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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Beugungslinse,
die eine günstige Mehrmodenfasereinkopplungs-
und Reflexionsver waltung liefert, auf ein eine derartige Beugungslinse aufweisendes
optisches Modul und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen
Beugungslinse.
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Ein
Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser
(VCSEL; VCSEL = vertical cavity surface emitting laser) emittiert
Licht in einem Strahl vertikal von der Oberfläche desselben. Licht, das von
einem VCSEL emittiert wird, wird typischerweise durch eine Übertragungslinse
in einen Lichtwellenleiter fokussiert und für die Übertragung von Daten verwendet. Die Übertragungstechnologie,
wie z. B. die Gigabit-Ethernet-Technologie,
verwendet VCSEL und eine Mehrmodenlichtwellenleiterverkabelung.
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Die
sich ständig
erhöhende
Datenrate über Mehrmodenlichtwellenleitersysteme
erfordert eine komplexere Kopplungsoptik für das Übertragungsmodul, um die erforderliche
Bit-Fehler-Rate
zu erfüllen.
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Es
gibt zwei wichtige Betrachtungen bei der Entwicklung einer Übertragungslinse:
1) Reflexionsverwaltung und 2) Erzeugung einer günstigen Einkopplungsbedingung.
Die erste Entwicklungsbetrachtung der Reflexionsverwaltung versucht,
die Menge an Licht zu minimieren, die von der Oberfläche des
Lichtwellenleiters zurückreflektiert
wird (als „Rückreflexionen" oder Rückkopplung
bezeichnet) und zu der Lichtquelle (z. B. dem Laser) gerichtet wird.
Wenn die Reflexionen nicht richtig verwaltet werden, können die
Rückreflexionen
Stabilitätsprobleme
bei der Laserquelle bewirken. Genauer gesagt, wenn diese Rückreflexionen
nicht gesteuert oder reduziert werden, kann der Laser destabilisiert werden und
mit einem rauschenden Ausgabesignal arbeiten. Wenn beispielsweise
zu viel Leistung von der Reflexion von dem Ende des Lichtwellenleiters zurück in den
Laser gekoppelt wird, treten in dem Laser Instabilitäten auf
und die Ausgabeleistung oszilliert nach oben und nach unten, wodurch
zusätzliche und
schädigende
Mengen von Jitter als die empfangenen Signalpulse bewirkt werden.
In anderen Worten ausgedrückt,
die Instabilität
in dem Laser bewirkt fehlerhafte Datensignale.
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Ferner
kann das erhöhte
Rauschen in dem Laser, das durch die Kopplungslinse bewirkt wird,
zu Leistungseinbußen
bei dem optischen Inhalt der Datenverbindung von bis zu 2,5 dB führen. Es
ist offensichtlich, daß die
erhöhten
Leistungseinbußen
aufgrund der Rückreflexionen
einen wesentlichen Teil des gesamten Verbindungsleistungsbudgets
bzw. -inhalts darstellt, das für
eine 2,5-GBit/Sekunde-Datenrate bei einer Größenordnung von etwa 8 dB liegt. Dieser
nachteilige Effekt von Rückreflexionen
oder Rückkopplung
wird noch ausgeprägter
und wesentlicher für
Systeme mit einer höheren
Datenrate. Das Leistungsbudget für
eine 10-GBit/Sekunde-Verbindung
wird sogar noch stärker
strapaziert als die 2,5-GBit/Sekunde-Verbindung.
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Zweitens
ist es wichtig, daß der Übertragungslinsenentwurf
eine günstige
Einkopplungsbedingung an der Lichtwellenleitergrenzfläche liefert, um
das Bandbreite-Abstand-Produkt des Systems zu maximieren. Beispielsweise
erfordert eine 2,5-GBit/Sekunden-Verbindung für eine Standard-50-Mikrometer-Gradientenfaser
ein Bandbreite-Abstand-Produkt von 500 MHz·km. Gleichartig dazu muß die Faser,
d. h. der Lichtwellenleiter, für eine
10-GBit/Sekunde-Verbindung ein Produkt von 2,2 GHz·km unterstützen.
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Eine
günstige
Einkopplungsbedingung sollte die Bandbreite des Systems erhöhen und
ist gegenüber
einem seitlichen bzw. lateralen Versatz (d. h. einer Fehlausrichtung
zwischen dem Laser und der Faser) stabil. Ein Lösungsansatz zum Verbes sern
einer günstigen
Einkopplungsbedingung ist es, das Einkoppeln des Lichts entlang
deren engsten Mitte der Faser zu verhindern. Ein Grund zum Vermeiden
der Mitte der Faser ist, daß viele
Fasern aufgrund von Herstellungsbegrenzungen Defekte entlang der
Mitte der Faser aufweisen. Ferner ist eine Toleranz für einen
lateralen Versatz wünschenswert,
um jegliche Fehlausrichtung zwischen dem Laser und der Faser zu
kompensieren. Andernfalls kann eine Fehlausrichtung in dem System
(z. B. Fehlausrichtung zwischen dem Lichtwellenleiter und der Übertragungslinse oder
Fehlausrichtung zwischen der Übertragungslinse
und dem Laser) bewirken, daß das
Licht von dem Laser den Lichtwellenleiter verfehlt.
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Leider
weisen die herkömmlichen Übertragungslinsenentwicklungen
Mängel
entweder beim Adressieren von Rückreflexionen
oder beim Bereitstellen von günstigen
Einkopplungsbedingungen auf. Diese Mängel und Nachteile stammen
hauptsächlich von
Beschränkungen
und Schwierigkeiten bei der Linsenherstellung.
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Es
folgt eine Beschreibung einer Wirbelbeugungslinse für eine Modenanpassung
bezüglich
einer Gradientenfaser.
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Es
gab einige Versuche, Beugungselemente als Kopplungsoptik zu verwenden,
um Licht in eine Gradientenfaser einzukoppeln. Eine solche Studie wird
von E. G. Johnson, J. Stack, C. Koehler und T. Suleski in the Diffractive
Optics and Micro-Optics, Optical Society of America (OSA) Technical
Digest, S. 205–207,
Washington, DC, 2000, in einem Artikel mit dem Titel, „Diffractive
Vortex Lens for Mode-Matching Graded Index Fiber" berichtet. Diese Veröffentlichung
beschreibt einen Lösungsansatz,
der ein Beugungselement verwendet, um die Phase des eingekoppelten
Lichts an spezifische Moden der Gradientenfaser anzupassen.
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Obwohl
diese herkömmlichen
Lösungsansätze erträgliche Ergebnisse
für ideale
Punktlichtquellen (d. h. Licht, das eine einfache Verteilung aufweist
und perfekt kohärent
ist) liefern, behandeln diese Lösungsansätze Anwendungen
nicht angemessen, die Lichtquellen mit komplexeren Lichtverteilungen
(z. B. einen Mehrmodenlaser) verwenden. Bei diesen spezifischen,
realen Anwendungen leidet die Übertragungslinse
an einer destabilisierenderen Rückkopplung
aufgrund einer schlechten Verwaltung der Rückreflexionen, ungünstigen
Einkopplungsbedingungen, die von größeren Mengen von Auf-Achsen-Energie
herrühren,
oder beidem.
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Auf
der Basis des vorhergehenden bleibt ein Bedarf an einer Beugungslinse,
die gleichzeitig die Rückreflexion
reduziert und günstige
Einkopplungsbedingungen liefert, und die die vorher aufgeführten Nachteile überwindet.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beugungslinse zur
Kopplung einer Lichtquelle mit einem lichtleitenden Medium, ein
optisches Modul und ein Verfahren zum Herstellen einer Beugungsoberfläche mit
verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Beugungslinse gemäß Anspruch 1, ein optisches
Modul gemäß Anspruch
7 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch
14 gelöst.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist eine Übertragungslinse zum Übertragen
von Licht, das durch eine Lichtquelle (z. B. einen Laser) in ein
lichtleitendes Medium bzw. Lichtleitmedium (z. B. einen Lichtwellenleiter)
emittiert wird, vorgesehen. Die Übertragungslinse
umfaßt eine
Beugungsoberfläche
zum Empfangen und Parallelrichten bzw. Kollimieren des Lichts, das
von der Lichtquelle kommt. Die Beugungsoberfläche ist definiert durch eine
Oberflächenfunktion,
die eine erste Phasenfunktion mit einer Winkelsymmetrie und eine zweite
Phasenfunktion mit einer Radialsymmetrie umfaßt. Die zweite Phasenfunktion
umfaßt
eine Scheitelpunktregion mit einer diskontinuierlichen Neigung bzw.
unstetigen Steigung. Die Übertragungslinse
liefert eine Reflexionsverwaltung, so daß Licht, das von dem Ende des
Lichtwellenleiters reflektiert wird, nicht an einer Position fokussiert
wird, an der Licht durch die Lichtquelle emittiert wird. Ferner
liefert die Übertragungslinse
außerdem
günstige
Einkopplungsbedingungen, so daß Licht,
das in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird, Indexanomalien auf
der Achse des Lichtwellenleiters und der Kern-Mantel-Grenzfläche vermeidet.
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Ein
weiterer Vorteil des Übertragungslinsenentwurfs
der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Beugungsoberfläche der Übertragungslinse
eine Reflexionsverwaltung und günstige
Einkopplungsbedingungen liefert, was besonders für Mehrmodenlichtwellenleitersysteme
vorteilhaft ist.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist ein Lichtübertragungssystem geschaffen,
das einen Laser, einen Lichtwellenleiter und eine Übertragungslinse
umfaßt.
Die Übertragungslinse überträgt Licht,
das von dem Laser in den Lichtwellenleiter emittiert wird. Die Übertragungslinse umfaßt eine
Beugungsoberfläche
zum Empfangen und Parallelrichten des Lichts, das von dem Laser kommt.
Die Beugungsoberfläche
ist durch eine Oberflächenfunktion
definiert, die eine erste Phasenfunktion mit einer Winkelsymmetrie
und eine zweite Phasenfunktion mit einer Radialsymmetrie umfaßt. Die zweite
Phasenfunktion umfaßt
eine Scheitelpunktregion mit einer diskontinuierlichen Neigung in
derselben. Die Übertragungslinse
liefert eine Reflexionsverwaltung, so daß Licht, das von dem Ende des Lichtwellenleiters
reflektiert wird, nicht an einer Position fokussiert wird, an der
Licht durch den Laser emittiert wird, und außerdem günstige Einkopplungsbedingungen,
so daß Licht,
das in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird, Indexanomalien entlang
der Achse des Lichtwellenleiters vermeidet.
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Die
vorliegende Erfindung ist in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen,
bei denen sich gleiche Bezugszeichen auf ähnliche Elemente beziehen, beispielhaft
und nicht begrenzend dargestellt.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die
beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
vereinfachtes Blockdiagramm eines beispielhaften Lichtübertragungssystems,
bei dem die Übertragungslinse
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
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2A eine
beispielhafte erste Phasenfunktion mit einer Winkelsymmetrie;
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2B eine
beispielhafte zweite Phasenfunktion mit einer Radialsymmetrie;
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2C eine
Funktion, die die erste Phasenfunktion von 2A und
die zweite Phasenfunktion von 2B verbindet,
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer bevorzugten Beugungsoberfläche der Übertragungslinse,
die Treppenmerkmale aufweist;
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4 Querschnitte
von beispielhaften Phasenfunktionen mit Radialsymmetrie und einer
Scheitelpunktregion;
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5 eine
Punktdarstellung für
die Übertragungslinse
der vorliegenden Erfindung zum Darstellen einer günstigen
Einkopplungseinstellung;
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6 eine
Punktdarstellung für
die Übertragungslinse
der vorliegenden Erfindung zum Darstellen von Reflexionsverwaltung;
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7 eine
Punktdarstellung für
eine herkömmliche Übertragungslinse
zum Darstellen einer schlechteren Einkopplungsbedingung; und
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8 eine
Punktdarstellung für
eine herkömmliche Übertragungslinse
zum Darstellen einer schlechten Reflexionsverwaltung.
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Ein
optisches Beugungselement, das für
ein Mehrmodenfasereinkoppeln und eine Rückkopplungssteuerung optimiert
wurde, wird beschrieben. Bei der folgenden Beschreibung sind zu
Erklärungszwecken
zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründliches
Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu liefern. Für einen Fachmann auf diesem Gebiet
ist es jedoch offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung
ohne diese spezifischen Details praktiziert werden kann. In anderen
Fällen
sind gut bekannte Strukturen und Elemente in Blockdiagrammform gezeigt,
um zu verhindern, daß die
vorliegende Erfindung unnötig
verkompliziert wird.
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Es
folgt eine Beschreibung des Lichtübertragungssystems 100.
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1 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm eines beispielhaften Lichtübertragungssystems 100, bei
dem die Übertragungslinse 140 gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Das System 100 umfaßt eine
Lichtquelle 110 (z. B. einen Laser) zum Emittieren von
Licht, ein lichtleitendes Medium 120 (z. B. ein Lichtwellenleiterkabel)
und eine Übertragungslinse 140 der
vorliegenden Erfindung zum Übertragen
von Licht, das durch die Lichtquelle 110 emittiert wird,
zu dem lichtleitenden Medium 120.
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Die
Lichtquelle 110 kann ein Halbleiterlaser sein, wie z. B.
ein Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser
(VCSEL), dessen Aufbau und Betrieb einem Durchschnittsfachmann auf
diesem Gebiet bekannt sind. Das lichtleitende Medium 120 kann
beispielsweise eine 50-Mikrometer-Mehrmodenfaser oder eine 62,5-Mikrometer-Mehrmodenfaser
sein, die gut bekannte Typen von Lichtwellenleiterkabeln sind. Die Übertragungslinse 140 der
vorliegenden Erfindung liefert ferner günstige Einkopplungsbedingungen
und Reflexionsverwaltung (hierin auch als Rückkopplungsverwaltung bezeichnet).
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Übertragungslinse 140 eine
Beugungsoberfläche 150 zum
Empfangen und Parallelrichten des Lichts, das von der Lichtquelle
kommt, und außerdem
zum Liefern von Rückkopplungsverwaltung und
günstigen
Einkopplungsbedingungen. Die Übertragungslinse 140 umfaßt eine
optische Oberfläche 160 (z.
B. eine brechende Oberfläche
oder eine Beugungsoberfläche)
zum Liefern einer Vergrößerung des
Lichts und Fokussieren des Lichts auf das lichtleitende Medium 120.
Die Übertragungslinse 140 der vorliegenden
Erfindung wird hierin nachfolgend mit Bezugnahme auf 2–6 näher beschrieben.
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Ein
Aspekt der Übertragungslinse
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
ist das Plazieren der Beugungsoberfläche 150 innerhalb
des Gehäuses, so
daß die
Beugungsoberfläche 150 weniger
anfällig für Staub
und Schäden
ist.
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Es
folgt eine Beschreibung der Beugungsoberfläche 150.
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Die
Beugungsoberfläche 150 der
in 1 gezeigten Übertragungslinse
ist durch eine Oberflächenfunktion
definiert. Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfaßt
die Oberflächenfunktion
der Beugungsoberfläche 150 1)
eine erste Phasenfunktion, bei der die Phase nur von der Polarwinkelkoordinate
der Öffnung
bzw. Apertur abhängt
(hierin als eine erste Phasenfunktion mit „Winkelsymmetrie” bezeichnet),
und 2) eine zweite Phasenfunktion, bei der die Phase nur von der
Radialkoordinate der Öffnung
abhängt
(hierin als eine Phasenfunktion mit „Radialsymmetrie" bezeichnet), und
ferner eine Scheitelpunktregion aufweist. Vorzugsweise ist die zweite
Phasenfunktion bezüglich
einer imaginären
Linie, die durch die Mitte der Öffnung
verläuft,
symmetrisch, und in der Scheitelpunktregion ist eine diskontinuierliche
Neigung enthalten.
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Beispiele
einer ersten Phasenfunktion mit einer Winkelsymmetrie und einer
zweiten Phasenfunktion mit einer Radialsymmetrie werden nun beschrieben. 2A stellt
eine beispielhafte erste Phasenfunktion mit einer Winkelsymmetrie
dar (z. B. eine Spiralphasenfunktion, bei der mS =
+3). mS ist eine reelle Zahl (von –INF (minus
unendlich) bis +INF (plus unendlich)), die beschreibt, wie schnell
sich die Phase ändert,
während
ein Kreis um die Mitte der Öffnung
abgefahren bzw. durchquert wird.
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2B stellt
eine beispielhafte zweite Phasenfunktion mit Radialsymmetrie dar
(z. B. eine Konusphasenfunktion, bei der mC = –2). mC ist eine reelle Zahl (von –INF bis
+INF), die beschreibt, wie schnell sich die Phase ändert, während eine
radiale Linie von der Mitte der Öffnung
abgefahren wird. Die Neigung des Konus steuert die Änderung
der Phasenwerte von 0 an der Mitte der Öffnung bis 2·pi·m an dem
Rand. Weitere Beispiele einer zweiten Phasenfunktion mit Radialsymmetrie
und einer Scheitelpunktregion werden mit Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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2C stellt
eine Funktion dar, die die erste Phasenfunktion von 2A und
die zweite Phasenfunktion von 2B gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kombiniert. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die speziellen „m"-Werte wie folgt
ausgewählt:
m = +3 für
die Phasenfunktion mit Winkelsymmetrie und m = –2 für die Phasenfunktion mit Radialsymmetrie.
Die „m"-Werte kön nen durch
Abwägen
zwischen dem Koppelwirkungsgrad, den Fehlausrichtungstoleranzen
und der Rückkopplungsmenge
bestimmt werden. Es wird angemerkt, daß diese „m"-Werte eingestellt werden können, um
die Anforderungen einer speziellen optischen Anwendung zu erfüllen.
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Es
wird angemerkt, daß die
Oberflächenfunktion
für die
Oberfläche 150 andere
Phasenterme umfassen kann (z. B. eine dritte Phasenfunktion, eine vierte
Phasenfunktion usw.), um die Anforderungen einer speziellen Anwendung
zu erfüllen.
Diese zusätzlichen
Phasenfunktionen oder Phasenterme können beispielsweise Linsenfunktionen,
Aberrationssteuerfunktionen, Prismenfunktionen und Gitterfunktionen
umfassen. Diese Begriffe sind für
einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet bekannt und werden
hierin nicht näher
beschrieben.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel kann
die Oberfläche 150 eine
Kollimationsoberfläche zum
Empfangen und Parallelrichten des Ursprungslichts sein, und der
Beugungsaspekt der vorliegenden Erfindung kann in die Oberfläche 160 aufgenommen
werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Oberfläche 160 eine
Beugungsoberfläche
zum Liefern einer Rückkopplungsverwaltung
und günstigen Einkopplungsbedingungen
für die Übertragungslinse.
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3 stellt
eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Beugungsoberfläche der Übertragungslinse
dar, die Treppenmerkmale aufweist. Es wird angemerkt, daß das treppenartige
oder stufenartige Merkmal der Beugungsoberfläche insbesondere für eine Herstellung
durch Standardhalbleiterprozesse geeignet ist. Beispielsweise können gut
bekannte, in der Lithographie umfaßte Masken und Ätzverarbeitungsschritte
verwendet werden, um die Beugungsoberfläche einer Übertragungslinse der vorliegenden
Erfindung zu realisieren. Alternativ kann die Beugungsoberfläche kontinuierliche
oder glatte Oberflächenübergänge umfassen.
Es wird angemerkt, daß die
kontinuierlichen oder glatten Oberflächenübergänge zu einer erhöhten Leistungsfähigkeit
der Übertragungslinse der
vorliegenden Erfindung führen
können.
Dieses alternative Ausführungsbeispiel
kann jedoch komplexere Verarbeitungsschritte erfordern, die das
Drehen oder Fräsen der
Beugungsoberfläche
umfassen, um eine fortlaufende Neigung zu erhalten.
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4 stellt
Schnittansichten von beispielhaften Phasenfunktionen mit Radialsymmetrie
und einer Scheitelpunktregion dar, wobei die vierte Phasenfunktion 440 nach
der vorliegenden Erfindung in die Oberflächenfunktion der Beugungsoberfläche der Übertragungslinse
aufgenommen werden kann. Die erste bis dritte Phasenfunktion 410, 420 und 430 sind zum
besseren Verständnis
des technischen Kontextes beschrieben. Eine erste Phasenfunktion 410 weist
einen Querschnitt auf, der ein allgemein konkaves Profil zeigt.
Eine zweite Phasenfunktion 420 zeigt einen allgemein dreieckigen
Querschnitt. Eine dritte Phasenfunktion 430 weist einen
Querschnitt auf, der ein allgemein konvexes Profil zeigt. Es wird
angemerkt, daß jede
dieser Phasenfunktionen invertiert werden kann und die invertierte
Phasenfunktion kann verwendet werden, um ein ähnliches Ergebnis zu erzielen.
Beispielsweise ist eine vierte Phasenfunktion 440 eine
invertierte Version der ersten Phasenfunktion 410.
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Es
folgt eine Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels.
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Vorzugsweise
umfaßt
die Entwicklung des Beugungselements der vorliegenden Erfindung
zumindest zwei Phasenfunktionen (d. h. die erste Phasenfunktion
mit Winkelsymmetrie kombiniert mit der zweiten Phasenfunktion mit
Radialsymmetrie), die oben beschrieben sind.
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Nachfolgend
wird die Phase Φ von
allen Punkten innerhalb der Linsenöffnung mit Polarkoordinaten
beschrieben: ρ, θ, wobei ρ der Abstand
von dem Punkt von der Mitte der Öffnung
ist, und θ der Winkel
des Punktes von der x-Achse.
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Oberflächenfunktion
des Beugungselements der vorliegenden Erfin dung zumindest eine erste
Phasenfunktion mit Winkelsymmetrie (z. B. eine Spiralphasenfunktion),
kombiniert mit einer zweiten Phasenfunktion mit Radialsymmetrie
(z. B. eine Konusphasenfunktion). Die Oberflächenfunktion kann beispielsweise
wie folgt ausgedrückt
werden: Φ =
mS·θ + 2πmC·ρ.
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Die
Spiralphasenfunktion kann wie folgt ausgedrückt werden: Φ = mS·θ,wobei „mS" eine
reelle Zahl, –INF
bis +INF, ist, die beschreibt, wie schnell sich die Phase ändert, während ein
Kreis um die Mitte der Öffnung
abgefahren wird.
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Die
Konusphasenfunktion kann wie folgt ausgedrückt werden: Φ = 2πmC·ρ,wobei „mC" eine
reelle Zahl, –INF
bis +INF, ist, die beschreibt, wie schnell sich die Phase ändert, während eine
radiale Linie von der Mitte der Öffnung
abgefahren wird. ρ ist
eine normierte radiale Koordinate, so daß ρ an dem Rand der Öffnung gleich
1 ist, und ρ in der
Mitte der Öffnung
gleich 0 ist.
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Wie
vorher angemerkt wurde, können
andere Phasenfunktionen oder Phasenterme zu der obigen Oberflächenfunktion
hinzugefügt
werden, um die optischen Eigenschaften des Beugungselements näher zu beschreiben.
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5–8 zeigen
simulierte Lichtverteilung an der Faser und Rückkopplungsebenen für die Übertragungslinse
der vorliegenden Erfindung und den herkömmlichen Übertragungslinsenentwurf für eine Mehrmodenlaserquelle
(z. B. eine Mehrmoden-VCSEL-Quelle).
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5 ist
eine Punktdarstellung für
die Übertragungslinse
der vorliegenden Erfindung zum Darstellen einer günstigen
Einkopplungsbedingung. Es wird angemerkt, daß die Übertragungslinse der vorliegenden
Erfindung eine sehr wirksame Kopplung liefert und außerdem die
Mitte der Faser vermeidet. Insbesondere liefert die Beugungsoberfläche 150 günstige Einkopplungsbedingungen,
so daß Licht, das
in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird, die Indexanomalien auf
der Achse des Lichtwellenleiters und an der Kern-Mantel-Grenzfläche vermeidet. 6 ist
eine Punktdarstellung für
die Übertragungslinse
der vorliegenden Erfindung zum Darstellen der Reflexionsverwaltung.
Es wird angemerkt, daß die Übertragungslinse
der vorliegenden Erfindung durch Richten von Reflexionen weg von
der Lichtquelle sehr gute Rückkopplungsverwaltung
liefert.
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7 ist
eine Punktdarstellung für
eine herkömmliche Übertragungslinse,
die erhöhte
Energie zeigt, die entlang der Achse des Lichtwellenleiters eingekoppelt
wird. Im Gegensatz zu 5 liefert die herkömmliche Übertragungslinse
schlechtere Einkopplungsbedingungen, da mehr Energie in die Mitte des
Lichtwellenleiterkabels eingekoppelt wird. Wie vorher beschrieben
wurde, ist es ungünstig,
Energie in die Mitte einzukoppeln, da die Herstellungsdefekte in
derselben die Bandbreite des Systems nachteilig beeinflussen oder
verringern können.
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8 ist
eine Punktdarstellung für
eine herkömmliche Übertragungslinse
zum Darstellen von schlechter Reflexionsverwaltung. Im Gegensatz
zu 6 liefert die herkömmliche Übertragungslinse eine schlechte
Reflexionsverwaltung, da mehr Licht zurück in die Lichtquelle reflektiert
wird. Folglich kann die Lichtquelle aufgrund schlecht verwalteter
Rückkopplung
unter Stabilitätsproblemen
leiden.
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Bei
der vorhergehenden Beschreibung wurde die Erfindung mit Bezugnahme
auf spezifische Ausführungsbeispiele
derselben beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen
und Änderungen
durchgeführt
werden, ohne von dem breiteren Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Die Spezifizierung und die Zeichnungen sind dementsprechend in einem
darstellenden und nicht in einem beschränkenden Sinne anzusehen.
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Das
Beugungselement der vorliegenden Erfindung wurde beispielsweise
im Zusammenhang des Einkoppelns von Licht von einem Mehrmodenlaser
in ein Lichtwellenleitermedium beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich,
daß das
Beugungselement der vorliegenden Erfindung auf viele unterschiedliche Anwendungen
in einer großen
Zahl von unterschiedlichen Bereichen angelegt werden kann. Das Beugungselement
der vorliegenden Erfindung ist bei jeder Anwendung vorteilhaft,
bei der Licht von einer Lichtquelle mit einer komplexen Lichtverteilung
mit einem anderen lichtleitenden Medium gekoppelt werden muß. Das Beugungselement
der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise verwendet werden, um
Licht zwischen zwei Mehrmodenfasern zu übertragen.