DE10101264A1 - Optische Koppeleinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Optische Koppeleinrichtung und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine optische Koppeleinrichtung mit einer GRIN-Linse (3) mit einer ersten Stirnfläche (5) und einer zweiten Stirnfläche (7) sowie einer optischen Achse (A), mit wenigstens einem Eingangs-Port, welcher an einer ersten Position vor oder auf der ersten Stirnfläche (5) der GRIN-Linse (3) vorgesehen ist, mit einem ersten und zweiten Ausgangs-Port, welche jeweils an einer zweiten und dritten Position vor oder auf der ersten Stirnfläche (5) der GRIN-Linse (3) vorgesehen sind, mit einem ersten zumindest teilweise reflektierenden optischen Element (9), welches in einem axialen Abstand vor der zweiten Stirnfläche (7) der GRIN-Linse (3) angeordnet ist und dessen Flächennormale mit der optischen Achse (A) einen vorbestimmten Winkel alpha¶1¶ einschließt, und mit einem zweiten zumindest teilweise reflektierenden optischen Element (1), welches in einem axialen Abstand von der zweiten Stirnfläche (7) angeordnet und dessen Flächennormale mit der optischen Achse (A) einen vorbestimmten Winkel alpha¶2¶ einschließt, wobei die Flächennormalen des ersten (9) und zweiten (11) optischen Elements einen Winkel ungleich Null einschließen. Die Position des ersten Ausgangs-Ports ist so gewählt, dass das über den wenigstens einen Eingangs-Port in die GRIN-Linse (3) eintretende, diese durchstrahlende und vom ersten optischen Element (9) reflektierte Licht so an der zweiten Stirnfläche (7) in die GRIN-Linse (3) eingekoppelt wird, dass es nach dem Durchstrahlen der GRIN-Linse (3) und dem ...
Description
Die Erfindung betrifft eine optische Koppeleinrichtung, bei welcher das wenigstens
einem Eingangs-Port zugeführte optische Signal auf wenigstens zwei Ausgangs-Ports
aufgeteilt wird, wobei erforderlichenfalls eine wellenlängenabhängige Filterung
und/oder Aufteilung des einen oder beiden Ausgangs-Ports zugeführten Signals erfol
gen kann.
Seit einigen Jahren finden für die Realisierung von optischen Koppeleinrichtungen
Gradienten-Linsen (GRIN-Linsen) Verwendung, wobei die Eingangs-Ports und Aus
gangs-Ports durch die Enden von Lichtwellenleitern, insbesondere Glasfasern, definiert
werden, deren Stirnflächen jeweils an vorbestimmten Positionen an der Stirnseite der
vorzugsweise zwei GRIN-Linsen positioniert sind. Zwischen den beiden GRIN-Linsen
können beispielsweise für den Aufbau eines Wavelength-Division-Multiplexers (WDM)
schmalbandige Filter, beispielsweise Interferenzfilter, positioniert sein. Abhängig von
der exakten Positionierung der Stirnflächen der Lichtwellenleiter relativ zur optischen
Achse der GRIN-Linsen kann beispielsweise erreicht werden, dass das über einen
Lichtwellenleiter zugeführte optische Wellenlängen-Multiplex-Signal aufgeteilt und die
beiden Teilsignale jeweils getrennten Ausgangs-Ports beziehungsweise den diese bil
denden Lichtwellenleiterenden zugeführt werden. Ein derartiger Multiplexer kann in
umgekehrter Weise selbstverständlich auch als Demultiplexer betrieben werden, wenn
den betreffenden "Ausgangs"-Ports jeweils zusammenzuführende optische Signale
zugeführt werden. Diese erscheinen dann kombiniert am "Eingangs"-Port als Wellen
längen-Multiplex-Signal.
Verschiedenste Ausführungsformen eines derartigen integrierbaren faseroptischen
Kopplers sind beispielsweise aus der US 6 023 542 bekannt. Bei diesen Kopplern fin
den jeweils zwei GRIN-Linsen Verwendung, an deren äußeren Stirnseiten die Ein
gangs-Ports beziehungsweise Ausgangs-Ports (die betreffende Eigenschaft als Eingangs-
beziehungsweise Ausgangs-Port ergibt sich abhängig von der Betriebsweise des
Kopplers) durch exakt positionierte Lichtwellenleiterenden gebildet sind. Zwischen den
einander zugekehrten Stirnseiten der GRIN-Linsen können ein oder mehrere optische
Elemente, beispielsweise optische Filter, vorgesehen sein. Das Positionieren der die
Ports definierenden Lichtwellenleiterenden erfolgt durch hülsenartige Elemente, die
Durchbrüche aufweisen, in denen die Lichtwellenleiterenden aufgenommen sind. Die
hülsenartigen Elemente sind zusammen mit jeweils einer GRIN-Linse in jeweils einem
zylindrischen Gehäuse gehalten, wobei die zylindrischen Gehäuse relativ zueinander
positionierbar und fixierbar sind.
Nachteilig bei diesen Ausführungsformen optischer Koppeleinrichtungen kann zum
einen deren Baugröße sein, die sich infolge der Notwendigkeit zweier GRIN-Linsen
ergibt. Des Weiteren kann sich als Nachteil erweisen, dass die Eingangs- beziehungs
weise Ausgangs-Ports an den einander gegenüberliegenden äußeren Stirnflächen der
GRIN-Linsen positioniert sind. Schließlich kann sich beim Aufbau eines sehr schmal
bandigen WDM-Kopplers der Nachteil ergeben, dass zwischen den einander zugekehr
ten Stirnflächen der beiden GRIN-Linsen zwei schmalbandige Bandpassfilter eingesetzt
werden müssen, um eine ausreichende schmalbandige Filterung des transmittierten
Lichts bei einer ausreichenden Dämpfung der zu unterdrückenden Spektralanteile ein
gesetzt werden müssen. Denn schmalbandige Bandpassfilter (in Bezug auf das trans
mittierte Licht) mit hoher Dämpfung für die zu unterdrückenden Spektralanteile sind
nur mit entsprechend hohem Aufwand herstellbar und daher teuer.
Aus der US 5 799 121 ist eine optische Einrichtung bekannt, mit der ebenfalls eine
optische Koppeleinrichtung durch die Verwendung einer beziehungsweise zweier
GRIN-Linsen realisierbar ist. Nach der technischen Lehre dieses US-Patents soll der
Abstand zwischen den Stirnflächen der Lichtwellenleiter, die die Eingangs-Ports bilden,
und der diesen zugewandten Stirnfläche der GRIN-Linse und der Abstand zwischen der
gegenüberliegenden Stirnfläche der GRIN-Linse und einer wenigstens teilweise reflek
tierenden Stirnfläche eines optischen Elements, beispielsweise eines Filters, zumindest
annähernd gleich sein. Eine optische Eigenschaft der zumindest teilweise reflektieren
den Fläche, beispielsweise deren Wellenlängenabhängigkeit, kann von dem Winkel
abhängen, unter dem das Licht auf diese Oberfläche auftrifft. So zeigen beispielsweise
schmalbandige Interferenzfilter eine Abhängigkeit der Mittenwellenlänge vom Auf
treffwinkel des Lichts auf die Oberfläche des Filters. Nach der technischen Lehre der
US 5 799 121 kann diese Abhängigkeit der Mittenwellenlänge eines Filters vom Auf
treffwinkel des einfallenden Lichts auf die Filteroberfläche ausgenutzt werden, um ein
Abstimmen der Mittenwellenlänge dadurch vorzunehmen, dass der radiale Abstand
zweier Lichtwellenleiterenden, die einen Eingangs- beziehungsweise Ausgangs-Port
definieren, von der optischen Achse der GRIN-Linse variiert wird.
Bei den Kopplern gemäß der US 5 799 121 finden ebenfalls zwei GRIN-Linsen Ver
wendung, sobald mehr als zwei Eingangs- und/oder Ausgangs-Ports erforderlich sind.
Insbesondere die WDM-Koppler gemäß den Fig. 2 und 4 bis 6 der US 5 799 121
erfordern zwei beziehungsweise drei GRIN-Linsen, sofern alle Eingangs- und Aus
gangs-Ports durch Lichtwellenleiterenden definiert sind.
Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde,
eine optische Koppeleinrichtung zu schaffen, welche einfach und kostengünstig her
stellbar ist und die eine möglichst geringe Baugröße aufweist. Des Weiteren liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur möglichst einfachen Herstellung
einer derartigen Koppeleinrichtung zu schaffen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bezie
hungsweise 12 und 13.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch die Verwendung eines ersten
und zweiten zumindest teilweise reflektierenden Elements sämtliche Ein- und Aus
gangs-Ports an einer Seite der GRIN-Linse angeordnet werden können. Gegenüber
Koppeleinrichtungen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, kann hierdurch eine
GRIN-Linse eingespart werden. Anstelle einer zweiten GRIN-Linse wird ein zweites
zumindest teilweise reflektierendes optisches Element verwendet, das im einfachsten
Fall als Spiegel ausgebildet sein kann. Durch das Vorsehen unterschiedlicher Winkel,
welche das erste beziehungsweise zweite optische Element mit einer zur optischen
Achse der GRIN-Linse senkrechten Ebene einschließen, bzw. durch einen endlich gro
ßen Winkel, den die Flächennormalen des ersten und zweiten reflektierenden Elements
miteinander einschließen, wird das vom ersten beziehungsweise zweiten optischen
Element (teilweise) reflektierte Licht an unterschiedlichen radialen Positionen der ein
gangsseitigen Stirnfläche der GRIN-Linse ausgekoppelt. Der Abstand dieser beiden
Auskoppelpunkte muss so groß sein, dass die Lichtwellenleiterenden so positioniert
werden können, dass das auf der Stirnseite der GRIN-Linse austretende Licht optimal in
den betreffenden Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.
Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, eine einfach aufgebaute und kostengünstig
herstellbare optische Koppeleinrichtung zu realisieren.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste teilweise reflektierende Ele
ment ein wellenlängenselektives Filter, insbesondere ein für das transmittierte Licht
schmalbandiger Bandpass. Auf diese Weise kann ein WDM-Koppler mit einfachem
Aufbau hergestellt werden.
Das zweite optische Element kann im einfachsten Fall ein im Wesentlichen vollständig
reflektierender Spiegel sein. Selbstverständlich besteht jedoch auch die Möglichkeit,
dass zweite optische Element als wellenlängenselektives Filter auszubilden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Eingangs-Port durch mehre
re Lichtwellenleiterenden gebildet sein. Dabei wird das Licht der mehreren Lichtwel
lenleiter, das am ersten beziehungsweise zweiten optischen Element reflektiert wird, in
den ersten beziehungsweise zweiten Ausgangs-Port eingekoppelt.
In einer anderen Ausführungsform können der erste und/oder der zweite Ausgangs-Port
durch mehrere Lichtwellenleiterenden gebildet sein. Das über den wenigstens einen
Eingangs-Port eingekoppelte Licht wird bei dieser Ausführungsform jeweils in alle
Lichtwellenleiter des betreffenden Ausgangs-Ports eingekoppelt.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, mehrere zweite, zumindest teilweise reflektierende
optische Elemente in axialer Richtung vor und/oder nach dem ersten optischen Element
vorzusehen, wobei jedes zweite optische Element mit dem ersten optischen Element
jeweils einen unterschiedlichen Winkel einschließt. In dieser Ausführungsform sind
mehrere zweite Ausgangs-Ports vorgesehen, wobei die Winkel der zweiten optischen
Elemente und die Positionen der mehreren zweiten Ausgangs-Ports jeweils so gewählt
sind, dass jeweils das von einem der zweiten optischen Elemente reflektierte Licht in
einen der zweiten Ausgangs-Ports eingekoppelt wird. Auf diese Weise kann ein WDM-
Koppler realisiert werden, der mehr als zwei Kanäle multiplext beziehungsweise de
multiplext. Zur Realisierung eines derartigen WDM-Kopplers für n-Kanäle kann zu
mindest ein erstes optisches Element, welches als schmalbandige Bandsperre (für das
transmittierte Licht) wirkt, verwendet werden, so dass an diesem ersten optischen Ele
ment nur das Licht eines Kanals schmalbandig reflektiert wird. In gleicher Weise
können n - 2 zweite optische Elemente vorgesehen werden, die jeweils das Licht eines
anderen Kanals reflektieren und das übrige Licht transmittieren. Das letzte zweite opti
sche Element kann wiederum als breitbandiger Spiegel ausgebildet sein.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass für den Fall, dass das erste optische Ele
ment als wellenlängenselektives Filter ausgebildet ist, das durch dieses Filter transmit
tierte Licht in jedem Fall doppelt gefiltert wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass
die Einfügedämpfung für unerwünschte Spektralanteile verdoppelt wird.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung weisen das erste und/oder zweite
optische Element optische Eigenschaften auf, die vom Auftreffwinkel des einfallenden
Lichts auf die Oberfläche des betreffenden optischen Elements abhängen. Beispielsweise
ist dies bei optischen Interferenzfiltern der Fall. Hier ist die Mittenwellenlänge der
Bandpass- beziehungsweise Bandsperrencharakteristik des Interferenzfilters abhängig
vom Auftreffwinkel des einfallenden Lichts.
Es kann daher die aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit genutzt werden, die
radiale Position des wenigstens einen Eingangs-Ports (beziehungsweise dessen Abstand
von der optischen Achse der GRIN-Linse) zu verändern, wodurch sich der Winkel des
aus der GRIN-Linse austretenden Lichts ändert. Hierzu wird die GRIN-Linse (wie vor
zugsweise auch bei anderen Ausführungsformen der Erfindung) so gewählt, dass das
über den wenigsten einen Eingangs-Port eingekoppelte Licht an der ausgangsseitigen
Stirnfläche der GRIN-Linse als kollimiertes Licht austritt. Hierzu kann die GRIN-Linse
als 0,25-Pitch GRIN-Linse ausgebildet sein. Da es häufig nicht möglich oder nicht
erwünscht ist, die Stirnflächen von Lichtwellenleitern, die einen Eingangs- oder Aus
gangs-Port bilden, unmittelbar vor der eingangsseitigen Stirnfläche der GRIN-Linse zu
positionieren, wird in der Praxis an Stelle einer 0,25-Pitch GRIN-Linse häufig eine
0,23-Pitch GRIN-Linse verwendet und ein entsprechender Abstand zwischen den Stirn
flächen der Lichtwellenleiterenden und der eingangsseitigen Stirnfläche der GRIN-
Linse eingehalten.
Da bei einer erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung, die als WDM-Koppler ausgebildet
ist, das als Bandpassfilter ausgebildete erste optische Element vom transmittierten
Lichtanteil zweifach durchstrahlt wird, besteht bei einer Abhängigkeit der Mittenwel
lenlänge des ersten optischen Elements vom Auftreffwinkel auch die Möglichkeit, den
Winkel, den das erste und das zweite optische Element miteinander einschließen bezie
hungsweise die Winkel, die die beiden optischen Elemente mit einer zur optischen
Achse der GRIN-Linse senkrechten Ebene einschließen, so zu wählen, dass das über
den wenigstens einen Eingangs-Port in die GRIN-Linse eintretende und diese durch
strahlende Licht unter einem anderen Winkel auf das erste optische Element auftrifft als
das durch das erste optische Element transmittierte und vom zweiten optischen Element
in Richtung auf das erste optische Element reflektierte Licht, wobei die Winkel so gewählt
sind, dass sich für das zweifach transmittierte Licht eine effektive Filterbandbreite
ergibt, die kleiner ist als die sich bei nur einmaliger Transmission durch das erste opti
sche Element ergebene Bandbreite. Bei der Wahl der Winkel der optischen Elemente ist
selbstverständlich auch der Winkel zu berücksichtigen, unter dem das Licht aus der
GRIN-Linse in Richtung auf das erste optische Element austritt (und damit auch die
radiale Position des Eingangs-Ports).
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung ein
Winkel, den zwei optische Elemente untereinander oder mit einer zur optischen Achse
der GRIN-Linse senkrechten Ebene einschließen, definiert ist durch den Winkel der
beiden Flächennormalen. Verschiedene Winkel sind bereits dann gegeben, wenn zwar
der Betrag der zu vergleichenden Winkel derselbe ist, die von den beiden Flächennor
malen jeweils aufgespannten Ebenen jedoch nicht identisch beziehungsweise parallel
sind. Im Fall des ersten oder zweiten zumindest teilweise reflektierenden Elements
ergibt sich die Flächennormale als Normale auf die in der Regel ebenen reflektierenden
Oberflächen. Die reflektierenden Elemente können jedoch auch gekrümmte Oberflä
chen aufweisen, um entsprechende optische Abbildungseigenschaften zu erzielen. In
diesem Fall wird als Flächennormale im Sinne der vorliegenden Erfindung die Normale
auf die Oberfläche des betreffenden Elements in dessen optischer Achse bezeichnet,
also der Richtungsvektor der optischen Achse.
Bei der Verwendung eines ersten und/oder zweiten optischen Elements mit einer
winkelabhängigen optischen Eigenschaft besteht die Möglichkeit, eine Koppeleinrich
tung nach der Erfindung auf einfache Weise dadurch herzustellen, dass der wenigstens
eine Eingangs-Port durch mehrere Lichtwellenleiterenden gebildet wird. Bei einer vor
gegebenen winkelabhängigen optischen Eigenschaft und einem vorgegebenen Winkel
des ersten oder zweiten optischen Elements kann dann dasjenige Lichtwellenleiterende
für das Einkoppeln des Lichts ausgewählt und verwendet werden, dessen radialer Ab
stand von der Achse der GRIN-Linse einen Auftreffwinkel des aus der GRIN-Linse
austretenden Lichts auf das erste beziehungsweise zweite optische Element erzeugt, bei
dem die winkelabhängige Eigenschaft des ersten beziehungsweise zweiten optischen
Elements einen Wert oder ein Verhalten zeigt, das einem vorgegebenen Sollwert bezie
hungsweise einem vorgegebenen Soll-Verhalten am nächsten kommt.
Zur Auswahl des günstigsten der mehreren Lichtwellenleiterenden kann jeweils ein
relativ breitbandiges Sendespektrum in jeweils einen Lichtwellenleiter des Eingangs-
Ports eingekoppelt werden und das am ersten und/oder zweiten Ausgangs-Port ausge
koppelte Spektrum detektiert werden. Bei den unterschiedlichen radialen Positionen der
den Eingangs-Port bildenden Lichtwellenleitern wird sich beispielsweise bei einem
schmalbandigen Interferenzfilter als erstes optisches Element jeweils ein Ausgangs
spektrum mit einer unterschiedlichen Mittenwellenlänge beziehungsweise ein breitban
diges Ausgangsspektrum, bei dem der unterdrückte Anteil fehlt, ergeben. Es kann dann
derjenige Lichtwellenleiter ausgewählt werden, bei dem der schmalbandige Interferenz
filter die gewünschte Mittenwellenlänge zeigt. Die nach der getroffenen Auswahl nicht
benötigten Lichtwellenleiterenden können gekappt werden. Auf diese Weise ist es
möglich, Filter mit einer größeren Toleranz hinsichtlich der Mittenwellenlänge einzu
setzen, ohne dass ein aufwändiges Justieren eines einzigen Lichtwellenleiterendes, das
den Eingangs-Port bildet, erforderlich ist.
Nach einer anderen Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Koppel
einrichtung nach der Erfindung kann der erste Ausgangs-Port durch mehrere Lichtwel
lenleiterenden gebildet sein. Bei einer vorgegebenen Winkelabhängigkeit einer opti
schen Eigenschaft des ersten optischen Elements kann dann der Winkel, den das erste
optische Element mit der Stirnfläche der GRIN-Linse einschließt, um eine oder zwei
Achsen so justiert werden, dass jeweils an einem der Lichtwellenleiterenden eine ma
ximale Intensität detektiert wird. Das in dem betreffenden Lichtwellenleiter des ersten
Ausgangs-Ports geführte Licht wird dann hinsichtlich der betreffenden optischen Eigen
schaft untersucht. Nach dem Durchführen dieses Verfahrens für mehrere oder sämtliche
Lichtwellenleiter des ersten Ausgangs-Ports wird dann dasjenige Lichtwellenleiterende
ausgewählt, dessen radiale Position mit einem Auftreffwinkel des justierten ersten optischen
Elements korrespondiert, bei dem die winkelabhängige, optische Eigenschaft des
ersten optischen Elements einen Wert annimmt oder einen Verlauf zeigt, der einem
vorgegebenen Sollwert oder einem vorgegebenen Soll-Verlauf am Nächsten kommt.
Zur Herstellung eines WDM-Kopplers kann also beispielsweise in den Eingangs-Port
ein breitbandiges Spektrum (im Extremfall weißes Licht) eingekoppelt werden und
dann der Winkel des ersten optischen Elements jeweils so justiert werden, dass in je
weils einem Lichtwellenleiterende eine maximale eingekoppelte Leistung detektiert
wird. Anschließend kann jeweils das Spektrum der ausgekoppelten Leistung vermessen
werden. Wird dieses Verfahren mit mehreren oder allen Lichtwellenleiterenden des
ersten Ausgangs-Ports durchgeführt, so kann dasjenige Lichtwellenleiterende ausge
wählt werden, bei dem das erste optische Element dem gewünschten Filterverhalten
(beispielsweise der gewünschten Mittenwellenlänge) am Nächsten kommt. Die nicht
benötigten Lichtwellenleiterenden können dann gekappt werden.
Selbstverständlich kann dieses Verfahren auch mit dem zweiten Ausgangs-Port und
dem Winkel des zweiten optischen Elements in analoger Weise durchgeführt werden.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbei
spiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer optischen Koppeleinrichtung mit einem
senkrechten ersten optischen Element und einem verkippten zweiten opti
schen Element;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Koppeleinrichtung nach der Erfindung
mit einem verkippten ersten optischen Element und einem senkrechten
zweiten optischen Element; und
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer Koppeleinrichtung nach der Erfindung
mit einem verkippten ersten optischen Element und einem verkippten zwei
ten optischen Element.
Die in Fig. 1 dargestellte Koppeleinrichtung 1 umfasst eine GRIN-Linse 3 mit einer
ersten Stirnfläche 5 und einer zweiten Stirnfläche 7 sowie ein erstes optisches Element 9
und ein zweites optisches Element 11, die jeweils mit einem axialen Abstand zur zwei
ten Stirnfläche 7 der GRIN-Linse 3, vorzugsweise in deren optischer Achse A, ange
ordnet sind.
Vor der ersten Stirnfläche 5 der GRIN-Linse 3 ist ein Lichtwellenleiter 13 vorgesehen,
dessen Stirnfläche in einem Abstand d von der ersten Stirnfläche 5 einen Eingangs-Port
15 definiert.
Das im Lichtwellenleiter 13 in Richtung auf die GRIN-Linse 3 geführte Licht tritt an
der Stirnfläche 15 aus und wird in die GRIN-Linse 3 eingekoppelt. Die Stirnfläche 15
des Lichtwellenleiterendes 13 ist so im Abstand d vor der Stirnfläche 5 der GRIN-Linse
3 angeordnet, dass sie sich zumindest annähernd in der Brennebene der GRIN-Linse 3
befindet.
Wird eine 0,25-Pitch GRIN-Linse 3 verwendet, so müsste der Abstand d zu Null ge
wählt werden, damit sich die Stirnfläche 15 des Lichtwellenleiterendes 13 in der Bren
nebene befindet. Da in der Praxis ein Abstand d = 0 häufig nur sehr schwer zu realisie
ren ist, kann eine 0,23-Pitch GRIN-Linse 3 verwendet werden. Damit besteht die Mög
lichkeit die Stirnfläche 15 des Lichtwellenleiterendes 13 exakt in der Brennebene zu
justieren.
Die GRIN-Linse 3 ist, wie vorstehend ausgeführt, vorzugsweise so gewählt (0,25-Pitch
beziehungsweise 0,23-Pitch GRIN-Linse), dass an der zweiten Stirnfläche 7 der GRIN-
Linse 3 das Licht zumindest annähernd kollimiert austritt.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten optischen Element, das senkrecht zur optischen
Achse A ausgerichtet (und im Wesentlichen eben ausgebildet) ist, wird infolge der
teilweise reflektierenden Eigenschaft des ersten optischen Elements 9 ein Teil des auf
die Oberfläche des optischen Elements 9 auftreffenden Lichts reflektiert. Dieses Licht
wird wieder über die zweite Stirnfläche 7 der GRIN-Linse 3 in diese eingekoppelt und
in einem Punkt der Brennebene fokussiert, der auf dem verlängerten Lot des Mittel
punkts der Stirnfläche 15 des Lichtwellenleiterendes 13 auf die optische Achse im sel
ben Abstand h liegt. An dieser Position ist die Stirnfläche 17 eines weiteren Lichtwel
lenleiterendes 19 positioniert, so dass das vom ersten optischen Element 9 reflektierte
Licht in den Lichtwellenleiter 19 eingekoppelt wird. Die Stirnfläche 17 des Lichtwel
lenleiters 19 definiert somit einen ersten Ausgangs-Port der Koppeleinrichtung 1.
Das durch das erste optische Element 9 transmittierte Licht trifft auf das zweite optische
Element 11. Dieses kann beispielsweise als im Wesentlichen vollständig reflektierender
Spiegel ausgebildet sein, so dass das gesamte einfallende Licht reflektiert wird.
Das am zweiten optischen Element 11 reflektierte Licht tritt erneut durch das erste
optische Element 9 hindurch, wobei der Winkel, unter dem dieses (kollimierte) Licht
auf die zweite Stirnfläche 7 der GRIN-Linse auftrifft, ein anderer ist, als der Winkel,
unter dem das vom ersten optischen Element 9 reflektierte Licht auf die zweite Stirnflä
che 7 der GRIN-Linse 3 auftrifft. Aus diesem Grund wird das vom zweiten optischen
Element 11 reflektierte Licht von der GRIN-Linse 3 in einem Punkt der Brennebene vor
beziehungsweise auf der Stirnfläche der GRIN-Linse 3 fokussiert, der sich an einer
anderen Position befindet, als derjenige, in dem das vom ersten optischen Element 9
reflektierte Licht fokussiert wird (d. h. der Mittelpunkt der Stirnfläche 17 des Lichtwel
lenleiters 19).
Der Winkel α2, um den das zweite optische Element 11 gegen die senkrechte auf die
optische Achse A verkippt ist, korrespondiert daher mit dem Winkel, unter dem das
Licht auf das optische Element 11 auftrifft. Dieser wiederum korrespondiert mit dem
radialen Abstand h des den Eingangs-Port definierenden Lichtwellenleiters 13 von der
optischen Achse A.
An dem Punkt, an dem das vom zweiten optischen Element 11 reflektierte Licht vor
beziehungsweise auf der Stirnfläche 5 der GRIN-Linse 3 fokussiert wird, ist wiederum
der Mittelpunkt einer Stirnfläche 21 eines weiteren Lichtwellenleiters 23 positioniert,
wobei die Stirnfläche 21 des Lichtwellenleiters 23 einen zweiten Ausgangs-Port defi
niert.
Die in Fig. 1 dargestellte Koppeleinrichtung 1 weist somit sämtliche Eingangs- und
Ausgangs-Ports auf derselben Seite der GRIN-Linse 3 auf. Für den Aufbau dieser Kop
peleinrichtung ist lediglich eine einzige GRIN-Linse 3 erforderlich.
Wird als erstes optisches Element 9 ein schmalbandiges Filter eingesetzt, beispielsweise
ein in Bezug auf das transmittierte Licht schmalbandiges Bandpassfilter, so kann auf
diese Weise ein WDM-Koppler aufgebaut werden. Wird dem Lichtwellenleiter 13 ein
Wellenlängen-Multiplex-Signal mit den Mittenwellenlängen λ1 bis λn zugeführt, und
wird als erstes optisches Element 9 ein in Bezug auf das transmittierte Licht schmalban
diges Filter der Mittenwellenlänge λi verwendet, so wird in den ersten Ausgangs-Port
beziehungsweise den Lichtwellenleiter 19 ein erstes Teilsignal eingekoppelt, welches
sämtliche Spektralanteile des eingekoppelten Wellenlängen-Multiplex-Signals bis auf
den Anteil bei der Mittenwellenlänge λi umfasst.
In den zweiten Ausgangs-Port, der durch den Lichtwellenleiter 23 gebildet ist, wird ein
zweites Teilsignal ausgekoppelt, welches die Spektralanteile bei der Mittenwellenlänge
λi umfasst. Voraussetzung hierfür ist selbstverständlich, dass die Mittenwellenlänge λi
des Bandpassfilters 9 so gewählt ist, dass alle erforderlichen Spektralanteile des Multi
plex-Kanals mit der Mittenwellenlänge λi das Filter 9 transmittieren.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, werden die Anteile des Eingangssignals bei der Mittenwel
lenlänge λi durch das Bandpassfilter 9 doppelt gefiltert, da auch das vom zweiten opti
schen Element 11 reflektierte Licht nochmals durch das erste optische Element 9 hin
durch tritt. Für die außerhalb der Filterbandbreite befindlichen, zu unterdrückenden
Spektralanteile ergibt sich daher in etwa die doppelte Filterdämpfung im Sperrbereich
des Filters 9.
Übliche wellenlängenselektive Filter, insbesondere schmalbandige Interferenzfilter
zeigen eine Abhängigkeit der Filtercharakteristik, insbesondere der Mittenwellenlänge
vom Auftreffwinkel des auf die Filteroberfläche einfallenden Lichts. Da im Fall der
vorliegenden Erfindung das erste und zweite optische Element 9, 11 zwingend einen
Winkel α1,2 ≠ 0 einschließen müssen, um das Fokussieren der jeweils reflektierten
Anteile an unterschiedlichen Punkten in der Brennebene vor der GRIN-Linse 3 zu ge
währleisten, unterscheiden sich der Winkel des auf das erste optische Element 9 aus
Richtung der GRIN-Linse 3 auftreffenden Lichts und der Winkel, unter dem das vom
zweiten optischen Element 11 reflektierte Licht auf das erste optische Element auftrifft
und durch dieses hindurchtritt. Infolge dessen zeigt das erste optische Element für das
erstgenannte Licht eine andere Charakteristik (beispielsweise eine andere Mittenwel
lenlänge) als für das zweitgenannte, vom optischen Element 11 reflektierte Licht. Im
Fall eines durch das optische Element 9 gebildeten schmalbandigen Bandpassfilters
wird das Licht somit jeweils mit einer Filtercharakteristik mit einer geringfügig ver
schobenen Mittenwellenlänge beaufschlagt. Dieser Effekt kann bei den Koppeleinrich
tungen nach der Erfindung bewusst dazu genutzt werden, um die effektive Bandbreite
eines Bandpassfilters 9 zu reduzieren. Hierzu kann beispielsweise der Winkel α2, den
das zweite optische Element 11 mit einer Ebene senkrecht zur optischen Achse A ein
schließt entsprechend variiert werden, bis sich die gewünschte effektive Filterbandbreite
ergibt. In diesem Fall muss selbstverständlich die Position des Lichtwellenleiters 23
nachjustiert werden, um eine minimale Einfügedämpfung zu gewährleisten.
In gleicher Weise kann der Winkel des auf das erste optische Element auftreffenden
Lichts durch die Wahl des radialen Abstands h des Mittelpunkts der Stirnfläche 15 des
Lichtwellenleiters 13 von der optischen Achse A beeinflusst werden. Es kann somit
sowohl die Mittenwellenlänge eines als Bandpass ausgebildeten ersten optischen Ele
ment als auch dessen effektiven Filterbandbreite beeinflusst werden.
Die in Fig. 2 dargestellte Koppeleinrichtung 1 unterscheidet sich von der Ausführungs
form gemäß Fig. 1 lediglich dadurch, dass nunmehr das erste optische Element 9 einen
Winkel α1 mit der zur optischen Achse A senkrechten Ebene einschließt. Das zweite
optische Element 11 ist bei dieser Ausführungsform senkrecht zur optischen Achse A
ausgerichtet. Hierdurch ergibt sich gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 im
Wesentlichen ein Vertauschen der Positionen des ersten und zweiten Ausgangs-Ports,
die durch die Lichtwellenleiter 19 beziehungsweise 23 gebildet sind. Im übrigen zeigt
diese Ausführungsform bei gleicher Ausbildung der optischen Elemente 9 beziehungs
weise 11 im Wesentlichen dasselbe Verhalten.
Weist das erste optische Element 9 eine vom Auftreffwinkel des einfallenden Lichts auf
die Oberfläche abhängige optische Eigenschaft auf, so kann durch ein Justieren des
Winkels α1 die gewünschte Charakteristik in gewissen Grenzen eingestellt werden.
Betrachtet man wiederum den Fall eines WDM-Kopplers, bei dem das erste optische
Element 9 als schmalbandiges Bandpassfilter ausgebildet ist, so läßt sich durch ein
Justieren des Winkels α1 die Mittenwellenlänge λi des Bandpassfilters einstellen. Dies
führt selbstverständlich wiederum zu unterschiedlichen Positionen, an denen der Licht
wellenleiter 19, der den ersten Ausgangs-Port bildet, positioniert werden muss, um
einen optimalen Koppelwirkungsgrad zu ermöglichen.
Zur Herstellung eines derartigen WDM-Kopplers können auch von vornherein mehrere
Lichtwellenleiter 19 vor der Stirnfläche 5 der GRIN-Linse 3 positioniert werden. Werden
die mehreren Lichtwellenleiter 19 eng benachbart, so ergibt sich für jeden Licht
wellenleiter 19 ein geringfügig anderer Winkel α1, bei dem eine optimale Einkopplung
des vom ersten optischen Elements 9 reflektierten Lichts gewährleistet ist. Für jeden der
Lichtwellenleiter 19 ergibt sich somit bei gegebener Winkelabhängigkeit der optischen
Eigenschaft des ersten optischen Elements 9 ein entsprechender Wert beziehungsweise
ein entsprechender Verlauf für diese optische Eigenschaft. Bei der Herstellung einer
derartigen Koppeleinrichtung ist es daher möglich, die Position der mehreren Lichtwel
lenleiter 19 von vornherein festzulegen und denjenigen Lichtwellenleiter 19 auszuwäh
len, der mit demjenigen Winkel α1 des optischen Elements 9 korrespondiert, bei dem
der Wert der optischen Eigenschaft oder der Verlauf der optischen Eigenschaft des
optischen Elements 9 einem vorgegebenen Sollwert oder einem vorgegebenen Sollver
lauf am Nächsten kommt.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform einer Koppeleinrichtung 1 zeigt, dass so
wohl das erste optische Element 9 als auch das zweite optische Element 11 einen Win
kel α1 beziehungsweise α2 mit einer zur optischen Achse A senkrechten Ebene ein
schließen können. Dabei ist es nicht erforderlich, dass, wie in Fig. 3 als Spezialfall
dargestellt, die Flächennormalen auf die (ebenen) optischen Elemente 9 beziehungswei
se 11 in der Zeichenebene liegen. Durch das Verkippen beider optischer Elemente 9, 11
können die Lichtwellenleiter 13, 19 und 23, die den Eingangs-Port beziehungsweise den
ersten und zweiten Ausgangs-Port definieren, an beliebigen radialen Positionen vor der
Stirnfläche 5 der GRIN-Linse 3 positioniert werden. Weist das erste oder das zweite
optische Element 9 beziehungsweise 11 wiederum eine vom Auftreffwinkel abhängige
optische Eigenschaft auf, insbesondere eine winkelabhängige Mittenwellenlänge eines
Bandpassfilters, so kann durch die geeignete Wahl der Winkel α1, α2 und auch der
radialen Position des den Eingangs-Port bildenden Lichtwellenleiters 13 der Wert der
optischen Eigenschaft beziehungsweise der Verlauf der optischen Eigenschaft beein
flusst werden, so dass sich an den beiden Ausgangs-Ports der gewünschte Wert bezie
hungsweise der gewünschte Verlauf der optischen Eigenschaft zeigt.
Es sei darauf hingewiesen, dass sich einzelne Merkmale, die vorstehend in Bezug auf
die unterschiedlichen Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 3 beschrieben sind, so
weit sinnvoll, selbstverständlich auch zu weiteren Ausführungsformen kombinieren
lassen.
Claims (11)
1. Optische Koppeleinrichtung
- a) mit einer GRIN-Linse (3) mit einer ersten Stirnfläche (5) und einer zweiten Stirnfläche (7) sowie einer optischen Achse (A),
- b) mit wenigstens einem Eingangs-Port, welcher an einer ersten Position vor oder auf der ersten Stirnfläche (5) der GRIN-Linse (3) vorgesehen ist,
- c) mit einem ersten und zweiten Ausgangs-Port, welche jeweils an einer zwei ten und dritten Position vor oder auf der ersten Stirnfläche (5) der GRIN- Linse (3) vorgesehen sind,
- d) mit einem ersten zumindest teilweise reflektierenden optischen Element (9), welches in einem axialen Abstand vor der zweiten Stirnfläche (7) der GRIN-Linse (3) angeordnet ist und dessen Flächennormale mit der opti schen Achse (A) einen vorbestimmten Winkel α1 einschließt, und
- e) mit einem zweiten zumindest teilweise reflektierenden optischen Element (11), welches in einem axialen Abstand von der zweiten Stirnfläche (7) an geordnet und dessen Flächennormale mit der optischen Achse (A) senk rechten Ebene einen vorbestimmten Winkel α2 einschließt,
- f) wobei die Flächennormalen des ersten (9) und zweiten (11) optische Ele ment einen Winkel ungleich Null einschließen,
- g) wobei die Position des ersten Ausgangs-Ports so gewählt ist, dass das über den wenigstens einen Eingangs-Port in die GRIN-Linse (3) eintretende, die se durchstrahlende und vom ersten optischen Element (9) reflektierte Licht so an der zweiten Stirnfläche (7) in die GRIN-Linse (3) eingekoppelt wird, dass es nach dem Durchstrahlen der GRIN-Linse (3) und dem Austreten an deren erster Stirnfläche in den ersten Ausgangs-Port eingekoppelt wird, und
- h) wobei die Position des zweiten Ausgangs-Ports so gewählt ist, dass das durch das erste optische Element (9) transmittierte Licht und vom zweiten optischen Element (11) reflektierte und durch das erste optische Element (9) transmittierte Licht so an der zweiten Stirnfläche (7) in die GRIN-Linse (3) eingekoppelt wird, dass es nach dem Durchstrahlen der GRIN-Linse (3) und dem Austreten an deren erster Stirnfläche in den zweiten Ausgangs-Port eingekoppelt wird.
2. Koppeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenig
stens eine Eingangs-Port und/oder der erste und/oder der zweite Ausgangsport
durch Enden jeweils eines Lichtwellenleiters (13, 19, 23) gebildet sind.
3. Koppeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
erste teilweise reflektierende Element (9) ein wellenlängenselektives Filter, insbe
sondere für das transmittierte Licht schmalbandiges Filter ist.
4. Koppeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass das zweite optische Element (11) ein vollständig reflektierender
Spiegel ist.
5. Koppeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass der wenigstens eine Eingangs-Port durch die Enden mehrerer
Lichtwellenleiter (13) gebildet ist, wobei das Licht der mehreren Lichtwellenleiter
jeweils in den ersten und/oder zweiten Ausgangs-Port eingekoppelt wird.
6. Koppeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass der erste und/oder der zweite Ausgangs-Port durch die Enden meh
rerer Lichtwellenleiter (19, 23) gebildet wird, wobei das über den wenigstens ei
nen Eingangs-Port eingekoppelte Licht jeweils in alle Lichtwellenleiter (19, 23)
des jeweiligen Ausgangs-Ports eingekoppelt wird.
7. Koppeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass mehrere zweite zumindest teilweise reflektierende optische Ele
mente (11) in axialer Richtung vor und/oder nach dem ersten optischen Element
(9) vorgesehen sind, wobei jedes zweite optische Element (11) mit dem ersten
optischen Element (9) jeweils einen unterschiedlichen Winkel einschließt, und
dass mehrere zweite Ausgangs-Ports vorgesehen sind, wobei die Winkel der
zweiten optischen Elemente und die Positionen der mehreren zweiten Ausgangs-
Ports jeweils so gewählt sind, dass jeweils das von einem der zweiten optischen
Elemente reflektierte Licht in einen der zweiten Ausgangs-Ports eingekoppelt
wird.
8. Koppeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass das erste (9) und/oder zweite (11) optische Element optische Ei
genschaften aufweisen, die vom Auftreffwinkel des einfallenden Lichts abhängen.
9. Koppeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste
optische Element (9) als Bandpassfilter ausgebildet ist und das erste und zweite
optische Element miteinander einen vorbestimmten Winkel α12 ≠ 0 einschließen
der so gewählt ist, dass das über den wenigstens einen Eingangs-Port in die
GRIN-Linse (3) eintretende und diese durchstrahlende Licht unter einem anderen
Winkel auf das erste optische Element (9) auftrifft als das durch das erste optische
Element transmittierte und vom zweiten optischen Element (11) in Richtung auf
das erste optische Element (9) reflektierte Licht, wobei der Winkel α12 ≠ 0 und die
Winkel α1 und α2 so gewählt sind, dass sich für das zweifach transmittierte Licht
eine effektive Filterbandbreite ergibt, die kleiner ist als die sich bei nur einmaliger
Transmission durch das optische Element (9) ergebende Bandbreite.
10. Verfahren zur Herstellung einer Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 8
oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Eingangs-Port durch
die Enden mehrerer Lichtwellenleiter (13) gebildet wird und dass abhängig von
einer gegebenen winkelabhängigen optischen Eigenschaft und einem vorgegebe
nen Winkel α1 oder α2 des ersten (9) oder zweiten (11) optischen Elements derje
nige Lichtwellenleiter (13) für das Einkoppeln des Lichts ausgewählt und ver
wendet wird, dessen radialer Abstand von der optischen Achse (A) der GRIN-
Linse (3) einen Auftreffwinkel des aus der GRIN-Linse (3) austretenden Lichts
auf das erste optische Element (9) erzeugt.
11. Verfahren zur Herstellung einer Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 8
oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ausgangs-Port durch die Enden
mehrerer Lichtwellenleiter (19) gebildet wird und dass abhängig von der winkel
abhängigen optischen Eigenschaft des ersten optischen Elements (9) dessen Win
kel α1 um eine oder zwei Achsen so justiert wird, dass jeweils an einem der
Lichtwellenleiter eine maximale Intensität detektiert wird und dass derjenige
Lichtwellenleiter für das Auskoppeln des Lichts ausgewählt und verwendet wird,
dessen radiale Position mit einem Winkel α1 des ersten optischen Elements (9)
korrespondiert, bei dem die winkelabhängige optische Eigenschaft des ersten (9)
oder zweiten (11) optischen Elements einen Wert annimmt oder einen Verlauf
zeigt, der einem vorgegebenen Sollwert oder einem vorgegebenen Sollverlauf am
nächsten kommt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001101264 DE10101264A1 (de) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | Optische Koppeleinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
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DE2001101264 DE10101264A1 (de) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | Optische Koppeleinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung |
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DE2001101264 Ceased DE10101264A1 (de) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | Optische Koppeleinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung |
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