningsområdet 32, og derved unngås koblingsdempning tilknyttet ulike ut-bredelseskarakteriatikker.

Blokkene eller basisene 12 kan være fremstilt av ethvert egnet stivt materiale. Ved en foretrukket utførelsesform innbefatter basisen 12 generelt rektangulære blokker av smeltet glass tilnærmet 2,54 cm langt, 2,54 cm bredt og 1 cm tykt. Ved denne utførelsesformen er de fiberoptiske strengene 12 fastgjort i spalter 13 ved hjelp av egnet sement, slik som epoksy-klebemiddel. En fordel ved de smeltede kvartsblokkene er at de har en termisk utvidelseskoeffesient lik den til glassfibrene, og denne fordelen er spesielt viktig dersom blokkene 16 og fibrene 12 er underlagt noen varmebehandling i løpet av fremstil-lingsprosessen. Et annet egnet materiale for blokken 16 er silisium, som har utmerkede termiske egenskaper for denne an-vendelse .

Kobleren 10 har fire porter merket A, B, C og D på fig. 1.

På fig. 1 er porten A og C, som tilsvarer strengene 12A og

12B henholdsvis på venstre siden av kobleren 10 mens portene B og D, som tilsvarer strengene 12A og 12B henholdsvis, på høyre side av kobleren 10. For den påfølgende beskrivelsen, vil det bli antatt at innført lys av en egnet bølgelengde (f.eks. 1,15 mikron) blir tilført ved port A. Lyset passerer gjennom kobleren og blir ført ut ved porten B og/eller porten D avhengig av mengden av energi som blir koblet mellom strengene 12. I dette henseende blir uttrykket "normalisert koblet energi" definert som forholdet mellom koblet energi og den totale utførte energi. Ved ovenfor nevnte eksempel vil den normaliserte koblede energien være lik forholdet mellom energien ved porten D og summen av energien ført ut ved portene B og D. Dette forholdet blir altså henvist til som "koblingsvirkningsgrad" og når så benyttet, er det i alminnelighet angitt i prosent. Når uttrykket "nummeriserte koblet energi" blir benyttet her, skal det derunder forstås at tilsvarende koblingsvirkningsgrad er lik den normaliserte koblede

energien x 100. I dette henseende, har prøver vist at kobleren 10 har koblingsvirkningsgard på opptil 100 prosent.

Det skal også bemerkes at kobleren 10 kan være "avstemt" for

å justere koblingsvirkningsgraden til enhver ønsket verdi mellom 0 og maksimum.

Kobleren 10 er svært retningsbestemt med i vesentlig all dens energi tilført ved ene< siden av kobleren som blir levert ved den andre siden av kobleren. Koblerens retningsgrad blir definert som forholdet mellom energien ved porten D og energien ved porten C med inngangen tilført porten A. Prøver har vist at den retningsmessige koblede energien (ved porten D) er større enn 6 0 dB over den i motsatt retning koblede energien (ved porten C). Koblerens retningsgrad er dessuten symmetrisk. Dvs. kobleren drives med samme karakteristikker uten hensyn til hvilke side kobleren er inngangssiden og hvilke er utgangssiden. Kobleren 10 tilveiebringer dessuten disse resultatene med svært lave gjennomføringstap. Gjennomførings-tapet er definert som forholdet mellom den totale utgangsener-gien (porten B og D) og inngangsenergien (porten A), subtrahert fra en (dvs. 1 - (P + P )/R ). Eksperimentelle resultater viser at det er blitt tilveiebragt gjennomføringsta<p>på 0,2

dB selv om tap på 0,5 dB er mer vanlig. Disse prøvene angir at kobleren 10 dessuten drives i det vesentlige uavhengig av det tilførte inngangslysets polarisasjon.

Kobleren 10 drives på flyktig fremkoblingsprinsipp hvor ledede moduser til strengene 12 samvirker gjennom deres flyktige felt for å bevirke at lyset blir overført mellom strengene 12. Som tidligere antydet, forekommer denne lysoverføringen ved samvirkningsområdet 32. Mengden av lys overført er avhengig av nærheten og orienteringen av kjernene såvel som den effektive lengden til det samvirkende området 32. Områdeta 32 lengde er igjen avhengig av fibrenes 12 radius og i en begrenset grad kjernemellomrommet selv om det er funnet at den effektive lengden på samvirkningsområdet 32 er i det vesentlige uavhengig av kjernemellomrommet. Ved en foretrukket utførelsesform, hvor det anvendes et kant til kant kjernemellomrom på omkring 1,4 mikron, er radiusen i størrelsesorden av 25 cm og det effektive samvirkningsområdet er til og med 1 mm langt når signalbølgelengden er 633 nm. Med disse stør-relsene utfører lyset kun en overføring mellom strengene 12 når det vandrer gjennom samvirkningsområdet 32. Dersom lengden på samvirkningsområdet 32 blir øket eller kjernemellomrommet redusert, oppstår imidlertid et såkalt "overkoblings"-fenomen, hvor lyset vil overføres tilbake til strengen fra hvilken det opprinnelig kommer. Når samvirkningslengden blir ytterligere øket og/eller kjernemellomrommet ytterligere redusert, overføres lyset tilbake til den andre strengen. Lyset kan således utføre flere overføringer frem og tilbake mellom de to strenger 12 når det vandrer gjennom området 32, idet antall slike overføringer er avhengig av lengden på samvirkningsområdet 32 og kjernemellomrommet.

Ovenfor nevnte skal bli nærmere forklart ved henvisning til fig. 6, som viser skjematisk kobleren 10 på fig. 1. Kjernene til fibrene 12A og 12B er vist gradvis konvergerende til et minimumsmellomrom, merket H, ved sentret av kobleren og divergerer mot kanten av kobleren. Den effektive samvirkningslengden er merket L og radiusen på strengene 12A og 12B er merket R. Som antydet ovenfor, har det blitt funnet at mens den effektive samvirkningslengde L er funksjon av radiusen R,

er den hovedsakelig uavhengig av minimumsmellomrommet H mellom fibrene 12. Selv om denne uavhengigheten er i virkeligheten gyldig kun for relativt store kjernemellomrom og korte bølge-lengder, er dette en god tilnærming for de fleste anvendelser og tillater således at kobleren, vist på fig. 6, blir analysert som en "ekvivalent" kobler innenfor to parallelle bølgeledere adskilt ved deres samvirkende lengde L ved et mellomrom H som vist på fig. 7.

Virkningen av varieringen av den effektive samvirkningslengde

L eller fibermellomrommet H til den "ekvivalente" kobleren vist på fig. 7 kan bli nærmere forklart med henvisning til fig. 8 og 9. Fig. 8 viser en sinusformet kurve 40 som viser at den koblede energi Pc varierer sinusmessig som en funksjon av den samvirkende lengden L for et gitt fibermellomrom .

Ved dette fibermellomrommet skal det bemerkes at den koblede energien er til og med 50% når samvirkningslengden er lik LI, og øker til 100% når samvirkningslengden øker til L2. Dersom samvirkningslengden blir ytterligere øket, medfører dette "overkobling" hvor lyset blir overført tilbake til strengen fra hvilke det kom fra, og den koblede energien P begynner å reduseres mot 0. De koblede energien øker så fra 0 til f.eks. 50% ved L3. Det fremgår således at mengden av koblingen kan bli variert ved å endre den effektive lengden for samvirkningsområdet .

Virkningen av reduksjonen av mellomrommet H mellom fibrene er økning av styrken på koblingen, og således økningen av mengden av lys overført over en gitt samvirkningslengde L som vist ved sammenligning av sinuskurven 42 på fig. 9 med sinuskurven på fig. 8. Dersom fibermellomrommet ble redusert fra (fig. 8) til H2(fig. 9), kan den koblede energien være 100% ved samvirkningslengden L-^på fig. 9, da sammenlignet med 50% for samme samvirkningslengde L-^ på fig. 8. Kurven 42 begynner så

å vise overkobling, og den koblede energien reduseres til 50% ved samvirkningslengden ~ L^. Ved samvirkningslengden L^ angir kurven 42 at den koblede energien igjen er 100%. For en gitt samvirkningslengde (f .eks. L^, L ? eller L^) kan således mengden av energi koblet bli justert ved å endre fiberkjernemellomrom-met.

Forholdet mellom det minimale fibermellomrommet H og den koblede energien P^ for en gitt samvirkningslengde L (dvs. radiusen) er vist på fig. 10 ved hjelp av kurven 44. Som vist på denne fig., svinger den normaliserte koblede energien mellom 0 og 1 når frekvensen økes eller kjernemellomrommet H reduseres. Henvisningspunktene a, b og c på kurven H blir valgt noe vil-kårlig for å angi! den normaliserte koblede energien,ved 0,5, 1,0 og 0,25 henholdsvis. Det skal bemerkes at ved punktet "a" blir 50% av energien koblet fra det ene til det andre. Ved punktet "b" blir full kobling tilveiebragt, og 100% av den optiske energien blir overført mellom strengene. Ved punktet "c" vises derimot et overkoblet forhold hvor den koblede energi har blitt redusert fra full kobling til 25%.

Uttrykket "avstemming" blir definert som overføring av fibrene 12 relativt i forhold til hverandre for å justere energien koblet mellom dem. Slik overføring eller forskyvning av fibrene 12 blir tilveiebragt ved å skyve de plane mot hverandre vendte flater 18, relativt i forhold til hverandre, slik at de blir forskjøvet istedet for overlagret. Dvs. fibrene 12 blir gjensidig forskjøvet i planet til de plane mot hverandre vendte overflater. Sagt på en annen måte foregår slik over-føring når respektive plan i hvilke hver av fibrene ligger, blir forskjøvet relativt i forhold til hverandre.

Ved en foretrukket fiberoverføringsmetode blir de mot hverandre vendte overflater 18 forskjøvet i sideretningen. Uttrykket "siderettet forskyvning" betyr her glidende forskyvning av mot hverandre vendte flater 18 i sideretningen fra deres over hverandre liggende stilling tiløkning av mellomrommet mellom fiberkjernene, mens det opprettholdes et i hovedsaken parallelt forhold mellom fibrene 12. Slik siderettet forskyvning av de mot hverandre vendte overflater 18 er vist skjematisk på fig. 11. Virkningen av slik siderettet forskyvning er naturligvis å endre mellomrommet mellom fibrenes 12 kjerner.

Kurven 46 på fig. 12 viser virkningen av siderettet forskyvning av mot hverandre vendte fiberoverflater 18 for en kobler som har et minimums kant-til-kant kjernemellomrom H tlik "a" (fig. 10). Når mot hverandre vendte flater 18 til fibrene blir overlagret (dvs. ikke forskjøvet), vil den normaliserte koblede energien være lik 0,5 som ønsket ved kurven 44 på fig. 10.

Når de mot hverandre vendte flatene 18 til fibrene 12 imidlertid er sidemessig forskjøvet i en av retningene for å øke mellomrommet mellom kjernene, reduseres den koblede energien grad-

vis til 0.

Kurven 48 på fig. 3 viser virkningen av sidemessig fiberforskyvning ved normalisert koblet energi for en kobler som har et kant-til-kan kjernemellom lik "b" (fig. 10). Når der ikke er noen forskyvning og de mot hverandre overflatene 18 ligger over hverandre, er den normaliserte koblede energien 1,0,

som ønsket ved kurvene 44 på fig. 10, men når de mot hverandre vendte overflater 18 til fibrene 12 er sidemessig forskjøvet i en av retningene, reduseres den koblede energien gradvis.

Kurven 50 på fig. 14 viser koblet energi som en funksjon av relativ fiberforskyvning for et kjernemellomrom lik "c" (fig. 10), som representerer en overkoblet tilstand, som tidligere nevnt. ' Fra denne kurven, 50, fremgår det at når de mot hverandre vendte overflater 18 til fibrene 12 er lagt over hverandre, er den normaliserte koblede energien 0,25. Når kjernemellomrommet blir øket ved å skyve de mot hverandre vendte overflatene 18 slik at de blir sidemessig forskjøvet, begynner den normaliserte koblingsenergien å øke til 1,0 og så reduseres den mot 0 når kjernemellomrommet blir ytterligere øket.

Ved alle de tidligere viste tilfellene på fig. 12, 13 og 14, reduseres den koblede energien til 0 ved hovedsakelig samme sidemessige forskyvning, under antagelse av at den fysikalske tilsvarigheten mellom disse figurene er identiske med unntak av deres fibermellomrom ved 0-forskyvningen. Ved sammenligning av kurvene 46, 48 og 50 på fig. 12, 13 og 14, henholdsvis, fremgår det at respektive stigningen til disse kurvene tenderer til å øke når kjernemellomrommet reduseres. Koblerens føl-somhet mot siderettet forskyvning øker således når kjernemellomrommet reduseres. En kobler fremstilt for å vise overkobling, som på fig. 14, er f.eks. betydelig mer følsom mot siderettet forskyvning enn koblere som har karakteristikkene vist på enten fig. 12 eller 13. Dette trekket ved foreliggende oppfinnelse er heller fordelaktig siden ved noen kobleranvendelse høy føl-somhet mot forskyvning er en fordel, mens ved andre anvendelser

er dette en ulempe. I en samtidig inngitt patentsøknad,

nr. beskriver en fiberoptisk kobler benyttet som en transduktor for nøyaktig måling av ubetydelige forskyvninger. Kobleren er fremstilt for å være hardt overkoblet for å tilveiebringe øket følsomhet for slike forskyvningsmålinger. Overkoblingskarakteristikken til kobleren blid dessuten benyttet for å tilveiebringe flere dynamiske områder av varierende følsomhet. Selv om ved den ovenfor nevnte forskyvningen det ved' denne anvendelsen er fordelaktig med øket følsomhet ved siderettet forskyvning, er ved andre anvendelser, slik som signalbehandling og rotasjonsføleranvendelse, lav følsomhet og høy stabilitet i alminnelighet ønskelig. En kobler som har koblingskarakteristikker lignende de på fig. 12 og 13 (dvs. ikke overkoblet), er mer egnet for disse anvendelser. Kobleren ifølge foreliggende oppfinnelse kan derfor bli fremstilt til å ha et minimalt kjernemellomrom som tilveiebringer en følsomhet for forskyvning i samsvar med dens tiltenkte bruk.

Eksperimentelle forsøk angir at gjennomføringstapene til kobleren 10 er i det vesentlige konstant med unntak av når dens sidemessige forskyvning av kjernene er relativt stor. -Prøver på en koblerutførelsesform viste at gjennomføringstapet var innenfor 0,2 dB for minustapet for en siderettet forskyvning på opptil 10 mikron i hver retning. Denne kobleren benyttet en enmodusfiber som har en kjerneindeks på 1,46 0, en optisk tappeindeks på 1,4559 og en kjernediameter på 4 mikron. Radiusen til fibrene var 25 cm, og kant-til-kant kjernemellomrommet var tilnærmet 0,9 mikron, og bølgelengden for det benyttede lyset var 632,8 mm. Fig. 15 viser for denne kobler-utf ørelsen, en kurve over gjennomrføringstapet betegnet med henvisningstallet 6 0 og en kurve over den normaliserte, koblede energien, betegnet med henvisningstallet 62, begge som en funksjon av den siderettede forskyvningen til de mot hverandre vendte overflater 18. De horisontalt to prikkede linjene trykket gjennom midten på fig. 15 gir øvre og nedre grenser til et 0,2 dB energitapsbånd. Det fremgår at energitapskurven 6 0 er innenfor dette båndet for siderettet forskyvninger opp til omkring 12 mikron i begge retninger. Det fremgår videre at ved en 12 mikron siderettet forskyvning, er den normaliserte koblingsenergien tilnærmet 0,1. For koblet energi mellom 0,1 og 1 er energitapet innenfor omkring 0,2 dB til mini-mumsenergitapet. Dersom energitapsbåndet blir utvidet til 0,5 dB, er energitapsbåndet innenfor 0,5 dB båndet for fiber-forskyvninger opp til 15 mikron, som tilsvarer en koblet energi på mindre enn 0,05 (dvs. 5%). Koblere viser således i hovedsaken konstant gjennomføringstap, dvs. innenfor et relativt smalt energibånd gjennom hovedsakelig hele driftsområdet til anordningen. Det er dessuten Viktig at gjennomføringstapet er svært lavt og relativt konstant for koblet energi mellom 10% og 100% , da mange fiberoptiske rotasjonssensorer og fiberoptiske signaletbehandlingsanordninger benytter koblere som har koblingsvirkningsgrader innenfor dette området.

Prøveresultater viser at gjennomføringstap så lave som omkring 0,2 dB kan bli tilveiebragt selv om tap på 0,5 dB er mer vanlig, som i det ovenfor beskrevne eksemplet.

Siden koblingetapene er realtivt ufølsomme mot siderettet forskyvning av de mot hverandre vendte flatene 18 over i hovedsaken hele området av koblingsvirkningen, er slik siderettet forskyvning en spesielt fordelaktig metode for avstemming av kobleren 10 for tilveiebringelse av en ønsket mengde med koblet energi. Det skal imidlertid bemerkes at koblerkarakteri-stikken kan bli endret ved forskyvning i lengderetningen av de mot hverandre vendte flater. Uttrykket "lengderettet forskyvning" blir da benyttet i den betydning av å bringe de mot hverandre vendte flater 18 fra en overliggende stilling til en forskjøvet stilling i en retning parallelt med fiberen 12, som vist skjematisk på fig. 16. Slik lengderettet forskyvning øker i virkeligheten minimumskjernemellomrommet til fibrene 12. Dersom det f.eks. blir antatt at fibermellomrom-.. met H på fig. 10 når de mot hverandre vendte flatene 18 ligger over hverandre, er lik "a", vil forskyvningen i lengderetningen av de mot hverandre flatene 18 overføre dette punktet "a"

langs kurvene 44 til et punkt merket "a". Denne forskyvning i lengderetningen vil likeledes overføre punktet "b" langs kurven 44 til "b" og punktet "c" langs kurven 44 til "c". Dette vil naturligvis frembringe tilsvarende endringer i de forskjøvne kurvene på fig. 12, 13 og 14 ved å redusere den normaliserte koblede energien ved 0—forskyvning.

Eksperimenter har vist det krevet en relativt stor forskyvning i lengderetningen for å tilveiebringe endringer i koblingen lik de tilveiebragte ved forholdsvis liten siderettet forskyvning. Kobleren er således forholdsvis ufølsom mot forskyvning i lengderetgningen. I tillegg har det blitt funnet at gjennom-føringstapet ikke blir påvirket i større grad ved den léngde-rettede forskyvningen. Med hensyn til lengderettet forskyvning, er således innretningen av de mot hverandre vendte flatene 18 ikke kritisk.

Koblingskarakteristikkene til kobleren 1G kan også bli påvirket ved å dreie de mot hverandre vendte flatene 18 realtivt i forhold til hverandre da dette reduserer den effektive lengden av det samvirkende området. Uttrykket "dreieforskyvning" vil her bli benyttet for å henvist til endring av fibrene som vist skjematisk på fig. 17 ved å dreie de mot hverandre vendte flatene 18 om en felles akse, f.eks. aksen 66. Virkningen av slik dreiet forskyvning er lik den som er beskrevet ovenfor med hensyn til forskyvningen i lengderetningen. Dvs. kobleren 10 er relativt ufølsom mot små dreiemessige forskyvninger både med hensyn til koblet energi såvel som gjennomføringstap.

Mens mindre justeringer på den koblede energien kan bli tilveiebragt ved dreiemessig forskyvning eller lengderettet forskyvning av de mot hverandre vendte flater, blir primærjuster-ing i koblet energi i hovedsaken utført ved siderettet forskyvning av mot hverandre vendte flater 18, selv om det skal bemerkes at i praksis kan en kombinasjon av disse teknikker bli benyttet.

Kobleren 10 kan være mekanisk avstemt i samsvar med ovenfor nevnte fremgangsmåte ved hjelp av en avstemningsanordning 70, vist på fig. 18. Anordningen 70 innbefatter en mikrometer-vogn 71 med en avtrappet U-formet kanal 72. Den nedre delen 74 av kanalen 72 er smalere enn den øvre delen 76, og dimmen-sjonert slik at den vil bli stivt montert med koblerblokken 16B med bunnen av blokken 16B, innrastende ved bunnen av kanalen 72. Trinnovergangen 7 9 mellom den øvre delen 76 og den nedre delen 74, er under de mot hverandre vendte flatene 14 til blokken, slik at den øvre blokken IA kan bli ført i en retning perpendikulært på kanalen 72 mellom sideveggene som danner den øvre kanaldelen 76. Kobleren 10 er orientert slik at strengene 12 er i en retning parallell med kanalen 72 for å tillate en slik overføring mot siderettet forskyvning av mot hverandre vendte flater 18.

Et par sylindrisk formede fastholdere 78 er glidbart montert for å rage fra ene sideveggen av den øvre delen 76 til en annen 72. Disse fastholderen 78 er fjærforspente for å ligge an mot ene siden av blokken 16A. Differensialmikrometer 80 er montert på motsatt sideveggen til kanalens øvre del 76. Mikrometrene 80 ligger an mot den motsatte side av blokken 16A, slik at blokken 16A blir fastholdt mellom mikrometrene 80 og de fjærforspente fastholderne 78.

Ved dreiing av mikrometrene 80, kan stillingen til blokken 16A bli justert relativt i forhold til blokken 16B ved å overlagre de mot hverandre vendte flater 18. Siden blokkene 16 er innbefattet av transparent kvarts, kan de relative stil-lingene til de mot hverandre vendte flatene 18 bli observert ved å benyttet et mikroskop. Flatene 18 kan også være for-skjøvet i sideretningen fra deres overliggende stilling, om ønskelig, for å avstemme kobleren 10 til denønskede koblingsvirkningen ved å dreie mikrometrene 80. Så snart kobleren 10 er blitt avstemt, kan blokkene 16, omønskelig, bli fast-klemt, sammenbundet eller smeltet sammen for å tilveiebringe en kobler med en permanent eller halvpermanent fast koblings-

virkning.

Anordningen 7 0 kan også bli benyttet for å dreie mot hverandre vendte flater 18 relativt i forhold til hverandre ved å dreie en av mikrometrene 80 for å skråstille blokkene 16. Forskyvning i lengderetningen av de mot hverandre vendte flatene 18 kan bli tilveiebragt manuelt ved å bevege blokkene, siden kobleren er relativ ufølsom mot justering i lengderetningen.

I det påfølgende skal bruk av kobleren 10 som en modulator eller bryter bli beskrevet.

Som vist på fig. 19, kan blokkene 16 bli ført relativt i forhold til hverandre som følge av et elektrisk signal for å koble den koblede energien (eller koblingsgraden) fra en verdi til en annen. Ved den viste utførelsesformen er den nedre blokken 16A og kobleren 10 stivt montert på en horisontal, U-formet, kanal 84, til en basis 86. Sideveggene til kanalen 84 er lavere enn de mot hverandre vendte flatene 14 til blokken 16, slik at de ikke interfererer ved relativ bevegelse av blokkene 16. I den viste utførelsesformen er blokkene 16 orientert slik at fibrene 12 er perpendikulære på kanalen 84.

En vertikal vegg 88 i ett med basisen 86 er anordnet ved

den ene enden av kanalen 84. Vegget 88 er anbragt med avstand fra blokken 16A, slik at et par piezoelektriske (PZT) krys-taller 90 kan være festet, f.eks. ved klebing, derimellom ved respektive kanter av blokken 16A. Sidene til krystallene 90 som ligger mot veggen 88 og blokken 16A er forbundet ved hjelp av ledninger 94, 96 med en elektrisk signalkilde (ikke vist). Når en spenning blir tilført over ledningene 94, 96, vil krystallene 90 som følge derav beveges synkront for å føre den øvre blokken 16A relativt i forhold til den nedre blokken 16B i en retning angitt med pilen 91. Med fibrene 12 i den viste orienteringen, vil denne bevegelsen av PZT krystallene 90 føre de mot hverandre vendte flatene 18 (fig. 1) slik at de endrer deres stilling i sideretning. Siden den koblede

energien er en funksjon av den sidemessige forskyvningen, vil denne bevegelsen variere den koblede energien mellom den første og andre verdi. Disse første og andre verdiene kan f.eks. være valgt til å være fullkobling eller ingen kobling henholdsvis. Eller de kan være valgt til å være en kombinasjon mellom mellomliggende koblingsverdier. På denne måten kan kobleren 10 således bli benyttet som en optisk bryter. Dersom et tidsvarierende signal blir tilført PZT krystallene 90 vil dessuten krystallene svinge og kobleren 10 kan da virke som en modulator.

Krystallene 90 kan også bli benyttet for forskyvning i lengderetningen av de mot hverandre vendte overflater 18 ved orien-tering av blokkene 16 slik at fibrene 12 er parallelle i forhold til kanalen 84, istedenfor på tvers av disse. Krystallene 90 kan dessuten være benyttet for å- dreie de mot hverandre vendte flatene 18 relativt i forhold til hverandre ved å re-versere polariseringen til en av krystallene 90 i forhold til hverandre. Dette vil bevirke at krystallene beveges synkront i motsatt retning som følge av det elektriske signalet på ledningene 94 og 96, og derved dreie blokkene 96 relativt i forhold til hverandre.

Det skal bemerkes at andre transduktortyper kan bli benyttet istedet for de piezoelektriske krystallene for å bevege blokkene 16 .

I det påfølgende skal en metode for fremstilling av kobleren 10 bli beskrevet. Den foretrukne metoden for fremstilling av kobleren 10 gir relativt nøyaktig kontroll over mengden av det materialet som blir fjernet fra strengene 12. Dette ut-gjør en fordel for koblere som benytter enkelmodusfibre på grunn av at det flyktige feltet til en enkelmodusfiber i alminnelighet er begravet dypt i den optiske kappen, og det er. - således svært vanskelig å bestemme når nok materiale har blitt fjernet for å tilveiebringe et kjernemellomrom som gir den ønskede koblingskarakteristikken. Denne fremstillingemetoden løser dette problemet ved (1) fjerning av materialet i in-kreminentet og (2) utføring av en enkel prøve etter hver inkrement for å bestemme koblingskarakteristikken for kjernemellomrommet tilknyttet et slikt inkrement. På denne måten tillater metoden fremstilling av en kobler som har en gitt karakteristikk, og også gjør det mulig å duplisere andre koblere med disse karakteristikker. Denne metoden tillater.at kobleren 10 kan bli fremstilt slik at begge koblerhalvdelene 10A og 10B er symmetriske. Det skal bemerkes at symmetrien er spesielt viktig siden usymmetri kan endre utbredelseskarak-teristikkene til kobleren og medføre en dempning av lysener-gien og derved forhindre at kobleren tilveiebringer 100% koblingsvirkningsgrad.

Metoden vil bli beskrevet i forbindelse med blokken 16A, men det skal bemerkes at blokken 16B er, fremstilt på samme måte. Fremgangsmåten for fremstillingen innbefatter først sliping og polering av alle sidene av blokken 16A slik at deres motsatte sider er parallelle, og blokken er rektangulær.

Spalten 13A blir så kuttet i flaten 14A ved å benytte sage-anordningen vist skjematisk på fig. 20. Anordningen innbefatter et diamantsagblad 100 anordnet på en bærebrakett 102 for rotasjon om en akse 104. Bladet 104 har en tykkelse lik den ønskede bredden til sporet 13A. Delen 102 er stivt festet til en basis 106. Et andre bæreelement 108 anordnet med avstand fra elementet 102 er stivt festet til en bevege-lig kjoks 109 montert på basisen 106. Elementet 108 har en arm 110 for rotasjon om en akse 112, og gjennom et plan som strekker seg i samme plan som planet til bladet 100. Armen 100 har en lengde lik denønskede radiusen til fiberet 12A,

og dens akse 112 er ved samme høyde over den horisontale basis 106 som aksen 104, slik at armen 110 er horisontal. En klemme (ikke vist) er anordnet for å feste blokken 16A til den ene enden av armen 110 med flaten 14A vendende mot kuttekanten til bladet 100. Den bevegelige kjoksen 109 blir så benyttet for å bevege armen 110 med blokken 16A montert deri, mot sage-

bladet 100 ved hjelp av en mikrometerdrivenhet (ikke vist). Slik bevegelse fortsetter ved armen 110 opprettholdt i en horisontal stilling inntil bladet 100 kutter inn i blokken 16A ved en dybde på omkring 1 - 1/2 x diameteren til fiberen 12. Armen 110 blir så manuelt dreiet om aksen 112 for å skjære bueformede spor 13A i blokken 16A. Siden avstanden mellom aksen 112 og kuttekanten til bladet 100 er lik den ønskede radiusen, vil sporet derfor bli skåret med ønsket radius. Blokken 16A blir så anbragt i en ultralydrenser for å rense sporet 13A og overflaten til blokken.'

Etter rensingen blir et ultrafiolett følsomt klebemiddel anordnet i sporet 13A. Før anordning av strengen 12A i sporet 13A, blir imidlertid mantelen fjernet fra delen av fiberen som skal bli montert ved midten av blokken 16A slik at mantelen ikke interfererer med overlapningen av den optiske kappen. En del av mantelen strekker seg med fordel inn i sporet 13A ved hver ende av blokken 16A for å gi fiberstyrke ved punkter hvor den går ut av blokken 16A. Såsnart fiberen 12A er blitt anbragt i sporet 13A, blir små vekter festet ved enden av strengen 12A for å strekke den og strekke den tett mot bunnveggen av sporet 13A. En enhet blir så anordnet under en ultrafiolett lyskilde for å herde. Bruk av ultrafiolett følsomt klebemiddel er fordelaktig på grunn av at herdepro-sessen ikke vil begynne før den utsettes for ultrafiolett lys da mye tid er nødvendig for å anbringe fiberen 12 i sporene 13. Det er dessuten ikke nødvendig å tilføre varme for her-dingen av klebemiddelet, og derfor er det ikke noen fare for ødeleggelse av fiberen på grunn av termisk utvidelse av klebemiddelet eller blokken 16.

Såsnart klebemiddelet er herdet, blir overskuddsklebemiddelet fjernet ved hjelp av f.eks. fint sandpapir. Flaten 14A blir så polert ved å benytte 5 mikron grov korn, til en på forhånd valgt avstand, f.eks. 7 mikron, fra senteret til fiberen 12A. Når materialet samtidig blir fjernet fra fiberen 12A og flaten 14A, vil en forlenget ovalformet plan overflate, dvs.

den mot fiberen vendte flaten 18A blir dannet på fiberen.

Fig. 21 viser under antagelse av at fiberradiusen R' er kjent, avstanden D mellom denne overflaten 18A og midten av fiberen 12A, som kan bli lett beregnet ved å måle bredden W på den mot fiberen vendte flate 18A med mikroskop og ved å benytte pytagoras. Denne metoden blir imidlertid henvist her som mikroskopmålemetoden som reduseres i nøyaktighet når bredden på den mot fiberen vendte flate 18 øker. Det er således funnet at det er å foretrekke å benytte den andre metode, henvist til her som blokktykkelsemetoden, etter at avstanden mellom flaten mot fiberen 18A og sentret til fiberen 12A er tilnærmet lik 3/4 av fiberradiusen. Denne andre målemetoden innbefatter måling av tykkelsen på blokken 16A. Den flaten som vender mot fiberen ved fibersentermålingen gjort ved ovenfor nevnte beskrevne mikroskopmetode, blir så subtrahert fra slik tykkelsemåling for tilveiebringelse av referanseverdi. Når ytterligere materiale samtidig blir fjernet fra fiberen 12A og blokkflaten 14A, blir ytterligere blokktykkelsesmålin-ger utført. Referanseverdien blir så subtrahert fra disse blokktykkelsemålingene for å angi avstanden mellom de mot fibrene vendte flater 18A og fibersentret. Den overlappende prosessen fortsetter inntil overflaten i samme plan 14A og 18A har blitt overlappet ved en foran valgt avstand, f.eks.

7 mikron fra fiberens senter.

Ved tilveiebringelse av denne ønskede avstanden fra fibersentret blir ytterligere av materialet fjernet fra fiberen 12A ved å polere overflaten 14A med en ceriumoksyd polerings-blanding på en hard "pitch" polering. I løpet av denne poler-ingsprosessen blir antallet poleringsstrøk opptegnet og en prøve kallet "oljefallprøven" blir utført periodisk. Frekvensen for denne oljefallprøven avhenger av forskjell mellom den virkelige avstanden fra kjernen og denønskede avstanden fra kjernen. Når denne forskjellen reduseres, skulle prøven bli utført oftere for å unngå bortsliping av for mye materiale da materialet ikke kan bli erstattet når det først er fjernet.

01jefallprøven kan forklares med henvisning til fig. 22.

Ene enden av fiberen 12A er optisk koblet med en laserkilde 12 0 mens den andre enden av denne fiberen er koblet med detektoren 122, som kan måle relativt lave lysintensiteter. Laser-kilden 120 blir aktivert og detektoravlesningen blir opptegnet for å tilveiebringe en referanseverdi. Et fall av in-dekstilpasset olje 124, som har en brytningsindeks litt høy-ere enn den til fiberkjernen blir anbragt på overflaten 14A slik at den dekker hele flaten vendt mot fiberen 18A. Dette bevirker at lys innsluppet fra fiberen 12A, idet mengden av slikt lys er avhengig av nærheten av mot fiberen vendte flater 18 i forhold til fiberkjernen. En detektoravlesning blir så utført og slukkeforholdet blir beregnet. Da benyttet med henvisning til oljefalltesten blir slukkeforholdet definert som forholdet mellom målt lysintensitet ved detektoren 122 etter at indekstilpasningsolje har blitt tilført, og målt lys intensitet ved detektoren uten indekstilpasningsoljen. For en gitt oljeindeks, varierer slukkeforholdet i forhold til flaten 18 vendt mot fiberen sin nærhet til kjernen, og dette forholdet tjener således som en angivelse av mengden av materialet som har blitt fjernet fra strengen 12A.

Etter at den første oljefallprøven er blitt utført for koblerhalvdelen 10A og slukkeforholdet har blitt beregnet, blir den andre koblerhalvdelens 10B blokk 16B slipt i samsvar med ovenfor nevnte prosedyre inntil oljefallprøven angir at slukkeforholdet på den andre koblerhalvdelen 10B er i hovedsak det samme som for koblerhalvdelen 10A, siden dette gir kobler-halvdéler som har ønsket symmetri. Koblerhalvdelene 10A og 10B blir så satt sammen med indekstilpasningsolje mellom de mot hverandre vendte flater 14. Laseren blir så koblet til en av strengene 12 og kobleren blir avstemt for maksimal kobling. Den normaliserte koblede energien blir så målt og opptegnet. Denne prosedyre blir gjentatt etter hver oljefall-prøve, slik at etter at alle prøvene er blitt utført, kan data bli korrelert for tilveiebringelse av referansekurver.

To referansekurver som har vist seg å være spesielt nyttige

er vist. på fig. 23 og 24 som kurvene 130 og 132 henholdsvis. Fig. 23 viser kurvene 103 over slukkeforholdet som en funksjon av koblet energi. Denne kurven kan være fordelaktig benyttet ved produsering av ytterligere koblere som har ønskede karakteristikker uten hver gang å gjenta alle ovenfor beskrevne datasammenligningsteknikker. Dersom en kobler med en maksimal koblingsvirkningsgrad på 50% er ønskelig, kan f.eks. koblerhalvdelen 10A og 10B bli slipt inntil et sluttforhold tilsvarende punktet "A" på kurven 13 0 bli målt ved oljefallprøven. Dersom en kobler med en koblingsvirkningsgrad på 100% er ønskelig, kan blokken 16 likeledes bli slipt inntil et slukkeforhold tilsvarende punktet "B" bli målt. Dersom en kobler som har lett overkoblingskarakteristikk er ønskelig, kan blokkene 16 bli slipt inntil et slukkeforhold tilsvarende punktet "C" bli målt. Ved å benytte kurven 13 0, blir det således relativt enkelt å fremstille koblere etter hverandre som harønskede koblingskarakteristikker. Det skal imidlertid bemerkes at siden koblingskarakteristikkene er avhengige av fiberparamet-ere, radius og bølgelengde for det benyttede lyset, skulle se-parate kurve 130 bli tilveiebragt for hvert sett med disse parametere for hvilke koblerfremstillingen er ønskelig. Fig. 24 viser kurven 132 over slukkeforholdet som en funksjon av antall poleringer. Denne kurven kan bli benyttet med fordel etter hver oljefallprøve for å vurdere antall ytterligere poleringer,nødvendig for å redusere slukkeforholdet fra verdien i forbindelse med prøven i: forhold til den valgte verdien fra fig. 23.

Ved benyttelse av kurvene 130, 132, kan således enhver kobler bli reprodusert med koblerhalvdeler 10A og 10B symmetriske.

Det er viktig å innse at for å tilveiebringe reproduserbare resultater, skulle oljefallprøven bli utført ved samme oljeindeks hver gang. Dette er vanskelig siden indekstilpasningsolje er følsomme mot temperaturendringer og temperaturendrin ger kan således medføre feil i prøveresultatene. To metoder har blitt utviklet for å løse dette problemet. Den første kan best forklares med henvisning til fig. 25 som viser forholdet mellom energitap og de mot hverandre vendte fiberflater 18 og oljeindeksen for forskjellige avstander D mellom den mot fiberen vendte flate 18 og fibersentret. Energitapet blir skarpe spisser når oljeindeksen 124 er den samme som indeksen for fiberkjernen. Spissen forekommer ved samme indeks uten hensyn til avstanden D mellom den mot fiberen vendte flate 18A og fiberkjernen. For å sikre at for hver prøve har oljen 124 samme indeks,.blir oljen 124 oppvarmet, f.eks. ved hjelp av en luftkanon, for å redusere dens indeks. Detektoren blir samtidig overvåket og minimumsavlesningen blir opptegnet. Siden denne minimumsavlesningen alltid forekommer ved punktet når energitapet er et maksimum, og siden energitapet er et maksimum og oljeindeksen er lik kjerneindeksen, vil minimums-detektoravlesning forekomme ved samme oljeindeks. Ved å benytte denne minimumsavlesningen ved beregningen av slukkeforholdet, kan således hovedsakelig reproduserbare og feil-frie resultater bli tilveiebragt forhver oljefallprøve.

Med hensyn til den andre fremgangsmåten, skal det bemerkes at energitapkurven på på fig. 25 bli relativt flat ved høyere indekser. Ved disse høyere indeksene er energitapet relativt ufølsomt mot lette endringer i indeksen, og feil som følge av små endringer i oljeindeksen kan derfor bli redusert ved å-benytte olje som har slik høyere indeks. Det skal bemerkes at differensialenergitapet (dvs. avstanden mellom kurvene) for forskjellige fibermellomrom imidlertid reduseres når oljeindeksen øker. Når indeksen øker, tenderer i virkeligheten kurvene mot konvergering. Ved den andre metoden må en balanse bli trukket mellom temperaturfølsomheten til oljeindeksen og differensialenergitapet. Dvs. oljeindeksen som blir valgt skulle være tilstrekkelig høy for å tilveiebringe relativt ufølsomhet mot oljeindeksendringer, men skulle være tilstrekkelig lav for å tilveiebringe et adekvat energitap-differensial mellom kurvene slik at detektoravlesningene ved forskjellige avstander mellom kjerne og overflate vendt mot fiberen ville være meningsfull.

Claims

1. Fremgangsmåte for å slipe den optiske kappen til en fiberoptisk streng for å forutbestemme avstanden fra kjernen til strengen, karakterisert ved at strengen slipes, at strengen belyses for å føre lys derigjennom, at det slipte området belegges med en substans hvis brytningsindeks er tilnærmet den til strengen, og at det bestemmes om den delen av strengbelysningen som unnslipper ved den slipte delen til strengen har nådd en forutbestemt verdi for å bestemme om slipingen har nådd den kritiske sonen av strengen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at strengen monteres i et spor i en blokk, og at strengen og blokken slipes sammen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at ved bestemmelsen om belysningen i strengen måles strengbelysningen som ikke har unnsluppet ved den slipte delen.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst et av kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at bredden av den slipte delen av strengen måles for å bestemme dybden på kjernen under den slipte delen.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst et av kravene 1, 2, 3 eller 4, karakterisert ved at de slipte delene legges over hverandre over den slipte delen av en andre slipt fiberoptisk streng, og at de slipte delene av strengen og den andre strengen forskyves felles for å justere lyskoblingsgraden mellom strengene.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at strengen og den andre strengen blir forskjøvet til overkobling.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at strengen og den andre strengen kobler lys gjennom en overkoblet, flyktig samvirkningssone.

8. Fremgangsmåte ifølge kravene 1, 2, 3, 4 eller 5, karakterisert ved at den delen av strengbelysningen som unnslipper ved den slipte delen uten belegg måles, og at slukkeforholdet bestemmes som forholdet mellom lyset som unnslupper fra den slipte delen med og uten belegg.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at koblingsvirkningsgraden som vil resultere fra over hverandre liggende slipte deler på en identisk fiber slipt del som har samme slukkeforhold bestemmes og at slipetrinnet styres i samsvar med koblingsgraden.

10. Fremgangsmåte ifølge kravene 1, 2, 3, 4 eller 5, karakterisert ved at temperaturen til belegget endres for å justere dets brytningsindeks for å passe med strengen.

11. Fiberoptisk kobler, karakterisert ved en første optisk fiber, en andre optisk fiber i sidestilling til den første fiber, og en samvirkende sone ved sidestillin-gen til fibrene som bevirker overkoblet flyktig lyskobling mellom fibrene.