DE10122010B4 - Anordnung zum Multiplexing und/oder Demultiplexing - Google Patents

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Abstract

Anordnung zum Multiplexing (zum Multiplexen) und/oder Demultiplexing (zur Demultiplexierung) von 3 bis n elektromagnetischer Wellen unterschiedlicher Wellenlängen λ1, λ2, λ3, λ4, ..........λn, wobei n eine ganze, positive Zahl größer oder gleich 3 ist, die N Stufen mit jeweils kaskadenartig hintereinander angeordneten, polarisierenden Elementen aufweist, wobei
N = 1 + log2 n für n ≠⁣2Ngilt
und
N = log2n für n = 2N gilt,
wobei die Elemente aus wellenlängenselektiven Phasenverzögerungsplatten und aus Polarisationsstrahlteilern und/oder Strahlversetzern gebildet sind, und wobei durch die wellenlängenselektive(n) Phasenverzögerungsplatte(n) mindestens die Polarisation von einer Wellenlänge annähernd 90° gedreht wird und die Polarisation mindestens einer anderen Wellenlänge annähernd beibehalten wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Multiplexing (zum Multiplexen) und/oder Demultiplexing (zur Demultiplexierung) von mindestens zwei elektromagnetischen Wellen unterschiedlicher Wellenlängen λ1, λ2.
  • Im Bereich der optischen Telekommunikation beträgt die höchste Datenrate zur Zeit 40 Gbits/s pro Kanal. Eine weitere Erhöhung der Datenrate wird durch WDM (Wavelength-Division-Multiplexing) bzw. DWDM (Dense Wavelength-Division Multiplexing) erreicht. Dabei werden Daten mit mehreren Kanälen unterschiedlicher Wellenlängen über eine Faser gleichzeitig übertragen; hierbei wird die Datenrate unmittelbar durch die Anzahl der Kanäle erhöht. Das zur Zeit verwendete Fenster der Wellenlänge liegt im Bereich von 1530nm bis 1565nm. Der derzeit verfügbare Wellenlängen-Pitch beträgt 1,6 nm. Daraus ergeben sich somit 16 Kanäle. Für die beiden vorstehend angegebenen Verfahrensweisen WDM und DWDM werden im wesentlichen drei Komponenten in entsprechender Anwendung eingesetzt wie folgt:
    • – dünne dielektrische Filter: sie werden am häufigsten in DWDM-Systemen mit einem Wellenlängen-Pitch von 1,6 nm bis 3,2 nm eingesetzt. Das Problem bei dünnen, dielektrischen Filmfiltern besteht allerdings in der Schwierigkeit der Verringerung des Wellenlängen-Pitch;
    • – planare Wellenleiter (entsprechend daraus aufgebaute Arrays): sie bestehen aus mehreren sorgfältig auf Silikon oder Silikat aufgebrachten Schichten. Die Schichten werden mit den zur Herstellung von IC's verwendeten Verfahren, wie Photolithographie und Ionen-Ätzen, strukturiert. Die planaren Wellenleiter sind empfindlich gegen Temperaturänderung. Ihre Funktion wird normalerweise durch Erhitzen über Umgebungstemperatur stabilisiert. Nachteilig ist bei solchen planaren Wellenleitern, daß deren Verlust relativ hoch ist;
    • – auf Fasern basierende Anordnungen: hierbei handelt es sich beispielsweise um Fasern mit langen und kurzen, periodischen Gittern, oder in einer Mach-Zehnder-Konfiguration. Solche DWDM-Anordnungen zeigen gute Funktionsweisen. In neuerer Zeit konnte ein Wellenlängen-Pitch von 0,04 nm erreicht werden.
  • Auch auf dem Gebiet von Hochleistungs-Diodenlasern wird ein Wellenlängen-Multiplexing durch dünne Filmfilter zur Erhöhung der Strahldichte eingesetzt. Der Einsatz von Hochleistungs-Diodenlasern in der Materialbearbeitung beschränkte sich aufgrund unzureichender Strahlqualität und Leistungsdichte bis vor einiger Zeit auf das Pumpen von Festkörperlasern. Durch die Steigerung der Ausgangsleistung und der Weiterentwicklung der Kühl- und Montagetechniken haben Hochleistungs-Diodenlasersysteme in neuerer Zeit auch erste Anwendungen in der direkten Materialbearbeitung gefunden.
  • Gegenwärtig wird eine wesentliche Leistungsskalierung durch eine lineare Aneinanderreihung einzelner Emitter zu Laserbarren und Stapelung dieser Barren zu sogenannten Stacks erreicht. Durch diese räumliche Anordnung werden die Fokussierungseigenschaften der Strahlung verschlechtert.
  • Eine spektrale Überlagerung mehrerer Diodenlaserwellenlängen sowie die Polarisationskopplung unterschiedlich polarisierter Diodenlaser einer Wellenlänge würde eine Leistungssteigerung bei nahezu beibehaltener Strahlqualität ermöglichen.
  • Zum Wellenlängen-Multiplexing und zur Erhöhung der Strahldichte von Hochleistungs-Diodenlasern werden dünne Filme verwendet. Bei dieser Anwendung ist die Leistungseffizienz von zentraler Bedeutung. Die typische Kantensteilheit beträgt 0,03/nm bis 0,05/nm. Die Wellenlängen von Hochleistungs-Diodenlasern liegen im Bereich von 800 nm bis 1000 nm. Für eine Leistungseffizienz höher als 90% können insgesamt 5 bis 10 Wellenlängen mit dünnen Filmfiltern koaxial überlagert werden.
  • Die Anwendung anderer Verfahren, wie planare Wellenleiter und Faseranordnungen, werden durch thermische Belastbarkeit limitiert.
  • Eine optische Anordnung nach dem Stand der Technik zur Wellenlängenkopplung ist in 9 gezeigt. Eine derartige Anordnung umfaßt mehrere Diodenlaser 100, die jeweils Strahlung mit den Wellenlängen λ1, λ2, λ3 und λ4 abgeben. Die jeweiligen Strahlungsanteile fallen auf optische Filter unter jeweils einem Winkel von 45° ein, wobei der erste optische Filter 101 für die Strahlung der Wellenlänge λ1 hoch reflektierend ist (Filter HR), während die weiteren Filter (KF1, KF2, KF3) für die jeweils einzukoppelnde Strahlung bzw. deren Wellenlänge hoch reflektierend sind, und wobei sie für die Strahlungsanteile bzw. deren Wellenlängen der jeweils vorausgehenden Strahlungsquellen breitbandig hoch transmittierend sind. Auf diese Weise wird ein gemeinsamer Ausgangsstrahl, mit 101 bezeichnet, erhalten.
  • Die DE 43 08 554 A1 beschreibt eine Koppelanordnung für eine bidirektionale, optische Nachrichtenübertragung unter Verwendung doppelbrechender Prismen. Die Koppelanordnung umfasst zwei doppelbrechende Prismen und einen dazwischen angeordneten Faraday-Rotierer. Mit dieser Anordnung kann das Licht auch von zwei Laserdioden in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt werden, so dass bei entsprechender Anordnung dieser Laserdioden bzw. der Ansteuerung auch Polarisations-Multiplex- oder Wellenlängenmultiplexbetrieb möglich ist.
    •
  • Ausgehend von einer Anordnung mit den eingangs angegebenen Merkmalen und unter Berücksichtigung des vorstehend beschriebenen Stands der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Multiplexing (zum Multiplexen) zu und/oder dem Multiplexing (zur Demultiplexierung) von mindestens zwei elektromagnetischen Wellen unterschiedlicher Wellenlängen λ1, λ2 zu schaffen, die, gegenüber bekannten Anordnungen, eine Steigerung der Effizienz, insbesondere in Fällen, in denen die Wellenlängendifferenz klein ist, erzielt.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anordnung zum Multiplexing (zum Multiplexen) und/oder Demultiplexing (zur Demultiplexierung) von 3 bis n elektromagnetischer Wellen unterschiedlicher Wellenlängen λ1, λ2, λ3, λ4, .......... λn, wobei n eine ganze, positive Zahl größer oder gleich 3 ist, die N Stufen mit jeweils kaskadenartig hintereinander angeordneten, polarisierenden Elementen aufweist, wobei
    N = 1 + log2 n für n ≠⁣ 2N gilt
    und
    N = log2 n für n = 2N gilt,
    wobei die Elemente aus wellenlängenselektiven Phasenverzögerungsplatten und aus Polarisationsstrahlteilern und/oder Strahlversetzern gebildet sind, und wobei durch die wellenlängenselektive(n) Phasenverzögerungsplatte(n) mindestens die Polarisation von einer Wellenlänge annähernd 90° gedreht wird und die Polarisation mindestens einer anderen Wellenlänge annähernd beibehalten wird.
  • Erfindungsgemäß werden zum Multiplexing bzw. Multiplexen und/oder Demultiplexing (zur Demultiplexierung) polarisierte Elemente eingesetzt, wie beispielsweise Polarisationsstrahlteiler (abgekürzt in dieser Beschreibung auch als PBS bezeichnet), doppelbrechende Strahlversetzer sowie Wellenplatten (auch in dieser Beschreibung als PR bezeichnet). Das jeweilige polarisierende Element wird so dimensioniert, daß in Bezug auf die beiden Polarisationen die relative Phasenverzögerung gleicher Wellenlänge n-fach der halben Wellenlänge beträgt. Der Faktor n ist eine ganze Zahl und hängt von der Wellenlänge jeweils ab. Je nach Wellenlänge wird die Polarisation nach dem polarisierenden Element um 90° gedreht oder nicht beeinflußt. Damit kann die Polarisation unterschiedlicher Wellenlängen gezielt eingestellt werden und mittels zum Beispiel eines Polarisationsstrahlteilers oder eines Strahlversetzers kann die Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen koaxial überlagert bzw. getrennt werden. Ein Strahlversetzer ist hierbei ein doppelbrechendes Element; innerhalb dieses Elements breiten sich die unterschiedlich polarisierten Wellen aufgrund eines sogenannten Walk-Oft-Effekts in unterschiedlichen Richtungen aus. Nach einem Durchgang durch das Element entsteht ein lateraler Versatz zwischen den beiden Polarisationen. Damit werden Strahlungen unterschiedlicher Polarisation räumlich getrennt.
  • Die polarisierenden Elemente sind durch Polarisationsstrahlteiler und/oder durch Strahlversetzer gebildet. Damit ist eine einfache Realisierung der Anordnung ohne Umlenkung gegeben.
  • Die Anordnung, wie sie vorstehend beschrieben ist, ist für 3 bis n Wellen unterschiedlicher Wellenlängen λ1, λ1 λ3, λ4,.......... λn in N Stufen mit jeweils kaskadenartig hintereinander angeordneten, polarisierenden Elementen geeignet, wobei
    N = 1 + log2 n für n γ 2N gilt und
    N = log2 n für n = 2N gilt.
  • Anwendungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind:
    • – WDM und DWDM für optische Telekommunikation, optische Faserkommunikation
    • – koaxiale Überlagerung der Strahlung von Hochleistungs-Diodenlasern unterschiedlicher Wellenlänge zur Erhöhung der Strahldichte
    • – koaxiale Überlagerung der Strahlung von Hochleistungs-Diodenlasern niedriger Ordnung zum Pumpen von Ramanverstärkern bzw. -lasern
    • – Separation (Unterteilung) von Wellenlängen
    • – Selektion und Filterung von Wellenlängen.
  • Für statistisch polarisierte Wellen werden die Wellen vor Eintritt in das Element durch einen Polarisator in zwei linear polarisierte Wellen aufgeteilt. Zur Aufteilung kann ein Strahlversetzer (BD) oder ein Polarisationsstrahlteiler (PBS) eingesetzt werden.
  • Der Polarisator oder der Strahlversetzer, wie sie vorstehend angegeben sind, können in Form eines Wellenleiters ausgebildet werden, insbesondere in Form eines planaren Wellenleiters. Hierdurch ist es möglich, einen kompakten und integrierbaren Aufbau zu erzielen.
  • Falls die Wellen elliptisch polarisiert sind, werden die Wellen vor Eintritt in das Element durch eine Phasenverzögerungsplatte in linear polarisierte Wellen transformiert.
  • Alternativ dazu können die elliptisch polarisierten Wellen vor Eintritt in das Element durch einen Rotator in linear polarisierte Wellen umgewandelt werden.
  • Die Anordnung eignet sich insbesondere für optische Strahlung.
  • Für eine integrierbare Lösung kann die jeweilige elektromagnetische Welle durch einen Wellenleiter zu dem Element geführt werden. Insbesondere wird hierbei der Wellenleiter so dimensioniert und ausgelegt, daß am Austrittsende des Wellenleiters die Welle eine definierte Polarisation aufweist.
  • Ein solcher Wellenleiter kann mit einer periodischen Gitterstruktur oder mit einer interferometrischen Struktur zum Multiplexing bzw. Demultiplexing verwendet werden.
  • In einer weiteren, bevorzugten Anordnung wird nach dem polarisierenden Element eine Phasenverzögerungsplatte eingesetzt, die zur Veränderung des Polarisationszustands von mindestens einer der Welle mit einer definierten Wellenlänge dient, wobei die Polarisationszustände der anderen Wellen mit anderen Wellenlängen im wesentlichen nicht verändert werden. Diese Anordnung führt dazu, daß nach der Phasenverzögerungsplatte Wellen unterschiedlicher Wellenlänge und unterschiedlicher Polarisation in Wellen mit gleicher linearer Polarisation transformiert werden.
  • Weiterhin kann ein Multiplexing und/oder Demultiplexing durch mindestens einen zusätzlichen spektralen Filter erfolgen.
  • Die Multiplexing- und/oder Demultiplexing-Verfahren mit polarisierenden Elementen können auch kombiniert werden mit konventionellen Multiplexing- und/oder Demultiplexing-Verfahren, wie beispielsweise unter Einsetzung von Dünnschichtfiltern, Gittern mit periodischer Gitterstruktur, und feldartig angeordneten Wellenleitergittern.
  • Ein Multiplexing und/oder Demultiplexing kann auch durch mindestens ein zusätzliches, feldartig angeordnetes Wellenleitergitter (AWG) erfolgen, so daß eine optimale Nutzung der Vorteile von verschiedenen Verfahren erreicht wird.
  • Nachfolgend werden einige Grundlagen der Erfindung unter theoretischen Überlegungen erläutert.
  • Es wird eine Wellenplatte mit einer Dicke w betrachtet. Der Brechungsindex der Wellenlänge λ1 ist n1 π für eine π-Polarisation und n1 σ für eine σ-Polarisation. Beim Durchgang durch die Wellenplatte einer Dicke d erfahren die beiden Polarisationen jeweils folgende Phasenänderung: Φ1 π = n1 πd (1) Φ1σ = n1 σd (2)
  • Die Differenz de Phasenänderung beträgt dann: ΔΦ1 = ∣⁣n1 π – n1 σ∣⁣d (3)
  • Bei der Anwendung von Phasenplatten beträgt der Winkel zwischen der optischen Achse der Wellenplatten und der Polarisationsrichtung etwa 45°. Eine 90° Drehung der Polarisation wird erreicht, indem der Winkel zwischen der optischen Achse der Wellenplatten und der Polarisationsrichtung auf 45° eingestellt wird und die Differenz der Phasenänderungen N1λ1/2 beträgt, wobei N1 eine ungerade, ganze Zahl ist. Die Polarisation bleibt effektiv unbeeinflußt, wenn die Differenz der Phasenänderung N1λ1/2 wird, wobei N1 eine gerade, ganze Zahl ist. Für die oben genannten Änderungen der Polarisation gilt dann für die Wellenlänge λ1:
    Figure 00080001
  • Für die Wellenlänge λ2:
    Figure 00080002
  • Für eine geeignete Dimensionierung der Wellenplatte und unter Berücksichtigung der Dispersion ist es möglich, unterschiedliche, ganze Zahlen N bei unterschiedlichen Wellenlängen zu generieren. D.h. die Polarisation unterschiedlicher Wellenlänge kann durch Auswahl des Materials (Dispersion) und der Dicke d gleichzeitig, selektiv und gezielt beeinflußt werden.
  • Für WDM und DWDM liegt die Wellenlänge im Bereich von 1500 nm bis 1600 nm. Für ein kleines Wellenlängenfenster wird in der folgenden Betrachtung die Dispersion vernachlässigt. Es folgt folgt: ∣⁣n1 π – n1 σ∣⁣d = ∣⁣nπ – nσ∣⁣d = Δn d (6)
    Figure 00080003
  • Für die unmittelbar benachbarten Wellenlängen gilt:. N2 = N1 + 1 (9)
    Figure 00080004
  • Für den Fall N1 >> 1 folgt:
    Figure 00090001
  • Allgemein gilt für ΔN = N1 – N2 (13)
    Figure 00090002
  • Die Wellenlänge von Hochleistungs-Diodenlasern liegt im Bereich vom 780 nm bis 980 nm, so daß auch in diesem Bereich die Dispersion bei bestimmten Materialien keine wesentliche Rolle spielt.
  • Durch eine geeignete Auswahl der Materialien hinsichtlich der Dispersion, Doppelbrechung und der Dicke ist es möglich, daß die Wellenlängenabstände näherungsweise konstant werden.
  • Die oben diskutierte Abhängigkeit der Polarisation von der Wellenlänge kann für die eingangs genannten, möglichen Anwendungen genutzt werden.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt
  • 1 eine Anordnung für ein Wellenlängen-Multiplexing mit vier Strahlen, die jeweils eine unterschiedliche Wellenlänge aufweisen und jeweils paarweise eine zueinander unterschiedliche Polarisation haben;
  • 2 eine gegenüber 1 verdoppelte Anordnung;
  • 3 eine Ausführung mit acht unterschiedlichen Wellenlängen, die in ihrem Grundaufbau mit der Anordnung der 2 vergleichbar ist;
  • 4 einen Polarisationsstrahlteiler als ein mögliches, polarisierendes Element, das eingesetzt werden kann, wobei die Darstellung die Anwendung beim Multiplexing zeigt;
  • 5 einen Strahlversetzer, der als polarisierendes Element eingesetzt werden kann, wobei die Darstellung die Anwendung beim Multiplexing zeigt;
  • 6 einen Polarisationsstrahlteiler als ein mögliches, polarisierendes Element, das eingesetzt werden kann, wobei die Darstellung die Anwendung beim Demultiplexing zeigt;
  • 7 einen Strahlversetzer, der als polarisierendes Element eingesetzt werden kann, wobei die Darstellung die Anwendung beim Demultiplexing zeigt;
  • 8 eine Anordnung, bei der Strahlen mit engen Wellenlängenabständen (Pitch) zusammengeführt werden; und
  • 9 eine Anordnung nach dem Stand der Technik.
    •
  • In der schematisch gezeigten Anordnung der 1 zum Wellenlängen-Multiplexing (Wellenlängen-Multiplexen) werden von vier Strahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen λ1, λ2, λ3 und λ4 zusammengeführt. Dabei besitzen die beiden Strahlen mit den Wellenlängen λ1 und λ3 eine p- bzw. π-Polarisierung und die Strahlen mit den Wellenlängen λ2 und λ4 besitzen eine s- bzw. σ-Polarisierung. Die Strahlen mit den Wellenlängen λ1 und λ2 werden mittels eines Polarisationsstrahlteilers, der in den Figuren mit PBS (Polarisation Beam Splitter) bezeichnet ist, oder einem Strahlversetzer, der in den Zeichnungen mit PD (Beam Displacer) bezeichnet ist, koaxial überlagert. Die Zusammenführung der Strahlung mit Wellenlängen λ3 und λ4 erfolgt durch einen anderen Polarisationsstrahlteiler oder Strahlversetzer PBS/PD. Die zusammengeführten Strahlen mit den Wellenlängen λ1 und λ2 laufen durch eine Wellenlängenplatte PR1 (PR – Phase Retarder). Dabei wird die Polarisation des Strahls mit der Wellenlänge λ2 um 90° gedreht, während die Polarisation des anderen Strahls unverändert durch die Wellenlängenplatte PR1 hindurchtritt. Es ergibt sich somit ein zusammmengeführter Strahl λ1,p + λ2,P, d.h. dieser Gesamtstrahl ist p-polarisiert. Parallel zu dieser ersten Teilanordnung laufen die beiden anderen, durch den Polarisationsstrahlteiler oder Strahlversetzer (PBS/BD) zusammengeführten Strahlen mit den Wellenlängen λ3 und λ4 durch die zweite Wellenplatte PR2; dabei wird die Polarisation des Strahls mit der Wellenlänge λ3 um 90° gedreht, während die Polarisation des anderen Strahls unverändert verbleibt. Infolgedessen sind die Strahlen mit den Wellenlängen λ3 und λ4 s-polarisiert, während die Strahlen aus der ersten Zusammenführung mit den Wellenlängen λ1 und λ2 p-polarisiert sind. Diese beiden Strahlen können wiederum mit einem Polarisationsstrahlteiler (PBS) oder einem Strahlversetzer (PD) koaxial zusammengeführt werden. Hinter diesem Element PBS/PD kann eine Wellenplatte PR3 eingesetzt werden, die so dimensioniert ist, daß die Polarisation der Strahlen mit den Wellenlängen λ3 + λ4 um 90° gedreht wird, während die Polarisation der anderen zwei Strahlen λ1 + λ2 unbeeinflußt hindurchtritt. Daraus ergibt sich dann ein Gesamtstrahl λ1 + λ2 + λ3 + λ4, der p- bzw. π-polarisiert ist.
  • Die Anordnung, wie sie in 1 dargestellt ist und vorstehend beschrieben ist, besitzt einen kaskadenartigen Aufbau.
  • Die Anordnung der 1 kann in einfacher Weise verdoppelt werden, wie dies in 2 dargestellt ist. Für die unteren Strahlungsanteile mit den Wellenlängen λ1, λ2, λ3 und λ4 ist, anstelle der Wellenplatte PR3 in der oberen Anordnung, eine Wellenplatte PR4 verwendet, die so ausgelegt ist, daß der Gesamtstrahl nach PR4 die komplementäre s-Polarisation zu dem Gesamtstrahl nach PR3 mit p-Polarisation hat. Die jeweiligen Gesamtstrahlen λ1p + λ2,p + λ3,p + λ4,p und λ1, s + λ2,s + λ3,s + λ4,s werden dann anschließend durch ein weiteres, polarisierendes Element, wiederum alternativ durch einen Polarisationsstrahlteiler (PBS) oder einen Strahlversetzer (PD), zusammengeführt, wie in 2 dargestellt ist.
  • Auch anhand von 2 ist zu erkennen, daß die Anordnung aufgrund ihres kaskadenartigen Aufbaus beliebig erweitert werden kann, wobei jeweils unter Verdopplung der koaxial zu überlagernden Strahlungsanteile eine weitere Stufe in der Folge hintereinander hinzugefügt werden muß.
  • Eine Anordnung mit acht unterschiedlichen Wellenlängen λ1 bis λ8, wobei die jeweiligen Strahlungspaare, die einerseits p-polarisiert sind und anderseits s-polarisiert sind, koaxial überlagert werden, wie in 3 zu sehen. Anhand der verwendeten Indizes kann die Drehung der Polarisation verfolgt werden. Ausgangsseitig der Anordnung ergeben sich, nach der Wellenplatte PR7, koaxial überlagerte Strahlen λ1,p + λ2,p + λ3,p + λ4,p und λ5,p + λ6,p + λ7,p + λ8,p, d.h. der Gesamtstrahl ist p-polarisiert.
  • Wie vorstehend erläutert ist, kann als Polarisationsstrahlteiler unter anderem ein Strahlversetzer PD, ein dünner Filmpolarisator, ein Polarisationswürfel oder aber auch ein Glan-Thomson-Prisma (22) eingesetzt werden. Jeweils ein Beispiel für einen Polarisationswürfel und einen Strahlversetzer sind schematisch in den 4 und 5 gezeigt.
  • Wie in 5 dargestellt ist, werden bei dem Strahlversetzer die Strahlen mit senkrecht zueinander stehenden Polarisationen parallel in den Strahlversetzer PD eingestrahlt. Durch den sogenannten Walk-Off-Effekt breiten sich die Strahlen unterschiedlicher Polarisation unter unterschiedlichen Winkeln aus. Hinter der Austrittsfläche sind alle Strahlen wieder parallel zueinander. Werden die Länge des Strahlversetzers PD und die Abstände der Strahlen unterschiedlicher Polarisation abgestimmt, kann erreicht werden, daß alle Strahlen nach dem Strahlversetzer PD koaxial überlagert/zusammengeführt werden. Dabei entfällt die Umlenkung wie bei einem Polarisationsstrahlteiler, der in 4 gezeigt ist. Demzufolge führt der Einsatz eines Strahlversetzers PB im Vergleich zu dem Einsatz eines Polarisationsstrahlteilers, wie in 4, zu einer erheblich einfacheren Realisierung von einem Multiplexing. Ein Polarisationsstrahlteiler (PBS) und ein Strahlversetzer (BD) in der Anwendung zum Demultiplexing sind in den 6 und 7 jeweils dargestellt.
  • Genau genommen ist aufgrund von Dispersion der Walk-Off-Winkel, der vorstehend erwähnt ist, abhängig von der Wellenlänge. Dies führt zur Wellenlängenabhängigkeit des Versatzes. Diese Abhängigkeit kann durch entsprechende Einstellung des Abstands zwischen den Eingangsstrahlen umgangen bzw. vermieden werden.
  • Als Wellenplatte können alle Elemente, die eine wellenlängenselektive Polarisationsänderung verursachen können, eingesetzt werden. Beispiele dafür sind Farahday-Rotator, doppelbrechende, planparallele Platten, ein Paar doppelbrechender Keilplatten, Wellen leiter, die nicht die Polarisation beibehalten, Wellenleiter aus doppelbrechenden Materialien, Flüssigkristalle (LC – Liquid Crystal ), oder dergleichen.
  • Je nach Anwendung kann es auch von Vorteil sein, die genannten Elemente in einer Anordnung in Kombination miteinander zu verwenden.
  • In einer weiteren Anordnung, die in der Anzahl der jeweiligen Wellenlängen, die koaxial überlagert werden, der Anordnung der 2 entspricht, ist in 8 gezeigt. In dieser Anordnung sind allerdings als Beispiel Polarisationsstrahlteiler PBS eingesetzt. Weiterhin wird der Vorteil zunutze gemacht, zuerst mit dünnen, dielektrischen Filmfiltern Strahlen mit großen Wellenlängenabständen koaxial zusammenzuführen. Die Zusammenführung der Strahlen mit engen Wellenlängenabständen (Pitch) erfolgt dann über Polarisationsstrahlteiler PBS, wobei nach jedem Filter eine geeignete Wellenplatte, mit PR1 bis PR6 bezeichnet, eingesetzt ist. Diese Wellenplatte verändert die Strahlen in ihrer s-Polarisation zu einer p-Polarisation, was einer hohen Transmission entspricht.
  • Es ist ersichtlich, daß der optische Weg in den Anordnungen umkehrbar ist. Durch die Umkehrung des optischen Wegs ergeben sich Anordnungen zur Wellenlängendivision bzw. zum Demultiplexieren und zu einer Wellenlängenselektion.

Claims (14)

  1. Anordnung zum Multiplexing (zum Multiplexen) und/oder Demultiplexing (zur Demultiplexierung) von 3 bis n elektromagnetischer Wellen unterschiedlicher Wellenlängen λ1, λ2, λ3, λ4, .......... λn, wobei n eine ganze, positive Zahl größer oder gleich 3 ist, die N Stufen mit jeweils kaskadenartig hintereinander angeordneten, polarisierenden Elementen aufweist, wobei N = 1 + log2 n für n ≠⁣ 2N gilt und N = log2 n für n = 2N gilt, wobei die Elemente aus wellenlängenselektiven Phasenverzögerungsplatten und aus Polarisationsstrahlteilern und/oder Strahlversetzern gebildet sind, und wobei durch die wellenlängenselektive(n) Phasenverzögerungsplatte(n) mindestens die Polarisation von einer Wellenlänge annähernd 90° gedreht wird und die Polarisation mindestens einer anderen Wellenlänge annähernd beibehalten wird.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statistisch polarisierte Wellen vor Eintritt in das Element durch einen Polarisator in zwei linear polarisierte Wellen aufgeteilt werden.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statistisch polarisierte Wellen vor Eintritt in das Element durch einen Strahlversetzer in zwei linear polarisierte Wellen aufgeteilt werden.
  4. Anordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator oder der Strahlversetzer in Form eines Wellenleiters ausgebildet ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator oder der Strahlversetzer in Form eines planaren Wellenleiters ausgebildet ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elliptisch polarisierte Wellen vor Eintritt in das Element durch eine Phasenverzögerungsplatte in linear polarisierte Wellen transformiert werden.
  7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elliptisch polarisierte Wellen vor Eintritt in das Element durch einen Rotator in linear polarisierte Wellen transformiert werden.
  8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Welle eine optische Strahlung ist.
  9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Welle durch einen Wellenleiter zu dem Element geführt ist.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter so dimensioniert und ausgelegt ist, daß am Austrittsende die Welle eine definierte Polarisation aufweist.
  11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als polarisierendes Element ein Wellenleiter mit einer periodischen Gitterstruktur oder mit einer interferometrischen Struktur für die Wellenlängen verwendet wird.
  12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem polarisierenden Element eine Phasenverzögerungsplatte eingesetzt ist zur Veränderung des Polarisationszustands von mindestens einer der Wellen mit einer definierten Wel lenlänge, wobei die Polarisationszustände der anderen Wellen mit anderen Wellenlängen im wesentlichen nicht verändert werden.
  13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Multiplexing und/oder Demultiplexing durch mindestens einen zusätzlichen spektralen Filter erfolgt.
  14. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Multiplexing und/oder Demultiplexing durch mindestens ein zusätzliches feldartig angeordnetes Wellenleitergitter (AWG) erfolgt.
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