DE60313574T2

DE60313574T2 - Optische Strahlteiler-Vorrichtung mit deformierbarer Verbindung zwischen zwei Strahlteilern

Info

Publication number: DE60313574T2
Application number: DE60313574T
Authority: DE
Inventors: Declan Reilly; Simon Meadowcroft
Original assignee: Avago Technologies Fiber IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2023-02-06
Also published as: DE60313574D1; US7719768B2; EP1445634A1; US20040170207A1; EP1445634B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Strahlteiler und insbesondere auf optische Strahlteiler, die zwei reflektierte Strahlen erzeugen können, wobei der Reflexionswinkel eines der Strahlen variabel ist.
Die Ausgabe eines Halbleiterlasers variiert über die Zeit mit sich verändernden Charakteristika der Vorrichtung und könnte auch ansprechend auf Veränderungen an Temperatur, usw. variieren. Es ist für Laser, die in optischen Kommunikationssystemen eingesetzt werden, wichtig, dass die Laserausgabe in Bezug auf die Leistung und die Wellenlänge des übertragenen Lichts stabil ist. Bekannte Systeme, die zur Überwachung von Wellenlänge und Leistungspegel verwendet werden, verwenden Interferometer, wie z. B. ein Mach-Zehnder-Interferometer, und sind folglich teuer und komplex.
Die WO 02/090881 offenbart einen Wellenlängenverriegler, der einen ersten Strahlteiler aufweist, der einen Ausgangsstrahl von einem Laser aufnimmt und die Ausgabe in einen ersten Strahl und einen zweiten Strahl aufteilt. Der erste Strahl wird durch ein Interferometerelement aufgenommen, das ein Etalon sein könnte, das einen dritten Strahl erzeugt, dessen Leistung mit der Wellenlänge des Laserausgangsstrahls variiert. Der zweite Strahl wird durch einen zweiten Strahlteiler aufgenommen, der einen vierten Strahl erzeugt. Die US 5 105 433 offenbart einen Interferometerhalbleiterlaser, in dem bei einem Ausführungsbeispiel der Laser zwei Strahlteiler aufweist, die das in dem Laser erzeugte Licht aufnehmen und aufteilen, sowie eine Mehrzahl von Überwacherdioden, die es ermöglichen, dass die Charakteristika des erzeugten Lichts wie erforderlich überwacht und gesteuert werden können.
Eine Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist die Bereitstellung einer optischen Strahlteilervorrichtung, die zwei reflektierte Strahlen erzeugen kann, wobei der Reflexionswinkel eines der Strahlen variabel ist.
Diese Aufgabe wird durch einen optischen Strahlteiler gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung wird nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Strahlteilervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Strahlteilervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Strahlteilervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Strahlteilervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine Strahlteilervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Strahlteilervorrichtung 10 weist eine Basis 20, eine erste Strahlteilerbefestigung 30, eine zweite Strahlteilerbefestigung 40 und eine verformbare Verbindung 50 auf. Die erste Strahlteilerbefestigung 30 und die zweite Strahlteilerbefestigung 40 häusen einen ersten Strahlteiler 35 bzw. einen zweiten Strahlteiler 45. Die Basis 20 könnte angepasst sein, um eine Lichtquelle 60 und eine Fokussierungseinrichtung 70 aufzunehmen. Zusätzlich könnte eine Verschiebungseinrichtung 80 mit der zweiten Strahlteilerbefestigung 40 verbunden sein.
Wenn die zweite Strahlteilerbefestigung 40 in einer ersten Position angebracht ist, ist diese im Wesentlichen parallel zu dem ersten Strahlteiler 60. Die Lichtquelle 60 ist angeordnet, um Licht, das auf die Fokussierungseinrichtung 70 einfällt und dann auf den ersten Strahlteiler 30 fokussiert wird, zu emittieren. Ein Bruchteil des Lichts, das auf den ersten Strahlteiler 30 einfällt, wird in einem Winkel von dem Einfallslichtweg reflektiert, während der Rest des Lichts unreflektiert durch den ersten Strahlteiler fortläuft und auf den zweiten Strahlteiler 40 einfällt. Ähnlich wird ein Bruchteil des Einfallslichts durch den zweiten Strahlteiler 40 reflektiert und der Rest des Lichts läuft durch den zweiten Strahlteiler durch. Wenn der zweite Strahlteiler in der ersten Position angebracht ist, ist das Licht, das durch den ersten Strahlteiler reflektiert wird, im Wesentlichen parallel zu dem Licht, das durch den zweiten Strahlteiler reflektiert wird.
Der zweite Strahlteiler 40 ist durch die verformbare Verbindung 50 mit der Basis 20 gekoppelt. Dies ermöglicht es, dass der zweite Strahlteiler relativ zu der Basis derart gedreht werden kann, dass der Einfallswinkel des Lichts, das durch den Laser übertragen wird, auf den zweiten Strahlteiler variiert werden kann. Dies wiederum variiert den Winkel, in dem das Licht von dem zweiten Strahlteiler reflektiert wird, relativ zu dem Licht, das von dem ersten Strahlteiler reflektiert wird.
Bezug nehmend auf 2 divergiert, wenn der zweite Strahlteiler in einer Richtung entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gedreht wird, das von dem zweiten Strahlteiler reflektierte Licht von dem Licht, das von dem ersten Strahlteiler reflektiert wird. Umgekehrt konvergiert, wenn der zweite Strahlteiler in einer Richtung im Uhrzeigersinn gedreht wird, das von dem zweiten Strahlteiler reflektierte Licht in Richtung des von dem ersten Strahlteiler reflektierten Lichts.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Strahlteilvorrichtung aus Kovar, einer Legierung aus Kobalt, Nickel und Eisen (typischerweise mit 17 % Co, 29 % Ni und 52 % Fe), gebildet. Kovar wurde bisher verwendet, da es einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5,5 ppm/K besitzt. Man glaubt, dass die Obergrenze für den Wäremausdehnungskoeffizienten für ein Material, das verwendet werden kann, um eine Strahlteilervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen, 8 ppm/K beträgt. Es hat sich herausgestellt, dass eine Drahtelektroentladungsbearbeitung (WEDM, WEDM = wire electro-discharge machining) eine Bearbeitungstechnik ist, die für eine Herstellung der Vorrichtung mit vernünftigen Kosten ausreichende Abmessungskontrolle liefert. Es hat sich herausgestellt, dass der WEDM-Vorgang eine Genauigkeit von +/– 2,5 μm erzielen kann, was für die Herstellung einer Strahlteilervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mehr als annehmbar ist. Andere Techniken, wie z. B. Metallspritzgießen, Laserschneiden, Elektronenstrahl, chemische Bearbeitung usw., wären auch geeignet, wenn sie eine ähnliche Abmessungskontrolle bereitstellen könnten. Andere Materialien könnten alternativ verwendet werden, wenn sie geeignete Wärmeeigenschaften besitzen und mit dem ausgewählten Herstellungsverfahren kompatibel sind: Beispiele derartiger Materialien sind Invar, Molybdän, Kupfer-Wolfram und eine Legierung, die etwa 50 % Eisen und 50 % Nickel aufweist.
Die Verschiebungseinrichtung wirkt auf die zweite Strahlteilerbefestigung 40 derart, dass das Material, das die verformbare Verbindung aufweist, plastisch verformt wird. Dies ermöglicht es, dass die Verschiebungseinrichtung die zweite Strahlteilerbefestigung derart bewegen kann, dass sie sich relativ zu dem ersten Strahlteiler dreht. Es hat sich herausgestellt, dass eine Kraft, die äquivalent zu 400 g (d. h. etwa 4 N) ist, ausreichend ist, um eine plastische Verformung des Materials zu bewirken. Es hat sich herausgestellt, dass die Verschiebungseinrichtung 80, die vorzugsweise ein Mikromanipulierer ist, es ermöglicht, dass die zweite Strahlteilerbefestigung um bis zu zwei Grad relativ zu dem ersten Strahlteiler gedreht werden kann, wobei die Bewegung der zweiten Strahlteilerbefestigung mit einer Auflösung von 3–4 μm gesteuert wird. Es wird klar, dass eine größere Drehung der zweiten Strahlteilerbefestigung abhängig von den Bedürfnissen der bestimmten Anwendung erhalten werden könnte. Um größere Drehgrade zu erhalten, z. B. bis zu 10 Grad, könnte es notwendig sein, die verformbare Verbindung zu verändern, damit die höheren Spannungen kein Brechen der Verbindung bewirken.
Die Vorrichtung könnte unter Verwendung einer eines Bereichs von Verbindungstechniken an einer Oberfläche angebracht sein, eine bestimmte Form von Schweißen, wie z. B. Laserschweißen, Widerstandsschweißen, Buckelschweißen usw., wird jedoch gegenüber anderen herkömmlichen Techniken (wie z. B. Löten oder die Verwendung von Haftmitteln) bevorzugt, da eine wesentlich reduzierte Kriechwahrscheinlichkeit besteht. Die Lichtquelle 60 und die Fokussierungseinrichtung 70, die in 1 gezeigt sind, könnten an der Oberfläche vorgesehen sein und die Strahlteilervorrichtung könnte an der Oberfläche angebracht sein, um mit der Lichtquelle und der Fokussierungseinrichtung ausgerichtet zu sein.
3 zeigt eine Anwendung, für die eine Strahlteileranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung besonders geeignet ist. Ein erster Photodetektor 110 ist angeordnet, um das durch den ersten Strahlteiler reflektierte Licht aufzunehmen. Ein Etalon 120 und ein zweite Photodetektor 130 sind derart angeordnet, dass das durch den zweiten Strahlteiler reflektierte Licht auf eine Oberfläche des Etalons 120 einfällt und die Ausgabe des Etalons durch den zweiten Photodetektor 130 aufgenommen wird. Das elektrische Signal, das durch den ersten Photodetektor erzeugt wird, zeigt die Leistungsausgabe der Lichtquelle 60 an und wird an eine Steuereinheit 150 gesendet, um sicherzustellen, dass die Leistungsausgabe der Lichtquelle innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten wird. Der zweite Photodetektor nimmt ein optisches Signal, das durch das Etalon gelaufen ist, auf und dieses Signal besitzt eine allgemein sinusförmige Form, da die Wellenlänge des Signals variiert. Die Drehung der zweiten Strahlteilerbefestigung kann derart gesetzt sein, dass die Übertragung einer erwünschten Wellenlänge mit einem leicht erfassbaren Punkt des Sinussignalverlaufs zusammenfällt, wie z. B. dem Wendepunkt, an der sich der Signalverlauf von positiv zu negativ (oder umgekehrt) verändert. Das elektrische Signal aus dem zweiten Photodetektor könnte an die Steuereinheit gesendet werden, derart, dass die optische Quelle gesteuert wird, um bei der erwünschten Wellenlänge (oder innerhalb annehmbarer Grenzen dieser Wellenlänge) zu übertragen, z. B. durch Anlegen von Wärmen oder Kühlung an die optische Quelle. Kraftaufnehmer könnten an die Verschiebungseinrichtung mit einem Rückkopplungsweg zu der Steuereinheit gesetzt werden, derart, dass die durch die Verschiebungseinrichtung ausgeübte Kraft und die Drehung der zweiten Strahlbefestigung überwacht und gesteuert werden können.
Die 4a und 4b zeigen eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei dem die zweite Strahlteilerbefestigung 140 mit der Basis 120 durch eine verformbare Verbindung 150 verbunden ist. Die Länge des Strahlteilers (d. h. die Entfernung von dem Endpunkt des ersten Strahlteilers 130 zu dem gegenüberliegenden Endpunkt des zweiten Strahlteilers 140, wie in 4a gezeigt ist) beträgt 3 mm und die Breite der Strahlteilerbefestigungen 130 und 140 (wie in 4b gezeigt) beträgt 0,6 mm. Es wird darauf verwiesen, dass diese Abmessungen lediglich als Beispiel gegeben sind und dass die Strahlteilervorrichtung fast jede Größe besitzen könnte, abhängig von der Natur der Anwendung, für die sie verwendet wird.
Die Abmessungen der verformbaren Verbindung müssen derart sein, dass die durch die Verschiebungseinrichtung ausgeübte Kraft eine Spannung an der verformbaren Verbindung erzeugt, die größer ist als die Streckspannung des Materials. Für eine Strahlteilervorrichtung, die aus Kovar hergestellt ist, muss z. B. die Querschnittsfläche des verformbaren Abschnitts so dimensioniert sein, dass die angelegte Last eine Spannung über 340 N/mm² erzeugt. Typischerweise könnte die Querschnittsfläche der verformbaren Verbindung von 0,1–1 mm² variieren, es ist jedoch zu erkennen, dass die Querschnittsfläche größer oder kleiner als diese Grenzen sein könnte, abhängig von dem Material, das zur Herstellung der Strahlteilervorrichtung verwendet wird, und der Natur der Anwendung, in der die Vorrichtung eingesetzt werden soll.
4c zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem Material von der verformbaren Verbindung 250 entfernt wurde, um das Biegen der verformbaren Verbindung zu erleichtern. Es ist auch möglicht, Material zu der verformbaren Verbindung hinzuzufügen, um einen größeren Widerstand gegenüber dem Biegen der verformbaren Verbindung zu schaffen. Die genaue Form und Größe der verformbaren Verbindung müssen ausgewählt werden, um den erwünschten Drehbereich und eine geeignete Kraft-Dreh-Charakteristik bereitzustellen.

Claims

Eine Strahlteilervorrichtung (10), die folgende Merkmale aufweist: eine erste Strahlteilerbefestigung (30) und einen ersten Strahlteiler (35), der an der ersten Strahlteilerbefestigung (30) befestigt ist; eine zweite Strahlteilerbefestigung (40) und einen zweiten Strahlteiler (45), der an der zweiten Strahlteilerbefestigung (40) befestigt ist; eine optische Quelle (60), wobei der erste Strahlteiler (35) und der zweite Strahlteiler (45) angeordnet sind, um Licht, das durch die optische Quelle (60) emittiert wird, aufzunehmen; einen ersten Photodetektor (110), der angeordnet ist, um das durch den ersten Strahlteiler (35) reflektierte Licht aufzunehmen; einen zweiten Photodetektor (120), der angeordnet ist, um das durch den zweiten Strahlteiler (45) reflektierte Licht aufzunehmen; eine Steuereinrichtung (150) zum Aufnehmen eines Signals von dem ersten Photodetektor und zum Bestimmen der Ausgangsleistung des durch die optische Quelle (60) emittierten Lichts; ein Etalon (120), das derart zwischen dem zweiten Strahlteiler (45) und dem zweiten Photodetektor (120) angeordnet ist, dass das durch den zweiten Strahltei ler reflektierte und durch den zweiten Photodetektor aufgenommene Licht durch das Etalon läuft, wobei die Steuereinrichtung (150) konfiguriert ist, um bei Gebrauch ferner ein Signal von dem zweiten Photodetektor aufzunehmen, um die Wellenlänge des durch die optische Quelle (60) emittierten Lichts zu bestimmen; eine Verbindung (50), die angeordnet ist, um die erste Strahlteilerbefestigung (30) mit der zweiten Strahlteilerbefestigung (40) zu verbinden, gekennzeichnet durch eine Verschiebungseinrichtung (80), die mit der zweiten Strahlteilerbefestigung (40) verbunden und zum Ausüben einer Kraft auf die zweite Strahlteilerbefestigung (40) zum Drehen derselben relativ zu der ersten Strahlteilerbefestigung (30) angeordnet ist, wobei die Verbindung (50) durch die durch die Verschiebungseinrichtung (80) auf die zweite Strahlteilerbefestigung (40) ausgeübte Kraft plastisch verformbar ist.
Eine Strahlteilervorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, bei der die Drehung der zweiten Strahlteilerbefestigung (40) relativ zu der ersten Strahlteilerbefestigung (30) zehn Grad oder weniger beträgt.
Eine Strahlteilervorrichtung (10) gemäß Anspruch 2, bei der die Drehung der zweiten Strahlteilerbefestigung (40) relativ zu der ersten Strahlteilerbefestigung (30) zwei Grad oder weniger beträgt.
Eine Strahlteilervorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strahlteilervorrichtung (10) ein Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 8 ppm/K oder weniger aufweist.
Eine Strahlteilervorrichtung (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strahlteilervorrichtung Kovar aufweist.