DE10054372A1

DE10054372A1 - Baugruppe zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer Signale

Info

Publication number: DE10054372A1
Application number: DE10054372A
Authority: DE
Inventors: Franz Auracher; Ingo Baumann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Finisar Corp
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: DE10054372B4; US6539145B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer Signale mit mindestens einem wellenlängenselektiven Filter zum Multiplexen bzw. Demultiplexen in die Baugruppe ein- bzw. ausgekoppelter optischer Signale, wobei Lichtstrahlen mindestens eines optischen Kanals jeweils unter einem bestimmten Einfallswinkel auf einen wellenlängenselektiven Filter treffen und dabei von den Lichtstrahlen anderer optischer Kanäle getrennt bzw. mit diesen zusammengeführt werden. Erfindungsgemäß ist mindestens ein wellenlängenselektiver Filter (Fi) bezüglich des Einfallswinkels der Lichtstrahlen einstellbar. Die Erfindung stellt eine Baugruppe zur Verfügung, bei der die Mittenwellenlänge eines Filters aufgrund der Einstellbarkeit des Einfallswinkels genau einstellbar und darüber hinaus ein bestimmter Filter (Fi) auch für mehrere Wellenlängen einsetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer Signale nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur effektiveren Ausnutzung der Übertragungskapazität von Lichtwellenleitern werden in zunehmenden Maße Wellenlängen- Multiplex/Demultiplex-Techniken eingesetzt. Dabei werden mehrere, voneinander unabhängige optische Signale mit ver schiedenen Wellenlängen über einen gemeinsamen Lichtwellen leiter übertragen. Zur Zusammenführung und Trennung dieser Signale beim Empfänger bzw. Sender werden dann Multiplex/De multiplex-Techniken eingesetzt. Eine Möglichkeit der Trennung bzw. der Zusammenführung optischer Signale verschiedener Wellenlängen liegt in der Verwendung schmalbandiger optischer Bandpassfilter.

Solche Filter bestehen meist aus dielektrischen Schichtsyste men, die auf geeigneten Trägersubstraten, in der Regel Glas substraten, aufgebracht sind. Ihre Transmissions- bzw. Refle xionseigenschaften für einen bestimmten Wellenlängenbereich werden gezielt durch die Wahl der Dicken und Brechzahlen der einzelnen Schichten und ihre Anordnung eingestellt.

Die Reflektivität bzw. Transmissivität optischer Bandpassfil ter mit verschiedenen Mittenwellenlängen in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichtes ist in Fig. 9 schematisch und idealisiert dargestellt. Dabei stehen λ1 bis λn für die Zen tral- bzw. Mittenwellenlängen der Filter Fi bis Fn, λ für die Wellenlänge des Lichts und R und T für den Reflexions- bzw. Transmissionsgrad. Der Transmissonsgrad ist mit durchgezogenen Linien dargestellt, der Reflexionsgrad mit gestrichelten Linien. Es gilt, daß R ≈ 1 - T. In einem bestimmten Bereich um ihre Mittenwellenlänge weisen diese Filter eine besonders hohe Transmission auf, reflektieren aber Licht mit Wellenlängen außerhalb dieses Bereich. Sie wirken dadurch als wellenlängenselektive Spiegel. Die Mittenwellenlänge ist dabei vom Einfallswinkel der Lichtstrahlen abhängig.

Eine im Stand der Technik bekannte Multiplex-/Demultiplex- Anordnung mit optischen Filtern ist in der Fig. 10 darge stellt. Das aus einem Lichtwellenleiter Fi, in der Regel eine Glasfaser, austretende optische Signal der Wellenlängen λ1-λn wird durch ein Abbildungssystem L1 kollimiert, parallelisiert und in ein Filtersystem eingekoppelt. Das Abbildungssystem besteht dabei in der Regel aus einer Linse, meist einer Gradientenindexlinse. Das Filtersystem besteht aus optischen Filter Fi1, Fi2, Fi3, die in einem festen Abstand zueinander auf den einander gegenüberliegenden Seiten einer planparalle len Glasplatte 8 und zueinander vesetzt angebracht sind. Das in die Glasplatte 8 von Abbildungssystem L1 unter einem bestimmten Winkel eingekoppelte Licht läuft dann innerhalb der Glasplatte zick-zackförmig zwischen den einander gegenüberliegenden Filtern Fi hin und her. An jedem Filter Fi wird Licht einer bestimmten Wellenlänge aus dem Strahlengang ausgekoppelt und von dem dazugehörigen Abbildungssystem L2, L3, L4 in einen Lichtwellenleiter F2, F3, F4 eingekoppelt.

Nachteilig an solchen Anordnungen ist, dass für jede Wellen länge jeweils ein spezieller Filter mit einer bestimmten Zen tral- bzw. Mittelwellenlänge verwendet werden muß. Je nach Wellenlängenabstand und Bandbreite der zu trennenden bzw. zusammmenzuführenden Einzelsignale sind mehrere unterschiedliche Filter notwendig und dabei nur sehr geringe Fehlertoleranzen bei der Fertigung der Filter zulässig. Das führt einerseits zu einem erhöhten Ausschuss an Filtern für bestimmte Wellenlängen und damit zu erhöhten Herstel lungskosten und erfordert andererseits hohe Kosten für die Vorratslagerung einzelner spezieller Filter.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Baugruppe zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer Signale zur Verfügung zu stellen, bei der die Anzahl der für eine Multiplex/Demultiplex-Anordnung benötigten Filter unterschiedlicher Charakteristik verringert ist und Filter mit höheren Fertigungstoleranzen einsetzbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte und bevorzugte Anordnungsgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Danach ist vorgesehen, dass mindestens ein wellenlängenselektiver Filter bezüglich des Einfallswinkels der Lichtstrahlen einstellbar ist. Über den Einfallswinkel kann dabei die gewünschte Mittenwellenlänge des jeweiligen Filters exakt eingestellt werden. Dies weist zwei Vorteile auf. Zum einen können einzelne spezielle Filter als Multiplexelemente für mehrere Wellenlängen eingesetzt werden, wobei die selektierte Wellenlänge über den Einfallswinkel der Lichtstrahlen eingestellt wird. Durch Verwendung gleicher Filter für verschiedene Wellenlängenkanäle kann die Gesamtzahl anzufertigender unterschiedlicher Filter reduziert und damit Herstellungs- und Lagerkosten gesenkt werden.

Zum anderen können Filter mit höheren Toleranzen bezüglich der Mittenwellenlänge verwendet werden, da die gewünschte Mittenwellenlänge durch entsprechendes Kippen des Filters auch bei hohen Toleranzwerten genau eingestellt werden kann. Damit können der Ausschuß bei der Filterfertigung erheblich reduziert und dementsprechend Kosten eingespart werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Lichtein- und/oder Auskopplung in die bzw. aus der Baugruppe mittels Lichtwellenleitern, wobei jedem Lichtwellenleiter mindestens ein Abbildungselement zugeordnet ist, dass zwischen dem Lichtwellenleiter und einem Filter angeordnet ist. Dabei sind die optischen Achsen der Lichtwellenleiter und die optischen Achsen der den Lichtwellenleitern zugeordneten Abbildungselemente bevorzugt parallel zueinander angeordnet. So wird durch eine parallele Anordnung sowohl die Justage als auch die Fixierung der einzelnen Komponenten erleichtert.

In einer ersten Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist das Abbildungselement jeweils eine Linse, die außeraxial vom Licht des zugeordneten Lichtwellenleiters durchstrahlt wird. Die für die Funktion der Multiplex/Demul tiplex-Anordnung notwendige Strahlablenkung wird dabei mittels eines Parallelversatzes der optischen Achse von Lichtwellenleiter und zugeordnetem Abbildungselement erreicht. Eine solche Anordnung besitzt einen besonders einfachen Aufbau und ist deswegen auch fertigungstechnisch einfach und mit geringem Justageaufwand auszuführen. Dabei finden unter Umständen auch aufwendigere, mehrstufige Linsen systeme Verwendung, zum Beispiel zur Reduktion von Abbil dungsfehlern, die sich aus der außeraxialen Durchstrahlung der Linse ergeben.

In einer zweiten Weiterbildung ist das Abbildungselement jeweils eine Linse, die axial vom Licht des zugeordneten Lichtwellenleiters durchstrahlt wird. Hierdurch werden Abbildungsfehler durch eine außeraxiale Durchstrahlung der Linse vermieden. Es ist dann jedoch zur Beibehaltung der Parallelität der optischen Achsen der Lichtwellenleiter zusätzlich mindestens ein bezüglich des Einfallswinkels des Lichtstrahls kippbares optisches Element erforderlich, das vom Filter reflektiertes Licht in Richtung der Linse und dem zugeordneten Lichtwellenleiter ablenkt. Das kippbare optische Element ist insbesondere ein im Strahlengang zwischen Filter und Linse angeordneter Spiegel oder Prisma. Die Verwendung eines Spiegels weist dabei gegenüber der Verwendung eines Prismas den Vorteil auf, dass eine aufgrund der Dispersion des Glases zusätzliche Wellenlängenabhängigkeit vermieden wird. Spiegel, Prismen und auch die wellenlängenselektiven Filter sollten eine geringe Polarisationsabhängigkeit aufweisen.

Die beschriebenen Anordnungen zur Erzeugung einer Strahlablenkung weisen den Vorteil auf, dass in einer Mehrka nal-Multiplex/Demultiplex-Anordnung mit Kaskaden von Licht wellenleitern, Abbildungssystemen und kippbaren Filtern die fertigungstechnisch sehr aufwendige direkte Anpassung der Winkeleinstellungen der optischen Achsen der Abbildungssysteme und Lichtwellenleiter auf den/die gekippten Filter vermieden werden kann.

Besonders kompakte Ausführungen sind durch Anordnungen gegeben, in denen entweder mehrere Filterkaskaden oder Fil ter- und Spiegel/Prismakaskaden kombiniert werden.

Die einzelnen Filter einer Kaskade sind dabei entweder individuell oder gemeinsam kippbar. Bevorzugt sind in den kaskadierten Anordnungen die jeweiligen Lichtwellenleiter entsprechend den oben beschriebenen Strahlablenkungsanordnungen parallel zueinander angeordnet und dadurch leicht justierbar und fixierbar.

Eine erste solche vorteilhafte Anordung ist durch zwei, sich gegenüberliegende Filterkaskaden gegeben. Die um die Strahlachse kippbaren Filter beider Kaskaden sind dabei gegeneinander versetzt, so dass der Strahlengang zwischen den Filterkaskaden eine Zick-Zacklinie beschreibt. An jedem Filterelement wird eine bestimmte Wellenlängen wellenlängenselektiv ausgekoppelt und durch das Abbildungsy stem in den entsprechenden Lichtwellenleiter eingekoppelt. Die optische Achse des Abbildungssystems und die Achse des Lichtwellenleiters sind dabei zueinander parallel. Eine Strahlablenkung und der Ausgleich der Kippbarkeit der Filter wird bevorzugt durch einen einstellbaren Parallelversatz zwi schen optischer Achse eines jeden Abbildungssystems und der jeweiligen Lichtwellenleiterachse erreicht.

Eine zweite solche vorteilhafte Anordnung ist durch die Kombination von einer Filterkaskade mit einer Spiegelkaskade gegeben. Die um die Strahlachse kippbaren Elemente beider Kaskaden sind dabei bevorzugt so gegeneinander versetzt ange ordnet, dass der Strahlengang zwischen den Kaskaden eine Zick-Zacklinie beschreibt. An jedem Filterelement wird dabei eine bestimmte Wellenlänge ausgekoppelt und durch das Abbil dungsystem in den entsprechenden Lichtwellenleiter eingekop pelt. Die optische Achse des Abbildungssystems und die optische Achse des Lichtwellenleiters fallen in dieser Anordnung bevorzugt zusammen, um zusätzliche Abbildungsfehler zu vermeiden. Die notwendige Strahlablenkung und der Ausgleich der Kippbarkeit der Filterelemente wird durch die kippbaren Spiegelemente erreicht.

Eine dritte vorteilhafte Anordnung ist durch die Kombination einer Filterkaskade und einer Spiegelkaskade gegeben, bei der die einzelnen Filter einer Kaskade hintereinander angeordnet sind. Ein einzelnes Filterelement einer Kaskade reflektiert in dieser Anordnung bevorzugt Licht nur einer Wellenlänge, alle anderen werden transmittiert. Das von einem Filter reflektierte Licht wird über einen kippbaren Spiegel der Spiegelkaskade auf ein Element des Abbildunsgsystems umge lenkt. Die optischen Achsen des Abbildungssystems und der Lichtwellenleiterachse fallen dabei bevorzugt zusammen. Auch ist bevorzugt vorgesehen, dass das jeweils von einem kippbaren Spiegel umgelenkte Licht im wesentlichen senkrecht zur Strahlrichtung in der Filterkaskade ausgekoppelt wird, so dass die einzelnen Lichtwellenleiter wiederum parallel zueinander angeordnet sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind alle optischen Kanäle auf einer Seite des Bauelements bzw. der Filter angeordnet. Dazu werden die optischen Kanäle des ersten oder des zweiten optischen Abbildungssystems gegebenenfalls über ein Umlenkprisma in die Baugruppe ein- bzw. ausgekoppelt werden. Die Anordnung der optischen Kanäle auf nur einer Seite der Baugruppe weist fertigungstechnische Vorteile auf.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Filter und gegebenenfalls Spiegel oder Prismen auf einer ebenen Plattform angeordnet und ist diese Plattform in ein Gehäuse eingesetzt, das mindestens eine Lichtein- /Austrittsöffnung aufweist, wobei die Linsen und Lichtwellenleiter des ersten und/oder zweiten Abbildungssy stems fest mit der Außenseite des Gehäuses verbunden sind. Dabei erfolgt die Befestigung und Justage der Abbildungssy steme bzw. Linsen- und Lichtwellenleiter bevorzugt mittels Laserschweißtechnik an dem festen Gehäuse. Hierdurch wird eine mechanisch besonders langzeitstabile Befestigung erreicht.

Insbesondere erfolgt die Befestigung der Linsen/Faser-Elemen te bevorzugt mittels einer freien aktiven Justierung der Elemente in einem Halterungsflansch oder einer Halterungshül se und einem anschließenden Anschweißen dieser Flansche oder Hülsen an das Gehäuse.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine erste Anordnung der optischen Komponenten einer erfindungsgemäßen Zweikanal-Multiplex/Demul tiplex-Baugruppe;

Fig. 1b eine zweite Anordnung der optischen Komponenten einer erfindungsgemäßen Zweikanal-Multiplex-/Demul tiplex-Baugruppe mit um ihre Achsen kippbaren Linsen und Fasern;

Fig. 2 eine dritte Anordnung der optischen Komponenten einer erfindungsgemäßen Zweikanal-Multiplex/Demul tiplex-Baugruppe unter Verwendung eines Umlenkpris mas;

Fig. 3 eine vierte Anordnung der optischen Komponenten einer erfindungsgemäßen Zweikanal-Multiplex-/Demul tiplex-Baugruppe unter Verwendung eines Umlenkspie gels;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrkanal-Multiplex/Demultiplex-Baugruppe mit einer Strahlablenkung entsprechend Fig. 1a;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrkanal-Multiplex/Demultiplex-Baugruppe mit einer Strahlablenkung entsprechend Fig. 3;

Fig. 6a ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrkanal-Multiplex/Demultiplex-Baugruppe, bei der eine Filterkaskade und eine Spiegelkaskade vorgesehen sind;

Fig. 6b ein Ausführungbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrkanal-Multiplex/Demultiplex-Baugruppe mit ein seitiger Anordnung aller Faser- und Linsenelemen te;

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Halterung, Justa ge und Befestigung einer Linse und einer Glasfaser in einer erfindungsgemäßen Multiplex/Demultiplex- Baugruppe;

Fig. 8a ein Ausführungsbeipiel für die Anordnung der Lichtein- und -austrittsöffnungen an einem Gehäuse einer erfindungsgemäßen Multiplex/Demultiplex-Bau gruppe;

Fig. 8b ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung von Faser- und Linsenhalterunsgflanschen an einem Gehäuse einer erfindungsgemäßen Multiplex/Demulti plex-Baugruppe;

Fig. 9 schematisch die Transmissivität bzw. Reflektivität optischer Filter mit unterschiedlichen Mittenwel lenlängen in Abhängigkeit von der Wellenlänge und

Fig. 10 eine Anordnung der optischen Komponenten eines Wel lenlängen-Multiplexers/Demultiplexers mit optischen Filtern gemäß dem Stand der Technik.

In Fig. 1a ist eine erste Anordnung der optischen Komponen ten einer erfindungsgemäßen Zweikanal-Wellenlängen-Multi plex/Demultiplex-Baugruppe dargestellt. Die Baugruppe weist einen ersten Lichtleiter Fi mit einer zugeordneten Linse L1 auf, die ein optisches Abbildungssystem zum Einkoppeln von Lichtstrahlen des Lichtleiters Fi in die Baugruppe darstellt. Der Lichtleiter Fi führt Licht mehrerer Wellenlängen λ1 bis λn, die unterschiedliche optische Kanäle darstellen.

Das eingekoppelte Licht wird von der Linse L1 kollimiert und idealerweise als paralleles Licht auf einen wellenlängense lektiven Filter Fi abgebildet, der eine Wellenlänge λ1 transmittiert und die übrigen Wellenlängen λ2 bis λn reflektiert und damit Licht der Wellenlänge λ1 von den anderen Wellenlängen trennt. Der Filter Fi ist kippbar ange ordnet, wie durch einen Pfeil angedeutet ist. Hierzu sind beispielsweise drehbare Halterungen für den Filter Fi vorgesehen. Die Justage kann per Hand erfolgen, aber auch au tomatisiert, etwa indem eine computerüberwachte aktive Justage durchgeführt wird.

Durch Kippen des Filters Fi um die Strahlachse wird eine gewünschte zu transmittierende Mittelwellenlänge genau eingestellt.

Über Linsen L2, L3 wird das transmittierte bzw. reflektierte Licht auf die Eintrittsöffnung der Lichtwellenleiter F2, F3 abgebildet und von diesen weitergeleitet.

Die optischen Achsen der Linsen L1, L2, L3 sind in Fig. 1 parallel zueinander und zu den Achsen der Fasern F1, F2, F3 ausgerichtet, wobei jede Linse jeweils den Strahl aus einer bestimmten Faser ein- bzw. auskoppelt. Das Licht der Faser F1 trifft dabei außeraxial auf die Linse L1 und wird deswegen um einem Winkel, der vom Versatz der Achsen von Faser F1 und Linse L1 gegenüber der optischen Achse der Linse abhängt, abgelenkt. Es trifft unter einem Winkel auf den Filter Fi, der von der Kippstellung des Filters Ei abhängt.

Der Filter Fi transmittiert wie beschrieben nur den Teil des Lichts mit der Wellenlänge λ1. Das transmittierte Licht fällt wiederum außeraxial auf die Linse L2, wird von dieser fokussiert, in die Faser F2 eingekoppelt und seitlich weggeführt. Das vom Filter Fi reflektierte Licht der Wellenlängen λ2 bis λn fällt außeraxial auf die Linse L3, wird von dieser in die Faser F3 eingekoppelt und ebenfalls seitlich weggeführt.

Bei einer Kippung des Filters Fi ist ein Ausgleich der Strahlablenkung erforderlich. Dieser erfolgt durch einen weiteren Parallelversatz der Faserachsen gegenüber den Hauptachsen der Linsen L1, L2 und L3.

Ein Vorteil der parallelen Anordnung aller optischen Achsen von Fasern und Linsen liegt in der besonders leicht und ein fach durchzuführenden Justage und Montage der Elemente und in der Möglichkeit, die Baugruppe damit kompakter auszuführen.

In Fig. 1b ist der Strahlengang des Lichtes der Wellenlängen λ1-λn ähnlich wie in Fig. 1a. Bei dieser Anordnung fallen aber die optischen Achsen der Linsen L1, L2, L3 und die Faserachsen zusammen. Die notwendige Strahlablenkung und deren durch Kippbarkeit des Filters notwendig gewordene Korrektur werden durch eine Kippung der Linsenhaupt- und Faserachsen erzeugt (durch einen Pfeil angedeutet).

Der Vorteil einer solchen Anordnung liegt in der Vermeidung von Abbildungsfehler aufgrund einer außeraxialen Durchstrahlung der Linsen, wie sie bei einer Anordnung gemäß Fig. 1a auftreten können, sofern keine aufwendige Abbildungssysteme zur Vermeidung solcher Abbildungsfehler verwendet werden.

Eine weitere Möglichkeit, die optischen. Achsen der Abbilduns gsysteme und Lichtwellenleiter parallel anzuordnen, zusätzliche Abbildungsfehler aber zu vermeiden und den durch die Kippung eines Filters Fi notwendig gewordenen Ausgleich der Strahlablenkung durchzuführen liegt in der Benutzung von weiteren Umlenkelementen im Strahlengang.

In Fig. 2 ist das Prinzip für die Benutzung eines Umlenk prismas im optischen Strahlengang am Beispiel eines Zweika nal-Demultiplexers gezeigt. Der Strahlengang verläuft axial von der Faser F1 durch die Linse L1 zum Filter Fi. Licht der Wellenlänge λ1 wird durch den Filter Fi transmittiert und durch die Linse L2 in die Faser F2 eingekoppelt. Die Strahlachse für Licht dieser Wellenlänge fällt mit den Faserachsen und den Linsenhauptachsen der Fasern F1 und F2 und den Linsen L1 und L2 vor bzw. nach dem Durchgang durch den Filter Fi zusammen. Ein Parallelversatz des Strahls, der durch den Durchgang durch den kippbaren Filter Fi auftritt, wird durch einen Versatz von Linse L2 und Faser F2 ausgegli chen.

Die Strahlablenkung für die vom Filter Fi reflektierten Strahlenbündel der Wellenlängen λ2-λn wird durch ein um die Strahlachse kippbares Umlenkprisma P ausgeglichen. Nach dem Durchgang durch das Prisma P wird der Strahl durch die Linse L3 in die Faser F3 eingekoppelt.

Die Verwendung eines Spiegels S zur Strahlablenkung im opti schen Strahlengang ist am Beispiel eines Zweikanal-Demulti plexers in Fig. 3 gezeigt. Der Strahlengang verläuft axial von der Faser F1 durch die Linse L1 zum Filter Fi. Licht der Wellenlänge λ1 wird durch den Filter Fi transmittiert und durch die Linse L2 in die Faser F2 eingekoppelt. Die Strahlachse für Licht dieser Wellenlänge fällt mit den Faserachsen und den Linsenhauptachsen der Fasern F1 und F2 und den Linsen L1 und L2 vor bzw. nach dem Durchgang durch den Filter zusammen. Ein Parallelversatz des Strahls, der durch den Durchgang durch den kippbaren Filter Fi auftritt, wird durch einen Versatz von Linse L2 und Faser F2 ausgegli chen.

Eine Strahlablenkung für die vom Filter Fi reflektierten Strahlenbündel der Wellenlängen λ2-λn wird durch einen um die Strahlachse kippbaren Umlenkspiegel S ausgeglichen. Nach der Reflexion am Spiegel S wird der Strahl durch die Linse L3 in die Faser F3 eingekoppelt. Die Richtung der Lichtauskopplung ist dabei senkrecht zur Richtung der Lichteinkopplung. Die Verwendung eines Spiegels als strahlablenkendes Element weist den Vorteil auf, dass kein Weiteres dispersives Element im Strahlengang auftritt.

Um mehr als zwei Wellenlängen trennen bzw. bei Umkehr des Strahlenganges zusammenführen zu können, werden mehrere der in den Fig. 1a, 2 und 3 gezeigten Anordnungen kaskadiert ausgeführt.

Ein Ausführungsbeipiel für einen Mehrkanal-Multiplexer bzw. Demultiplexer mit dem in Fig. 1a dargestellten Strahlablenkungsprinzip zeigt Fig. 4. In der gezeigten Anordnung werden die Fasern F1, F2, F3, F4, F5 von zwei Seiten zugeführt. Ihre Achsen sind jeweils parallel und gegenüber den optischen Achsen der Ein- und Auskoppellinsen L1, L2, L3, L4, L5 derart parallel versetzt, dass sich eine Strahlablenkung ergibt, die für jeden der einzeln kippbaren Filter Fi1, Fi2, Fi3, Fi4 individuell eingestellt werden kann. Die Filter Fi1, Fi3 und Fi2, Fi4 stehen sich in zwei Kaskaden 20, 30 versetzt gegenüber. Jeder der Filter Fi transmittiert genau Licht einer Wellenlänge, Licht aller anderen Wellenlängen wird reflektiert. Damit ergibt sich nach Einkoppeln des Lichtes der Wellenlänge λ1-λn aus der Faser F1 ein Zick-Zack-Strahlengang zwischen den Filterkaskaden 20, 30. An jedem Filter Fi wird Licht einer Wellenlänge aus diesem Strahlengang ausgekoppelt.

Es wird darauf hingewiesen, dass jeder Filter Fi der beiden Kaskaden 20, 30 individuell einstellbar ist, um exakt die gewünschte Mittenwellenlänge einstellen zu können. Dabei werden bevorzugt gleiche Filter für mehrere benachbarte Wellenlängen eingesetzt, was durch entsprechendes Verdrehen der Filter in Bezug auf den Einfallswinkel des kollimierten Strahls möglich ist. Zum Ausgleich des bei einer Drehung bzw. Kippung eines Filters auftretenden Versatzes sind die Linsen Li und zugeordneten Lichtwellenleiter wie durch die Doppelpfeile B angedeutet senkrecht zu ihrer optischen Achse verschiebbar angeordnet.

Ausführungsbeispiele mit bezüglich der kollimierten Strahlen bündel zentrierten Linsen nach den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Strahlablenkungsprinzipien sind in den Fig. 5, 6a und 6b dargestellt.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel werden zur Strahlablenkung und zum Ausgleich der Filterkippung einzeln kippbare Spiel S1, S2 verwendet. Der Strahlengang ist in diesem Fall kreuzartig aufgebaut: die Zuführung des Lichtes mit den Wellenlängen λ1 bis λn erfolgt von einer Seite über die Faser F1, die Einkopplung des Lichtes der Wel lenlängen λ4-λn in die wegführende Faser F4 erfolgt an der gegenüberliegenden Seite über die Linse L4. Die Filter Fi1 und Fi2 koppeln jeweils Licht der Wellenlängen λ1 bzw. λ2 durch Reflexion aus dem Strahlengang aus, das dann über die Spiel S1, S2 und die Linsen L2, L3 in die Fasern F2, F3 eingekoppelt und senkrecht zur Zuführrichtung des Lichts weggeführt wird.

Das in Fig. 6a dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ebenfalls einen Aufbau mit einzeln kippbaren Spiegeln zur Strahlablenkung und Ausgleich der Filterverkippung. Der Strahlengang ist in diesem Fall so aufgebaut, dass die weg führenden Fasern F2, F3 alle auf einer Seite liegen. Die Filter Fi1, Fi2 und die Spiel S1, S2 sind jeweils in einer Kaskade 20, 40 angeordnet. Die einzelnen Elemente stehen sich dabei versetzt gegenüber. Damit ergibt sich nach Einkoppeln des Lichtes der Wellenlänge λ1-λn aus, der Faser F1 ein Zick- Zack-Strahlengang zwischen den zwei Kaskaden 20, 40. An jedem Filter wird Licht einer Wellenlänge aus diesem Strahlengang augekoppelt, durch die jeweilige Linse in eine Faser eingekoppelt und seitlich weggeführt.

Eine Modifikation des in Fig. 6a gezeigten Aufbaus ist in Fig. 6b dargestellt. In diesem Fall liegt auch die zuführende Faser F1 auf der Seite der wegführenden Faser F2, F3. Die dazu notwendige Strahlumlenkung erfolt durch ein 90°- Prisma UP. Möglich sind aber ebenso Pentaprismen oder Spiegel.

Alle gezeigten Ausführungsbeispiele für den optischen Aufbau sind natürlich nicht auf die Verwendung einer bestimmten Anzahl von zu- bzw. wegführenden Fasern und der entsprechenden Anzahl von Filtern, Linsen und Strahl-Umlenke lementen beschränkt, sondern für eine beliebige Anzahl von Fasern ausführbar. Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das Licht der einzelnen Wellenlängen nicht über Lichtwellenleiter weg- bzw. zugeführt wird, sondern der Multiplexer/Demultiplexer unmittelbar mit einer opto elektronischen Baugruppe gekoppelt ist, die etwa über ein Sende- oder Empfangsarray opto-elektronischer Elemente Licht der einzelnen Wellenlängen ein- oder auskoppelt.

Des weiteren kann vorgesehen sein, daß an der Baugruppe statt der Lichtwellenleiter Stecker angeordnet sind, in die die Lichtwellenleiter dann eingesteckt werden.

Bei Verwendung der Baugruppe als Multiplex-Baugruppe ist in den vorgenannten Ausführungsbeispielen einfach der Strahlengang umzukehren.

Die Filter Fi sowie eventuelle Prismen- und Spiegelelemente sind auf einer ebenen Plattform (nicht dargestellt) angeordnet, die von einem Gehäuse umgeben ist. Die Auslegung und Befestigung der einzelnen Filter- und Spiegel/Prismen- Elemente auf der Plattform erfolgt etwa mittels Klebungen, Lötungen oder Einglasens bzw. Einschweißens. Dabei finden beispielsweise die Materialien Glas, Keramik, Silizium oder auch Metalle als Basismaterial für die Plattform Verwendung. Die Filter, Spiegel oder Prismen haben entweder selbst eine ausreichend große, plane Auflagefläche oder sie werden mittels entsprechender Träger auf der Plattform aufgebracht.

Da die Verbindung der optischen Komponenten mit der Plattform besonders stabil sein muss, sind die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der zu verbindenden Teile einander möglichst angepaßt. Zusätzlich ist bei besonders hohen Ansprüchen an die Wellenlängenstabilität eine Temperaturregu lierung einzelner Filter oder auch des gesamten Aufbaus mittels einer Peltierkühlung oder einer Heizung vorgesehen. Die gesamte Plattform wird dann mit Gehäuse auf einen Peltierkühler oder eine Heizung gesetzt. Zur Temperaturregulierung wird dabei ein Temperaturfühler, etwa ein NTC-Widerstand an der Plattform angebracht. Eine Regelung erfolgt beispielsweise mittels eines P/I-Reglers.

In Fig. 7 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für die Halterung, Justierung und Befestigung eines optischen Strahlengangs an einem Gehäuse 2 dargestellt, das eine Plattform (nicht dargestellt) mit Filtern sowie eventuellen Prismen- und Spiegelelemente umgibt. Das Gehäuse 2 weist dabei Lichteintritts-/austrittsöffnungen 7 auf, über die Licht in das Gehäuse 2 ein- oder auskoppelt wird.

An der Außenwand des Gehäuses sind über der Lichteintritts- /austrittsöffnung 7 eine Kugellinse 1 und eine Glasfaser F befestigt. Die Kugellinse 1 ist in einem Linsenflansch 5 angeordnet, der an dem Gehäuse 2 befestigt ist. Der Flansch 5 weist für die Aufnahme der Kugellinse 1 eine zylindrische Bohrung auf. Die Kugellinse 1 wird beispielsweise gegen eine Tiefenanschlag so in den Flansch 5 eingebracht, dass ihr Fokus gegenüber dem Gehäuse 2 eingestellt ist. Anstelle einer Kugellinse können auch Gradientenindexlinsen oder andere Optiken in den Linsenflansch 5 eingebracht werden.

Die Glasfaser F ist in einer Kapillare 3 angeordnet, insbesondere in eine solche eingeklebt. Die Faserstirnfläche ist dabei leicht schräg angeschliffen, um Rückreflexionen zu vermeiden. Zur Befestigung der Glasfaser F am Linsenflansch 5 ist ein weiterer Flansch 6 mit Befestigungsrand 61 vorgesehen, der die Kapillare 3 mit der Glasfaser F aufnimmt. Alternativ zu einem Linsenflansch kann eine präzise ausgeführte starre Führungshülse (Ferrule) vorgesehen sein, in die die Faser mit der Kapillare eingesteckt ist. Die Führungshülse (Ferrule) ist an ihrer Außenseite sehr genau bearbeitet und wird in den Linsenflansch 5 eingesteckt (Faserstecker).

Der Linsenflansch 5 wird nach erfolgter aktiver Justierung (einschließlich: Einstellen des zugehörigen wellenselektiven Filters und des sich daraus ergebenden Strahlversatzes) an einem verbreiterten Rand 51 mittels Laserschweißens in Richtung des Pfeils A an dem Gehäuse 2 befestigt. Dabei wird der Flansch 5 parallel zur Gehäuseoberfläche aktiv justiert.

Nach erfolgter aktiven Justage gegenüber der Kugellinse 1 wird anschließend der Faserflansch 6 ebenfalls über Laser schweißen am Linsenflansch 5 befestigt.

Das Gehäuse 2 sowie Teile der Flansche 5, 6 bestehen in der Umgebung der Schweißpunkte oder Nähte bevorzugt aus einem schweißbaren Material wie z. Bsp. Baustahl, Eisen oder Kovar. Die Flansche werden bevorzugt in zylindrischer Form ausgelegt und die Kontaktflächen zwischen Plattform bzw. Gehäuse und Halterungsflansch bzw. -Hülse plan geschliffen, um eine opti male Justage und einen geringen Schweißverzug zu ermöglichen.

Die Anschrägung der Faserstirnfläche der Faser F wird im Design des Strahlengangs bzw. durch einen kleinen lateralen Versatz der Faserachse bezüglich der Linsenachse bei der Justierung dieser Teile berücksichtigt.

Falls eine luftdicht und hermetisch abschließbare Montage der Filterplattformen notwendig ist, werden die Lichteintritts- /austrittsöffnungen 7 des Gehäuses 2 mit optischen Fenstern versehen, die bevorzugt schräg gestellt und entspiegelt sind und die die Öffnungen 7 luftdicht abschließen. Alternativ wird der Linsenflansch 5 luftdicht ausgeführt und mit dem Gehäuse 2 dicht geschweißt.

Fig. 8a zeigt in Draufsicht ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Lichtein- und -Austrittsöffnungen 7 an einem Gehäuse 2, an denen die Linsen- und Faserflansche 5, 6 befe stigt werden. Die Lichtein- und -Austrittsöffnungen 7 sind dabei in der Höhe zueinander versetzt angeordnet, was eine einfache und kompakte Anbringung der Linsen- und Faserflansche 5, 6 am Gehäuse 2 ermöglicht und besonders einfach auszuführen ist. Die Spiegel oder Prismen im Gehäuseinneren weisen bei diesem Ausführungsbeispiel entsprechend dem Versatz der Lichtein-/Austrittsöffnungen 7 orientierte Flächen auf.

Fig. 8b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anodnung der Lichtein- und Austrittsöffnungen 7 an einem Gehäuse 2. Dargestellt sind hier auch die Linsen- und Faserflansche 5, 6. In diesem Fall sind die Lichtein- bzw. Austrittsöffnung 7 bzw. die einzelnen Flächen des Gehäuses 2, in denen sich diese befinden, auf jeweils der gleichen Höhe, aber gegeneinander gekippt angebracht.

Sämtliche optische Flächen im Strahlengang der Baugruppe sind möglichst entspiegelt, um Einfügeverluste gering zu halten. Zur Unterdrückung einer unerwünschten Reflexion von der Filterrückseite ist in einer Alternative vorgesehen, dass zusätzlich zu einer Entspiegelung dieser Fläche das Filtersubstrat etwas keilförmig ausgeführt ist.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele. Wesentlich für die Erfindung ist allein, dass mindestens ein wellenlängenselektiver Filter bezüglich des Einfallswinkels der Lichtstrahlen einstellbar ist, so dass die Mittenwellenlänge des Filters exakt einstellbar ist und darüberhinaus dieselben Filter für das Mutiplexen bzw. Demultiplexen von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen einsetzbar sind.

Bezugszeichenliste

Fi Filter
L Linse
F Lichtwellenleiter/Faser
S Spiegel
P Primsa
UP 90°-Prisma

1

Kugellinse

2

Gehäuse

3

Kapillare

5

Linsenflansch

51

Rand des Linsenflansches

6

Faserflansch

61

Rand des Faserflansches

7

Lichteintritts-/austrittsöffnungen

8

Glasplatte

20

erste Kaskade von Filtern

30

zweite Kaskade von Filtern

40

Kaskade von Spiegelelementen

Claims

1. Baugruppe zum Multiplexen und/oder Demultiplexen optischer Signale mit:
einem ersten optischen Abbildungssystem, das eine Mehrzahl von Lichtstrahlen jeweils eines optischen Kanals in die Baugruppe ein- bzw. auskoppelt,
einem zweiten optischen Abbildungssystem, das einen Licht strahl einer Mehrzahl optischer Kanäle in die Baugruppe ein- bzw. auskoppelt,
mindestens einem wellenlängenselektiven Filter zum Multi plexen bzw. Demultiplexen in die. Baugruppe ein- bzw. ausgekoppelter optischer Signale; wobei Lichtstrahlen mindestens eines optischen Kanals jeweils unter einem bestimmten Einfallswinkel auf einen wellenlängenselektiven Filter treffen und dabei von den Lichtstrahlen anderer optischer Kanäle getrennt bzw. mit diesen zusammengeführt werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein wellenlängenselektiver Filter (Fi) bezüglich des Einfallswinkels der Lichtstrahlen einstellbar ist.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtein- und/oder Auskopplung in die bzw. aus der Baugruppe mittels Lichtwellenleitern (F) erfolgt und jedem Lichtwellenleiter (F) mindestens ein Abbildungselement (L, P, S) zugeordnet ist, das zwischen dem Lichtwellenleiter (F) und einem Filter (Fi) angeordnet ist.

3. Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Achsen der Licht wellenleiter (F) und die optischen Achsen der den Lichtwellenleitern (F) zugeordneten Abbildungselemente (L) parallel zueinander angeordnet sind.

9. Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbildungselement jeweils eine Linse (L) ist, die außeraxial vom Licht des zugeordneten Lichtwellenleiters (F) durchstrahlt wird.

5. Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbildungselement jeweils eine Linse (L) ist, die axial vom Licht des zugeordneten Lichtwellenleiters (F) durchstrahlt wird, wobei zusätzlich mindestens ein bezüglich des Einfallswinkels eines Lichtstrahls kippbares optisches Element (S. P) vorgesehen ist, das vom Filter (Fi) reflektiertes Licht in Richtung der Linse (L) ablenkt.

6. Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kippbare optische Element ein im Strahlengang zwischen Filter (Fi) und Linse (L) angeordneter Spiegel (S) oder Prisma (P) ist.

7. Baugruppe nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere kippbare Filter (Fi) in mindestens einer Kaskade angeordet sind, wobei die Filter (Fi) einer Kaskade einzeln oder gemeinsam kippbar sind.

8. Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite Fil terkaskade vorgesehen sind, wobei der Strahlengang zwischen den Filtern (Fi) der ersten Kaskade und den Filtern (Fi) der zweiten Kaskade derart verläuft, dass der optische Pfad der Lichtstrahlen zwischen den beiden Filterkaskaden eine Zick- Zacklinie-beschreibt und an jedem Filterelement mindestens ein Strahl einer bestimmten Wellenlänge aus dem Strahlengang zwischen den Filterkaskaden ausgekoppelt wird.

9. Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkaskade kippbare Spie gelelemente (S) zugeordnet sind, die ebenfalls in einer Kaskade angeordnet sind.

10. Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Pfad der Lichtstrahlen zwischen der Spiegelkaskade und der Filterkaskade eine Zick-Zack-Linie beschreibt, wobei an jedem Filterelement (Fi) der Kaskade mindestens ein Lichtstrahl einer bestimmten Wellenlänge aus dem Strahlengang zwischen Filterkaskade und Spiegelkaskade ausgekoppelt wird.

11. Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter der Kaskade jeweils Licht einer bestimmten Wellenlänge reflektieren, wobei die Filter im wesentlichen in einer Reihe hintereinander angeordnet sind.

12. Baugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das an einem Filter (Fi) reflektierte Licht jeweils über einen kippbaren Spiegel (S) umgelenkt und im wesentlichen senkrecht zur Strahlrichtung in der Kaskade ausgekoppelt wird.

13. Baugruppe nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle optischen Kanäle auf einer Seite des Bauelements bzw. der Filter angeordnet sind.

14. Baugruppe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Kanäle des ersten oder des zweiten optischen Abbildungssystems über ein Umlenkprisma (UP) in die Baugruppe ein- bzw. ausgekoppelt werden.

15. Baugruppe nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter (Fi) auf einer ebenen Plattform angeordnet sind und diese Plattform in ein Gehäuse (2) eingesetzt ist, das mindestens eine Lichtein-/Austrittsöffnung (7) aufweist, wobei die Linsen (L) und Lichtwellenleiter (F) des ersten und/oder zweiten Abbildungssystems fest mit dem Gehäuse (2) verbunden sind.

16. Baugruppe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Linse (L) des ersten und/oder zweiten Abbildungssystems in einer Linsenhal terung, insbesondere einem Linsenflansch (5) sitzt, die fest mit dem Gehäuse (2) im Bereich der Lichtein-/austrittsöffnun gen (7) verbunden ist.

17. Baugruppe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter eine Lichtfaser (F) aufweist, die von einer Kapillare (3) umschlossen ist und in einer Lichtfaserhalterung, insbesondere einem Faserflansch (6) oder einer Hülse sitzt, wobei die Lichtfaserhalterung fest mit der Linsenhalterung verbunden.

18. Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) im Bereich der Lichtein-/Austrittsöffnungen (7) und/oder die Linsenhalterung (5) im Bereich der Kontaktfläche mit dem Gehäuse (2) und/oder die Faserhalterung (6) im Bereich der Kontaktfläche mit der Linsenhalterung aus einem laserschweiß baren Material besteht.

19. Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Lichtein-/austrittsöffnungen (7) die Gehäuseflächen und die Kontaktflächen der Linsenhalterungen (5) plan geschliffen sind.

20. Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter (Fi) eine plane Fläche besitzen, mit der sie direkt auf die Platform aufgesetzt sind, oder mittels eines mindestens einseitig planen Trägers mit der Platform verbunden sind.