Ankopplung von integrierten Lichtwellenleitern

Dieses Teilprojekt der Forschergruppe untersucht Technologien zur robusten Ankopplung von Wellenleitern an optische Bussysteme.

Stand der Technik bei der optischen Kopplung sind Konzepte, die durch das Auftrennen der Wellenleiter eine Auskopplung an den Stirnflächen ermöglichen. Prinzipien dieser Art sind meist kompliziert im Aufbau und nicht geeignet für eine Feldmontage. Ein weiterer Nachteil ist die Tatsache, dass sich mit dieser Koppeltechnik keine Bussysteme auf Verdrahtungsträgerebene realisieren lassen. Somit muss jeder optische Knoten mit einem separaten Wellenleiter verbunden werden. Durch bauteilintegrierte optische Netzstrukturen, auf die im Feld an frei definierter Position zugegriffen werden kann, können zukünftig aufwändige vorkonfektionierte Kabelbäume vermieden werden. Das soll mittels eines optischen Buskopplers realisiert werden. Dazu wurde in Rahmen der Forschergruppe OPTAVER das Konzept eines asymmetrischen optischen Buskopplers (engl. AOBC) entwickelt wie es in Abbildung 1 dargestellt ist.

Durch einen physikalischen Kontakt der Kerne der beiden Koppelpartner entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichts ist es möglich, ohne Unterbrechung der Wellenleiter optische Leistung von einem Wellenleiter in den anderen zu koppeln. Durch diese gerichtete Kern-Kern-Kopplung können mehrere optische Knoten mit einem einzigen Buswellenleiter verbunden werden. Durch die Biegung einer der beiden Koppelpartner ist es zudem möglich, unterschiedliche Koppelraten abhängig von der Koppelrichtung zu erzeugen. Simulationen und Messungen haben gezeigt, dass die Koppelrate vom gebogenen in den geraden Wellenleiter bis zu viermal höher ist als in die umgekehrte Richtung. Außerdem ist es über die Veränderung der Anpresskraft möglich die Koppelleistung zu anzupassen. Abbildung 2 zeigt den Koppler im experimentellen Aufbau.

a)
	b)
	c)
Abbildung 2 – Fotos (a) der aktiven Koppelstelle sowie des Kamerasystems bei (b) nicht gekoppelten Wellenleitern und (c) gekoppelten Wellenleitern mit einer Überlappungslänge von l = 1093µm

Entscheidend für den Erfolg eines Koppelelements für optische Kurzstreckenverbindungen sind die Datenraten, die sich übertragen lassen. Hier konnte im Laufe der ersten Förderperiode nachgewiesen werden, dass der Buskoppler für eine optische Datenübertragung bei 2,5 Gbit/s (maximal mögliche Übertragungsrate des verwendeten Messsysems) durchaus geeignet ist, wie sich in Abbildung 3 zeigt.

Abbildung 3 – Augendiagramme am Ausgang der Wellenleiter bei aktivem AOBC (a, c) in die eingekoppelt wurde und (b, d) in die übergekoppelt wurde bei 2,5Gbit/s (Biegeradius r = 5mm; Überlappungslänge lov = 856µm; Output -15 dBm)

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