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Die
Erfindung bezieht sich auf ein optisches Filter und genauer gesagt
auf ein optisches Filter, das optische Wellenlängenmultiplexsignale teilt
oder kombiniert.
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Ein
optisches Filter, das optische Signale entsprechend Wellenlängen teilt
oder kombiniert, ist in einem optischen Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssystem
eine entscheidende Vorrichtung. Insbesondere kann ein Verschachtler,
der jedes zweite einer Vielzahl von optischen Signalen, die um optische
Frequenzintervalle von Δf
voneinander entfernt sind, entnehmen oder einfügen kann, mit einem geordneten
Wellenlängengitter
oder einem dielektrischen optischen Mehrschichtfilter kombiniert
werden, um auf einfache und wirtschaftliche Weise ein optisches
Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssystem
hoher Dichte bereitzustellen.
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Herkömmliche
Verschachtler sind in einer Gittertypkonfiguration implementiert,
die eine große Anzahl
von miteinander verbundenen Mach-Zehnder-Interferometern aufweist. Ein derartiger
Verschachtler ist zum Beispiel beschrieben in Oguma u.a., "Flatpassband interleave
filter with 200GHz channel spacing based on planar lightwave circuit-type
lattice structure",
Electronics Letters, Bd. 36, Nr. 15, Seiten 1299 bis 1300.
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1 zeigt
die Konfiguration eines herkömmlichen
Verschachtlers. Der Verschachtler besteht aus einem Substrat 100 und
den folgenden Komponenten, die auf dem Substrat 100 ausgebildet sind
und in der folgenden Reihenfolge miteinander verbunden sind: Eingangslichtwellenleitern 101a und 101b,
einem ersten Optokoppler 102, einem Mach-Zehnder-Interferometer,
das aus einem Paar von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 103a und 103b mit
einer optischen Pfaddifferenz 2Δτ besteht,
einem zweiten Optokoppler 104, einem Paar von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 105a und 105b mit
einer optischen Pfaddifferenz Δτ, einem dritten
Optokoppler 106 und Ausgangslichtwellenleitern 107a und 107b.
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Das
Teilungsverhältnis
der drei Optokoppler, die den Verschachtler bilden, ist derart eingerichtet, dass
der erste Optokoppler 10% aufweist, der zweite Optokoppler 70% aufweist
und der dritte Optokoppler 50% aufweist. Ferner ist die optische
Pfaddifferenz Δτ auf 10 ps
eingestellt, so dass der freie Spektralbereich (Periode auf einer
Achse optischer Frequenz) von Übertragungseigenschaften
100 GHz beträgt.
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2 zeigt
die Übertragungseigenschaften des
Verschachtlers. Diese Übertragungseigenschaften
werden an einem ersten und einem zweiten Ausgangswellenleiter beobachtet,
wenn ein optisches Signal in einen ersten Eingangswellenleiter eingegeben
wird. Beide Lichtdurchlässigkeiten
von dem ersten Eingangswellenleiter zu dem ersten und dem zweiten
Ausgangswellenleiter haben Sperrbereiche, in denen das optische
Signal unterbunden wird, und Durchlassbereiche, in denen die optischen
Signale auf abwechselnde Art und Weise durchlaufen können. Kann
Licht mit einer Frequenz zu dem ersten Wellenleiter kommen (der
Durchlassbereich), kann das Licht ferner nicht zu dem zweiten Welleleiter kommen
(der Sperrbereich), und umgekehrt.
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Wie
gemäß 3 gezeigt
kann ein optischer Multi-/Demultiplexer mit 50 GHz-Kanalabstand
durch Kombination des Verschachtlers 110 mit optischen Multi-/Demultiplexern 111 und 112 mit
100 GHz-Kanalabstand implementiert werden. Im Allgemeinen ist es
schwieriger, einen optischen Multi-/Demultiplexer mit einem schmaleren
Kanalabstand herzustellen. Ein optischer Multi-/Demultiplexer mit
einem im Wesentlichen schmalen Kanalabstand kann jedoch durch Verwendung
eines optischen Multi-/Demultiplexers mit einem relativ breiten
Kanalabstand, der einfach hergestellt werden kann, und dem Verschachtler 110 bereitgestellt
werden. Um eine Verschlechterung der Übertragungseigenschaften eines optischen
Multi-/Demultiplexers mit einem schmalen Kanalabstand zu vermeiden,
müssen
die Übertragungseigenschaften
des Verschachtlers derart sein, dass die Transmittanz bzw. der Durchlässigkeitsgrad für einen
Durchlassbereich über
ein relativ breites Intervall von optischen Frequenzen nahe 1 ist
und die Transmittanz bzw. der Durchlässigkeitsgrad für einen Sperrbereich über ein
relativ breites Intervall von optischen Frequenzen nahe 0 ist.
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Der
herkömmliche
Verschachtler hat jedoch die folgenden Probleme: Erstens hat der
herkömmliche
Verschachtler nur zwei Ausgänge,
aber mehr als zwei Parameter, die einzustellen sind. Dementsprechend
ist eine Anpassung der Parameter sehr kompliziert. Bei dem gemäß 1 gezeigten
Beispiel muss ein Kopplerteilungsverhältnis für drei Stellen eingestellt
werden und muss eine Phase für
zwei Stellen eingestellt werden. Folglich müssen insgesamt fünf Parameter
eingestellt werden.
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Zweitens
hat der herkömmliche
Verschachtler in Reihe angeordnete Verzögerungsleitungen, so dass,
wenn Halbwellenplättchen
verwendet werden, um eine Doppelbrechung in den Lichtwellenleitern
zu kompensieren, in jede Stufe ein Halbwellenplättchen eingefügt werden
muss. Als Folge hiervon erhöhen sich Überschussverluste.
Um die Abhängigkeit
der Lichtwellenleiter von der Temperatur zu kompensieren, muss ferner
in jede Stufe ein (hierin nachstehend als "Temperaturkompensationsmaterial" bezeichnetes) Material
eingefügt
werden, dessen Brechungsindexänderung
bei einer Temperatur ein entgegengesetztes Vorzeichen zu demjenigen
der Lichtwellenleiter hat. Als Folge hiervon erhöhen sich Überschussverluste.
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Drittens
hat der herkömmliche
Verschachtler nichtlineare Phaseneigenschaften, anstatt die flachen
Eigenschaften von Durchlassbereichen unter Verwendung einer geringeren
Anzahl von Stufen zu realisieren. Als Folge hiervon weisen die Durchlassbereiche
eine chromatische Dispersion bzw. Streuung auf. Eine derartige chromatische
Dispersion bzw. Streuung kann bewirken, dass sich die Signalqualität verschlechtert,
wenn Verschachtler in einem optischen Hochgeschwindigkeits-Langstrecken-Übertragungssystem
verwendet werden.
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Es
ist ein Anliegen der Erfinder, ein optisches Filter bereitzustellen,
das ermöglicht,
dass Parameter einfach angepasst werden, was ermöglicht, dass Doppelbrechung
und Temperaturabhängigkeit
einfach kompensiert werden, und das im Wesentlichen frei von Dispersion
bzw. Streuung ist.
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Das
hierin nachstehend betrachtete optische Filter ist ein optisches
Filter des Typs, wie er offenbart ist in einem Artikel mit dem Titel "Coherent Optical Transversal
Filter Using Silica-based Single-Mode Waveguides" von K. Sasayama u.a., in Electronics Letters,
Bd. 25, Nr. 22, Seiten 1508 bis 1509 (26. Oktober 1989), das aufweist:
einen Eingangslichtwellenleiter; einen ersten Optokoppler, der ein
optisches Signal, das von dem Eingangslichtwellenleiter geführt wird,
in zwei Anteile teilt; zwei Gruppen von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen,
die mit allen Ausgängen
des ersten Optokopplers verbunden sind, wobei die minimale Anzahl
von Elementen einerr Gruppe 1 ist; einen zweiten Optokoppler, der ein
symmetrisches Leistungsteilungsverhältnis aufweist und mit Ausgängen der
zwei Gruppen von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen
verbunden ist; und zwei Aungangslichtwellenleiter, die mit einem Ausgang
des zweiten Optokopplers verbunden sind; wobei all diese Bestandteile
auf einem Substrat ausgebildet sind, und wobei zumindest eine der
zwei Gruppen von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen mindestens
zwei Elemente aufweist und mit dem ersten Optokoppler über zumindest
eine optische Teilungseinrichtung verbunden ist, die mit einem Ausgang
des ersten Optokopplers verbunden ist, und mit dem zweiten Optokoppler über zumindest
eine optische Kombinationseinrichtung zum Kombinieren von Ausgaben
von zumindest einer der zwei Gruppen von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen
und zum Ausgeben an den zweiten Optokoppler verbunden ist.
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Dieses
optische Filter ist gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit, die durch eine
der zwei Gruppen von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen
bereitgestellt wird, auf τ0 + 2nΔτ + αn eingerichtet
ist, wobei die absolute Verzögerungszeit τ0,
die durch die jeweilige optische Verzögerungsleitung bereitgestellt
wird, und die relative Verzögerungszeiteinheit Δτ zwischen
benachbarten Elementen positive reelle Zahlen sind, n eine Ganzzahl
aus dem Intervall zwischen 0 und der Anzahl von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen-1
ist, |αn| ≤ λ/u gilt, λ eine Wellenlänge ist
und u die Geschwindigkeit von sich durch die Wellenleiter ausbreitendem
Licht ist, und die Verzögerungszeit, die
durch die andere Gruppe von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen
bereitgestellt wird, auf τ0 + (2m + 1)Δτ + βm eingerichtet
ist, wobei m eine Ganzzahl aus dem Intervall zwischen 0 und der
Anzahl von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen-1 ist und |βm| ≤ λ/u gilt;
so dass die optischen Frequenzübertragungseigenschaften
von Licht, das an einen der Lichtwellenleiter ausgegeben wird, und
von Licht, das an den anderen Lichtwellenleiter ausgegeben wird,
derart sind, dass, wenn eine der Eigenschaften einen Durchlassbereich
aufweist, die andere einen Sperrbereich aufweist.
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Die
vorstehenden und weitere Wirkungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen dieser in
Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen eher ersichtlich.
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1 ist
eine Darstellung, die die Konfiguration eines herkömmlichen
Verschachtlers zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, das die Übertragungseigenschaften
des herkömmlichen
Verschachtlers zeigt;
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3 ist
eine Darstellung, die ein Beispiel der Verwendung des herkömmlichen
Verschachtlers zeigt;
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4 ist
eine Darstellung, die ein optisches Filter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das die Übertragungseigenschaften
des optischen Filters des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
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6 ist
eine Darstellung, die die Konfiguration eines optischen Filters
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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7 ist
eine Darstellung, die die Konfiguration eines Optokopplers mit einem
einstellbaren Kopplungsverhältnis
zeigt;
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8 ist
eine Darstellung, die die Konfiguration eines optischen Filters
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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9 ist
ein Diagramm, das die Übertragungseigenschaften
des optischen Filters des dritten Ausführungsbeispiels zeigt;
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10 ist
eine Darstellung, die die Konfiguration eines optischen Filters
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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11 ist
eine Darstellung, die die Konfiguration eines optischen Filters
gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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12 ist
ein Diagramm, das die Übertragungseigenschaften
des optischen Filters des fünften
Ausführungsbeispiels
zeigt;
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13 ist
eine Darstellung, die die Konfiguration eines optischen Filters
gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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14 ist
eine Darstellung, die die Konfiguration eines optischen Filters
gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt; und
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15 ist
eine Darstellung, die die Konfiguration eines optischen Filters
gemäß einem
achten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt.
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Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Bei
diesem Ausführungsbeispiel wird
ein auf Siliziumdioxid basierender Lichtwellenleiter beschrieben,
der auf einem Siliziumsubstrat ausgebildete Lichtwellenleiter aufweist.
Der auf Siliziumdioxid basierende Lichtwellenleiter kann mit geringen Verlusten
mit Lichtleitfasern verbunden werden, wodurch ein stabiles und preiswertes
optisches Filter bereitgestellt wird. Die Erfindung ist jedoch nicht
auf dieses Ausführungsbeispiel
beschränkt,
sondern es können
auch andere Lichtwellenleiter verwendet werden, wie etwa Halbleiter-Lichtwellenleiter,
Polymer-Lichtwellenleiter
und dielektrische Lichtwellenleiter. Ferner werden in der folgenden
Beschreibung zur Vereinfachungen diejenigen Schaltungen optischer
Elemente, die die gleichen Funktionen haben, mit den gleichen Symbolen
bezeichnet und wird eine doppelte Beschreibung vermieden.
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[Erstes Ausführungsbeispiel]
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4 zeigt
ein optisches Filter gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Das optische Filter hat ein Substrat 10,
Eingangslichtwellenleiter 11a und 11b, sowie einen
ersten Optokoppler 12. Der Optokoppler 12 weist
einen 1 × 2-Optokoppler 13a auf,
der mit einem Ausgang von diesem verbunden ist und einer optischen
Teilungseinrichtung entspricht. Der Optokoppler 12 weist
einen 1 × 2-Optokoppler 13b auf,
der mit dem Ausgang von diesem verbunden ist und einer optischen
Teilungseinrichtung entspricht.
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Das
optische Filter umfasst zwei Gruppen von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen,
die bestehen aus einer ersten Gruppe von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 14a und 14b,
die mit einem Ausgang des 1 × 2-Optokopplers 13a verbunden
sind, und einer zweiten Gruppe von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 15a und 15b,
die mit einem Ausgang des 1 × 2-Optokopplers 13b verbunden
sind. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel
sind beide der zwei Gruppen von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen
aus zwei Lichtwellenleitern aufgebaut. Die zwei Lichtwellenleiter
sind bereitgestellt, weil ein effektiver Verschachtler einfach aufgebaut werden
kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern
es kann eine Kombination anderer Zahlen von Lichtwellenleitern verwendet
werden.
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Die
erste Gruppe von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 14a und 14b weist
einen 2 × 1-Optokoppler 16a auf,
der mit einem Ausgang von diesen verbunden ist und einer optischen
Kombinationseinrichtung entspricht. Die zweite Gruppe von Lichtwellenleiter- Verzögerungsleitungen 15a und 15b weist
einen 2 × 1-Optokoppler 16b auf,
der mit einem Ausgang von diesen verbunden ist und einer optischen
Kombinationseinrichtung entspricht. Außerdem hat das optische Filter
einen Multimodalinterferenzkoppler 17, der ein Teilungsverhältnis von
0,5 aufweist und Licht von dem 2 × 1-Optokoppler 16a mit
Licht von dem 2 × 1-Optokoppler 16b kombiniert, wobei
der Multimodalinterferenzkoppler 17 einem zweiten Optokoppler
entspricht, sowie Ausgangslichtwellenleiter 18a und 18b,
die Ausgaben von dem Multimodalinterferenzkoppler führen.
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In
diesem Fall ist eine absolute Verzögerungszeit, die durch die
Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 14a bereitgestellt
wird, als τ0 definiert. Eine relative Verzögerungszeit,
die durch die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 14a bereitgestellt wird,
ist als OΔτ + 0,5λ/u definiert.
Bezugszeichen λ bezeichnet
eine Mittenwellenlänge
von Licht zur Verwendung in dem optischen Filter. Bezugszeichen
u bezeichnet die Geschwindigkeit von sich durch die Lichtwellenleiter
ausbreitendem Licht. In diesem Fall beträgt eine Verzögerungszeitdifferenz,
die durch die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 14b bereitgestellt
wird, 2Δτ. Eine Verzögerungszeit,
die durch die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 15a bereitgestellt
wird, beträgt Δτ. Eine Verzögerungszeit,
die durch die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 15b bereitgestellt
wird, beträgt
3Δτ.
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In
diesem Fall wird die absolute Verzögerungszeit, die durch die
Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 14 bereitgestellt
wird, als τ0 + 2nΔτ + αn verallgemeinert.
Für an
gilt |αn| ≤ λ/u. Bezugszeichen λ bezeichnet
eine Mittenwellenlänge
von Licht zur Verwendung in dem optischen Filter. Bezugszeichen u
bezeichnet die Geschwindigkeit von sich durch die Lichtwellenleiter
ausbreitendem Licht. Gleichermaßen
beträgt
die absolute Verzögerungszeit,
die durch die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 15 bereitgestellt
wird, τ0 + (2m + 1)Δτ + βm. Für βm gilt
|βm| ≤ λ/u.
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Der
Optokoppler 12 hat ein Teilungsverhältnis von 0,7. Die Optokoppler 13a und 16a haben
Teilungsverhältnisse
von 0,7. Die Optokoppler 13b und 16b haben Teilungsverhältnisse
von 0,16. Diese Teilungsverhältnisse
sind nur ein Beispiel von zum Implementieren eines Verschachtlers
verwendeten Koeffizienten und es kann eine andere Kombination von Teilungsverhältnissen
verwendet werden. Des Weiteren haben die Optokoppler 13a und 16a ein
gleiches Teilungsverhältnis
und haben die Optokoppler 13b und 16b ein gleiches
Teilungsverhältnis.
Dies ist deshalb so, weil diese Konfiguration Verluste an dem optischen
Filter minimiert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel
beschränkt.
Die Optokoppler 13a und 16a können unterschiedliche Teilungsverhältnisse
haben und die Optokoppler 13b und 16b können unterschiedliche
Teilungsverhältnisse
haben.
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Bei
dem optischen Filter des ersten Ausführungsbeispiels ist der Optokoppler 17 aus
einem Multimodalinterferenzkoppler aufgebaut, weil dieser ausgezeichnet
im Hinblick auf Reproduzierbarkeit ist. Die Erfindung ist jedoch
nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Natürlich
können
andere Koppler verwendet werden, wie etwa ein Richtungskoppler.
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Das
optische Filter des ersten Ausführungsbeispiels
ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass Schaltungsparameter auf
einfache Weise extrahiert und eingestellt werden können, weil
die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen
unterschiedliche Verzögerungsbeträge bereitstellen
und weil die Schaltungsparameter daher unter Verwendung eines Verfahrens
wie etwa der Fourier-Transformations-Spektroskopie auf einfache Weise geschätzt werden
können.
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5 zeigt
die Übertragungseigenschaften des
optischen Filters gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
das in 4 gezeigt ist. Diese Figur zeigt die optischen
Frequenzübertragungseigenschaften
für eine Übertragung
von Licht von dem Eingangslichtwellenleiter 11a zu den
Ausgangslichtwellenleitern 18a und 18b. Sowohl
an den Ausgangslichtwellenleiter 18a ausgegebenes Licht
als auch an den Ausgangslichtwellenleiter 18b ausgegebenes Licht
haben abwechselnd Durchlassbereiche, in denen optische Signale passieren,
und Sperrbereiche, in denen keine optischen Signale passieren. Die
optischen Frequenzübertragungseigenschaften
von Licht, das an den Ausgangswellenleiter 18a ausgegeben
wird, und von Licht, das an den Ausgangswellenleiter 18b ausgegeben
wird, sind derart, dass, wenn eine der Eigenschaften einen Durchlassbereich
aufweist, die andere einen Sperrbereich aufweist.
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[Zweites Ausführungsbeispiel]
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6 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel als
eine Variation des ersten Ausführungsbeispiels, das
in 4 gezeigt ist. Das zweite Ausführungsbeispiel umfasst nicht
nur die Konfiguration des optischen Filters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
sondern auch einen Optokoppler mit einem einstellbaren Kopplungsverhältnis als
den ersten Optokoppler 12. Ferner sind auf den Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 14a bzw. 14b zum Anpassen
der Phase Dünnschicht-Heizelemente 19a bzw. 19b bereitgestellt.
Auf den Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 15a bzw. 15b sind
zum Anpassen der Phase Dünnschicht-Heizelemente 20a und 20b bereitgestellt.
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Da
der Optokoppler mit dem einstellbaren Kopplungsverhältnis als
der Optokoppler 12 verwendet wird, können alle Eigenschaften des
optischen Filters kompensiert werden, die von dem entsprechenden
Einstell- bzw. Sollwert
infolge eines Herstellungsfehlers oder dergleichen abgewichen sind,
insbesondere ein verringertes Auslöschungsverhältnis für Sperrbereiche.
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Der
Optokoppler mit dem einstellbaren Kopplungsverhältnis kann aus dem gemäß 7 gezeigten
Mach-Zehnder-Interferometer
aufgebaut sein. Das Mach-Zehnder-Interferometer
ist aus einem Optokoppler 29, Lichtwellenleitern 30a und 30b, die
mit Heizelementen als Phaseneinsteller versehen sind, und einem
Optokoppler 31 aufgebaut. Das Mach-Zehnder-Interferometer
ist nur ein Beispiel einer Implementierung des Optokopplers mit
dem einstellbaren Kopplungsverhältnis.
Der Optokoppler mit dem einstellbaren Kopplungsverhältnis kann
unter Verwendung einer anderen Einrichtungen bzw. Maßnahme wie
etwa Lichtbestrahlung oder Glühen
bzw. Tempern implementiert werden.
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Des
Weiteren führen
die gemäß 7 gezeigten
Phaseneinsteller Anpassungen basierend auf thermooptischen Effekten
unter Verwendung der Heizelemente durch. Die Erfindung ist jedoch
nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Die Phaseneinsteller können
zum Beispiel unter Verwendung anderer Einrichtungen bzw.
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Maßnahmen
wie etwa elektrooptischen Effekten implementiert werden.
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Gemäß den zweiten
Ausführungsbeispiel
ist das optische Filter auf dem Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 14a und 14b mit
den Dünnschicht-Heizelementen 19a bzw. 19b versehen,
um die Phase anzupassen, und auf den Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 15a und 15b mit
den Dünnschicht-Heizelementen 20a bzw. 20b,
um die Phase anzupassen. Mit dieser Konfiguration kann eine Verschlechterung
der Eigenschaften des optischen Filters selbst dann kompensiert
werden, wenn die Längen
der Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 14a, 14b und 15a, 15b infolge
von Herstellungsfehlern oder dergleichen von den vorbestimmten Werten
abweichen.
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Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel,
das gemäß 6 gezeigt
ist, werden die Dünnschicht-Heizelemente
als stabile und zuverlässige Phaseneinstelleinrichtungen
verwendet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Eine
Phaseneinstellung kann unter Verwendung anderer Einrichtungen bzw.
Maßnahmen
wie etwa einer Anwendung von Licht oder Hitze durchgeführt werden.
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[Drittes Ausführungsbeispiel]
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8 zeigt
ein optisches Filter gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Dieses optische Filter hat das Substrat 10,
die Eingangslichtwellenleiter 11a und 11b, sowie
den ersten Optokoppler 12, der Licht von den Eingangslichtwellenleitern 11a und 11b in
zwei Strahlen teilt. Der Optokoppler 12 weist einen 1 × 2-Optokoppler 13 auf,
der mit einem Ausgang von diesem verbunden ist und einer optischen
Teilungseinrichtung entspricht.
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Das
optische Filter umfasst zwei Gruppen von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen,
die bestehen aus einer ersten Gruppe 14 von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen,
die mit dem anderen Ausgang des Optokopplers 12 verbunden
sind, und einer zweiten Gruppe von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 15a und 15b,
die mit einem Ausgang des 1 × 2-Optokopplers 13 verbunden
sind. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel
enthält
die erste Gruppe einen Lichtwellenleiter und enthält die zweite
Gruppe zwei Lichtwellenleiter. Demnach kann die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung
aus nur einem Lichtwellenleiter bestehen. Die Erfindung ist jedoch
nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Es kann auch eine Kombination einer anderen Zahl von Lichtwellenleitern
verwendet werden.
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Die
zweite Gruppe von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 15a und 15b weist
einen 2 × 1-Optokoppler 16 auf,
der mit einem Ausgang von diesen verbunden ist und einer optischen
Kombinationseinrichtung entspricht. Außerdem umfasst das optische
Filter den zweiten Optokoppler 17, der ein Teilungsverhältnis von
0,5 ausweist und Licht von dem 2 × 1-Optokoppler 16 mit
Licht von der ersten Gruppe 14 von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen
kombiniert, sowie die Ausgangslichtwellenleiter 18a und 18b,
die Ausgaben von dem Optokoppler 17 führen.
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In
diesem Fall ist eine durch die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 15a bereitgestellte
Verzögerungszeitdifferenz Δτ, wenn eine
durch die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 14 bereitgestellte relative
Verzögerungszeit
als OΔτ + 0,5λ/u definiert ist.
Ferner beträgt
eine durch die Lichtwellenleiter- Verzögerungsleitung 15b bereitgestellte
Verzögerungszeit
3Δτ. Bezugszeichen λ bezeichnet
eine Mittenwellenlänge
von Licht zur Verwendung in dem optischen Filter.
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Der
Optokoppler 12 weist ein Teilungsverhältnis von 0,58 auf. Die Optokoppler 13 und 16 weisen
ein Teilungsverhältnis
von 0,11 auf. Diese Teilungsverhältnisse
sind nur ein Beispiel von zum Implementieren eines Verschachtlers
verwendeten Koeffizienten und es kann eine andere Kombination von Teilungsverhältnissen
verwendet werden. Die Optokoppler 13 und 16 haben
des Weiteren ein gleiches Teilungsverhältnis. Dies ist deshalb so,
weil diese Konfiguration Verluste an dem optischen Filter minimiert.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die
Optokoppler 13 und 16 haben unterschiedliche Teilungsverhältnisse.
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Bei
dem optischen Filter des dritten Ausführungsbeispiels besteht der
Optokoppler 17 aus einem Multimodalinterferenzkoppler,
weil dieser ausgezeichnet im Hinblick auf Reproduzierbarkeit ist. Die
Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Natürlich kann
ein anderer Koppler wie etwa ein Richtungskoppler verwendet werden.
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Das
optische Filter des dritten Ausführungsbeispiels
ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass Schaltungsparameter einfach
extrahiert und eingestellt werden können, weil die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen
unterschiedliche Verzögerungsbeträge bereitstellen
und weil die Schaltungsparameter daher unter Verwendung eines Verfahrens
wie etwa einer Furier-Transformations-Spektroskopie auf einfache Weise geschätzt werden
können.
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9 zeigt
die Übertragungseigenschaften des
optischen Filters gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel,
das in 8 gezeigt ist. Diese Figur zeigt die optischen
Frequenzübertragungseigenschaften
für eine Übertragung
von Licht von dem Eingangslichtwellenleiter 11a zu den
Ausgangslichtwellenleitern 18a und 18b. Sowohl
Licht, das an den Ausgangswellenleiter 18a ausgegeben wird,
als auch Licht, das an den Ausgangswellenleiter 18b ausgegeben
wird, hat abwechselnd Durchlassbereiche, in denen optische Signale
passieren, und Sperrbereiche, in denen keine optischen Signale passieren.
Die optischen Frequenzübertragungseigenschaften
von Licht, das an den Ausgangswellenleiter 18a ausgegeben
wird, und von Licht, das an den Ausgangswellenleiter 18b ausgegeben
wird, sind derart, dass, wenn eine der Eigenschaften einen Durchlassbereich
aufweist, die andere einen Sperrbereich aufweist.
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Bei
dem optischen Filter des dritten Ausführungsbeispiels kann wie in
dem Fall von 6 ein Optokoppler mit einem
einstellbaren Kopplungsverhältnis
als der Optokoppler 12 verwendet werden, um die Abweichung
des Teilungsverhältnisses
der Optokoppler infolge eines Herstellungsfehlers oder dergleichen
zu kompensieren. Ferner kann bei dem optischen Filter des dritten
Ausführungsbeispiels
die Abweichung von Längen
der Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 14, 15a und 15b kompensiert
werden, die durch einen Herstellungsfehler oder dergleichen verursacht
werden, wenn die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 15a und 15b mit
Phaseneinstelleinrichtungen versehen sind.
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[Viertes Ausführungsbeispiel]
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10 zeigt
ein viertes Ausführungsbeispiel als
eine Variation des dritten Ausführungsbeispiels, das
in 8 gezeigt ist. Das vierte Ausführungsbeispiel umfasst die
Konfiguration des optischen Filters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
Der erste Optokoppler weist jedoch ein Teilungsverhältnis von 0,5
auf und die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 14 ist
mit einer optischen Amplitudenabgleicheinrichtung 21 versehen.
Folglich wird die Lichtmenge, die an die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 15 geführt wird,
eingestellt bzw. abgeglichen, um die gewünschten Eigenschaften des optischen
Filters auf reproduzierbare Art und Weise zu erhalten.
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Die
optische Amplitudenabgleicheinrichtung 21 kann aus dem
gemäß 7 gezeigten Mach-Zehnder-Interferometer
aufgebaut sein. Das Mach-Zehnder-Interferometer ist aus dem Optokoppler 29,
den Lichtwellenleitern 30a und 30b, die mit den
Heizelementen als Phaseneinsteller versehen sind, und dem Optokoppler 31 aufgebaut.
Das Mach-Zehnder-Interferometer
ist nur ein Beispiel einer Implementierung der optischen Amplitudenabgleicheinrichtung.
Die optische Amplitudenabgleicheinrichtung kann unter Verwendung
anderer Einrichtungen bzw. Maßnahmen
implementiert werden.
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Die
gemäß 7 gezeigten
Phaseneinsteller führen
Einstellungen bzw. Anpassungen basierend auf thermooptischen Effekten
unter Verwendung der Heizelemente durch. Die Erfindung ist jedoch
nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Die Phaseneinsteller können
zum Beispiel unter Verwendung anderer Einrichtungen bzw. Maßnahmen
wie etwa elektrooptischen Effekte implementiert werden.
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[Fünftes Ausführungsbeispiel]
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11 zeigt
ein optisches Filter gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Dieses optische Filter hat das Substrat 10,
die Eingangslichtwellenleiter 11a und 11b, sowie
den ersten Optokoppler 12, der Licht von den Eingangslichtwellenleitern 11a und 11b in
zwei Strahlen teilt. Der Optokoppler 12 weist einen 1 × 2-Optokoppler 22 auf,
der mit einem Ausgang von diesem verbunden ist und einer optischen
Teilungseinrichtung entspricht.
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Das
optische Filter umfasst zwei Gruppen von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen,
die bestehen aus der ersten Gruppe 14 von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen,
die mit dem anderen Ausgang des Optokopplers 12 verbunden
sind, Multimodalinterferenzkopplern 23a und 23b,
die mit einem Ausgang des 1 × 2-Ausgangskopplers 22 verbunden
sind und ein Teilungsverhältnis
von 0,5 aufweisen, und einer zweiten Gruppe von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 15a bis 15d,
die mit Ausgängen
der Multimodalinterferenzkoppler 23a und 23b verbunden
sind. Bei dem fünften
Ausführungsbeispiel
enthält
die erste Gruppe einen Lichtwellenleiter und enthält die zweite
Gruppe vier Lichtwellenleiter. Dies ist deshalb so, weil diese Konfiguration
erlaubt, dass ein effektiver Verschachtler auf einfache Weise aufgebaut
wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Es
kann eine Kombination einer anderen Zahl von Lichtwellenleitern
verwendet werden.
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Die
zweite Gruppe von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 15a bis 15d weist
Multimodalinterferenzkoppler 24a und 24b auf,
die mit Ausgängen von
diesen verbunden sind und optischen Kombinationseinrichtungen entsprechen.
Ein 2 × 1-Optokoppler 25 koppelt
Ausgaben von den Multimodalinterferenzkopplern 24a und 24b miteinander.
Das optische Filter umfasst außerdem
den zweiten Optokoppler 17, der ein Teilungsverhältnis von
0,5 aufweist und Licht von dem 2 × 1-Optokoppler 25 mit
Licht von der ersten Gruppe 14 von Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen
kombiniert, sowie die Ausgangslichtwellenleiter 18a und 18b,
die Ausgaben von dem Optokoppler 17 führen.
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In
diesem Fall beträgt
die durch die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 15a bereitgestellte Verzögerungszeitdifferenz Δτ + 0,5λ/u, wenn
eine durch die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 14 bereitgestellte
relative Verzögerungszeit
als 0Δτ definiert
ist. Eine durch die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 15b bereitgestellte
Verzögerungszeit beträgt ferner –Δτ. Eine durch
die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 15c bereitgestellte
Verzögerungszeit
beträgt –3Δτ. Eine durch
die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 15d bereitgestellte
Verzögerungszeit
beträgt
3Δτ + 0,5λ/u. Bezugszeichen λ bezeichnet
eine Mittenwellenlänge
von Licht zur Verwendung in dem optischen Filter.
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Der
Optokoppler 12 weist ein Teilungsverhältnis von 0,39 auf. Die Optokoppler 22 und 25 weisen
Teilungsverhältnisse
von 0,1 auf. Diese Teilungsverhältnisse
sind nur ein Beispiel von zum Implementieren eines Verschachtlers
verwendeten Koeffizienten und es kann eine andere Kombination von Teilungsverhältnissen
verwendet werden. Die Optokoppler 22 und 25 haben
außerdem
ein gleiches Teilungsverhältnis.
Dies ist deshalb so, weil diese Konfiguration Verluste an dem optischen
Filter minimiert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel
beschränkt.
Die Optokoppler 22 und 25 können unterschiedliche Teilungsverhältnisse
aufweisen.
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Bei
dem optischen Filter des fünften
Ausführungsbeispiels
sind die Optokoppler 23a, 23b, 24a, 24b und 17 aus
Multimodalinterferenzkopplern aufgebaut, weil diese hervorragend
im Hinblick auf Reproduzierbarkeit sind. Die Erfindung ist jedoch
nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Natürlich
können
andere Koppler wie etwa Richtungskoppler verwendet werden.
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Das
optische Filter des fünften
Ausführungsbeispiels
ist ferner derart aufgebaut, dass an die Lichtwellenleiter 15a und 15b,
die eine relative Verzögerungszeit
von ungefähr ±Δτ aufweisen,
und an die Lichtwellenleiter 15c und 15d, die
eine relative Verzögerungszeit
von ungefähr ±3Δτ aufweisen,
die gleiche Lichtstärke
geführt
wird. Dieses optische Filter ist dadurch gekennzeichnet, dass in
dem Filter eine Dispersion bzw. Streuung prinzipiell eliminiert
werden kann, indem die Phasenbeziehungen der Lichtwellenleiter abgeglichen
werden.
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12 zeigt
die Übertragungseigenschaften des
optischen Filters gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel,
das in 11 gezeigt ist. Diese Figur zeigt
die optischen Frequenzübertragungseigenschaften
für eine Übertragung
von Licht von dem Eingangslichtwellenleiter 11a zu den
Ausgangswellenleitern 18a und 18b. Sowohl Licht,
das an den Ausgangswellenleiter 18a ausgegeben wird, als
auch Licht, das an den Ausgangswellenleiter 18b ausgegeben wird,
hat abwechselnd Durchlassbereiche, in denen optische Signale passieren,
und Sperrbereiche, in denen keine optischen Signale passieren. Die optischen
Frequenzübertragungseigenschaften
von Licht, das an den Ausgangswellenleiter 18a ausgegeben
wird, und von Licht, das an den Ausgangswellenleiter 18b ausgegeben
wird, sind derart, dass, wenn eine der Eigenschaften einen Durchlassbereich
aufweist, die andere einen Sperrbereich aufweist.
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[Sechstes Ausführungsbeispiel]
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13 zeigt
ein sechstes Ausführungsbeispiel
als eine erste Variation des fünften
Ausführungsbeispiels,
das in 11 gezeigt ist. Das sechste
Ausführungsbeispiel
umfasst nicht nur die Konfiguration des optischen Filters gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel,
sondern auch einen Optokoppler mit einem einstellbaren Kopplungsverhältnis als
den ersten Optokoppler 12. Mit dieser Konfiguration kann der
Optokoppler 12 trotz eines Herstellungsfehlers oder dergleichen
abgeglichen werden, um die gewünschten
Eigenschaften des optischen Filters zu erhalten.
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Bei
dem sechsten Ausführungsbeispiel
sind auf den Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 14, 15a und 15d zum
Anpassen der Phase jeweils Dünnschicht-Heizelemente 20a bis 20d bereitgestellt.
Mit dieser Konfiguration kann eine Verschlechterung der Eigenschaften
des optischen Filters selbst dann kompensiert werden, wenn die Längen der
Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 14, 15a und 15b infolge
von Herstellungsfehlern oder dergleichen von den entsprechenden
Einstell- bzw. Sollwerten abweichen.
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Die
Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitung 14 ist
ferner mit der optischen Amplitudenabgleicheinrichtung 21 versehen.
Die optische Amplitudenabgleicheinrichtung 21 kann aus
dem gemäß 7 gezeigten
Mach-Zehnder-Interferometer
aufgebaut sein. Das Mach-Zehnder-Interferometer
besteht aus dem Optokoppler 29, den Lichtwellenleitern 30a und 30b,
die mit Heizelementen als Phaseneinsteller versehen sind, und dem
Optokoppler 31. Das Mach-Zehnder-Interferometer ist nur
ein Beispiel einer Implementierung der optischen Amplitudenabgleicheinrichtung.
Die optische Amplitudenabgleicheinrichtung kann unter Verwendung
anderer Einrichtungen bzw. Maßnahmen
implementiert werden.
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Die
gemäß 7 gezeigten
Phaseneinsteller führen
Einstellungen bzw. Anpassungen basierend auf thermooptischen Effekten
unter Verwendung der Heizelemente durch. Die Erfindung ist jedoch
nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Die Phaseneinsteller können
zum Beispiel unter Verwendung anderer Einrichtungen bzw. Maßnahmen
wie etwa elektrooptischen Effekte implementiert werden.
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[Siebtes Ausführungsbeispiel]
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14 zeigt
ein siebtes Ausführungsbeispiel als
eine zweite Variation des fünften
Ausführungsbeispiels,
das in 12 gezeigt ist. Das siebte Ausführungsbeispiel
umfasst die Konfiguration des optischen Filters gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel,
das in 13 gezeigt ist. Das optische
Filter ist im Allgemeinen jedoch in Längsrichtung symmetrisch zu
einer Vertiefung 26, die an einer Symmetrieachse ausgebildet
ist und die Lichtwellenleiter kreuzt. Die Vertiefung 26 weist
ein Halbwellenplättchen 27 auf, das
darin eingefügt
ist und eine gegenüber
den Doppelbrechungsachsen der Lichtwellenleiter um 45° geneigter
Doppelbrechungsachse aufweist.
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Mit
dieser Konfiguration werden die Doppelbrechungseffekte der Lichtwellenleiter
versetzt, um die Abhängigkeit
des optischen Filters von einer Polarisation, wie etwa eine Veränderung
der Transmittanz abhängig
von der Polarisation, zu unterbinden. Das Halbwellenplättchen kann
aus Polyimid, Siliziumdioxid oder einem anderen Material bestehen.
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[Achtes Ausführungsbeispiel]
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15 zeigt
ein achtes Ausführungsbeispiel als
eine dritte Variation des fünften
Ausführungsbeispiels,
das in 11 gezeigt ist. Das achte Ausführungsbeispiel
umfasst die Konfiguration des optischen Filters gemäß dem siebten
Ausführungsbeispiel,
das in 14 gezeigt ist. Die Lichtwellenleiter-Verzögerungsleitungen 14, 15a, 15b und 15d weisen
jedoch jeweils eine Vielzahl von Vertiefungen auf, die in diesen
ausgebildet sind und den entsprechenden Wellenleiter kreuzen. Diese
Vertiefungen sind mit Materialien 28a bis 28d gefüllt, wobei
die Abhängigkeit
von deren Brechungsindex ein Vorzeichen hat, das sich von demjenigen
der Lichtwellenleiter unterscheidet.
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Mit
dieser Konfiguration werden, selbst wenn sich der Brechungsindex
der Lichtwellenleiter mit der Temperatur ändert, die Effekte der Änderung
aufgehoben. Dadurch wird ein optisches Filter erhalten, das im Allgemeinen
unabhängig
von der Temperatur ist.