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WO2003012505A1 - Vorrichtung und verfahren zum multiplexen und/oder demultiplexen optischer signale einer mehrzahl von wellenlängen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum multiplexen und/oder demultiplexen optischer signale einer mehrzahl von wellenlängen Download PDF

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WO2003012505A1
WO2003012505A1 PCT/DE2001/002446 DE0102446W WO03012505A1 WO 2003012505 A1 WO2003012505 A1 WO 2003012505A1 DE 0102446 W DE0102446 W DE 0102446W WO 03012505 A1 WO03012505 A1 WO 03012505A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wavelength
selective filter
wavelengths
light
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2001/002446
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg-Reinhardt KROPP
Robert Elschner
Hans Joachim Eichler
Ron Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to PCT/DE2001/002446 priority Critical patent/WO2003012505A1/de
Priority to US10/079,731 priority patent/US20030002101A1/en
Publication of WO2003012505A1 publication Critical patent/WO2003012505A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
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    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/2938—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device for multiplexing or demultiplexing, i.e. combining or separating wavelengths, e.g. 1xN, NxM
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/03—WDM arrangements
    • H04J14/0307—Multiplexers; Demultiplexers

Definitions

  • Device and method for multiplexing and / or demultiplexing optical signals of a plurality of wavelengths Device and method for multiplexing and / or demultiplexing optical signals of a plurality of wavelengths.
  • the invention relates to a device and a method for multiplexing and / or demultiplexing optical signals of a plurality of wavelengths according to the preamble of claims 1 and 20.
  • optical communications technology it is known in optical communications technology to multiplex the data to be transmitted in order to transmit the largest possible amount of data via an optical waveguide.
  • One possibility for this is to transmit information with several wavelengths independently and simultaneously via one waveguide. It is necessary to combine the signals of the different light sources by an optical multiplexer into an optical waveguide on the transmission side and to split the signals of different wavelengths from the incoming waveguide into individual channels by an optical demultiplexer on the receiver side for separate detection.
  • interference filters Due to a large number of interference layers, the interference filters generate very steep spectral edges between transmission and reflection of different wavelengths. Only a certain wavelength is passed through the interference filter, while the other wavelengths are reflected. By cascading such filters with individually different spectral transmission positions, a selection or combination of a plurality of wavelength channels can take place.
  • the use of interference filters is particularly between at larger wavelength spacings of 10 nm the individual channels extremely effectively.
  • Arrangements are known in which light waveguides are guided, in which light from a waveguide is reflected at an angle on a mirror surface and, after the reflection, is passed on in a further waveguide, the mirror being designed to be wavelength-selective. Cascading is carried out by zigzagging the waveguide between several wavelength-selective mirrors.
  • the filters used in cascading filters must be designed very precisely and matched to one another. This is complex and involves high costs.
  • the present invention is based on the object of providing a device and a method for multiplexing and / or demultiplexing optical signals which can be produced or used at low cost and in particular simplify the use of wavelength-selective filters.
  • wavelength-selective filter is used to combine or separate the individual wavelengths of the optical signals and the optical signals are guided in such a way that they point to the beam several times at different angles meet wavelength-selective filters, with optical signals of only a certain wavelength being coupled in or out for each angle.
  • the invention is therefore based on the idea that the wavelengths are not separated by several different filters, but by a single filter which is irradiated or irradiated at different angles.
  • the wavelength-selective filter has a different filter characteristic for each irradiation angle: a certain angle corresponds to a certain wavelength, which is separated by the wavelength-selective filter, so that the wavelength ranges of the individual optical channels can be determined by the choice of the angles.
  • the invention has the great advantage that only one filter is required for all optical channels or wavelengths. This is associated with considerable cost savings.
  • the light of the plurality of wavelengths is reflected back and forth between the wavelength-selective filter and at least one reflecting surface of the device in such a way that the light rays strike the filter at a different angle after each reflection, one for each angle certain wavelength is coupled out. It can be provided that only one wavelength is transmitted by the wavelength selective filter, and that only a certain wavelength is reflected by the wavelength selective filter.
  • a plurality of reflecting surfaces are provided in the device, which are arranged at an angle to the filter.
  • the individual surfaces can be inclined at the same or at a different angle with respect to the wavelength-selective filter.
  • the reflecting surfaces are each at a different distance from the wavelength-selective filter. This enables the distance between the points of incidence of the light on the filter to be set in the desired manner, in particular in an aquidistant manner.
  • the light of a plurality of wavelengths guided in a waveguide emerges from the waveguide and is formed in a freely radiating manner by an optical imaging system, in particular a lens, into an essentially parallel bundle of light, which the filter is placed several times under each shines through another angle.
  • the light beams coupled out in each case of a specific wavelength are imaged on an optoelectronic converter, in particular a detector, via further optical imaging systems.
  • the optical imaging systems are preferably integrated in a multi-channel interface body, which represents a compact and easy-to-use unit.
  • the wavelength-selective filter is formed, for example, on the surface of a monolithic multiplex body, the reflecting surfaces on an opposite surface of the filter which runs obliquely with respect to the filter Multiplex body are formed. This provides a compact arrangement.
  • the wavelength-selective filter is not directly on the surface of a
  • the light of several wavelengths is guided in an optical waveguide, which is guided several times to the wavelength-selective filter at different angles.
  • the light is reflected on the wavelength-selective filter in a wavelength-selective manner and carried on in the optical waveguide.
  • the light in the waveguide is again brought to the wavelength-selective filter, this time at a different angle.
  • the waveguide is preferably optically integrated in a substrate, in particular an integrated optical chip.
  • One or more mirror surfaces are preferably provided by a mirrored surface of the substrate.
  • the optical waveguide can be curved in the substrate or can also run in a zigzag shape.
  • a coupling of light into the waveguide is preferably carried out directly at the edge of the substrate without the use of additional optics.
  • the light separated into individual wavelengths is preferably selected by opto-electronic converters which are coupled directly to the substrate without additional optics.
  • a separate interface body can be provided for coupling light.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a device for multiplexing and / or demultiplexing optical signals, the signals in a parallel
  • Fig. 2 shows a second exemplary embodiment of a device for multiplexing and / or demultiplexing optical
  • Fig. 3 shows a third exemplary embodiment of a device for multiplexing and / or demultiplexing optical
  • each wavelength provides an optical data channel for the transmission of data.
  • the individual wavelengths ⁇ l, ... ⁇ 4 are separated by means of a demultiplexer 2, which can also be used as a multiplexer in the case of reverse beam rotation, so that they can be detected separately.
  • the demultiplexer 2 has a first optical imaging system 21, second optical imaging systems 22, an interference filter 23 and a plurality of mirror surfaces 24a, 24b, 24c which run obliquely with respect to the interference filter 23.
  • the first optical imaging system which in the exemplary embodiment shown is a converging lens 21, forms the light beams of the several wavelengths emerging from the glass fiber 1 into an almost parallel light bundle which falls on the interference filter 23 at a first angle ⁇ .
  • the interference filter 23 consists of a multiplicity of ⁇ / 4 and ⁇ / 2 thick layers of different refractive index.
  • the layers consist of S02 and TiO2 alternately or of Zr0 2 and MgF 2 .
  • Such interference filters are known per se.
  • the parallel light beam falls on the interference filter 23 at an angle ⁇ , at which exactly one wavelength ⁇ l is transmitted through the interference filter, while the other wavelengths ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 are reflected.
  • the light of the wavelength ⁇ l passes through the interference filter 23 essentially without deflection.
  • the angle ⁇ at which the wavelength ⁇ 1 is coupled out depends on the interference filter used, on the coupled out wavelength and on the desired bandwidth of the filter at the wavelength under consideration.
  • the largest wavelength that can be separated from the filter is at the smallest angle of incidence (0 °) and smaller wavelengths are coupled out at an increasingly larger angle (cf. also FIG. 4).
  • the light of wavelength ⁇ l transmitted by the interference filter 23 is imaged by the second optical imaging system 22, which in turn is a lens, onto a detector (not shown) or, alternatively, is coupled into a waveguide.
  • the lens 22 suitably transmits the transmitted light Deflects in this way and images it onto a detector or couples it into a waveguide.
  • the light of the wavelengths ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 reflected by the interference filter 23 is reflected again on a mirror surface 24a of the multiplexer 2, the mirror surface 24a being arranged at an angle to the interference filter 23.
  • the result of this is that the light reflected on the mirror surface 24a now falls onto the interference filter 23 at a different angle ⁇ .
  • the interference filter 23 has a different one
  • Wavelength selectivity so that the wavelength ⁇ 2 is now coupled out and imaged onto a detector (not shown) via a lens 22.
  • the reflected light of the wavelengths ⁇ 3, ⁇ 4 is in turn reflected on an obliquely arranged mirror surface 24b and guided onto the interference filter 23 at a third angle ⁇ .
  • the wavelength ⁇ 3 is now coupled out.
  • the remaining wavelength ⁇ 4 is reflected on a again obliquely arranged mirror surface 24c of the multiplexer 2 and then falls perpendicularly onto the interference filter 23, which at this angle is transparent to the remaining wavelength ⁇ 4.
  • the same principle can of course also be used for a different number of wavelengths to be separated.
  • the wavelengths .lambda..lambda..sub.4 are separated with only one filter, each wavelength to be separated striking the interference filter 23 at a different angle.
  • the demultiplexer 2 preferably consists of a monolithic multiplex body, on one surface of which the interference filter 23 is formed and on the opposite surface of which the angled mirror surfaces 24a, 24b, 24c are formed.
  • the second optical imaging systems or lenses 22 are preferably integrated in an interface body 3, which is placed on the interference filter 23.
  • the multiplex body can also consist of two partial areas 2a, 2b, the interference filter being attached to one partial area 2a and the reflecting, obliquely arranged mirror surfaces 24a, 24b, 24c and the first optical imaging system 21 to the other partial area 2b be formed.
  • the sub-area 2a with the interference filter provides a separate support body for the interference filter.
  • the two partial bodies 2a, 2b are placed directly next to one another along a parallel boundary surface.
  • Fig. 2 shows an alternative in plan view
  • Exemplary embodiment of a demultiplexer 4 in which the light of several wavelengths ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 is guided in a waveguide 5.
  • the waveguide 5 is optically integrated in a substrate 6.
  • An interference filter 43 is arranged on the upper edge 62 of the substrate 6 (perpendicular to the plane of the drawing) and is formed on a carrier 8 fastened to the substrate 6.
  • the lower substrate edge 61 is metallized so that it acts as a mirror.
  • the interference filter 43 can also be formed on the substrate edge 61 without using a carrier 8.
  • Light of the different wavelengths ⁇ l,..., ⁇ 4 is coupled directly into the waveguide 5 at the edge of the substrate and is guided in this at a first angle ⁇ onto the wavelength-selective filter 43.
  • a wavelength ⁇ 1 is coupled out while the other wavelengths are reflected and in that which is guided away at an angle by the filter 43
  • the wavelength ⁇ 2 is now decoupled.
  • the light is directed into the waveguide 5 at an angle ⁇ and finally perpendicular to the interference filter 43, the remaining wavelengths ⁇ 3, ⁇ 4 being coupled out.
  • the wavelengths that are coupled out are in turn converted by an opto-electronic converter, in particular a
  • Detected photodiode 7 which is only shown schematically.
  • the photodiodes 7 are coupled directly and without additional optics to the integrated optical chip 6 or the carrier 8.
  • a carrier body for the photodiodes 7 is provided, which is connected to the carrier 8.
  • FIG. 3 like FIG. 2, relates to a 4-channel demultiplexer in which the light is guided in a waveguide 5 '.
  • the waveguide 5 ⁇ extends in a zigzag shape and in a straight line in the substrate 6 ⁇ on the respective sections.
  • the functional mechanism in the decoupling of the wavelengths ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 is the same as described with reference to FIGS. 1 and 2. Due to the zigzag guidance of the optical waveguide 5 in the substrate 6 ', however, not only a metallized mirror surface as in FIG.
  • the substrate 6 ' is provided with corresponding obliquely running edges on which the mirror surfaces 41a 41b ⁇ , 41c are realized.
  • Optoelectronic transducers for the detection of the separated wavelengths are in turn coupled directly and without additional optics to the substrate or the integrated optical chip or alternatively in a carrier body for the Converter provided.
  • the light can each be coupled into an optical waveguide, with each optical waveguide transmitting a separate wavelength.
  • the oblique edges with the mirror surfaces 41a 41b ⁇ , 41c are each arranged at a different distance from the interference filter 43. This makes it possible to set the distance between the points of occurrence of the light on the interference filter to a desired value, in particular in an aquidistant manner.
  • the distance between the first three points of occurrence and, accordingly, the distance between the associated optical imaging systems 22 and transducers is aquidistant. If, in FIGS. 1 and 3, the edge with the mirror surface 24c, 41c ⁇ was at a greater distance from the interference filter 23, 43 ', the last point of occurrence would also be aquidistant.
  • the required angle of incidence is determined by the wavelength to be separated.
  • a suitable adjustment of the distance between the individual edges or mirror surfaces can nevertheless provide an aquidistant arrangement of the imaging systems and transducers, which has the advantage of simpler provision of these systems and components in a support body.
  • FIG. 4 schematically shows the angle-dependent transmission of a wavelength-selective filter.
  • the transmission is shown both for p-polarization and for s-polarization of the light. It can be clearly seen that for different angles at which light falls on an interference filter, the interference filter is transparent for different wavelengths. If the angle-dependent transmission is known, the light of the wavelength to be separated is directed onto the interference filter at the angle required in each case. It is pointed out that the angle dependency of the transmission of an interference filter is an inherent property of an interference filter and that no additional measures are required to provide such an angle dependency.
  • Interference filter is designed such that only a certain wavelength is reflected and the other wavelengths are transmitted. When the transmitted wavelengths are reflected and fed back to the interference filter at a different angle, the same mode of operation results as in FIGS. 1-3.
  • the optical signals are routed in the multiplexer / demultiplexer in such a way that they hit a wavelength-selective filter several times at different angles, a certain wavelength being coupled out for each angle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer Signale einer Mehrzahl von Wellenlängen, wobei die optischen Signale der verschiedenen Wellenlängen vereinigt oder wellenlängenselektiv separiert werden. Erfindungsgemäss wird zur Vereinigung oder Separierung der einzelnen Wellenlängen (l1, ..., l4) genau ein wellenlängenselektives Filter (23) verwendet und werden die optischen Signale derart geführt, dass sie mehrfach unter jeweils verschiedenen Winkeln (a, b, g, d) auf das wellenlängenselektive Filter (23) treffen, wobei für jeden Winkel (a, b, g, d) optische Signale nur einer bestimmten Wellenlänge (l1, ..., l4) ein- oder ausgekoppelt werden. In der Vorrichtung wird das Licht der Mehrzahl von Wellenlängen (11, ..., 14) derart zwischen dem wellenlängenselektiven Filter (23, 43, 43) und mindestens einer reflektierenden Oberfläche (24a, 24b, 24c; 61; 41a, 41b, 41c) der Vorrichtung hin- und herreflektiert, dass das Licht nach jeder Reflektion unter einem anderen Winkel auf den wellenselktiven Filter (23, 43, 43) trifft.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung: Vorrichtung und Verfahren zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer Signale einer Mehrzahl von Wellenlängen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer Signale einer Mehrzahl von Wellenlängen nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 20.
Es ist in der optischen Nachrichtentechnik bekannt, zur Übertragung einer möglichst großen Datenmenge über einen Lichtwellenleiter die zu übertragenden Daten zu multiplexen. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, mit mehreren Wellenlängen unabhängig und gleichzeitig über einen Wellenleiter Informationen zu übertragen. Dabei ist es notwendig, auf der Sendeseite die Signale der verschiedenen Lichtquellen durch einen optischen Multiplexer in einen Lichtwellenleiter zu vereinigen und auf der Empfängerseite die Signale verschiedener Wellenlängen aus dem ankommenden Wellenleiter durch einen optischen Demultiplexer in einzelne Kanäle zur getrennten Detektion aufzuteilen.
Zur Realisierung eines Multiplexing oder Demultiplexing ist es aus der EP-A-0 877 264 bekannt, die einzelnen Wellenlängen durch Interferenzfilter zu separieren. Durch eine hohe Anzahl von Interferenzschichten erzeugen die Interferenzfilter sehr steile spektrale Flanken zwischen Transmission und Reflektion verschiedener Wellenlängen. Nur eine bestimmte Wellenlänge wird dabei durch die Interferenzfilter durchgelassen, während die anderen Wellenlängen reflektiert werden. Durch eine Kas- kadierung von solchen Filtern mit individuell unterschiedlichen spektralen Tansmissionslagen kann eine Selektion bzw. Vereinigung einer Vielzahl von Wellenlängenkanälen erfolgen. Die Verwendung von Interferenzfiltern ist insbesondere bei größeren Wellenlängenabständen von 10 nm und mehr zwischen den einzelnen Kanälen äußerst effektiv.
Eine Kaskadierung mehrerer unterschiedlicher Filter kann in einem parallelen optischen Strahlengang erfolgen. Voraussetzung hierfür ist eine Strahlformung durch Linsen oder Spiegel. Für den Fall, daß das Licht in
Lichtwellenleitern gefuhrt wird, sind Anordnungen bekannt, bei denen Licht eines Wellenleiters unter einem Winkel an einer Spiegelfläche reflektiert und nach der Reflektion in einem weiteren Wellenleiter weitergeführt wird, wobei der Spiegel wellenlangenselektiv ausgelegt ist. Durch Zickzackfuhrung der Wellenleiter zwischen mehreren wellenlangenselektiven Spiegeln erfolgt dabei eine Kaskadierung .
Nachteilig müssen die bei einer Kaskadierung von Filtern verwendeten Filter sehr genau ausgelegt und aufeinander abgestimmt sein. Dies ist aufwendig und mit hohen Kosten verbunden .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer Signale zur Verfugung zu stellen, die kostengünstig herstellbar bzw. einsetzbar sind und insbesondere den Einsatz wellenlangenselektiver Filter vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 20 gelost. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen angegeben .
Danach ist erfindungsgemaß vorgesehen, daß zur Vereinigung oder Separierung der einzelnen Wellenlangen der optischen Signale nur ein wellenlangenselektives Filter verwendet und die optischen Signale dabei derart gefuhrt werden, daß sie mehrfach unter jeweils verschiedenen Winkeln auf das wellenlangenselektive Filter treffen, wobei für jeden Winkel optische Signale nur einer bestimmten Wellenlange ein- oder ausgekoppelt werden.
Die Erfindung beruht somit auf dem Gedanken, die Separierung der Wellenlangen nicht durch mehrere unterschiedliche Filter vorzunehmen, sondern durch ein einziges Filter, welches in verschiedenen Winkeln be- bzw. durchstrahlt wird. Das wellenlangenselektive Filter weist dabei für jeden Bestrahlungswinkel eine andere Filtercharakteristik auf: ein bestimmter Winkel korrespondiert mit einer bestimmten Wellenlange, die durch das wellenlangenselektive Filter separiert wird, so daß durch die Wahl der Winkel die Wellenlangenbereiche der einzelnen optischen Kanäle festgelegt werden können.
Die Erfindung weist den großen Vorteil auf, daß nur ein Filter für samtliche optischen Kanäle bzw. Wellenlangen benotigt wird. Dies ist mit erheblichen Kosteneinsparungen verbunden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Licht der Mehrzahl von Wellenlangen derart zwischen dem wellenlängenselektiven Filter und mindestens einer reflektierenden Oberflache der Vorrichtung hin- und herreflektiert , daß die Lichtstrahlen nach jeder Reflektion unter einem anderen Winkel auf das Filter treffen, wobei für jeden Winkel eine bestimmte Wellenlange ausgekoppelt wird. Dabei kann sowohl vorgesehen sein, daß nur eine Wellenlange von dem wellenlangenslektiven Filter durchgelassen wird, als auch daß nur eine bestimmte Wellenlange von dem wellenlangenselektiven Filter reflektiert wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß genaugenommen nicht nur eine bestimmte Wellenlange für einen bestimmten Winkel ausgekoppelt wird, sondern ein schmalbandiger Wellenlangenbereich mit einer Bandbreite von beispielsweise 5 bis 10 nm.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in der Vorrichtung mehrere reflektierende Oberflachen vorgesehen, die winkelig gegenüber dem Filter angeordnet sind. Die einzelnen Oberflachen können dabei je nach dem gewünschten Winkel, mit dem das Licht auf das wellenlangenselektive Filter auftreffen soll, unter dem gleichen oder unter einem unterschiedlichen Winkel gegenüber dem wellenlangenselektiven Filter geneigt sein. Auch kann vorgesehen sein, daß die reflektierenden Oberflachen jeweils einen anderen Abstand zu dem wellenlangenselektiven Filter aufweisen. Dies ermöglicht, den Abstand der Auftreffpunkte des Lichts auf den Filter in gewünschter Weise, insbesondere aquidistant einzustellen.
In einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß das in einem Wellenleiter geführte Licht mehrerer Wellenlangen aus dem Wellenleiter austritt und frei strahlend durch ein optisches Abbildungssystem, insbesondere eine Linse, zu einem im wesentlichen parallelen Lichtbundel geformt wird, das den Filter mehrmals jeweils unter einem anderen Winkel durchstrahlt. Die dabei ausgekoppelten Lichtstrahlen jeweils einer bestimmten Wellenlange werden über weitere optische Abbildungssysteme auf einen optoelektronischen Wandler, insbesondere einen Detektor abgebildet. Bevorzugt sind die optischen Abbildungssysteme dabei in einem mehrkanaligen Schnittstellenkorper integriert, der eine kompakte und einfach handhabbare Einheit darstellt.
Das wellenlangenselektive Filter ist bei dieser Ausfuhrungsform beispielsweise auf der Oberflache eines monolithischen Multiplexkorpers ausgebildet, wobei die reflektierenden Oberflachen an einer gegenüberliegenden, gegenüber dem Filter schräg verlaufenden Oberflache des Multiplexkorpers ausgebildet sind. Hierdurch wird eine kompakte Anordnung bereitgestellt.
Alternativ ist vorgesehen, daß das wellenlangenselektive Filter nicht unmittelbar auf der Oberflache eines
Multiplexkorpers ausgebildet ist, sondern auf einem separaten Tragerkorper, beispielsweise einem Glassubstrat, das dann mit dem Multiplexkorper verbunden wird. Dies weist den Vorteil auf, daß das wellenlangenselektive Filter gesondert gefertigt und vorgepruft werden kann.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird das Licht mehrerer Wellenlangen in einem Lichtwellenleiter gefuhrt, der unter unterschiedlichen Winkeln mehrfach an das wellenlangenselektive Filter herangeführt wird. Das Licht wird dabei an dem wellenlangenselektiven Filter wellenlangenselektiv reflektiert und in dem Lichtwellenleiter weitergeführt. Durch entsprechendes gekrümmtes Fuhren des Lichtwellenleiters und/oder einer Reflektion an einer Spiegelflache wird das Licht in dem Wellenleiter erneut, diesmal unter einem anderen Winkel an das wellenlangenselektive Filter herangeführt.
Der Wellenleiter ist dabei bevorzugt integriert optisch in einem Substrat, insbesondere einem integriert optischen Chip ausgebildet. Eine oder mehrere Spiegelflachen werden dabei bevorzugt durch eine verspiegelte Oberflache des Substrats bereitgestellt. Der Lichtwellenleiter kann in dem Substrat gekrümmt oder auch zickzackformig verlaufen. Eine Einkoppelung von Licht in den Wellenleiter erfolgt bevorzugt direkt an der Substratkante, ohne die Verwendung einer zusätzlichen Optik. Ebenso wird das in einzelne Wellenlangen separierte Licht bevorzugt durch opto-elektronische Wandler selektiert, die unmittelbar und ohne eine zusatzliche Optik an das Substrat angekoppelt sind. Es ist jedoch ebenso möglich, die opto-elektronischen Wandler in einem Trager anzuordnen, der dann an der Substratkante montiert wird. Auch kann zur Einkopplung von Licht ein gesonderten Schnittstellenkorper vorgesehen sein.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausfuhrungsbeispiele naher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer Signale, wobei die Signale in einem parallelen
Lichtbundel mehrfach einen Interferenzfilter durchstrahlen;
Fig. 2 ein zweites Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer
Signale, wobei das Licht in einem gekrümmt verlaufenden Lichtwellenleiter gefuhrt wird;
Fig. 3 ein drittes Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer
Signale, wobei das Licht in einem zickzackformig verlaufenden Lichtwellenleiter gefuhrt wird.
Gemäß Fig. 1 wird Licht einer Vielzahl von Wellenlangen λl, ... λ4 in einer Glasfaser 1 gefuhrt. Jede Wellenlange stellt dabei einen optischen Datenkanal zur Übertragung von Daten zur Verfugung. Mittels eines Demultiplexers 2, der bei umgekehrter Strahltuhrung auch als Multiplexer verwendet werden kann, werden die einzelnen Wellenlangen λl, ... λ4 separiert, so daß sie getrennt detektiert werden können.
Der Demultiplexer 2 weist ein erstes optisches Abbildungssystem 21, zweite optische Abbildungssysteme 22, einen Interferenzfilter 23 und mehrere gegenüber dem Interferenzfilter 23 schräg verlaufende Spiegelflachen 24a, 24b, 24c auf. Das erste optische Abbildungssystem, bei dem es sich im dargestellen Ausführungsbeispiel um eine Sammellinse 21 handelt, formt die aus der Glasfaser 1 austretenden Lichtstrahlen der mehreren Wellenlängen zu einem nahezu parallelen Lichtbündel, das unter einem ersten Winkel α auf das Interferenzfilter 23 fällt.
Das Interferenzfilter 23 besteht aus einer Vielzahl von jeweils λ/4 und λ/2 dicken Schichten unterschiedlicher Brechzahl. Beispielsweise bestehen die Schichten abwechselnd aus S02 und Tiθ2 oder aus Zr02 und MgF2. Derartige Interferenzfilter sind an sich bekannt.
Das parallele Lichtbündel fällt unter einem Winkel α auf das Interferenzfilter 23, bei dem genau eine Wellenlänge λl durch das Interferenzfilter durchgelassen wird, während die anderen Wellenlängen λ2, λ3, λ4 reflektiert werden. Das Licht der Wellenlänge λl tritt dabei im wesentlichen ohne Ablenkung durch das Interferenzfilter 23 hindurch.
Der Winkel α, unter dem die Wellenlänge λl ausgekoppelt wird, hängt dabei von dem verwendeten Interferenzfilter, von der ausgekoppelten Wellenlänge und von der gewünschten Bandbreite des Filters bei der betrachteten Wellenlänge ab. Dabei wird die größte, vom Filter separierbare Wellenlänge bei dem kleinsten Einfallwinkel (0°) und werden kleinere Wellenlängen unter einem zunehmend größeren Winkel ausgekoppelt (vgl. auch Fig. 4) .
Das von dem Interferenzfilter 23 durchgelassene Licht der Wellenlänge λl wird durch das zweite optische Abbildungssystem 22, bei dem es sich wiederum um eine Linse handelt, auf einen nicht dargestellten Detektor abgebildet oder alternativ in einen Wellenleiter eingekoppelt. Dabei kann abweichend von der Darstellung in Fig. 1 auch vorgesehen sein, daß die Linse 22 das transmittierte Licht in geeigneter Weise ablenkt und dabei auf einen Detektor abbildet bzw. in einen Wellenleiter einkoppelt.
Das von dem Interferenzfilter 23 reflektierte Licht der Wellenlangen λ2, λ3, λ4 wird an einer Spiegelflache 24a des Multiplexers 2 erneut reflektiert, wobei die Spiegelflache 24a winkelig gegenüber dem Interferenzfilter 23 angeordnet ist. Dies fuhrt dazu, daß das an der Spiegelflache 24a reflektierte Licht nun unter einem anderen Winkel ß auf das Interferenzfilter 23 fallt. Für den anderen Einfallswinkel ß weist das Interferenzfilter 23 eine andere
Wellenlangenselektivitat auf, so daß nun die Wellenlange λ2 ausgekoppelt und über eine Linse 22 auf einen nicht dargestellten Detektor abgebildet wird.
Das reflektierte Licht der Wellenlangen λ3, λ4 wird wiederum an einer schräg angeordneten Spiegelflache 24b reflektiert und unter einem dritten Winkel γ auf das Interferenzfilter 23 gefuhrt. Hier wird nun die Wellenlange λ3 ausgekoppelt. Die verbleibende Wellenlange λ4 wird an einer erneut schräg angeordneten Spiegelflache 24c des Multiplexers 2 reflektiert und fallt dann senkrecht auf den Interferenzfilter 23, der bei diesem Winkel für die noch verbleibende Wellenlange λ4 durchlassig ist.
Das gleiche Prinzip ist selbstverständlich auch bei einer anderen Zahl von zu separierenden Wellenlangen einsetzbar. Auf die beschrieben Weise erfolgt mit nur einem Filter eine Separation der Wellenlangen λl, ..., λ4, wobei jede zu separierende Wellenlange unter einem unterschiedlichen Winkel auf den Interferenzfilter 23 trifft.
Der Demultiplexer 2 besteht bevorzugt aus einem monolitischen Multiplexkorper, an dessen einen Oberflache der Interferenzfilter 23 ausgebildet ist und an dessen gegenüberliegender Oberflache die winkelig und als Stufen ausgebildeten Spiegelflachen 24a, 24b, 24c ausgebildet sind. Die zweiten optischen Abbildungssysteme bzw. Linsen 22 sind bevorzugt in einen Schnittstellenkorper 3 integriert, der auf den Interferenzfilter 23 aufgesetzt wird.
Zwecks einer einfacheren Herstellung des Multiplexkorpers kann dieser auch aus zwei Teilbereichen 2a, 2b bestehen, wobei auf dem einen Teilbereich 2a der Interferenzfilter angebracht wird und an dem anderen Teilbereich 2b die reflektierenden, schräg angeordneten Spiegelflachen 24a, 24b, 24c sowie das erste optische Abbildungssystem 21 ausgebildet werden. Der Teilbereich 2a mit dem Interferenzfilter stellt dabei einen separaten Tragerkorper für den Interferenzfilter bereit. Die beiden Teilkorper 2a, 2b werden entlang einer parallelen Grenzflache direkt aneinandergesetzt .
Fig. 2 zeigt in Draufsicht ein alternatives
Ausfuhrungsbeispiel eines Demultiplexers 4, bei dem das Licht mehrerer Wellenlangen λl, λ2, λ3, λ4 in einem Wellenleiter 5 gefuhrt wird. Der Wellenleiter 5 ist dabei integriert optisch in einem Substrat 6 ausgebildet. An der oberen Kante 62 des Substrats 6 ist (senkrecht zur Zeichenebene) ein Interferenzfilter 43 angeordnet, das an einem an dem Substrat 6 befestigten Trager 8 ausgebildet ist. Die untere Substratkante 61 ist metallisiert, so daß sie als Spiegel wirkt. Alternativ kann das Interferenzfilter 43 auch an der Substratkante 61 ausgebildet sein, ohne daß ein Trager 8 verwendet wird.
Licht der verschiedenen Wellenlangen λl, ..., λ4 wird an der Substratkante direkt in den Wellenleiter 5 eingekoppelt und in diesem unter einem ersten Winkel α auf den wellenlangenselektiven Filter 43 gefuhrt. Wie in Bezug auf Fig. 1 erläutert, wird dabei eine Wellenlange λl ausgekoppelt, wahrend die weiteren Wellenlangen reflektiert und in dem von dem Filter 43 winklig wieder weggeführten
Wellenleiter 5 zur unteren, verspiegelten Substratkante 61 gefuhrt, dort reflektiert und von dem gekrümmten Wellenleiter 5 unter einem zweiten Winkel ß wieder auf das Interferenzfilter 43 geführt werden. Es erfolgt nun eine Auskoppelung der Wellenlänge λ2. Nach weiteren Reflektionen an der metallisierten Substratkante 61 wird das Licht in den Wellenleiter 5 unter einem Winkel γ und schließlich senkrecht auf den Interferenzfilter 43 gelenkt, wobei die noch verbleibenden Wellenlängen λ3, λ4 ausgekoppelt werden.
Die jeweils ausgekoppelten Wellenlängen werden wiederum durch einen opto-elektronischen Wandler, insbesondere eine
Fotodiode 7 detektiert, die lediglich schematisch dargestellt ist. Die Fotodioden 7 sind direkt und ohne zusätzliche Optik an den integriert optischen Chip 6 bzw. den Träger 8 angekoppelt. Alternativ ist ein Trägerkörper für die Fotodioden 7 vorgesehen, der mit dem Träger 8 verbunden ist.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 betrifft ebenso wie die Fig. 2 einen 4-Kanal-Demultiplexer, bei dem das Licht in einem Wellenleiter 5' geführt wird. Anders als in der Fig. 2 verläuft der Wellenleiter 5Λ dabei zickzackförmig und auf den jeweiligen Teilstrecken geradlinig in dem Substrat 6Λ. Der Funktionsmechanismus bei der Auskoppelung der Wellenlängen λl, λ2, λ3, λ4 ist der gleiche wie in Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben. Aufgrund der Zickzackführung des Lichtwellenleiters 5 in dem Substrat 6' ist jedoch nicht nur eine metallisierte Spiegelfläche wie bei der Fig. 2 vorgesehen, sondern mehrere metallisierte Spiegelflächen 41aλ, 41bx, 41cλ, die jeweils winkelig, d.h. nicht parallel gegenüber dem Interferenzfilter 43 Λ angeordnet sind. Das Substrat 6' ist dazu mit entsprechenden schräg verlaufenden Kanten versehen, an denen die Spiegelflächen 41a 41b λ, 41c realisiert sind.
Opto-elektronische Wandler zur Detektion der separierten Wellenlängen werden wiederum direkt und ohne zusätzliche Optik an das Substrat bzw. den integriert- optischen Chip angekoppelt oder alternativ in einem Trägerkörper für die Wandler bereitgestellt. Ebenso kann das Licht jeweils in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt werden, wobei jeder Lichtwellenleiter eine separierte Wellenlange übertragt.
Es wird darauf hingewiesen, daß in Figur 3 ebenso wie in
Figur 1 die schräg verlaufenden Kanten mit den Spiegelflachen 41a 41bλ, 41c jeweils in einem unterschiedlichen Abstand zu dem Interferenzfilter 43 angeordnet sind. Dies ermöglicht, den Abstand zwischen den Auftrittspunkten des Lichts auf das Interferenzfilter auf einen gewünschten Wert, insbesondere aquidistant einzustellen. So ist in den Figuren 1 und 3 der Abstand zwischen den ersten drei Auftrittspunkten und dementsprechend auch der Abstand der zugeordneten optischen Abbildungssysteme 22 und Wandler aquidistant. Sofern in den Figuren 1 und 3 die Kante mit der Spiegelfläche 24c, 41c Λ einen größeren Abstand vom Interferenzfilter 23, 43' aufweisen wurde, wäre auch der letzte Auftrittspunkt aquidistant .
Dabei ist zu beachten, daß der erforderliche Auftrittswinkel durch die zu separierende Wellenlange festgelegt ist. über eine geeignete Einstellung des Abstands der einzelnen Kanten bzw. Spiegelflachen kann trotzdem eine aquidistante Anordnung der Abbildungssysteme und Wandler bereitgestellt werden, was den Vorteil einer einfacheren Bereitstellung dieser Systeme und Komponenten in einem Tragerkorper aufweist.
Fig. 4 zeigt schematisch die winkelabhangige Transmission eines wellenlangenselektiven Filters. Die Transmission ist dabei sowohl für eine p-Polarisation als auch für eine s- Polarisation des Lichtes dargestellt. Es ist gut erkennbar, daß für verschiedene Winkel, unter denen Licht auf ein Interferenzfilter fallt, der Interferenzfilter für unterschiedliche Wellenlangen durchlassig ist. Bei Kenntnis der winkelabhangigen Transmission wird das Licht der zu separierenden Wellenlange unter dem jeweils erforderlichen Winkel auf das Interferenz ilter gerichtet. Es wird darauf hingewiesen, daß die Winkelabhangigkeit der Transmission eines Interferenzfilter eine inhärente Eigenschaft eines Interferenzfilters ist und es keiner zusatzlichen Maßnahmen bedarf, um eine solche Winkelabhangigkeit bereitzustellen.
Die Erfindung beschrankt sich in ihrer Ausfuhrung nicht auf die vorstehend dargestellten Ausfuhrungsbeispiele. Beispielsweise ist es ebenfalls möglich, daß das
Interferenzfilter derart ausgelegt ist, daß nur eine bestimmte Wellenlange reflektiert und die übrigen Wellenlangen transmittiert werden. Bei Spiegelung der transmittierten Wellenlangen und Rückführung auf den Interferenzfilter unter einem unterschiedlichen Winkel ergibt sich dabei die gleiche Funktionsweise wie bei den Fig. 1 - 3.
Wesentlich für die Erfindung ist allein, daß die optischen Signale im dem Multiplexer/Demultiplexer derart gefuhrt werden, daß sie mehrfach unter verschiedenen Winkeln auf einen wellenlangenselektiven Filter treffen, wobei für jeden Winkel eine bestimmte Wellenlange ausgekoppelt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer Signale einer Mehrzahl von Wellenlängen, wobei die optischen Signale der verschiedenen Wellenlängen vereinigt oder wellenlängenselektiv separiert werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Vereinigung oder Separierung der einzelnen Wellenlängen (λl, ..., λ4 ) genau ein wellenlängenselektives Filter (23, 43, 43 ) verwendet wird und die optischen Signale derart in der Vorrichtung (2, 4, 4λ) geführt werden, daß sie mehrfach unter jeweils verschiedenen Winkeln (α, ß, γ, δ) auf das wellenlängenselektive Filter (23, 43, 43Λ) treffen, wobei für jeden Winkel (α, ß, γ, δ) optische Signale nur einer bestimmten Wellenlänge (λl, ..., λ4 ) ein- oder ausgekoppelt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Licht der Mehrzahl von Wellenlängen (λl, ..., λ4 ) derart zwischen dem wellenlängenselektiven Filter (23, 43, 43λ) und mindestens einer reflektierenden Oberfläche (24a, 24b, 24c; 61; 41a \ 41b 41cΛ) der Vorrichtung hin- und herreflektiert wird, daß das Licht nach jeder Reflektion unter einem anderen Winkel auf das wellenselektive Filter (23, 43, 43Λ) trifft.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere reflektierende Oberflächen (24a, 24b, 24c; 41a\ 41b\ 41c Λ ) vorgesehen sind, die gegenüber dem wellenlängenselektiven Filter (23, 43, 43') winklig angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Oberflächen (24a, 24b, 24c; 61; 41a\ 41b\ 41cΛ) jeweils unter einem anderen Winkel gegenüber dem wellenlängenselektiven Filter (23, 43, 43Λ) geneigt sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die reflektierenden Oberflächen (24a, 24b, 24c; 41a\ 41b\ 41cΛ) jeweils einen anderen Abstand zu dem wellenlängenselektiven Filter (23, 43, 43Λ) aufweisen.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einem
Wellenleiter (1) austretende Licht mehrerer Wellenlängen durch ein optisches Abbildungssystem (21) zu einem im wesentlichen parallelen Lichtbündel geformt wird, das den wellenlängenselektiven Filter (23) mehrmals jeweils unter einem anderen Winkel durchstrahlt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgekoppelten Lichtstrahlen über weitere optische Abbildungssysteme (22) jeweils auf einen zugeordneten Detektor abgebildet werden .
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren optischen Abbildungssysteme (22) in einen mehrkanaligen Schnittstellenkörper (3) integriert sind.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wellenlängenselektive Filter (23) auf einer Oberfläche eines Multiplexkorpers (2a, 2b) angeordnet ist und der Mulitplexkörper mindestens eine weitere, Oberfläche aufweist, die mehrere schräg angeordnete reflektierende Oberflachen (24a, 24b, 24c) ausbildet.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht der
Mehrzahl von Wellenlangen (λl, ..., λ4 ) in einem Lichtwellenleiter (5, 5Λ) gefuhrt wird, der unter unterschiedlichen Winkeln (α, ß, γ, δ) mehrfach an das wellenlangenselektive Filter (43, 43Λ) herangeführt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (5, 5 Λ ) integriert optisch in einem Substrat (6, 6 ), insbesondere einem integriert optischen Chip ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, da urch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (5, 5 x ) zwischen dem wellenlangenselektiven Filter (43, 43Λ) und mindestens einer Spiegelflache (61; 41aΛ, 41bΛ, 41cΛ) hin- und hergeführt wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelflache (61) durch eine metallisierte Oberflache des Substrats (6) gebildet wird .
14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Wellenleiter
(5) zur Realisierung unterschiedlicher Heranfuhrwinkel an den wellenlangenselektiven Filter (43) in dem Substrat (6) gekrümmt verlauft.
15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (5X) zur Realisierung unterschiedliche Heranfuhrwinkel an den wellenlangenselektiven Filter (43Λ) in dem Substrat (6λ) zickzackformig hin- und herlauft, wobei das im Wellenleiter geführte Licht mehrfach an mindestens einer winklig zum wellenlangenselektiven Filter (43Λ) verlaufenden Schicht (41a 41b\ 41c') reflektiert wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die mindestens eine winkelig zum wellenlangenselektiven Filter verlaufende Schicht (41aλ, 41b 41cλ) an einer Oberflache des Substrats (6Λ) ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß Licht in den
Wellenleiter (5, 5λ) des Substrats (6, 6Λ) unmittelbar von der Substratkante (61) eingekoppelt wird.
18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 - 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht der separierten, ausgekoppelten Wellenlangen jeweils durch einen opto-elektronischen Wandler (7) detektiert wird, der direkt und ohne zusatzliche Optik an das Substrat (6, 6Λ) angekoppelt ist.
19. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wellenlangenselektive Filter (23, 43') an einem separaten Tragerkorper (2a, 8) ausgebildet ist.
20. Verfahren zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer Signale einer Mehrzahl von Wellenlangen, wobei die optischen Signale der verschiedenen Wellenlangen vereinigt oder wellenlangenselektiv separiert werden,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Vereinigung oder Separierung der einzelnen Wellenlängen (λl, ..., λ4) die optischen Signale mehrfach unter jeweils verschiedenen Winkeln (α, ß, γ, δ) auf ein wellenlängenselektive Filter (23, 43, 43') gelenkt werden, wobei für jeden Winkel (α, ß, γ, δ) optische Signale nur einer bestimmten Wellenlänge (λl, ..., λ4) ein- oder ausgekoppelt werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht der Mehrzahl von Wellenlängen (λl, ..., λ4 ) zwischen dem wellenlängenselektiven Filter (23, 43, 43') und mindestens einer reflektierenden Oberfläche (24a, 24b, 24c; 61; 41a \ 41b\ 41cx) der Vorrichtung hin- und herreflektiert wird, wobei das Licht nach jeder Reflektion unter einem anderen Winkel auf das wellenselektive Filter (23, 43, 43Λ) trifft.
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