DE10101264A1 - Optische Koppeleinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Optische Koppeleinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

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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.
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