DE10146006A1

DE10146006A1 - Verfahren zur Temperaturkompensation einer optischen WDM-Komponente sowie optische WDM-Komponente mit Temperaturkompensation

Info

Publication number: DE10146006A1
Application number: DE10146006A
Authority: DE
Inventors: Thomas Poatzsch; Martin Popp; Ingo Smaglinski
Original assignee: Cube Optics AG
Current assignee: Cube Optics AG
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2003-04-03
Also published as: WO2003027721A2; US20050031256A1; WO2003027721A3; AU2002328781A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturkompensation einer optischen Komponente mit mindestens einem Kanten- oder Bandpaßfilter (2) und einer strahlführenden Optik. Um ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches das Betreiben einer optischen Komponente mit einem temperaturabhängigen Bandpaßfilter (oder auch Kantenfilter) über einen größeren Temperaturbereich erlaubt, und eine entsprechende optische Komponente zur Verfügung zu stellen, die über einen weiten Temperaturbereich zuverlässig betrieben werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Ausrichtung des Strahls (3) relativ zu dem Kanten- oder Bandpaßfilter (2) in Abhängigkeit von der Temperatur der Komponente verändert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturkompensation einer optischen WDM- Komponente mit mindestens einem Bandpaßfilter, der eine von der Temperatur der Komponente bzw. des Bandpaßfilters abhängige Charakteristik aufweist, und mit einer strahlführenden Optik, die dafür vorgesehen ist, einen Strahl durch die Komponente zu führen. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende optische WDM-Komponente.
Die Abkürzung "WDM" steht dabei für den englischen Begriff "Wavelength Division Multiplexing", d. h. eine gleichzeitige Zusammenführung und Übertragung optischer Signale verschiedener Wellenlängen in einer einzigen optischen Faser (i. a. einer Glasfaser) und umgekehrt das getrennte Auskoppeln optischer Signale unterschiedlicher Wellenlängen aus einer Faser in mehrere getrennte optische Fasern oder Bauelemente.

Insbesondere in der Tele- und Datenkommunikation ist es mittlerweile üblich, Informationen optisch, das heißt z. B. über Lichtleiter, zu übertragen. Lichtleiter sind im allgemeinen dünne Fasern aus hochtransparenten optischen Materialien, die Licht in ihrer Längsrichtung durch vielfache Totalreflexion leiten. Die elektrischen Signale, die übertragen werden sollen, werden nach geeigneter Modulation durch einen elektrooptischen Wandler in Lichtsignale umgewandelt, in den Lichtwellenleiter eingekoppelt, vom Lichtwellenleiter übertragen und am Ende durch einen optoelektrischen Wandler in elektrische Signale zurückverwandelt. Um die Übertragungsrate der Lichtwellenleiter zu erhöhen, ist es mittlerweile üblich, mehrere unterschiedliche Nachrichtensignale gleichzeitig über einen Lichtwellenleiter zu übertragen. Dazu werden die Nachrichtensignale moduliert. Für die unterschiedlichen Nachrichtensignale werden jeweils unterschiedliche Trägerfrequenzen verwendet, wobei die einzelnen diskreten Frequenzkomponenten des gesamten übertragenen Signals als Kanäle bezeichnet werden. Diese zunächst getrennten Kanäle werden vor der Übertragung in eine einzige Faser (Lichtwellenleiter) zusammengeführt. Nach der Übertragung der einzelnen Nachrichtensignale bzw. Wellenlängenkanäle über den Lichtwellenleiter müssen die einzelnen Signale getrennt und demoduliert werden.

In der Technik sind daher Vorrichtungen zum Addieren (am Anfang der gemeinsam genutzten Übertragungsstrecke) und Selektieren (am Ende der gemeinsamen Übertragungsstrecke) von wellenlängencodierten Signalen (Licht einer spezifischen Wellenlänge oder spezifischen Wellenlängen), sogenannte Multiplexer- oder Demultiplexeranordnungen bekannt. Zweck dieser Vorrichtungen ist es, aus der Vielzahl von übertragenen Kanälen einen entsprechenden Wellenlängenkanal abzutrennen. Für diese Abtrennungen kommen beispielsweise Bandpaßfilter, insbesondere Schmalbandfilter, in Frage, die ein bestimmtes Frequenzband des Lichtes (üblicherweise als "Kanal" bezeichnet) nahezu ungehindert passieren lassen, während alle anderen Frequenzen reflektiert werden.

Diese Schmalbandfilter beruhen im allgemeinen auf einem interferenzoptischen Effekt und werden durch abwechselndes Aufbringen von Schichten mit hohem bzw. niedrigem Brechungsindex hergestellt. Bei dem sogenannten Fabry-Perot-Design wird eine symmetrische Anordnung aus λ/2- und λ/4-Schichten gewählt.

Diese Schmalbandfilter haben jedoch die Eigenschaft, daß sich die Durchlaßwellenlänge mit der Temperatur des Filters verändert. Dieser Effekt beruht im wesentlichen auf der thermischen Ausdehnung der einzelnen Schichten im Filter. Typischerweise kommt es zu einer Verschiebung der Durchlaßwellenlänge in der Größenordnung von 1 bis 3 µm/K. Bei sehr schmalbandigen Interferenzfiltern, wie sie im allgemeinen in der Tele- und Datenkommunikation benötigt werden, führt dieser Effekt zu einer Begrenzung des Temperaturbereichs, in dem die Filter betrieben werden können.

Dies hat zur Folge, daß die eingangs beschriebenen optischen Komponenten, die solch einen Bandpaßfilter mit temperaturabhängiger Charakteristik beinhalten, ebenfalls nur über einen begrenzten Temperaturbereich zuverlässig betrieben werden können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches das Betreiben einer optischen Komponente mit einem temperaturabhängigen Bandpaßfilter (oder auch Kantenfilter) über einen größeren Temperaturbereich erlaubt. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende optische Komponente zur Verfügung zu stellen, die über einen weiten Temperaturbereich zuverlässig betrieben werden kann.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ausrichtung des Lichtstrahls relativ zu dem Bandpaßfilter innerhalb der optischen Komponente in Abhängigkeit von der Temperatur der Komponente verändert wird.

Die zentrale Durchlaßwellenlänge eines solchen Filters verschiebt sich nicht nur aufgrund von Temperaturänderungen und den damit verbundenen Änderungen der Schichtdicken der einzelnen Interferenzschichten des Bandpassfilters, sondern beispielsweise auch durch Verändern des Einfallswinkels, mit dem der Lichtstrahl auf den Filter trifft. Dies macht sich die vorliegende Erfindung zunutze, indem eine durch Temperaturänderung bedingte Verschiebung der zentralen Durchlasswellenlänge zu kleineren oder größeren Wellenlängen hin durch eine entsprechende Änderung der Ausrichtung und vornehmlich des Einfallswinkels des Strahles zumindest teilweise kompensiert wird. Somit kann die Temperaturabhängigkeit der zentralen Durchlaßwellenlänge des Filters von der Temperatur durch entsprechende Veränderung der Ausrichtung des Strahls relativ zu dem Bandpaßfilter reduziert werden.

Mit Vorteil wird die Ausrichtung des Strahls relativ zu dem Bandpaßfilter derart verändert, daß die temperaturbedingte Verschiebung der Durchlaßcharakteristik des Bandpasses möglichst vollständig kompensiert wird.

Eine Änderung der Ausrichtung des Strahles umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung auch eine Änderung bzw. Verschiebung des Auftreffpunktes des Strahles (unabhängig von oder zusätzlich zu der Änderung des Einfallswinkels) Dies gilt insbesondere dann, wenn die Durchlasswellenlänge auch von dem Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf dem Filter abhängt, der Filter also eine ortsabhängige Filtercharakteristik hat. Dies kann beispielsweise durch eine gezielte oder auch einfach produktionsbedingte Variation der Interferenzschichtdicken von der Mitte zum Rand eines Filters erreicht werden. Allerdings ist eine solche Ausgestaltung schlechter beherrschbar, so daß die vorliegende Erfindung sich in erster Linie auf die Änderung des Einfallswinkels zur Kompensation der temperaturbedingten Änderung der Filtercharakteristik konzentriert, wobei aber die vorstehend erläuterte weitere Variante von der durch Schutzansprüche gegebenen Definition des Erfindungsgegenstandes umfasst ist.

Diese möglichst vollständige Kompensation kann also entweder durch Veränderung des Auftreff punktes des Strahls auf dem Bandpaßfilter oder durch Veränderung des Einfallswinkels des Strahls auf dem Bandpaßfilter jeweils in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgen. Selbstverständlich ist es auch möglich, sowohl den Auftreffpunkt als auch den Einfallswinkel in Abhängigkeit von der Temperatur zu variieren, um eine möglichst vollständige Temperaturkompensation zu erzielen. Im allgemeinen bedingt eine Änderung des Einfallswinkels zwangsläufig auch eine Verschiebung des Auftreffpunktes des Strahles auf dem Filter. Dies kann in manchen Anwendungsfällen problemlos in Kauf genommen werden, führt jedoch in vielen Fällen zu einer inakzeptablen Verschiebung des transmittierten und/oder des reflektierten Strahles relativ zu nachfolgenden Auskopplungselementen, so dass in noch zu erläuternden, bevorzugten Ausführungsformen Maßnahmen zur Beibehaltung des Auftreffpunktes trotz Änderung des Einfallswinkels des Strahles getroffen werden. Die Ausrichtung des Strahls kann mit Hilfe eines Steuerelements oder Stellgliedes erfolgen, das die strahlführende Optik in Abhängigkeit von der Temperatur aktiv anpaßt.

Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform des Verfahrens, bei der die Ausrichtung passiv erfolgt. Unter passiv wird verstanden, daß keine aktive Steuerung verwendet wird, die nach entsprechendem Meßergebnis einer Temperatur die Ausrichtung des Strahls relativ zu dem Bandpaßfilter anpaßt. Bei der passiven Ausrichtung erfolgt die Ausrichtung quasi automatisch, ohne daß es einer aktiven Steuerung in Abhängigkeit von einer zuvor erfassten Temperaturänderung oder Durchlasswellenänderung bedarf.

Eine solche passive Ausrichtung wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens mit Hilfe mindestens zweier Glieder mit unterschiedlichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten durchgeführt. Es ist beispielsweise möglich, Teile der strahlführenden Optik und/oder den Bandpassfilter so an beiden oder je einem der Glieder mit unterschiedlicher thermischer Ausdehnung anzubringen, so daß sich bei einer Temperaturänderung sich die strahlführende Optik und der Bandpaßfilter in einer vorherbestimmten Art und Weise relativ zueinander bewegen, insbesondere derart relativ verkippen, dass der Einfallswinkel und/oder der Auftreffpunkt des Strahles sich verändern, und zwar in der Weise, dass dadurch die durch die Temperaturänderung bedingte, gleichzeitige Änderung der Filtercharakteristik ganz oder mindestens teilweise kompensiert wird.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, daß ein Umlenkelement der strahlführenden Optik, wie z. B. ein Spiegel oder ein Prisma, in Abhängigkeit von der Temperatur gegenüber dem Bandpaßfilter verkippt wird, so daß sich der Einfallswinkel des Strahls auf dem Bandpaßfilter verändert.

Herkömmlich sind WDM-Komponenten durch mehrfaches Hintereinanderschalten eines Grundelementes aufgebaut, welches jeweils einen einzelnen Wellenlängenkanal herausfiltert und die verbliebenen Wellenlängenkanäle an das nächste Grundelement weitergibt. Die Verbindung der Grundelemente erfolgt jeweils mittels einer Glasfaser. Dabei ist es insbesondere auch möglich, daß ein Strahl aus an einem Filter reflektierten Frequenzen bzw. Wellenlängen über einen Wellenleiter in einem Bogen zurückgeführt und erneut unter einem anderen Winkel auf das Filter gerichtet wird, der die Transmissionsbedingung für einen noch in dem Strahl enthaltenen Wellenlängenkanal erfüllt. Neuere optische Komponenten, wie z. B. Multiplexer/Demultiplexer, insbesondere WDM- Komponenten (Wavelength-Division-Multiplex) und DWDM-Komponenten (Dense-Wavelength- Division-Multiplex), wie sie in einer gleichzeitig eingereichten weiteren Anmeldung derselben Anmelderin mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur Verteilung und Zusammenführung elektromagnetischer Wellen" beschrieben werden, weisen eine Vielzahl von in Strahlrichtung hintereinander angeordneten interferenzoptischen Schmalbandfiltern auf. Die Veränderung des Auftreffwinkels des Strahls auf dem ersten Bandpaßfilter hat dann jedoch im allgemeinen zur Folge, daß sich der Auftreffpunkt des Strahls auf den nachfolgenden Bandpaßfiltern verändert. Diese Abweichung summiert sich, so daß sie von Bandpaßfilter zu Bandpaßfilter größer wird und die einzelnen Bandpaßfilter in Strahlrichtung zunehmend weiter außerhalb der Mitte getroffen werden. Da die im allgemeinen hinter den Bandpaßfiltern angeordneten Kollimationsoptiken, die der Aufnahme des durchgelassenen Lichtkanals dienen, auf einen Strahldurchgang in der Mitte des Bandpaßfilters justiert sind, kommt es dadurch zu zusätzlichen optischen Verlusten. Eine alleinige Veränderung des Auftreffwinkels des Strahls auf dem ersten Bandpaßfilter ist daher für Komponenten mit sehr hoher Kanalzahl im allgemeinen nicht von Vorteil, es sei denn man verwendet entsprechende angepasste Filter mit einer ortsabhängigen Filtercharakteristik, was aber erheblichen Zusatzaufwand bei der Herstellung und Justierung der Filter bedeutet.

Auf alle drei genannten Varianten sind die Prinzipien der vorliegenden Erfindung anwendbar. Dabei ist in einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, daß der Abstand zweier in Strahlrichtung aufeinanderfolgender, gegenüberliegender Bandpaßfilter ebenfalls in Abhängigkeit von der Temperatur verändert wird. Die Veränderung des Abstands erfolgt vorzugsweise im wesentlichen in Richtung der Normalen zur Bandpaßfilterfläche. Mit Hilfe dieser Verschiebung der aufeinanderfolgenden Bandpaßfilter relativ zueinander kann die Verschiebung des Auftreffpunkts des Strahls auf den nachfolgenden Bandpaßfiltern aufgrund der Variation des Einfallswinkels des Strahls auf den ersten Bandpaßfilter kompensiert werden. Dieses Verfahren hat den (kleinen) Nachteil, daß die Lichtlauflänge in der Komponente verändert wird.

Dadurch, daß der Einfallswinkel des Strahls auf den Bandpaßfilter verändert wird, wird automatisch auch der Winkel, mit dem der von dem Filter durchgelassene Lichtstrahl aus dem Filter austritt, verändert.

Daher sieht eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens vor, daß die hinter dem Bandpaßfilter angeordneten Kollimationsoptiken in Abhängigkeit von der Temperatur relativ zu dem Bandpaßfilter bewegt werden.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest ein Bandpaßfilter, vorzugsweise alle Bandpaßfilter, in Abhängigkeit von der Temperatur relativ zu einem Grundkörper der optischen Komponente verkippt. Der Auftreffwinkel des Strahls auf den Bandpaßfilter kann nämlich nicht nur durch Veränderung des Lichtstrahls vor dem ersten Bandpaßfilter erzielt werden, sondern ebenfalls durch Verkippen mehrerer oder aller Bandpassfilter und/oder eines den Filtern gegenüberliegenden Spiegels, so daß der Auftreffwinkel auf allen Bandpaßfiltern einzeln verändert wird. Zwar ist diese Ausführungsform komplizierter in der Ausführung, sie hat jedoch den Vorteil, daß die optische Weglänge des Lichts im Bauteil nahezu konstant bleibt.

Hinsichtlich der optischen Komponente wird die eingangs erwähnte Aufgabe gelöst durch eine optische Komponente mit zumindest einem Bandpaßfilter, der eine von der Temperatur der Komponente bzw. des Bandpaßfilters abhängige Charakteristik zeigt, und eine strahlführenden Optik, die dafür vorgesehen ist, einen Strahl durch die Komponente zu führen, und einen Grundkörper, der mit dem Bandpaßfilter und der strahlführenden Optik verbunden ist, wobei eine Einrichtung für die Veränderung der Ausrichtung des Strahls relativ zu dem Bandpaßfilter vorgesehen ist.

Mit Hilfe dieser Einrichtung zur Veränderung der Strahlausrichtung ist es möglich, in Abhängigkeit von der Temperatur den Einfallswinkel des Strahles auf dem Bandpaßfilter zu verändern, so daß die temperaturabhängige Veränderung der Charakteristik des Bandpaßfilters zumindest reduziert werden kann.

Diese Einrichtung ist vorzugsweise ein passives Element, das keine aktive Steuerung benötigt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht da passive Element aus mehreren (d. h. mindestens zwei) Stellgliedern, die mit strahlführenden, reflektierenden oder filternden Elementen des optischen Bauteiles verbunden sind und unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Eines der Stellglieder kann dabei auch das Gehäuse oder Basisteil des optischen Bauteiles sein. Das mit einem oder mehren derartiger Stellglieder verbundene Element bewegt sich dann, insbesondere durch Verkippen, bei einer Temperaturänderung in anderer Weise als die weiteren Elemente, die nicht oder in anderer Weise mit den Stellgliedern verbunden sind.

Die Einrichtung kann beispielsweise mit Vorteil dadurch verwirklicht werden, daß die strahlführende Optik ein Umlenkelement aufweist, das relativ zu dem mindestens einen Bandpaßfilter bewegbar, vorzugsweise verkippbar ist.

Durch die Bewegung oder Verkippung des Umlenkelements der strahlführenden Optik wird erreicht, daß sich der Einfallswinkel des Strahles auf dem Bandpaßfilter verändert. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Umlenkelement derart zu bewegen, daß neben einer Veränderung des Einfallswinkels des Strahls auf dem Bandpaßfilter auch eine Veränderung des Auftreffpunktes des Strahles auf dem Bandpassfilter entweder in kontrollierter Weise erfolgt oder durch zusätzliche Maßnahmen weitgehend vermieden wird.

Das Umlenkelement kann beispielsweise Teil einer Kollimatoroptik sein, die das Licht von der Glasfaser in die optische Komponente kollimiert. Diese Kollimatoroptik oder auch Koppelvorrichtung besteht vorzugsweise aus einer gekrümmten reflektierenden Fläche. Durch die gekrümmte reflektierende Fläche kann auf eine Linsenoptik verzichtet werden, da die am Ende einer Glasfaser auftretende Strahlaufweitung durch die gekrümmte Fläche zumindest zum Teil kompensiert wird. Diese gekrümmte reflektierende Fläche kann die Funktion des Umlenkelements übernehmen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Umlenkelement und/oder Bandpaßfilter über ein Element, das eine von dem Grundkörper verschiedene thermische Ausdehnung zeigt, mit dem Grundkörper verbunden ist. Dadurch wird erreicht, daß sich bei einer Temperaturänderung das Umlenkelement relativ zu dem Bandpaßfilter bewegt. Diese Ausführungsform ist eine Möglichkeit der Verwirklichung einer passiven Steuerung der Ausrichtungsveränderung. Mit Vorteil wird das Material des Elements mit von dem Grundkörper verschiedener thermischer Ausdehnung so gewählt bzw. das Element derart angeordnet, daß eine Veränderung der Ausrichtung des Strahls relativ zu dem Bandpassfilter erfolgt und die damit verbundene Veränderung der Charakteristik des Bandpaßfilters gerade die temperaturbedingte Änderung der Charakteristik kompensiert.

Insbesondere dann, wenn der Auftreffwinkel des Strahls auf dem Bandpaßfilter verändert werden soll, wird mit Vorteil das Umlenkelement und/oder der Bandpaßfilter im wesentlichen an zwei voneinander beabstandeten Bereichen, vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten, mit dem Grundkörper verbunden, wobei ein Bereich über ein Element, das eine von dem Grundkörper verschiedene thermische Ausdehnung zeigt, mit dem Grundkörper verbunden ist. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung führt dies bei einer Temperaturänderung der optischen Komponente zu einer Verkippung des Umlenkelements und/oder des Bandpaßfilters relativ zu dem anderen Element, so daß der Auftreffwinkel des Strahls auf dem Bandpaßfilter verändert wird.

Wie bereits erwähnt, weisen viele optische Komponenten eine ganze Serie von Schmalbandfiltern auf. Wird bei solchen Komponenten mit vielen Filtern lediglich ein optisches Element, wie z. B. das Umlenkelement, verändert, so führt dies dazu, daß sich nicht nur der Auftreffwinkel des Strahls auf dem Filter verändert, sondern ebenso der Auftreffpunkt des Strahls auf dem Filter. Der den Filter nicht passierende Anteil des Strahles wird am Auftreffpunkt reflektiert, so dass die Abweichung des Auftreffpunkts des Strahls auf dem Bandpaßfilter in Strahlrichtung von Filter zu Filter größer wird, da sich die Abweichung summiert, wodurch die einzelnen Filter in Strahlrichtung zunehmend außerhalb der Mitte getroffen werden. Die im allgemeinen hinter den Bandpaßfiltern angeordnete Kollimationsoptik ist jedoch auf einen in etwa mittigen Strahldurchgang justiert, so daß es bei einer Veränderung des Auftreffpunkts des Strahls auf dem Bandpaßfilter zu zusätzlichen optischen Verlusten kommt, die in Strahlrichtung zunehmend gravierender werden. Dies kann bei manchen Anwendungsfällen dazu führen, daß die bisher beschriebene einfache Version zur Veränderung des Auftreffpunkts und/oder des Auftreffwinkels allein nicht mehr ausreichend ist. Daher sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform vor, daß bei optischen Komponenten, die mindestens zwei Bandpaßfilter aufweisen, eine Einrichtung zur Veränderung des Abstandes zweier gegenüberliegend in Strahlrichtung aufeinanderfolgender Bandpaßfilter vorgesehen ist. Durch diese Veränderung des Abstandes zweier in Strahlrichtung aufeinanderfolgender Bandpaßfilter kann die aufgrund der Winkeländerung des Strahls verursachte Abweichung des mittigen Auftreffpunktes kompensiert werden. Wahlweise können aber auch Bandpassfilter auf einer Seite durch einen Spiegel ersetzt und im übrigen nebeneinander angeordnet werden. In diesem Fall wird gleichzeitig mit einer Winkeländerung des Strahles auch der Abstand zwischen Spiegel(n) und Filtern entsprechend verändert, so dass die Auftreffpunkte auf den Filtern (und dem Spiegel) dennoch unverändert bleiben.

Mit Vorteil besteht die Einrichtung zur Veränderung des Abstandes zweier in Strahlrichtung aufeinanderfolgender Bandpaßfilter aus mindestens einem Element mit einem zu dem Grundkörper unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, über das mindestens zwei in Strahlrichtung aufeinanderfolgende Bandpaßfilter miteinander verbunden sind.

Durch entsprechende Materialwahl kann somit erreicht werden, daß bei einer Temperaturveränderung die gegenüberliegenden und jeweils aufeinanderfolgenden Bandpaßfilter und/oder entsprechende Spiegel relativ zueinander bewegt werden.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich vorgesehen, daß eine Empfangskollimatoroptik hinter einem Bandpaßfilter ebenfalls mit dem Grundkörper verbunden ist und eine Einrichtung zum Verkippen der Empfangskollimatoroptik vorgesehen ist.

Mit Vorteil ist die zumindest eine Empfangskollimatoroptik mit einem Halteelement verbunden, das im wesentlichen an zwei voneinander beabstandeten Bereichen, vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten, mit dem Grundkörper verbunden ist, wobei ein Bereich über ein Element, das eine vom Grundkörper verschiedene thermische Ausdehnung zeigt, mit dem Grundkörper verbunden ist.

Dadurch ist es möglich, die Empfangskollimatoroptik in Abhängigkeit von der Temperatur passiv zu verkippen, wodurch die Kollimatoroptiken hinter den Bandpaßfiltern entsprechend der Winkelveränderung der aus den Bandpaßfiltern austretenden Lichtstrahlen kompensiert werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie der zugehörigen Figuren. Es zeigen:
Fig. 1a und 1b eine erste Ausführungsform einer optischen Komponente bei zwei verschiedenen Temperaturzuständen,
Fig. 2a und 2b eine Detailvergrößerung der Ausführungsform von Fig. 1 in zwei Temperaturzuständen,
Fig. 3 ein graphisches Diagramm, das die Änderung der Zentralwellenlänge in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel zeigt,
Fig. 4 ein Diagramm, das die Steilheit der Winkelverschiebung in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel zeigt,
Fig. 5a und 5b eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Komponente in zwei Temperaturzuständen,
Fig. 6a und 6b eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Komponente in zwei Temperaturzuständen,
Fig. 7a und 7b eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform der Fig. 6a und 6b in zwei verschiedenen Temperaturzuständen,
Fig. 8a und 8b eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Komponente in zwei Temperaturzuständen,
Fig. 9a und 9b eine Detailvergrößerung der Ausführungsform der Fig. 8a und 8b in zwei verschiedenen Temperaturzuständen,
Fig. 10a und 10b die Halterung eines Filters mit der Verwendung eines Festkörpergelenks als Drehachse und
Fig. 11a und 11b einen optischen Multiplexer/Demultiplexer mit Temperaturkompensation unter Verwendung entsprechender Festkörpergelenke.
In den Fig. 1a und 1b ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Komponente gezeigt, die hier als Multiplexer/Demultiplexer ausgebildet ist. Dargestellt sind vier Bandpaßfilter 2 und ein Umlenkelement 4, das hier als Spiegel ausgebildet ist, die jeweils an dem Grundkörper 5 befestigt sind.
Der Strahlverlauf des Lichts innerhalb der Komponente ist zur Verdeutlichung eingezeichnet worden und mit der Bezugszahl 3 versehen. In dem gezeigten Beispiel werden in den Fig. 1a und 1b von links unten Informationssignale mit vier verschiedenen Wellenlängen (λ1, λ2, λ3 und λ4) in die Komponente eingekoppelt. Diese Signale treffen zunächst auf den Spiegel 4 und werden von diesem auf einen ersten Bandpaßfilter 2 umgelenkt. Dieses Bandpaßelement 2 sorgt dafür, daß ein Wellenlängenkanal (λ1), das heißt eine Frequenz transmittiert wird. Alle anderen Wellenlängen (λ2, λ3 und λ4) werden an dem ersten Bandpaßfilter reflektiert und auf den zweiten Bandpaßfilter nach oben gelenkt. An dem zweiten Bandpaßfilter kann lediglich der Wellenlängenkanal mit der Wellenlänge λ2 passieren, während alle anderen Wellenlängen (λ3, λ4 usw.) wieder nach unten auf den dritten Filter reflektiert werden. Dieser Vorgang setzt sich nun fort, bis das ursprünglich aus mehreren Wellenlängen zusammengesetzte Informationssignal in seine einzelnen Kanäle getrennt worden ist. Der zuletzt reflektierte Ausgangsstrahl enthält gegebenenfalls noch weitere Kanäle mit Wellenlängen, die sich von den Wellenlängen der ausgekoppelten Kanäle unterscheiden. Dieser Ausgangsstrahl kann dann auf eine weitere, ähnliche Komponente gerichtet werden, die in der Lage ist, die noch verbliebenen Kanäle oder einen Teil hiervon auszukoppeln.
Wie bereits ausgeführt wurde, sind die Schmalbandfilter spürbar temperaturabhängig, so daß sich typischerweise pro Kelvin Temperaturänderung die zentrale Durchlaßwellenlänge um 1 bis 3 pm verschiebt. Insbesondere dann, wenn die einzelnen Wellenlängen sehr dicht beieinander liegen, so daß zur Kanaltrennung und -Erfassung sehr schmalbandige Interferenzfilter eingesetzt werden müssen, führt dies zu einer erheblichen Einschränkung des Temperaturarbeitsbereiches. Mit der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, daß die in Fig. 3 dargestellte Abhängigkeit der Charakteristik (zentrale Durchlasswellenlänge) der Filter von dem Einfallswinkel des Lichts auf den Filter verwendet werden kann, um die temperaturabhängige Wellenlängenverschiebung des Filters zu kompensieren. Die Nachführung des Einfallswinkels geschieht passiv durch einen geeigneten optischen Aufbau, der sich unter Temperaturveränderung wohldefiniert verhält. Solch ein wohldefiniertes Verhalten kann beispielsweise durch den Einsatz geeigneter Materialien mit entsprechenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten realisiert werden. In der in den Fig. 1a und 1b gezeigten Ausführungsform ist das Umlenkelement 4 unsymmetrisch gelagert, das heißt das Umlenkelement 4 stützt sich einerseits auf dem Grundkörper 5 ab und andererseits auf einem Element 6, das eine zu dem Material des Grundkörpers 5 unterschiedliche thermische Ausdehnung zeigt.
Der dadurch erzielte Effekt ist in den Fig. 2a und 2b noch einmal deutlich überhöht dargestellt. In den Fig. 2a und 2b ist jeweils das Umlenkelement 4, das einerseits direkt mit dem Grundkörper 5 und andererseits über ein Element 6 mit unterschiedlicher thermischer Ausdehnung mit dem Grundkörper 5 verbunden ist. In Fig. 2a ist die Situation bei einer ersten Temperatur t₁ gezeigt, während in Fig. 2b der gleiche Ausschnitt bei einer Temperatur t₂, die kleiner als die Temperatur t₁ ist, gezeigt ist. In beiden Fällen kommt der auf das Umlenkelement auftreffende Strahl 3 aus der gleichen Richtung. Dadurch, daß sich beim Abkühlen der optischen Komponente der Abschnitt 6 mit größerem thermischem Ausdehnungskoeffizienten stärker zusammenzieht als der Grundkörper 5, wird eine Verkippung des Umlenkelements 4 erzielt. Wie deutlich in den Fig. 2a und 2b zu erkennen ist, wird dadurch der Winkel, den der auf das Umlenkelement 4 einfallende Lichtstrahl 3 mit der Normalen 8 auf der reflektierenden Fläche einschließt, entsprechend verändert. Dies führt dazu, daß der von dem Umlenkelement 4 reflektierte Lichtstrahl bei der Temperatur t₂ deutlich gegenüber der Situation bei der Temperatur t₁ verändert ist. Dies führt, wie in der Fig. 1b, die ebenfalls die Situation bei Temperatur t₂ zeigt, dargestellt ist, dazu, daß der von dem Umlenkelement 4 reflektierte Lichtstrahl auf den ersten Filter 2 (links unten) mit einem anderen Winkel auftrifft. Berücksichtigt man weiterhin, dass gemäß Fig. 3 auch die zentrale Durchlasswellenlänge bei einem solche Filter von dem Einfallswinkel des Strahles abhängt so kann man bei geschickter Wahl des Materials für das Element 6 die temperaturabhängige Verschiebung der zentralen Durchlaßwellenlänge der Filter 2 ganz oder mindestens teilweise kompensiert werden. Dies hat den Vorteil, daß man zur Erzielung der gleichen Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit einer entsprechenden optischen Komponente, wie zum Beispiel eines Demultiplexers, preiswertere Bauteile mit größeren Toleranzen und auch preiswertere Laser als Signalträger einsetzen kann, oder aber bei der Verwendung hochwertiger Bauteile Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Komponenten (nutzbar in einem größeren Temperaturbereich) verbessert.
An dieser Stelle sei angemerkt, daß in den Figuren zur besseren Verdeutlichung die Verkippungswinkel stark übertrieben dargestellt sind. In der praktischen Anwendung wird die erforderliche Verkippung im allgemeinen in der Größenordnung von weniger als 1° liegen.
Wie in der Fig. 1b ebenfalls zu erkennen ist, führt die Verkippung des Umlenkelements 4 nicht nur zu einer Änderung des Einfallswinkels des Lichts auf die Bandpaßfilter, sondern zusätzlich wird der Auftreffpunkt des Strahls auf dem Bandpaßfilter verschoben. Aufgrund des modifizierten Winkels erfolgt eine solche Verschiebung des Auftreffpunktes nun auch von Filter zu Filter, so daß die Abweichungen zunehmend größer wird. Wie ebenfalls in der Fig. 1b zu erkennen ist, ist die Abweichung des Auftreffpunktes des Strahls 3 gegenüber dem ursprünglichen Auftreffpunkt, der durch den gestrichelten Strahlverlauf 3' kenntlich gemacht ist, bei dem zweiten Filter bereits doppelt so weit verschoben wie bei dem ersten Filter. Die Abweichung wird daher von Filter zu Filter größer, so daß die Filter zunehmend außerhalb der Mitte mit Licht beaufschlagt werden.
Im allgemeinen sind hinter den Filtern (nicht gezeigt) entsprechende Kollimationsoptiken oder elektrooptische Wandler angeordnet, die entweder die ausgekoppelten Kanäle direkt verarbeiten oder entsprechend weiterleiten. Diese Optiken bzw. informationsverarbeitenden Systeme sind im allgemeinen für einen in etwa mittigen Strahldurchgang ausgelegt bzw. entsprechend justiert. Wird daher mit zunehmender Filterzahl die Verschiebung des Auftreffpunktes auf dem Filter zu groß, so kommt es zu zusätzlichen, unter Umständen untragbaren optischen Verlusten. Dies kann bei Komponenten mit höherer Kanalzahl dazu führen, daß die dargestellte, einfache Ausführungsform weniger geeignet ist.
Zur Verdeutlichung des der Erfindung zugrunde liegenden Effekts ist in Fig. 3 ein x/y-Diagramm gezeigt, bei dem die relative Verschiebung der zentralen Durchlaßwellenlänge (Ordinate) über dem Einfallswinkel (Abszisse) aufgetragen ist.
In Fig. 4 ist zusätzlich die Steilheit der Winkelkennlinie (Ableitung der in Fig. 3 gezeigten Funktion) über dem Einfallswinkel aufgetragen.
In den Fig. 5a und 5b ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Komponente dargestellt.
Der Aufbau entspricht weitgehend dem in den Fig. 1a und 1b gezeigten Aufbau. Zusätzlich sind die beiden Elemente 7 zugefügt worden, die eine entsprechend ausgewählte thermische Ausdehnung zeigen. Dies führt dazu, daß bei Abkühlung der Komponente nicht nur das Umlenkelement 4 aufgrund des Elements 6, das sich in Pfeilrichtung bewegt, verkippt wird, sondern auch die in den Figuren unten angeordneten Bandpaßfilter aufgrund der Kontraktion oder Ausdehnung der Elemente 7 in Richtung der beiden Pfeiler auf die oben angeordneten Bandpaßfilter zu oder von diesem weg bewegt werden. Mit anderen Worten wird der Abstand der beiden Filter ebenfalls temperaturabhängig verändert, so daß der Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf dem Filter in etwa an der gleichen Stelle bleibt. Diese Ausführungsform kann somit uneingeschränkt auch für Komponenten mit sehr hoher Kanalzahl verwendet werden.
Diese Ausführungsform hat lediglich den kleinen Nachteil, daß sich die optische Strahlweglänge innerhalb der Komponente verändert, wodurch sich temperaturabhängig geringe Variationen in der Einfügedämpfung ergeben können. Aufgrund der Winkelveränderung eines einfallenden und transmittierten Strahles können beim Übergang in die nachfolgende Ausgangsoptik bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen außerdem Verluste in der Signalamplitude auftreten, die aber vermieden werden können, wenn auch die Ausgangsoptik mit den gleichen Mitteln automatisch nachjustiert wird wie auch die strahlführenden, filternden und reflektierenden Elemente, wie nachstehend erläutert wird.
Das Verkippen des Umlenkelements bzw. des Spiegels 4 in den beiden in den Fig. 1a und 1b und 5a und 5b gezeigten Ausführungsformen führt an allen Ausgängen (λ1, λ2, λ3 und λ4) zu einem Winkelfehler gegenüber dem ursprünglichen Strahl. Mit anderen Worten wird durch das Umlenkelement nicht nur der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf dem Filter verändert, sondern ebenso der Winkel, den der transmittierte Lichtstrahl mit der Normalen auf der Filterfläche einschließt. Daher sollten im Idealfall auch die Kollimationsoptiken, die hinter den Filtern zur Aufnahme der transmittierten Strahlen angeordnet sind, ebenfalls temperaturabhängig nachgeführt werden, so daß die transmittierten Strahlen möglichst in optimaler Ausrichtung auf die Kollimationsoptiken auftreffen.
In den Fig. 6a und 6b ist eine dritte Ausführungsform einer optischen Komponente mit erfindungsgemäßer Temperaturkompensation gezeigt. Hier sind die Kollimationsoptiken der Ausgänge in den Grundkörper 5 integriert. So ist beispielsweise das Umlenkelement 4 hier als gekrümmte reflektierende Fläche 13 ausgebildet, die gleichzeitig dazu dient, den direkt aus der Glasfaser austretenden Lichtstrahl zu parallelisieren.
Hinter den einzelnen Bandpaßfiltern (λ1, λ2, λ3 und λ4) sind jeweils Kollimationsoptiken 9 angeordnet, die ebenfalls aus einer gekrümmten reflektierenden Fläche bestehen, die den parallelen Lichtstrahl beispielsweise in den Kern nachfolgend angeordneter Glasfasern 12 kollimieren. Die einzelnen Bandpaßfilter 2 sind hier alle in einer Reihe angeordnet. Gegenüber den Bandpaßfiltern 2 in einer darunter angeordneten Ebene ist ein Spiegel 11 angeordnet. Verfolgt man den Strahlverlauf 3, so wird deutlich, daß der Lichtstrahl über das Umlenkelement 13 zunächst auf den ersten Bandpaßfilter 2 gelenkt wird, der lediglich den Wellenlängenkanal λ1 passieren läßt, während alle anderen Wellenlängen auf den Spiegel 11 reflektiert werden. Von dem Spiegel 11 werden die verbleibenden Informationssignale dann auf den zweiten Bandpaßfilter 2 gelenkt, der lediglich den Wellenlängenkanal mit der Wellenlänge λ2 passieren läßt, während alle anderen Wellenlängen erneut auf den Spiegel 11 gelenkt werden. Diese Abfolge setzt sich nun fort, bis das ursprüngliche Informationssignal in seine einzelnen Kanäle aufgeteilt worden ist. Die erfindungsgemäße Veränderung des Einfallswinkels des Lichtstrahls auf dem Bandpaßfilter 2 erfolgt durch das Element 6, das eine zu dem Material des Grundkörpers 5 unterschiedliche thermische Ausdehnung besitzt. Dies führt bei einer Temperaturerhöhung dazu, wie in Fig. 6b gezeigt ist, daß sich die untere Ebene des Grundkörpers 5 verkippt.
Um den Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf den Bandpaßfiltern dennoch fix zu halten, sind - ähnlich wie in der zweiten Ausführungsform von Fig. 5a und 5b - die Elemente 7 vorgesehen, die aufgrund ihrer entsprechenden thermischen Ausdehnung die Filterebene und die Ebene des Spiegels 11 relativ zueinander bewegen. Die Winkeländerung der transmittierten Strahlen wird hier mit Hilfe des Elements 10 ausgeglichen, das ebenfalls eine thermische Ausdehnung zeigt, die sich von der thermischen Ausdehnung des Materials des Grundkörpers 5 unterscheidet. Wie beim Vergleich der Fig. 6a und 6b deutlich zu erkennen ist, sorgt das Element 10 dafür, daß sich die obere Ebene des Grundkörpers 5 verkippt, so daß die transmittierten Lichtstrahlen wieder in etwa im gleichen Winkel auf die Kollimationsoptiken 9 auftreffen, wie dies bei der Temperatur t₁ (siehe Fig. 6a) der Fall war.
In den Fig. 7a und 7b ist die Ausführungsform der optischen Komponente der Fig. 6a und 6b in perspektivischer Ansicht gezeigt. Deutlich zu erkennen sind die Glasfasern 12 sowie die gekrümmten reflektierenden Flächen 9, die die Kollimationsoptik darstellen. Der Grundkörper 5 ist aus mehreren Formteilen hergestellt, die über Elemente mit unterschiedlicher thermischer Ausdehnung miteinander verbunden sind. Dabei bleiben die Filterebene 2 und die Spiegelebene 11 immer parallel zueinander. Durch die symmetrische Anordnung der Ausdehnungselemente 7 wird lediglich erreicht, daß sich die beiden parallelen Ebenen aufeinander zu oder voneinander weg bewegen. Das Ausdehnungselement 6, das den oberen Teil des Grundkörpers 5 unsymmetrisch mit der Spiegelebene 11 verbindet, sorgt dafür, daß das fest mit dem oberen Teil des Grundkörpers 5 verbundene Umlenkelement 13 (in der Darstellung der Fig. 7a und 7b nicht zu erkennen) verkippt wird, so daß sich bei einer Temperaturänderung der optischen Komponente der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf den Filtern 2 verändert. Zur Nachführung der Kollimationsoptiken, die mit dem unteren Teil des Grundkörpers 5 verbunden sind, ist das Ausdehnungselement 10 vorgesehen, das für eine unsymmetrische Bewegung, das heißt Verkippung, des unteren Teils des Grundkörpers 5 gegenüber der Filterebene 2 sorgt. Durch geeignete Wahl der Materialien für die Ausdehnungselemente 6, 7 und 10 kann die temperaturbedingte Veränderung der zentralen Durchlaßwellenlänge der Bandpaßfilter 2 völlig ausgeglichen werden.
In den Fig. 5a und 8b ist schließlich noch eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Hier ist nicht das Umlenkelement 4 verkippbar gelagert, sondern die einzelnen Bandpaßfilter 2. Die unsymmetrische Lagerung der Bandpaßfilter 2 ist in den Fig. 9a und 9b noch einmal vergrößert dargestellt. Ganz ähnlich wie bei der unsymmetrischen Lagerung des Umlenkelements 4, wie sie in den Fig. 2a und 2b gezeigt ist, stützt sich der Filter 2 einerseits direkt auf dem Grundkörper 5 ab und andererseits auf einem Ausdehnungselement 14, das wiederum auf dem Grundkörper 5 aufliegt. Aufgrund der gegenüber dem Grundkörper 5 unterschiedlichen thermischen Ausdehnung des thermischen Ausdehnungselements 14 führt eine Temperaturänderung zu einer Verkippung des Filterelements 2 gegenüber dem Grundkörper 5. Deutlich zu erkennen ist in den Figuren, daß auch dies dazu führt, daß sich der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf dem Filterelement 2 entsprechend ändert. Zusätzlich zu erkennen sind hier sowohl die Ausdehnungselemente 7, die dafür sorgen, daß sich bei einer Temperaturänderung die untere Filterebene auf die obere Filterebene zu bewegt bzw. von dieser weg bewegt, und die Ausdehnungselemente 15, die derart angeordnet sind, daß bei einer Temperaturänderung die obere Filterebene gegenüber der unteren Filterebene seitlich verschoben wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß insgesamt gegenüber der dritten Ausführungsform eine geringere Strahlweglänge in der optischen Komponente benötigt wird. Bei der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Ausführungsform wird nämlich durch den Spiegel die optische Weglänge des Lichts in der optischen Komponente deutlich vergrößert. Zum Überbrücken dieses größeren Weges muß der Lichtstrahl aber stärker aufgeweitet werden, was eine größere Präzision der Winkelgenauigkeit erfordert. Ein weiterer Vorteil der Ausführungsform gemäß den Fig. 8 und 9 liegt darin, dass der Auftreffwinkel der ausgehenden Strahlen (nach dem Passieren der Filter) nicht durch das Verkippen der Filter beeinflusst wird, also immer gleich bleibt, wobei nur ein geringer seitlicher Versatz stattfindet.
Ein Verkippen des Filters um den Winkel α bedeutet jedoch für den reflektierten Strahl eine Abweichung um den Winkel 2α gegenüber der vorherigen Richtung, dies wird wiederum kompensiert durch das Verkippen eines gegenüberliegenden Reflektors um den Winkel α, so dass der reflektierte Strahl wieder in der gleichen Richtung wie der Ursprungsstrahl verläuft, wenn auch geringfügig seitlich versetzt.
Wie man insbesondere an der perspektivischen Darstellung der Fig. 7a, 7b erkennt, bestehen die optischen Komponenten der vorliegenden Erfindung im allgemeinen aus spritzgegossenen Formteilen, die im wesentlichen formstabil sind. Diese Formteile sind mit teilweise zwischen den Formteilen angeordneten Abstandselementen zweckmäßigerweise verklebt, wobei die Abstandselemente 6, 7, 10 eine bewußt gewählte, von der thermischen Ausdehnung der übrigen Formteile abweichende thermische Ausdehnung haben. Die optischen Bauteile, das heißt die optischen Fasern, Kollimatoren, Spiegel und Filter sind an den spritzgegossenen Formteilen in herkömmlicher Weise angeordnet bzw. befestigt. Die Verklebung, vorzugsweise mit Hilfe eines dauerelastischen Klebers, verleiht der Verbindung der Formteile des Grundkörpers 5 mit den Abstandselementen 6, 7, 10 gewisse Gelenkeigenschaften, wobei es gemäß der vorliegenden Erfindung vollständig ausreicht, wenn diese Klebeverbindungen sehr geringe, relative Verkippungen zwischen den einzelnen Gehäuseelementen zulassen, die in der Größenordnung von 1° oder darunter liegen.
Soweit auf beiden Seiten eines Gehäuses dieselben Abstandselemente angeordnet sind, wie z. B. das in Fig. 7 erkennbare Element 7, so bewirkt dieses Element 7 lediglich eine Abstandsänderung zwischen den damit verbundenen Formteilen ohne relative Verkippung. Dagegen sind die Abstandselemente 6 und 10 nur einseitig vorgesehen, während auf der gegenüberliegenden Seite jeweils (hier nicht dargestellte) Ausgleichselemente vorgesehen werden können, die aus demselben Material bestehen wie die übrigen Formteile des Grundkörpers 5. Die Abstandselemente 6, 7, 10 können, je nach Anordnung und Anwendungsfall, entweder eine größere oder eine kleinere thermische Ausdehnung haben als die Formteile des Grundkörpers 5, es können auch Elemente mit einer negativen thermischen Ausdehnung gewählt werden. Auf jeden Fall werden die Elemente immer in der Weise angeordnet, daß sich bei einer Erhöhung der Temperatur der Einfallswinkel vergrößert, um die Durchlaßwellenlänge zu kleineren Wellenlängen hin zu verschieben, da gleichzeitig aufgrund der Temperaturerhöhung der Interferenzschicht deren intrinsische Durchlaßwellenlänge größer wird, so daß die beiden gegenläufigen Effekte sich weitgehend oder vollständig kompensieren und die Durchlaßwellenlänge im Ergebnis temperaturunabhängig wird.
Wie bereits erwähnt, sind in allen Figuren und insbesondere auch in Fig. 7b die relativen Verkippungen der einzelnen Bauteile stark übertrieben dargestellt, um das Prinzip der vorliegenden Erfindung besser verständlich machen zu können.
Durch die beschriebene Erfindung wird der Effekt der Abhängigkeit der Durchlaßwellenlänge bei Schmalbandfiltern von dem Einfallswinkel geschickt ausgenutzt, um die temperaturabhängige Verschiebung der Durchlaßwellenlänge der Filter zu kompensieren. Die Nachführung des Auftreffwinkels geschieht passiv durch einen geeigneten optischen Aufbau, der sich unter Temperaturveränderung wohldefiniert verhält. Dadurch werden optische Komponenten erzielt, die ein stabileres Paßband über einen größeren Temperaturbereich aufweisen. Daher wird der Betrieb der Komponente über einen viel größeren Temperaturbereich möglich. Die Komponente kann so mit einem weiteren Paßband spezifiziert werden, so daß beispielsweise ein kostengünstiger Laser mit schlechterer Spezifizierung eingesetzt werden kann.
In Fig. 10a und 10b erkennt man einen optischen Filter 2, der an einer Basis bzw. einem Gehäuse 5 gelagert ist, wobei das Filter 2 an einem Abschnitt des Gehäuses 5 fixiert ist, der über eine als Drehgelenk wirkende Schwachstelle des Gehäusematerials mit dem übrigen Teil des Gehäuses verbunden ist. Auf der anderen Seite ist das Filter 2 indirekt auf einem Stellglied 4 gelagert, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient von dem Material des Gehäuses 5 abweicht. Fig. 10a und 10b zeigen dasselbe Bauelement bei verschiedenen Temperaturen, wobei angenommen ist, daß das Stellglied 4 eine wesentlich stärkere thermische Ausdehnung aufweist als das Material des Gehäuses 5, welches in seinen Abmessungen eher als im wesentlichen unverändert dargestellt ist. Ausgehend von der Anordnung gemäß Fig. 10a führt eine Absenkung der Temperatur dazu, daß sich das Stellglied 4 gemäß Fig. 10b deutlich verkürzt. Da das Stellglied 4 mit einem Ende des Filters 2 starr verbunden ist, wird dieses abgesenkt und über die starre Verbindung des Filters 2 mit dem gegenüberliegenden Teil des Gehäuses 5 verbiegt sich dieses an dem Festkörpergelenk 17.
Eine konkrete Anwendung solcher Festkörpergelenke ergibt sich aus den Fig. 11a und 11b. Im Falle der Fig. 11a und 11b ist das mittlere Bauteil 5 als starres, festes Gehäuse anzusehen, an welchem mehrere Filter 2 der gezeigten Anordnung montiert sind, um bei einer ersten Temperatur gemäß Fig. 11a Wellenlängen λ1, λ2, λ3 und λ4 auszukoppeln. Die jeweils ausgekoppelten Strahlen und auch der reflektierte Ausgangsstrahl werden über Kollimatoren 13' bzw. 13" in Richtung weiterer optischer Fasern oder anderer optischer Komponenten gebündelt. Die Kollimatoren 13, 13' und 13" sind jeweils an eigenen Gehäuseelementen 25, 26 bzw. 27 fest montiert, wobei diese Gehäuseelemente 25, 26, 27 jeweils über Festkörpergelenke 17, 18, 19 an einem Ende mit dem Grundgehäuse 5 verbunden sind, während das andere Ende wiederum über Stellglieder 4 an dem Grundgehäuse 5 gelagert ist. Aufgrund eines wieder von dem Material des Gehäuses 5 deutlich abweichenden thermischen Ausdehnung der Stellglieder 4 werden, wie man durch Vergleich mit Fig. 11b erkennt, die Enden der entsprechenden Gehäuseabschnitte 25, 26, 27 relativ zu dem Grundgehäuse 5 bewegt bzw. verschwingt, wobei die Festkörpergelenke 17, 18, 19 als Drehgelenke dienen. Bei dem Vergleich zwischen den Fig. 11a und 11b erkennt man, daß dabei unter anderem der an dem Gehäuseelement 25 befestigte Kollimator 13 um das Gelenk 17 gedreht wird, was dazu führt, daß sich der Winkel des von dem Kollimator 13 ausgehenden Eingangsstrahles verändert, konkret im Übergang von Fig. 11a zu 11b kleiner wird. Dies bedeutet, daß auch der an dem ersten Filter 2 reflektierte Strahl unter einem kleineren Winkel reflektiert wird und auch unter einem kleineren Winkel auf den nächsten Filter auftritt, und so fort. Dabei gleichzeitig auch auf der Ausgangsseite der Filter die Kollimatoren 13' bzw. 13" um ihre jeweiligen Festkörpergelenke 19 bzw. 18 verkippen, wird die Winkeländerung der Ausgangsstrahlen kompensiert, so daß die Kollimatoren 13' bzw. 13" dennoch den jeweiligen Ausgangsstrahl auf die nachfolgenden optischen Komponenten fokussieren, ohne daß eine sonstige Korrektur in der Justierung vorgenommen werden muß. Bezugszeichenliste 1 optische Komponente
2 Bandpaßfilter
3 Strahl
4 Umlenkelement
5 Grundkörper
6, 7 Ausdehnungselemente
8 Normale
9 Kollimationsoptik
10 Ausdehnungselement
11 Spiegel
12 Glasfasern
13 Kollimatoroptik
14, 15 Ausdehnungselemente

Claims

1. Verfahren zur Temperaturkompensation einer optischen Komponente mit mindestens einem Kanten- oder Bandpaßfilter (2) und einer strahlführenden Optik, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung des Strahls (3) relativ zu dem Kanten- oder Bandpaßfilter (2) in Abhängigkeit von der Temperatur der Komponente verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung des Strahls (3) relativ zu dem Filter (2) derart verändert wird, daß die temperaturbedingte Verschiebung des Bandpasses mindestens teilweise kompensiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftreffpunkt des Strahls (3) auf dem Bandpaßfilter (2) in Abhängigkeit von der Temperatur verändert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel des Strahls (3) auf dem Bandpaßfilter (2) in Abhängigkeit von der Temperatur verändert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung des Strahls relativ zu dem Bandpaßfilter passiv erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung des Strahls mit Hilfe mindestens zweier Glieder (5, 6) mit unterschiedlichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umlenkelement (4) der strahlführenden Optik gegenüber dem zumindest einen Bandpaßfilter (2) verkippt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zweier in Strahlrichtung aufeinanderfolgender Bandpaßfilter (2) in Abhängigkeit von der Temperatur verändert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine hinter dem Bandpaßfilter (2) angeordnete Kollimationsoptik (9) in Abhängigkeit von der Temperatur relativ zu dem Bandpaßfilter (2) bewegt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Bandpaßfilter (2) in Abhängigkeit von der Temperatur relativ zu einem Grundkörper (5) der optischen Komponente verkippt wird.

11. Optische Komponente mit zumindest einem Kanten- oder Bandpaßfilter (2) mit einer von der Temperatur der Komponente (1) bzw. des Filters (2) abhängigen Charakteristik und einer strahlführenden Optik, die dafür vorgesehen ist, einen Strahl (3) durch die Komponente (1) zu führen, und mit einem Grundkörper (5), der mit dem Filter (2) und der strahlführenden Optik verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung für die Veränderung der Ausrichtung des Strahls (3) relativ zu dem Filter (2) vorgesehen ist.

12. Optische Komponente nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Veränderung des Auftreffpunktes des Strahls (3) auf dem Bandpaßfilter (2) vorgesehen ist.

13. Optische Komponente nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Veränderung des Einfallswinkels des Strahls (3) auf dem Bandpaßfilter (2) vorgesehen ist.

14. Optische Komponente nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung passiv ist.

15. Optische Komponente nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umlenkelement (4) vorgesehen ist, das relativ zu dem mindestens einen Bandpaßfilter (2) bewegbar, vorzugsweise schwenkbar ist.

16. Optische Komponente nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement (4) Teil einer Kollimatoroptik (13) ist.

17. Optische Komponente nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement (4) und/oder der Bandpaßfilter (2) über ein Element (6, 14), das eine von dem Grundkörper (5) verschiedene thermische Ausdehnung zeigt, mit dem Grundkörper verbunden ist.

18. Optische Komponente nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement (4) und/oder der Bandpaßfilter (2) im wesentlichen an zwei voneinander beabstandeten Bereichen, vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten, mit dem Grundkörper (5) verbunden ist, wobei ein Bereich über ein Element, das eine von dem Grundkörper verschiedene thermische Ausdehnung zeigt, mit dem Grundkörper verbunden ist.

19. Optische Komponente nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Bandpaßfilter (2) und eine Einrichtung (7) zur Veränderung des Abstandes zweier in Strahlrichtung aufeinanderfolgender Bandpaßfilter vorgesehen sind.

20. Optische Komponente nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) zur Veränderung des Abstandes zweier in Strahlrichtung aufeinanderfolgender Bandpaßfilter (2) aus mindestens einem Element (7) mit einem zu dem Grundkörper (5) unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten besteht, über das mindestens zwei in Strahlrichtung aufeinanderfolgende Bandpaßfilter (2) miteinander verbunden sind.

21. Optische Komponente nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Empfangskollimatoroptik (9) hinter einem Bandpaßfilter (2) ebenfalls mit dem Grundkörper (5) verbunden ist und eine Einrichtung zum Verkippen der Empfangskollimatoroptik vorgesehen ist.

22. Optische Komponente nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Empfangskollimatoroptik (9) mit einem Halteelement verbunden ist, das im wesentlichen an zwei voneinander beabstandeten Bereichen, vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten, mit dem Grundkörper verbunden ist, wobei ein Bereich über ein Element (10), das eine vom Grundkörper (5) verschiedene thermische Ausdehnung zeigt, mit dem Grundkörper (5) verbunden ist.

23. Optische Komponente nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Komponente eine WDM-Komponente, besonders bevorzugt eine DWDM- Komponente ist.