DE102005010557A1

DE102005010557A1 - Optischer Multiplexer/Demultiplexer

Info

Publication number: DE102005010557A1
Application number: DE200510010557
Authority: DE
Inventors: Ingo Smaglinski; Thomas Petigk; Martin Popp; Gerhard Himmelsbach
Original assignee: Cube Optics AG
Current assignee: Huber and Suhner Cube Optics AG
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-03-05
Also published as: WO2006092444A1; DE102005010557B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Multiplexer/Demultiplexer mit einem Anschluß für das Einkoppeln und/oder Auskoppeln eines optischen Signals, das Signalkomponenten verschiedener Wellenlängen aufweist, mindestens einem wellenlängensensitiven Element (2) sowie mindestens zwei fokussierenden Elementen (17), wobei das wellenlängensensitive Element und die fokussierenden Elemente (17) derart angeordnet sind, daß zumindest ein Teil eines über den Anschluß eingekoppelten optischen Signals zunächst auf das wellenlängensensitive Element und dann auf ein fokussierendes Element (17) und ein weiterer Teil zunächst auf das wellenlängensensitive Element und dann auf ein anderes fokussierendes Element (17) trifft. Um einen optischen Demultiplexer mit einem Eingangsanschluß für das Einkoppeln eines optischen Signals, das Signalkomponenten verschiedener Wellenlängen aufweist, mindestens einem wellenlängensensitiven Element sowie mindestens zwei fokussierenden Elementen, wobei das wellenlängensensitive Element und die fokussierenden Elemente derart angeordnet sind, daß zumindest ein Teil eines über den Eingangsanschluß eingekoppelten optischen Signals zunächst auf das wellenlängensensitive Element und dann auf ein fokussierendes Element und ein weiterer Teil zunächst auf das wellenlängensensitive Element und dann auf ein anderes fokussierendes Element trifft, bereitgestellt, das kostengünstig herzustellen und einfach zu justieren ist und vor allem extrem kleine ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Multiplexer oder Demultiplexer. Das sogenannte Multiplexverfahren ist ein Verfahren zur gemeinsamen Übertragung mehrerer unabhängiger Signale (Primärsignale) über ein einziges Übertragungsmedium. In einem Multiplexer werden die verschiedenen primären Signale zu einem einzigen Multiplexsignal zusammengefaßt und übertragen. Auf der Empfangsseite werden sie in einem Demultiplexer wieder getrennt.

Meist wird zwischen dem Frequenzmultiplexverfahren und dem Zeitmultiplexverfahren unterschieden. Beim Frequenzmultiplexverfahren belegt jedes Signal ein Frequenzband bestimmter Breite. Durch Modulation mit gestaffelten Trägerfrequenzen werden die Basisbänder mehrerer primärer Signale so in höhere Frequenzlagen verschoben, daß sie auf der Frequenzskala nebeneinander zu liegen kommen. So entsteht ein Frequenzmultiplexsignal, das dann gegebenenfalls verstärkt und übertragen wird. Auf der Empfängerseite werden die einzelnen Signale in der Regel mit Hilfe von Frequenzfiltern wieder voneinander getrennt und durch Demodulation in die ursprüngliche Frequenzlage gebracht.

Für die Übertragung von Signalen auf Lichtwellenleitern kommt im allgemeinen das sogenannte Wellenlängenmultiplexverfahren zur Anwendung, das ein optisches Frequenzmultiplexverfahren darstellt. Beim Multiplexverfahren werden Lichtsignale unterschiedlicher Frequenz für die Übertragung verwendet. Dabei stellt jede verwendete Frequenz einen eigenen Übertragungskanal zur Verfügung, auf den die eigentlichen zu übertragenden Daten moduliert werden können (Amplitudenmodulation). Die auf diese Art und Weise modulierten Datensignale werden dann mittels entsprechender optischer Koppelelemente gebündelt und gleichzeitig, jedoch unabhängig voneinander übertragen. Am Empfänger dieser optischen Multiplexverbindung werden in einem Demultiplexer dann die einzelnen optischen Übertragungskanäle mit Hilfe von entsprechenden wellenlängenselektiven Elementen, z.B. passive optische Filter, wieder getrennt und mit entsprechenden Detektorelementen in elektrische Signale umgewandelt.

Optische Multiplexer und Demultiplexer sind seit langem bekannt. Grundsätzlich kann ein Multiplexer durch Umkehrung des Strahlengangs auch als Demultiplexer eingesetzt werden und umgekehrt. Dabei müssen lediglich statt Detektoren, welche die empfangenen übertragenen optische Signale in elektrische Signale umwandeln, Laser, welche die entsprechenden zu übertragenden Lichtsignale erzeugen, verwendet werden. Dabei kommen besonders bevorzugt VCSEL-Laser zur Anwendung.

Im folgenden bezieht sich die Beschreibung bis auf wenige Ausnahmen explizit auf Demultiplexer. Es versteht sich aber, daß die beschriebenen Merkmale mit Vorteil auch bei Multiplexern zur Anwendung kommen, wobei sich dann die Strahlrichtung einfach umkehrt.

Demultiplexer weisen im allgemeinen einen Eingangsanschluß für das Einkoppeln eines optischen Signals, das Signalkomponenten verschiedener Wellenlängen aufweist, mindestens ein wellenlängensensitives Element sowie mindestens zwei fokussierenden Elemente auf, wobei das wellenlängensensitive Element und die fokussierenden Elemente derart angeordnet sind, daß zumindest ein Teil eines über den Eingangsanschluß eingekoppelten optischen Signals zunächst auf das wellenlängensensitive Element und dann auf ein fokussierendes Element und ein weiteres Teil zunächst auf das wellenlängensensitive Element und dann auf ein anderes fokussierendes Element trifft. Unter einem wellenlängenselektiven Element wird jegliches Element verstanden, das, in den Strahlengang gestellt, einen, mehrere oder sogar sämtliche Wellenlängenkanäle beeinflußt. Unter Beeinflussen wird beispielsweise Reflektieren, Absorbieren, Verstärken, Abschwächen, Unterbrechen oder Polarisieren verstanden.

Unter einem fokussierenden Element wird jedes Element verstanden, das in der Lage ist, einfallende parallele Lichtstrahlen im wesentlichen in einem Punkt, dem sogenannten Brennpunkt oder Fokus, zu bündeln. Als fokussierende Elemente können beispielsweise optische Linsen oder Hohlspiegel verwendet werden.

Im einfachsten Fall weist der Demultiplexer lediglich ein wellenlängensensitives Element und zwei fokussierende Elemente auf. Ein Eingangssignal, das aus zwei getrennten Frequenzkomponenten (Frequenzkanäle) besteht, wird dann auf das wellenlängensensitive Element gerichtet, das die eine Frequenzkomponente reflektiert und die andere transmittieren läßt. Die fokussierenden Elemente sind nun derart angeordnet, daß das eine den transmittierten Strahl und das andere den reflektierten Strahl empfängt und in dem jeweiligen Brennpunkt bündelt. Wird nun an den entsprechenden Brennpunkten ein geeigneter Strahlungsdetektor, z. B. eine Photodiode, angeordnet, so kann die Amplitude, d.h. die Strahlungsintensität des Frequenzsignal elektrisch erfaßt werden.

Im allgemeinen weist ein Demultiplexer jedoch eine Mehrzahl von wellenlängensensitiven Elementen auf, auf die das Signal entlang des Strahlengangs nacheinander gerichtet wird, wobei jedes wellenlängensensitives Element ein Wellenlängenkanal von dem restlichen Signal abtrennt. Die Anordnung von mehreren wellenlängensensitiven Elementen wird auch als Filterkaskade bezeichnet.

Die Herstellung von Demultiplexern ist jedoch im allgemeinen sehr aufwendig, im wesentlichen aufgrund der notwendigen Justierung. Das aus einem entsprechenden Übertragungsmedium, z.B. einer Glasfaser, kombinierte Signal muß mit Hilfe einer exakt justierten Anordnung von Filtern und Spiegeln auf entsprechende Detektorelemente gelenkt werden, um eine effektive Aufspaltung des Signals in seine einzelnen Kanalkomponenten zu bewirken. Darüber weisen bekannte Demultiplexer vergleichsweise große Abmessungen auf.

Es ist bereits aus der EP 1 004 907 ein optischer Wellenlängendemultiplexer aus einer optisch transparenten Struktur bekannt. Das aus einer Glasfaser austretende Signal wird innerhalb des transparenten Materials geführt. Dabei ist die transparente Struktur zweiteilig ausgeführt, wobei zwischen den beiden Teilen entsprechende optische Filter angeordnet sind. Obgleich dieser Demultiplexer bereits kompakt ist, ist er nur unter großem herstellungstechnischem Aufwand herzustellen und muß aufwendig justiert werden.

Weiterhin ist aus der US 2002/0018635 ebenfalls ein Demultiplexer bekannt, bei dem das optische Signal durch ein optisch transparentes Medium geführt wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen optischen Demultiplexer mit einem Eingangsanschluß für das Einkoppeln eines optischen Signals, das Signalkomponenten verschiedener Wellenlängen aufweist, mindestens einem wellenlängensensitiven Element sowie mindestens zwei fokussierenden Elementen, wobei das wellenlängensensitive Element und die fokussierenden Elemente derart angeordnet sind, daß zumindest ein Teil eines über den Eingangsanschluß eingekoppelten optischen Signals zunächst auf das wellenlängensensitive Element und dann auf ein fokussierendes Element und ein weiteres Teil zunächst auf das wellenlängensensitive Element und dann auf ein anderes fokussierendes Element trifft, bereitgestellt, das kostengünstig herzustellen und einfach zu justieren ist und vor allem extrem kleine Abmessungen erlaubt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Brennpunkt von zumindest einem fokussierenden Element außerhalb der durch die Signalwege vom wellenlängensensitiven Element zu den zumindest zwei fokussierenden Elementen aufgespannten Ebene liegt.

Durch diese Anordnung des zumindest einen fokussierenden Elements ist es möglich, beispielsweise ein Detektorelement oberhalb der durch die sogenannte Filterkaskade, bestehend aus den entsprechenden wellenlängensensitiven Elementen sowie entsprechender Reflektionsoptiken, zu positionieren. Dadurch ist insgesamt ein deutlich kleinerer Aufbau verwirklichbar.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform schließt der Verlauf des Signalweges zwischen zumindest einem fokussierenden Element und dessen Brennpunkt mit der durch den Verlauf der Signalwege zwischen wellenlängensensitivem Element einerseits und den zumindest zwei fokussierenden Elementen andererseits aufgespannten Ebene einen Winkel α ein, der größer als 45°, vorzugsweise größer als 80° und besonders bevorzugt etwa 90° ist.

Das wellenlängensensitive Element kann beispielsweise ein Schmalbandfilter sein, das einen Wellenlängenkanal durchläßt, während alle anderen Wellenlängenkanäle reflektiert werden. Das fokussierende Element ist dafür vorgesehen, den Lichtstrahl auf einen entsprechenden Brennpunkt abzubilden, an dessen Stelle sich eine entsprechende weiterverarbeitende Optik oder ein Detektorelement befinden kann. Es versteht sich, daß das Detektorelement nicht Teil des Demultiplexers sein muß, sondern getrennt angeordnet sein könnte.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei wellenlängensensitive Elemente und zumindest ein Spiegelelement vorgesehen, die derart angeordnet sind, daß zumindest ein Teil eines über den Eingangsanschluß eingekoppelten optischen Signals zunächst auf ein erstes wellenlängensensitives Element trifft, von diesem reflektiert wird und dann auf das Spiegelelement trifft und von dem Spiegelelement dann auf ein zweites wellenlängensensitives Element trifft. Das Spiegelelement hat den Vorteil, daß die wellenlängensensitiven Elemente mit Vorteil nebeneinander angeordnet werden können, was ihre Herstellung und auch ihre Ausrichtung zueinander vereinfacht.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß eine Kollimationsoptik zwischen Eingangsanschluß und erstem wellenmodifizierenden Element vorgesehen ist. Da der signaltragende Lichtstrahl im allgemeinen divergent aus der Glasfaser austritt, ist eine Kollimationsoptik vorgesehen, um aus dem divergierenden Strahl einen parallelen Strahl zu machen.

Mit Vorteil ist zumindest ein fokussierendes Element und/oder die Kollimationsoptik mit einer gekrümmten, reflektierenden Fläche ausgestattet. Das Vorsehen einer reflektierenden Fläche, die gekrümmt ist, hat den Vorteil, daß im allgemeinen auf eine aufwendige Linsenoptik verzichtet werden kann.

Besonders bevorzugt sind dabei die fokussierenden Elemente und/oder die Kollimationsoptik derart ausgebildet, daß der optische Weg nicht durch das Material, aus dem die Kollimationsoptik und/oder die fokussierenden Elemente hergestellt sind, verläuft. Grundsätzlich könnte zwar der Strahlverlauf auch innerhalb des Materials erfolgen, sofern dies transparent ausgebildet wäre, es hat sich jedoch gezeigt, daß ein Strahlenverlauf außerhalb des Materials hinsichtlich der Herstellungskosten und insbesondere hinsichtlich des notwendigen Justieraufwandes von großem Vorteil ist. Darüber hinaus ist dann die Strahlabschwächung im Demultiplexer gering. Die meisten transparenten Materialien zeigen nämlich gerade im Bereich zwischen 1300 und 1550 nm, also gerade in dem Bereich, in dem üblicherweise die Signalübertragung in der Telekommunikation stattfindet, eine erhöhte Absorption auf.

Die gekrümmte Fläche des zumindest einen fokussierenden Elements und/oder der Kollimationsoptik hat vorzugsweise in etwa die Form eines Abschnitts eines Rotationsparaboloiden, Rotationsellipsoiden oder Rotationshyperboloiden. Diese Formen haben besonders gute abbildende Eigenschaften, so daß sie für die Verwendung besonders geeignet sind. So wird beispielsweise ein sich im Brennpunkt einer Ellipse aufweitender Strahl, der an der Ellipse reflektiert wird, in den anderen Brennpunkt der Ellipse abgebildet. Somit steht die gesamte an dem ersten Brennpunkt austretende Lichtmenge an dem anderen Brennpunkt nahezu punktförmig zur Verfügung. Andererseits wird ein sich im Brennpunkt einer Parabel aufweitender Strahl an der Parabel derart reflektiert, daß das reflektierte Licht im wesentlichen parallel ist. Dieses parallele Licht kann nun verwendet werden, um auf das lichtmodifizierende Element zu treffen. Dadurch, daß das Licht im wesentlichen parallel verläuft, ist gewährleistet, daß das lichtmodifizierende Elemente nahezu ohne Verluste alle Nachrichtensignale empfängt. Die Verwendung eines Paraboloiden ist insbesondere für die Kollimationsoptik besonders geeignet.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Kollimationsoptik und zumindest ein fokussierendes Element, vorzugsweise alle fokussierenden Elemente, einstückig ausgebildet sind. Insbesondere dann, wenn die fokussierenden Elemente und die Kollimationsoptik als Formteil ausgebildet sind, ist aufgrund der einstückigen Ausbildung keine Justierung der fokussierenden Elemente und der Kollimationsoptik zueinander mehr notwendig.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Kollimationsoptik und die fokussierenden Elemente auf einer gedachten Geraden angeordnet sind. Dies ist herstellungstechnisch sowie aus Gründen der erwünschten Miniaturisierung von großem Vorteil.

Dabei ist die Kollimationsoptik vorzugsweise derart angeordnet, daß der optische Pfad eines eingekoppelten Signals vom Eingangsanschluß bis zur Kollimationsoptik im wesentlichen auf derselben Geraden verläuft, auf der die Kollimationsoptik und die fokussierenden Elemente angeordnet sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zumindest zwei Detektoren vorgesehen, wobei die Detektoren jeweils etwa im Brennpunkt eines fokussierenden Elements angeordnet sind. Es versteht sich, daß grundsätzlich möglichst so viele Detektoren vorgesehen sein sollten, wie Frequenzkanäle über das Lichtsignal übertragen werden. Dennoch kann es Anwendungsfälle geben, in denen lediglich ein einzelner Frequenzkanal detektiert werden soll, während alle anderen Kanäle nicht benötigt werden. In diesem Fall können auch weniger Detektoren vorgesehen sein.

Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn mindestens zwei wellenlängenselektive Elemente und mindestens drei Detektoren vorgesehen sind, wobei die wellenlängenselektiven Elemente in einer Ebene und die Detektoren in einer anderen Ebene angeordnet sind, wobei die beiden Ebenen parallel zueinander sind.

Dies ermöglicht eine sehr kompakte Anordnung. Dabei ist es wesentlich, daß die Detektoren nicht in derselben Ebene wie die wellenlängenselektiven Elemente angeordnet sind, sondern darüber oder darunter. Detektoren werden häufig zusammen mit Transimpedanzverstärkern, Begrenzern, Kondensatoren sowie der entsprechenden Kontaktierungstechnik auf einem Substrat, z. B. einem Siliziumsubstrat, aufgebaut. Daraus ergibt sich zwangsläufig ein im wesentlichen ebener Aufbau, so daß durch die erfindungsgemäße Anordnung die Filterkaskadenebene platzsparend parallel zur Detektorebene angeordnet werden kann.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Aufbauplatte vorgesehen, auf der sowohl die fokussierenden Elemente als auch die wellenlängenselektiven Elemente angeordnet sind.

Es hat sich gezeigt, daß durch das Vorsehen einer solchen Aufbauplatte die Feinjustierung des Demultiplexers deutlich vereinfacht wird. Durch die Aufbauplatte, die vorzugsweise mit einer sehr geringen Oberflächenrauhigkeit und hohen Planarität ausgeführt ist, können die fokussierenden Elemente und die wellenlängenselektiven Elemente, z.B. die Filter, in einer Richtung sehr exakt zueinander justiert werden, indem sie lediglich auf die Aufbauplatte aufgestellt werden. Die weitere Justie rung erfolgt dann lediglich durch Verschieben der fokussierenden Elemente relativ zu den wellenlängenselektiven Elementen auf der Aufbauplatte.

Die Justierung der einzelnen Elemente zueinander kann dadurch noch weiter vereinfacht werden, daß die Detektorelemente auf der den fokussierenden Elementen gegenüberliegenden Seite der Aufbauplatte angeordnet sind und vorzugsweise auf dieser angeordnet sind. Auf diese Art und Weise dient die Aufbauplatte als passiver Justieranschlag sowohl für die fokussierenden Elemente und die wellenlängenselektiven Elemente als auch für die Detektorelemente. Die Aufbauplatte kann beispielsweise aus einem transparenten Material bestehen. Unter einem transparenten Material wird jedes Material verstanden, das für die vorgesehenen Wellenlängen des zu übertragenden Signals transparent sind.

Alternativ dazu kann die Aufbauplatte auch eine Ausnehmung aufweisen, wobei die fokussierenden Elemente derart auf der Aufbauplatte angeordnet sind, daß zumindest ein Teil des eingekoppelten Signals durch die Ausnehmung hindurch auf den jeweiligen Brennpunkt fokussiert wird. Gegebenenfalls kann es aus Gründen des Staub- und Korrosionsschutzes von Vorteil sein, wenn die Ausnehmung mittels eines transparenten Materials verschlossen ist.

Um den Justageaufwand weiter zu reduzieren, ist in einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform eine Trägerplatte vorgesehen, an der sowohl die wellenlängenselektiven Elemente als auch das zumindest eine Spiegelelement befestigt sind. Insbesondere dann, wenn die Trägerplatte auf der Aufbauplatte steht, kann die Justierung des Demultiplexers sehr einfach erfolgen. Zunächst werden die wellenlängenselektiven Elemente in Bezug auf das zumindest eine Spiegelelement auf der Trägerplatte justiert. Im nächsten Schritt müssen dann lediglich die Trägerplatte einerseits und die fokussierenden Elemente andererseits auf der Aufbauplatte verschoben werden, bis sie relativ zueinander korrekt positioniert sind.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn ein Anschlag für die Justierung eines Signalübertragungselements vorgesehen ist. Der Anschlag dient dazu, das signalübertragende Element, z.B. eine Glasfaser, in Quer- und/oder Längsrichtung derart zu justieren, daß das aus der Signalübertragungsvorrichtung austretende Signal in geeigneter Weise auf das wellenlängenselektive Element und die entsprechenden fokussierenden Elemente fällt.

Weiterhin ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die fokussierenden Elemente und vorzugsweise auch das Kollimationselement als einstückiges Formteil ausgebildet sind. Mit Vorteil weist das Formteil und/oder die Trägerplatte einen Anschlag für die relative Positionierung von Formteil und Trägerplatte zueinander auf.

Schließlich hat es sich gezeigt, daß das Fenster eines Detektorelements mit Vorteil als Aufbauplatte verwendet werden kann, so daß der gesamte Demultiplexer auf dem ebenen Fenster eines Detektorelements aufgebaut werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren.

Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung des Formteils, der wellenlängenselektiven Elemente, des Spiegelelements, der fokussierenden Elemente sowie der Detektorelemente zueinander zeigt,

2 eine perspektivische Ansicht entsprechend 1, jedoch aus einem anderen Blickwinkel,

3 eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung von Eingangsanschluß, Formteil, Spiegelelement, wellenlängenselektivem Element, fokussierenden Elementen sowie Detektorelementen zueinander zeigt,

4 eine Ansicht gemäß 3, jedoch aus einer anderen Blickrichtung,

5 eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung der Trägerplatte verdeutlicht,

6 eine perspektivische Ansicht gemäß 5, jedoch aus einem anderen Blickwinkel,

7 eine perspektivische Ansicht von der Anordnung des Detektoreingangs in Bezug auf das Formteil sowie die Anordnung des Formteils auf der Aufbauplattform,

8 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Demultiplexers mit geöffnetem Gehäuse,

9 eine perspektivische Ansicht des Formteils und

10 eine perspektivische Ansicht des Formteils mit schematisch eingezeichnetem Strahlenverlauf.

In den 1–10 sind verschiedene perspektivische Ansichten einzelner Bestandteile des erfindungsgemäßen Demultiplexers gezeigt. Da der Demultiplexer aus einer Vielzahl von einzelnen Komponenten besteht, deren dreidimensionale Anordnung zudem noch von erfindungsgemäßer Bedeutung ist, stellen die folgenden Figuren jeweils nur Teile des erfindungsgemäßen Demultiplexers dar.
In 1 sind ein Formteil 1, ein Spiegelelement 3, wellenlängenselektive Elemente 2 sowie Detektorelemente 4 gezeigt. Um die Anordnung der einzelnen Elemente zueinander besser zu verdeutlichen, ist der Signalverlauf 5, 6, 7, 8 im Bauteil ebenfalls schematisch dargestellt.
Das Eingangssignal, das aus Frequenzkomponenten unterschiedlicher Frequenzen besteht, wird von der Seite 12 des Formteils 1 aus einer nicht dargestellten Faser bzw. einem Receptacle in den Demultiplexer eingekoppelt. Im allgemeinen tritt das Eingangssignal divergent in den Demultiplexer ein. Dies ist schematisch durch den Strahlenverlauf 5 verdeutlicht. Man erkennt, daß sich der Strahl in Richtung des Formteils 1 aufweitet. Der Strahl trifft dort auf eine entsprechend gekrümmte Fläche, die derart ausgebildet ist, daß aus dem divergenten Eingangsstrahl 5 ein im wesentlichen paralleler Strahl 6 wird. Dieser parallele Strahl 6 trifft nun auf das Spiegelelement 3 und wird reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl 7 trifft auf ein wellenlängenselektives Element, z.B. ein Schmalbandpaßfilter. Dieses Filter läßt Frequenzen eines bestimmten schmalen Frequenzbandes (ein Frequenzkanal) durch, während alle anderen Frequenzen reflektiert werden. Das von dem Filter 2 durchgelassene Signal trifft auf ein fokussierendes Element, das den parallelen Lichtstrahl auf ein Detektorelement 4 fokussiert. Dies wird durch den Lichtstrahl 8 schematisch dargestellt. Das von dem Filter 2 reflektierte Signal trifft wieder auf das Spiegelelement 3, das das Signal erneut reflektiert und auf das nächste Filter 2 richtet. Dieses Filter ist nun für einen anderen Wellenlängenkanal durchsichtig, während die restlichen Kanäle erneut reflektiert werden. Dies führt dazu, daß das Signal kaskadenartig zwischen den einzelnen Filtern 2 und dem Spiegelelement 3 reflektiert wird, wobei jedes Filter 2 einen entsprechenden Wellenlängenkanal transmittieren läßt, so daß dieser aufgrund der fokussierenden Elemente auf das entsprechende Detektorelement 4 abgebildet wird.
Der gezeigte Demultiplexer dient daher dazu, die einzelnen Frequenzkanäle des Multiplexsignals getrennt auszulesen und auszuwerten.
2 zeigt den Aufbau von 1 noch einmal in einer anderen Perspektive. Es soll an dieser Stelle betont werden, daß die einzelnen Komponenten in dem erfindungsgemäßen Demultiplexer befestigt sind. Beispielsweise sind in den 1 und 2 die Detektoren schwebend über den fokussierenden Elementen gezeigt. Dies dient nur der Illustration. Tatsächlich sind die Detektorelemente 4 natürlich in einer entsprechenden Detektoreinheit montiert oder auf einem entsprechenden Fenster angeordnet. Auf die Darstellung des entsprechenden Fensters wurde jedoch in den 1 und 2 sowie in einigen der folgenden Figuren verzichtet, um den Strahlenverlauf sowie die Anordnung der einzelnen Elemente zueinander besser zu verdeutlichen.
In den 1 und 2 erkennt man, daß sich der Eingangsstrahl 5 und die sich zwischen der Kaskade aus Filtern 2 und dem Spiegelelement verlaufenden Signale in einer Ebene liegen, während der Brennpunkt der fokussierenden Elemente außerhalb dieser Ebene liegen. Dies hat den Vorteil, daß, wie in den 1 und 2 deutlich zu erkennen ist, die Detektorelemente direkt oberhalb der Kaskade aus Filtern 2 angeordnet sein kann. Dies führt insgesamt zu einer deutlich kompakteren Ausführung des erfindungsgemäßen Demultiplexers.
Die 3 und 4 zeigen im Prinzip dieselbe Anordnung wie die 1 und 2, wobei hier eine Aufnahme bzw. ein Receptacle 10 zusätzlich dargestellt ist. Das Receptacle 10 dient dazu, ein entsprechendes Übertragungsmedium, z.B. eine Glasfaser, aufzunehmen. Die Aufnahme bzw. das Receptacle 10 weist eine Ferrule 11 auf, die wiederum in der gezeigten Ausführungsform an dem Anschlag 12 des Formteils 1 anschlägt. Durch diesen Anschlag ist eine Justierung in Strahlrichtung leicht möglich. Wird nämlich das Receptacle derart in Strahlrichtung bewegt, daß es an dem Anschlag 12 anschlägt, so ist der Abstand zwischen dem Ausgang der Glasfaser und dem Formteil 1 automatisch korrekt eingestellt.
In 5 ist zu erkennen, daß die wellenlängenselektiven Elemente 2 an einer Trägerplatte 13, 14 befestigt sind. Die Trägerplatte 13, 14 weist eine Basis 14 mit entsprechenden Ausnehmungen auf, durch die sich die einzelnen Signale ausbreiten können. Zusätzlich weist die Trägerplatte 13, 14 Seitenwände 13 auf, auf denen stirnseitig das Spiegelelement 3 aufliegt. Die Trägerplatte 13, 14 ist so bemessen, daß durch Auflage des Spiegelelements 3 einerseits und der wellenlängenselektiven Elemente 2 andererseits auf die Trägerplatte 13, 14 der Abstand zwischen Spiegelelement 3 und wellenlängenselektiven Elementen 2 automatisch richtig eingestellt ist. 6 zeigt dieselbe Anordnung wie 5 aus einer anderen Perspektive.
In 7 ist eine Aufbauplatte 15 gezeigt, auf der das Formteil 1 aufgesetzt ist. Neben dem Formteil 1 wird auch die Trägerplatte 13, 14 auf die Aufbauplatte 15 aufgesetzt. Dies ist in 8 zu erkennen. Dadurch, daß sowohl Formteil 1 als auch Trägerplatte 13, 14 auf der Aufbauplatte 15 angeordnet sind, müssen diese beiden Elemente nur auf der Aufbauplatte 15 verschoben werden, um eine Justierung des Demultiplexers zu erhalten. Gegebenenfalls sind Anschläge (nicht gezeigt) vorgesehen, die den Abstand zwischen Formelement 1 und Trägerplatte 13, 14 festlegen.
In 9 ist das Formteil 1 noch einmal ohne Strahlengang gezeigt. Zu erkennen ist eine gekrümmte Fläche 16, die als Kollimationsoptik fungiert. Diese Fläche ist derart gekrümmt, daß der divergierende Lichtstrahl, der aus der Glasfaser bzw. der Ferrule des Receptacle austritt, in einen im wesentlichen parallelen Lichtstrahl umgewandelt wird. Weiterhin weist das Formelement gekrümmte Flächen 17 auf, die das parallele Licht jeweils in einen Brennpunkt fokussieren. Das Formteil 1 ist derart ausgebildet, daß es beispielsweise im Spritzgußverfahren hergestellt werden kann, wobei das Formwerkzeug, das den Formling bildet, in Pfeilrichtung zwecks Entformung des Formteils aus dem Formwerkzeug bewegt werden kann. Mit anderen Worten werden der Anschlag 12, die Kollimationsoptik 16 sowie die fokussierenden Elemente 17 von ein- und demselben Formwerkzeugteil gebildet, so daß lediglich bei der Herstellung des Formwerkzeugs auf eine entsprechend präzise Herstellung geachtet werden muß. Die einzelnen Formteile sind dann automatisch hochpräzise gefertigt.
Da die in relativer Anordnung zueinander stehenden Elemente mit demselben Formwerkzeugteil gebildet werden, kommt es nicht auf präzise Bewegungen des Formteilwerkzeugs während des Form- und Entformprozesses bei der Herstellung an.
Zur Verdeutlichung ist in 10 noch einmal schematisch der Strahlengang dargestellt.

1: Formteil
2: wellenlängenselektive Elemente
3: Spiegelelement
4: Detektorelemente
5: divergenter Eingangsstrahl
6: paralleler Strahl
7: reflektierter Lichtstrahl
8: Lichtstrahl
10: Aufnahme
11: Ferrule
12: Anschlag
13, 14: Trägerplatte
15: Aufbauplatte
16: Kollimationsoptik
17: fokussierende Elemente

Claims

Optischer Multiplexer/Demultiplexer mit einem Anschluß für das Einkoppeln und/oder Auskoppeln eines optischen Signals, das Signalkomponenten verschiedener Wellenlängen aufweist, mindestens einem wellenlängensensitiven Element (2) sowie mindestens zwei fokussierenden Elementen (17), wobei das wellenlängensensitive Element und die fokussierenden Elemente (17) derart angeordnet sind, daß zumindest ein Teil eines über den Anschluß eingekoppelten optischen Signals zunächst auf das wellenlängensensitive Element und dann auf ein fokussierendes Element (17) und ein weiterer Teil zunächst auf das wellenlängensensitive Element und dann auf ein anderes fokussierendes Element (17) trifft, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt von zumindest einem fokussierenden Element (17) außerhalb der durch die Signalwege von wellenlängensensitivem Element (2) zu den zumindest zwei fokussierenden Elementen (17) aufgespannten Ebene liegt.
Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des Signalweges zwischen zumindest einem fokussierenden Element (17) und dessen Brennpunkt mit der durch den Verlauf der Signalwege zwischen wellenlängensensitivem Element einerseits und den zumindest zwei fokussierenden Elementen (17) andererseits aufgespannten Ebene einen Winkel α einschließt, der größer als 45°, vorzugsweise größer als 80° und besonders bevorzugt etwa 90° ist.
Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei wellenlängensensitive Elemente und zumindest ein Spiegelelement (3) vorgesehen sind, die derart angeordnet sind, daß zumindest ein Teil eines über den Eingangsanschluß eingekoppelten optischen Signals zunächst auf ein erstes wellenlängensensitives Element (2) trifft, von diesem reflektiert wird und dann auf das Spiegelelement (3) trifft und von dem Spiegelelement (3) dann auf ein zweites wellenlängensensitives Element (2) trifft.
Multiplexer/Demultiplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kollimationsoptik (16) zwischen Eingangsanschluß und erstem wellenmodifizierendem Element vorgesehen ist.
Multiplexer/Demultiplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein fokussierendes Element (17) und/oder die Kollimationsoptik (16) eine gekrümmte, reflektierende Fläche aufweist.
Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Fläche des zumindest einen fokussierenden Elements (17) und/oder der Kollimationsoptik (16) in etwa die Form eines Abschnitts eines Rotationsparaboloiden, Rotationsellipsoiden oder Rotationshyperboloiden hat.
Multiplexer/Demultiplexer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimationsoptik (16) und zumindest ein fokussierendes Element (17), vorzugsweise alle fokussierenden Elemente (17) einstückig ausgebildet sind.
Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimationsoptik (16) und die fokussierenden Elemente (17) auf einer gedachten Geraden angeordnet sind.
Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Pfad eines eingekoppelten Signals vom Eingangsanschluß bis zur Kollimationsoptik (16) im wesentlichen auf derselben Gerade verläuft, auf der die Kollimationsoptik (16) und die fokussierenden Elemente (17) angeordnet sind.
Multiplexer/Demultiplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Detektoren vorgesehen sind, wobei die Detektoren jeweils in etwa im Brennpunkt eines fokussierenden Elementes (17) angeordnet sind.
Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei wellenlängenselektive Elemente und mindestens drei Detektoren vorgesehen sind, wobei die wellenlängenselektiven Elemente in einer Ebene und die Detektoren in einer anderen Ebene angeordnet sind, wobei die beiden Ebenen parallel zueinander sind.
Multiplexer/Demultiplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufbauplatte (15) vorgesehen ist, auf der sowohl die fokussierenden Elemente (17) als auch die wellenlängenselektiven Elemente angeordnet sind.
Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelemente (4) auf der den fokussierenden Elementen (17) gegenüberliegenden Seite der Aufbauplatte (15) angeordnet sind und vorzugsweise auf dieser angeordnet sind.
Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauplatte (15) aus für die vorgesehenen Wellenlängen transparentem Material besteht.
Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauplatte (15) eine Ausnehmung aufweist, wobei die fokussierenden Elemente (17) derart auf der Aufbauplatte (15) angeordnet sind, daß zumindest ein Teil des eingekoppelten Signals durch die Ausnehmung hindurch auf den jeweiligen Brennpunkt fokussiert wird.
Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung mittels eines transparenten Materials verschlossen ist.
Multiplexer/Demultiplexer nach einem der Ansprüche 3 bis 16 soweit von Anspruch 3 abhängig, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägerplatte (13, 14) vorgesehen ist, an der sowohl die wellenlängenselektiven Elemente als auch das zumindest eine Spiegelelement (3) befestigt sind.
Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (13, 14) auf der Aufbauplatte (15) steht.
Multiplexer/Demultiplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (12) für die Justierung eines Signalübertragungselement vorgesehen ist.
Multiplexer/Demultiplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die fokussierenden Elemente (17) und vorzugsweise auch das Kollimationselement als einstückiges Formteil ausgebildet sind.
Multiplexer/Demultiplexer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß Formteil (1) und/oder Trägerplatte (13, 14) einen Anschlag für die relative Positionierung von Formteil (1) und Trägerplatte (13, 14) zueinander aufweist.
Multiplexer/Demultiplexer nach einem der Ansprüche 12 bis 21 soweit von Anspruch 12 abhängig, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauplatte (15) ein Fenster eines Detektorelementes (4) ist.