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Die
Erfindung betrifft ein optisches Modul mit einer Lichtleitfaser
und einem Modulator zur Intensitäts- oder Phasenmodulation
oder zur abstimmbaren spektralen Filterung von Licht ausgeführt
als Fabry-Perot Schichtstruktur auf einer Faserendfläche.
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Stand der Technik
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Für
die Modulation optischer Signale in Verbindung mit faseroptischen Übertragungsstrecken gibt
es vielfache Anwendungsbereiche, wie beispielsweise in der Telekommunikation,
der Fasersensorik, der Bildübertragung, etc.
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Es
sind verschiedene Bauformen für Lichtmodulatorbauteile
für solche Übertagungsstrecken bekannt. So werden
beispielsweise in der Nachrichtenübertragung mit hohen
Datenraten häufig Mach-Zehnder Modulatoren eingesetzt.
Bei den Mach-Zehnder Modulatoren auf Wellenleiterbasis (Li et
al. Optics Express, 13, 842, 2005) durchläuft
das Licht in einem Arm des Modulators ein elektrooptisches Material.
Der Brechungsindex des elektrooptisches Materials lässt
sich durch Anlegen einer Spannung variieren. Dadurch erfährt
die Lichtwelle in diesem Arm eine Phasenverschiebung. Beträgt
die Phasenverschiebung π (oder ein ganzzahliges Vielfaches
von π) gegenüber der Lichtwelle, die den anderen
Arm des Modulator durchläuft, kommt es bei der Überlagerung
der beiden Wellen zu einer Auslöschung.
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Um
eine Phasenverschiebung von π zu erreichen, muss das Licht
mindestens eine Wegstrecke im elektrooptischen Material durchlaufen,
die durch den elektrooptischen Koeffizienten bestimmt ist. Üblicherweise
liegt die minimale Baulänge eines Mach-Zehnder Modulators
im Zentimeterbereich. Die elektrooptischen Materialien weisen in
der Regel relative hohe Absorptionen auf, die die Transmissionen von
Mach-Zehnder Modulatoren herabsetzen. Mach-Zehnder Modulatoren erfordern
mindestens zwei optische Koppeleinheiten zur Ein- und Auskopplung
des Lichts, um beispielsweise das durch den Modulator transmittierte
Licht in eine Lichtleitfaser einzukoppeln, wofür zum Beispiel
Linsen eingesetzt werden. Durch die Ein- und Auskopplung als auch durch
Fresnel-Reflexionen an den Grenzflächen können
in der Summe erhebliche Verluste auftreten.
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Eine
weitere Möglichkeit Licht zu modulieren ist ein Fabry-Perot
Modulator (Bergmann/Schäfer, Band 3 Optik, 10. Aufl.).
Bei einem Fabry-Perot Modulator sind zwei in der Regel hoch reflektierende Spiegel
planparallel zueinander angeordnet und stellen einen sogenannten
Resonator dar. Innerhalb des Resonators kommt es zu Vielfachreflexionen
des Lichts. Je nach Resonatorlänge, gleichbedeutend mit dem
optischen Abstand der beiden Spiegel, kann der Fabry-Perot Modulator
hochreflektierend oder hochtransmittierend werden. Durch Veränderung
des optischen Abstands der beiden Spiegel lässt sich das transmittierte
bzw. reflektierte Licht in seiner Intensität als auch Phase
modulieren. Durch das Auftreten von Transmissionsmaxima, die in
ihrer Breite durch die jeweilige Bauform des Fabry-Perot Modulator vorgegeben
ist, lässt sich das Licht auch spektral filtern (Iodice
et al., Optics Communications, 183, 415, 2000).
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Der
optische Abstand der beiden Spiegel des Fabry-Perot Modulators kann
durch mechanisches Verschieben der Resonatorspiegel gegeneinander erfolgen
oder durch die Veränderung des Brechungsindex des Materials
zwischen den beiden Spiegeln.
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Materialen,
die durch das Anlegen einer Spannung ihren Brechungsindex verändern,
werden als elektrooptische Materialien bezeichnet und finden Anwendung
in Mach-Zehnder Modulatoren als auch in Fabry-Perot Modulatoren.
Als elektrooptische Materialien kommen anorganische Materialien,
wie zum Beispiel LiNbO3, als auch organische
Materialien, sogenannte elektrooptische Polymere in Frage. Die elektrooptischen
Materialien sollten einen hohen elektrooptische Koeffizienten besitzen.
Elektrooptische Polymere sind meist preiswerter und lassen sich
einfacher fertigen, besitzen aber in der Regel eine höhere
Absorption.
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Es
wird von elektrooptischen Polymeren mit hohen elektrooptischen Koeffizienten
von 60 pm/V (Shi et al. Sience, 288, 119, 2000)
berichtet. Des weiteren lassen sich Modulatoren mit elektrooptischen Polymeren
sehr schnell schalten. So wird von Polymermodulatoren berichtet
die mit Frequenzen bis zu 150 GHz arbeiten (Lee et al. Science,
298, 140, 2002).
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Bekannte
Fabry-Perot-Strukturen in Verbindung mit optischen Fasern werden
in den folgenden Dokumenten beschrieben. Die meisten Patente betreffen
dabei Fabry-Perot Interferometer für Sensoren, zum Beispiel
die Dokumente
DE
1985/3518002 A1 ,
EP 1987/0235801 A2 ,
DE 1989/3929453 C1 ,
EP 1994/0604645 B1 ,
WO 2001/01090 A1 ,
US 2003/0076505 A1 ,
CA 2004/2497842 ,
EP 2004/1416246 A3 ,
US 2005/0013526 A1 .
In den Dokumenten werden faseroptische Fabry-Perot Sensoren beschrieben,
bei denen der Spiegelabstand mechanisch, zum Beispiel durch Druckänderungen,
variiert wird. Die daraus resultierende Änderung der Transmission
wird dann optisch detektiert. Der Spiegelabstand kann auch mit Hilfe
von Piezoelementen variiert werden. Die Bauform ist hier relative
groß und die Modulationsfrequenz ist auf die maximale Piezofrequenz
beschränkt.
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Fabry-Perot
Strukturen werden in Verbindung mit Lasern, zum Beispiel vertical-cavity
surface emitting lasers (VCSEL) und Fasern zum Aufbau von Kavitäten
und zur Wellenlängenselektion eingesetzt, wie in den Dokumenten
WO 1999/12235 ,
US 2000/6137812 ,
US 2001/6263002 B1 ,
CA 2316858 und
CA 2002/2436737 .
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In
dem Dokument
WO 1999/12235 wird
ein durchstimmbarer oberflächenemittierender Faser-Fabry-Perot
Laser bestehend aus einem Halbkavitäts-VCSEL, dessen Gegenpart
ein auf der optischen Faser abgeschiedener Spiegel bildet, beschrieben.
Das Halbleiter-Gainmedium ist dabei nicht direkt mit der Glaserfaser
verbunden, sondern bildet zusammen mit dem Abstand zur Faser die
Kavität. Ebenso beschreibt das Dokument
US 2001/6263002 einen kompakten
Faserlaser mit fester und variabler Wellenlänge, der eine
Halbleiterstruktur, einen Halbkavitätsoberflächenemitter
(z. B. VCSEL) oder ein organisches lichtemittierendes Polymer innerhalb
der Kavität als Gain-Medium enthält und bei dem
ebenfalls einer der Spiegel, die die Kavität bilden, direkt auf
der Faserendfläche abgeschieden ist. Oberflächenemittierende
Halbleiterlaser mit Fabry-Perot Filter sind auch Gegenstand der
Dokumente
CA 1999/2316858 und
CA 2002/2436737 . Der
in Dokument
US 2000/6137812 beschriebene
Multikavitäts-Faser-Fabry-Perot Laser enthält
Faserabschnitte als aktive Gainmedien. Die in diesen Dokumenten beschriebenen
Module werden als abstimmbare Lichtquelle eingesetzt und unterscheiden
sich grundlegend von der hier dargelegten Erfindung.
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Als
Filter werden Fabry-Perot Strukturen in den Dokumenten
US 2000/6115122 ,
EP 1990/0924546 B1 ,
US 2001/6241397 B1 ,
WO 2003/079056 A2 ,
US 2003/0174952 A1 und
JP 2005/055415 A beschrieben,
als Wellenlängenreferenz in
WO 2004/036700 A3 .
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Die
Dokumente
WO 2003/079056 und
US 2003/0174952 beschreiben
für WDM-Anwendungen vorteilhafte Fabry-Perot Resonatoren
als durchstimmbare faseroptischen Filter, die durch eine über einen
größeren Wellenlängenbereich gleichbleibende
Amplitude charakterisiert sind. Das Filter ist hier ein separates
Bauteil zwischen zwei Fasern. In Dokument
US 2001/6241397 wird eine Index-anpassende Flüssigkeit
zwischen den Endflächen oder eine Antireflexbeschichtung
auf der Waferendfläche zur Vergrößerung
des Wellenlängendurchstimmbereich der kaskadierten Faser-Fabry-Perot
Filter verwendet. Im Dokument
JP
2005/055415 wird eine Fabry-Perot Kavität mit
konkaver Oberfläche zur Erlangung hoher Finesse bei geringen
Verlusten beschrieben. Die hier beschriebenen Fabry-Perot Filter
besitzen entweder einen festen Spiegelabstand (nicht abstimmbar)
oder es wird der Abstand mechanisch variiert (abstimmbar).
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Faseroptische
Intensitätsmodulatoren sind beschrieben in den Patenten
EP 1985/0144190 A2 ,
EP 1985/0192887 A2 ,
EP 1986/0183420 A2 ,
EP 1986/0211582 ,
GB 1986/2170016 A ,
DE 1990/40 05 557
A1 ,
JP
1990/02183218 A ,
JP 1995/07306393 A ,
US 2002/0105713 A1 ,
EP 2004/0867743 B1 ,
DE 2004/69814509
T2 . Eine bevorzugte Bauform für Fasermodulatoren
ist eine seitenpolierte Faser (D-Fasertyp), bei der die Modulation
im bis an den Faserkern abpolierten Bereich auf verschiedene Weise
erreicht wird: in Dokument
GB 1986/2170016 A wird dazu ein optischer
Wellenleiter aus elektrooptischem Material an der abpolierten Stelle
eingesetzt. In Patent
DE
40 05 557 A1 werden seitenpolierte Fasern elektrooptisch
moduliert und vorteilhaft in V-Nuten-Haltern angeordnet. In
JP 02183218 A ist
ein seitenpolierter Faser-Polarisation- und Phasenmodulator und
dessen Herstellung beschrieben, der mit einer außen auf
der Faser abgeschiedenen Elektrode und einer mit einer Isolierschicht
abgetrennten Gegenelektrode ausgestattet ist. Die Modulation mit elektrooptischen
Materialien kann auf verschiedenste Weise erfolgen.
DE 2004/69814509 T2 beschreibt einen
Modulator (und Sensor) mit einer optischen Faser, wobei ein gepolter
Abschnitt derselben, der einen nichtlinearen optischen Effekt zweiter
Ordnung aufweist, als elektrooptisches Element dient, sowie Verfahren
zu dessen Herstellung. Das Dokument
US 2002/0105713 A1 beschreibt
einen faseroptischen Modulator, der die Faser als aktives Medium
benutzt, wobei im Fasermantel entlang der Ausbreitungsrichtung zwei
gegenüberliegende Regionen mit dem Kern in der Mitte angeordnet
sind, die durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die außen
anliegenden Elektroden im Kern phasenmoduliert werden. Das Dokument
JP 1995/07306393 A beschreibt
einen faseroptischen Modulator, der mit flüssigkristallinen
Materialien arbeitet. Die Faser wird in einem bis zum Kern abgemantelten
Abschnitt der Faser ringförmig mit einem Flüssigkristall
umgeben, dessen Ausrichtung durch Anlegen eines elektrischen Feldes
variiert wird.
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Die
Modulation erfolgt bei den hier beschriebenen Dokumenten von der
Seite der Faser. Dies erfordert eine relative große Bauform
und einen hohen Fertigungsaufwand, besonders hinsichtlich einer
angestrebten Massenproduktion.
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Durch
mechanische Deformation der Faser wird auch eine Modulation erreicht.
Das Dokument
EP 0 192
887 A2 beschreibt einen faseroptischen Modulator, der eine
reine Phasenmodulation des Signals ohne Veränderung der
Polarisation bewirkt. Dabei übt ein Paar zu einander orthogonal
stehender Aktuatoren in Phase mechanisch Druck auf die Fasern aus.
Die Längen- und Brechungsindexänderungen erzeugen
Phasen- und Polarisationsänderungen, wobei erstere kumulativ
sind, während sich letztere kompensieren. Mechanische faseroptische
Modulatoren sind je nach Bauform in der Modulationsfrequenz auf
1 bis einige 100 MHz beschränkt. Im Dokument
EP 1985/0144190 A2 wird
ein Singlemode faseroptischer Seitenbandmodulator beschrieben, bei
dem die Modulation durch mechanischen Stress, z. B. akustische Wellen
erzeugt wird. Das Dokument
EP 1986/0183420 A2 betrifft einen faseroptischen akustooptischen
Amplitudenmodulator, der Licht zwischen zwei orthogonal polarisierten
Moden einer doppelbrechenden Faser koppelt. Im Dokument
EP 1986/0211582 wird
die longitudinale mechanische Streckung einer optischen Faser zur
Intensitätsmodulation verwendet. Die in diesen Dokumenten
beschriebenen Modulatoren arbeiten mit mechanisch oder akustisch
erzeugten Phasenverschiebungen, die nur indirekt elektrisch angesteuert
werden können und daher nur relative geringe Modulationsfrequenzen
ermöglichen.
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Die Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein optisches Modul mit einer Lichtleitfaser
und einem elektrooptischen Modulator/abstimmbaren spektralen Filter
zu schaffen, bei dem ein hoher Grad an Integration erreicht wird.
Neben einer Miniaturisierung, wird das System wesentlich robuster
gegenüber Umwelteinflüssen. Des weiteren können
durch die Erfindung aufwendige Kopplungs- und Justageschritte eingespart
werden. Es sollen hohe Modulationsfrequenzen bis zu einigen 100
GHz möglich sein.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein optisches
Modul nach den unabhängigen Ansprüchen 1 und 2
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand von Unteransprüchen.
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Nach
einem Aspekt der Erfindung ist ein optisches Modul mit einer Lichtleitfaser
und einem elektrooptischen Modulator geschaffen, bei dem der elektrooptische
Modulator mittels Beschichten einer Faserendfläche der
Lichtleitfaser als eine Schichtanordnung mit einem elektrooptischen
Material, vorzugsweise einem elektrooptischen Polymer, zwischen zwei
Bragg-Reflektoren in Fabry-Perot Anordnung auf der Faserendfläche
aufgebracht ist, so dass Licht, welches durch das optische Modul
transmittiert wird, in seiner Intensität moduliert wird.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein optisches Modul mit
einer Lichtleitfaser und einem abstimmbaren Filter geschaffen, bei
dem das abstimmbare Filter mittels Beschichten einer Faserendfläche
der Lichtleitfaser als eine Schichtanordnung mit einem elektrooptischen
Material, vorzugsweise einem elektrooptischen Polymer, zwischen zwei
Bragg-Reflektoren in Fabry-Perot Anordnung auf der Faserendfläche
aufgebracht ist, so dass Licht, welches durch das optische Modul
transmittiert wird, in seiner Phase werden kann.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein optisches Modul mit
einer Lichtleitfaser und einem abstimmbaren Filter geschaffen, bei
dem das abstimmbare Filter mittels Beschichten einer Faserendfläche
der Lichtleitfaser als eine Schichtanordnung mit einem elektrooptischen
Material, vorzugsweise einem elektrooptischen Polymer, zwischen zwei
Bragg-Reflektoren in Fabry-Perot Anordnung auf der Faserendfläche
aufgebracht ist, so dass Licht, welches durch das optische Modul
transmittiert wird, abstimmbar spektral gefiltert werden kann.
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Das
lichtmodulierende Bauteil als Schichtstruktur, wird mittels Beschichtungsverfahren direkt
auf die Faserendfläche des Lichtleiters aufgebracht, wodurch
im Vergleich zu beispielsweise Mach-Zehnder Modulatoren ein zusätzliches,
separates Bauteil entfällt. Dadurch wird bei der Herstellung
von optischen Übertragungsmodulen mit elektrooptischem
Modulator die Anzahl der zu koppelnden Bauteile reduziert. Bei der
Einkopplung des Lichts in die Faser, zum Beispiel mit Hilfe einer
Koppeloptik, wird das Licht auch in effizienter Weise durch den
Modulator geführt. Kosten werden eingespart, da auf eine
Koppeloptik und einen Justageschritt verzichtet werden kann.
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Durch
das direkte Aufbringen des elektrooptischen Modulators auf die Faserendfläche
wird die Anzahl der Grenzflächen zwischen Bauelementen, beispielsweise
von Grenzflächen zwischen Festkörpern und Luft,
reduziert. Damit kann eine erhebliche Verringerung von Verlusten
durch Fresnel-Reflexionen an den Grenzflächen erreicht
werden bzw. kann ein Mehraufwand durch das Aufbringen von Antireflexschichten
vermieden werden.
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Da
das lichtmodulierende Bauteil fest auf die Faser aufgebracht ist,
entfallen Probleme der Justierung beim Ein- und Ausbau dieser Module,
und das System wird dadurch viel robuster. Im Vergleich zum Stand
der Technik ist das System wesentlich stabiler gegenüber
mechanischen Belastungen. Da das System in einfacher Weise gekapselt
werden kann, kann es sehr effektiv und kostengünstig gegen
Umwelteinflüsse, wie beispielsweise Feuchtigkeit, Strahlung, etc.
geschützt werden.
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Außerdem
wird mit der Erfindung eine weitere Miniaturisierung der Bauelemente
gegenüber dem Stand der Technik erreicht, da die Gesamtschichtdicke
des Modulators in Fabry-Perot Ausführung im Mikrometerbereich
liegt und auf den Einbau jeglicher Koppelmittel, für den
Modulator-Faser-Übergang, verzichtet werden kann.
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Weiterer
Vorteil der Erfindung ist die kostengünstige Produktion
der optischen Module in Massenfertigung. Beschichtungsanlagen können
eine Vielzahl von Faserenden fassen, so dass mit einem Beschichtungsprozess
eine große Menge gleichzeitig hergestellt werden kann.
Eine Automatisierung des Herstellungsprozesses ist möglich.
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Als
Fasermaterialien für die Lichtleitfaser kommen sowohl Glasfasern,
vorwiegend aus dotiertem und undotiertem Quarzglas, als auch Polymerfasern
in Frage.
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Durch
die Verwendung eines elektrooptischen Polymers als elektrooptische
Schicht können Fertigungskosten erheblich verringert werden,
im Vergleich mit den Fertigungskosten für anorganischen
elektrooptischen Schichten.
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Die
Beschichtung der Faserendfläche, nämlich das Abscheiden
der einen Fabry-Perot Modulator bildenden Schichtanordnung, erfolgt
mit Hilfe bekannter Technologien, die für das Abscheiden
von metallischen Schichten, dielektrischen Schichten oder elektrooptischen
Schichten, zum Beispiel Polymerschichten, als solche bekannt sind.
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Wie
oben erwähnt, sind für Modulatoren bereits Polymere
mit hohen elektrooptischen Koeffizienten verwendet worden, mit denen
sehr hohe Schaltfrequenzen erzielt worden sind. Somit ist das, durch die
Erfindung beschriebene, optische Modul besonders für die
optische Datenübertragung mit hohen Datenraten geeignet.
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In
Verbindung mit der Erfindung bleiben darüber hinaus die
bei Nutzung von Glasfasern im Vergleich zur elektrisch leitenden
Datenübertragung sich ergebenden Vorteile erhalten, beispielsweise
im Zusammenhang mit starken Wechsel-Magnetfeldern oder der Abhörsicherheit
oder elektromagnetischen Störungen einer Messumgebung.
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Ausführungsbeispiele
für die Erfindung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines optischen Moduls nach einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei dem auf einer Faserendfläche ein elektrooptischer
Modulator mittels Beschichten aufgebracht ist;
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2 eine
schematische Darstellung eines optischen Moduls nach einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei dem auf einer Faserendfläche ein elektrooptischer
Modulator mittels Beschichten aufgebracht ist und die Bauform eine
spezielle Form der Kontaktierung ermöglicht;
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3 eine
schematische Darstellung eines optischen Moduls nach einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei dem auf einer Faserendfläche, die nicht
senkrecht zur optischen Achse der Faser orientiert ist, ein elektrooptischer
Modulator mittels Beschichten aufgebracht ist;
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4 eine
schematische Darstellung eines optischen Moduls nach einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei dem auf einer Faserendfläche ein elektrooptischer
Modulator mittels Beschichten aufgebracht ist und die Elektroden
innerhalb der Bragg-Reflektor-Schichten angeordnet sind;
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5 eine
schematische Darstellung eines optischen Moduls nach einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei dem auf einer Faserendfläche ein elektrooptischer
Modulator mittels Beschichten aufgebracht ist. Der Modulator ist
hier zwecks einer besonderen Form der Kontaktierung strukturiert;
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6 eine
schematische Darstellung eines optischen Moduls nach einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei dem auf einer Faserendfläche ein elektrooptischer
Modulator mittels Beschichten aufgebracht ist. Der Modulator befindet
sie an der Austrittsseite des Lichts aus der Faser und kann vorzugsweise
als spektraler Filter oder Abschwächer verwendet werden.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines optischen Moduls nach einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem auf einer Faserendfläche
ein elektrooptischer Modulator mittels Beschichten aufgebracht ist.
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Auf
einer Faserendfläche 100 einer Glasfaser 110 ist
ein elektrooptischer Modulator 40 gebildet. Der elektrooptische
Modulator 40 ist mit Hilfe einer Schichtanordnung gebildet,
die zwei dielektrische Schichtstapel 41 und 43,
welche jeweils als ein Spiegel dienen, und eine dazwischen liegende
elektrooptische Schicht 42, vorzugsweise als elektrooptische Polymerschicht
ausgeführt, aufweist. Die Schichtanordnung 41, 42, 43 stellt
einen Fabry-Perot Resonator dar.
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Gemäß 1 sind
weiterhin eine Spannungsquelle 1, sowie leitende Verbindungen 2 zwischen
Spannungsquelle 1 und Elektroden 3 und 5 vorgesehen,
die als biegsame leitende Drähte oder als Leiterbahnen
bzw. als Kombination aus beiden Varianten ausgeführt werden
können. Weiterhin sind zwei, bevorzugt als leitende, transparente ITO-Schichten
aus Indium-Zinnoxid (ITO – "indium tin Oxide") ausgeführte,
Elektroden 3 und 5 vorgesehen, die zur Erzeugung
einer modulierbaren Spannung im Modulator dienen. Die Elektrode 5 ist
zur Kontaktierung bis auf eine Mantelfläche 120 der
Glasfaser 110 ausgedehnt.
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Die
Glasfaser 110 umfasst einen Fasermantel 6 und
einen Faserkern 7. Der Strahlengang der, aus Richtung der
Lichtquelle kommenden, auf den Fabry-Perot Modulator treffenden
Photonen ist schematisch mit Hilfe von Pfeilen 21 dargestellt.
Der Strahlengang der durch den elektrooptischen Modulator 40 transmittierten
und in den vom Fasermantel 6 umgebenden Faserkern 7 eingekoppelten
Photonen ist schematisch mit Hilfe von Pfeilen 22 dargestellt.
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Die
Ausführungsform des elektrooptischen Modulators nach 1 wird
im folgenden anhand verschiedener Ausgestaltungen weiter erläutert.
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Die
Elektrode 5 ist bevorzugt als eine elektrisch leitende,
optisch transparente Schicht ausgeführt, die zwecks Kontaktierung über
die Mantelfläche 120 der Glasfaser 110 fortgeführt
ist. Alternativ kann vorgesehen sein, die Elektrode 5 zur
Stromabführung als eine elektrisch leitende Metallschicht auszuführen,
die im Bereich des Faserkerns 7 entfernt wird und zwecks
Kontaktierung ebenfalls über die Mantelfläche 120 geführt
ist.
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Die
dielektrischen Schichtstapel 41 und 43 sind als
Bragg-Reflektor-Schichten aus verschiedenen Materialien und mit
einer auf eine Emissionswellenlänge abgestimmten Schichtdicke
ausgeführt. In der Regel ist ein hohes Reflexionsvermögen
für die Emissionswellenlänge vorgesehen, was für
die Erzeugung von schmalen Transmissionsmaxima und damit für
eine hohe Finesse des Fabry-Perot Modulators notwendig ist. In diesem
Ausführungsbeispiel sind die Bragg-Reflektor Schichtstapel 41 und 43 innerhalb
der Elektroden 3 und 5 angeordnet, um eine hohe
Finesse des Fabry-Perot Modulators zu erreichen. Die Elektroden
können allerdings auch innerhalb der Bragg-Reflektor-Schichten
angeordnet werden. Materialien und Ausgestaltungen derartiger Bragg-Reflektor-Schichten
für Fabry-Perot Modulatoren sind dem Fachmann als solche
bekannt.
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Auf
den faserseitigen Bragg-Reflektor Schichtstapel 43 folgt
bei dem elektrooptischen Modulator 40 eine ebenfalls mittels
Beschichtung aufgebrachte elektrooptische Schicht 42. Als
Materialen für eine zum Beispiel elektrooptische Polymerschicht 42 kommen
Polymere mit hohem elektrooptischen Koeffizient in Frage. So haben
sich beispielsweise organische Moleküle, bei denen π-Elekronensysteme
als Verbindung zwischen Elektronendonator und Elektronenakzeptor
angeordnet sind, als Materialien mit hohen elektrooptischen Koeffizienten
erwiesen. Diese stark polarisierbaren Moleküle werden in
eine zumeist polymere Matrix, beispielsweise Polyimid (PI), Polycarbonat
(PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), etc. eingebaut.
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Durch
das Anlegen einer Modulationsspannung 1 an die Elektroden 3 und 5 wird
in der elektrooptischen Schicht 42 ein elektrisches Feld
erzeugt, was zu einer Brechungsindexänderung der elektrooptischen
Schicht führt. Diese Brechungsindexänderung bewirkt
eine Änderung des optischen Wegs zwischen den beiden Bragg-Reflektoren 41 und 43,
somit eine spektrale Verschiebung der Transmissionsmaxima des Fabry-Perot
Modulators 40. Das, durch den Fabry-Perot Modulator 40,
transmittierte Licht 22 kann somit, durch die Spannung 1,
in effektiver Weise moduliert werden.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines optischen Moduls nach einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem auf einer Faserendfläche
ein elektrooptischer Modulator mittels Beschichten aufgebracht ist
und die Bauform eine spezielle Form der Kontaktierung ermöglicht.
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In 2 werden
für gleiche Merkmale die selben Bezugszeichen wie in 1 verwendet.
Im Unterschied zu 1 ist eine Isolierschicht 60 aufgebracht.
Zum Zweck der Kontaktierung sind eine Isolierschicht 60 und
die Elektrode 3 über die Mantelfläche 120 der
Glasfaser 110 fortgeführt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine elektrisch
isolierende Schicht 60 seitlich aufgebracht, in der Art,
dass sie den faserseitigen Bragg-Reflektor 43, die elektrooptische
Schicht 42 und den zweiten Bragg-Reflektor 41 von
der Seite her bedeckt und ist soweit fortgeführt, dass
sie einen Teil der auf die Mantelfläche 120 der
Glasfaser 110 fortgeführten Elektrode 5 bedeckt.
Gegebenenfalls kann die elektrisch isolierende Schicht 60 auch über Fläche
des faserabgewandten Bragg-Reflektors 41 fortgeführt
werden. In diesem Bereich sollte die elektrisch isolierende Schicht 60 aus
transparentem Material bestehen.
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Die
Elektrode 3 wird seitlich auf die elektrisch isolierende
Schicht 60 fortgeführt. Die elektrisch isolierende
Schicht 60 dient dabei zur elektrischen Isolierung der
beiden Elektroden 3 und 5. Diese Ausführungsform
ermöglicht für beide Elektroden 3 und 5 eine
Kontaktierung von der Seite der Faser. So kann beispielsweise die
Kontaktierung mit beweglichen, leitenden Drähten vermieden
werden. Es ist eine Kontaktierung beider Elektroden 3 und 5 durch
Lötverbindungen auf Leiterbahnen, die auf einer Platine oder
einem Halter ausgeführt sind, möglich. Die verschieden
lang ausgeführten Elektroden 3 und 5 dienen
dabei als faserseitige Lötkontakte. Die Lötverbindungen
können gleichzeitig zur Fixierung der Faser im Strahlengang
dienen. Anstelle einer Lötverbindung sind auch mechanische
Verbindungen wie zum Beispiel Klemmverbindungen, Quetschverbindungen,
etc. möglich.
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Ein
weiterer Vorteil diese Ausführungsform ist, dass die elektrisch
isolierende Schicht 60 zusammen mit der seitlich fortgeführten
Elektrode 3 als Verkapselung der inneren Modulatorschichten
dienen. Somit sind wichtige Komponenten des Modulators gegen Umwelteinflüsse,
beispielweise Feuchtigkeit, geschützt.
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Diese
Form der Kontaktierung des Moduls lässt sich auch bei den
Ausführungsformen, beschrieben in 3, 4 und 6,
realisieren.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines optischen Moduls nach einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem auf einer Faserendfläche,
die nicht senkrecht zur optischen Achse der Faser orientiert ist,
ein elektrooptischer Modulator mittels Beschichten aufgebracht ist.
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In 3 werden
für gleiche Merkmale die selben Bezugszeichen wie in 1 verwendet.
Im Unterschied zu 1 ist die Faserendfläche 100 nicht
senkrecht zur optischen Achse der Faser 110 angeordnet.
Durch die schräge Anordnung der Faserendfläche 100 und
damit verbunden die schräge Anordnung des Fabry-Perot Modulators 40 gegenüber dem
einfallenden Lichtstahl 21, werden die an dem Fabry-Perot
Modulator 40 reflektierten Photonen 23 nicht in
Richtung des einfallenden Stahls zurücklaufen, sondern
in einem durch das Reflexionsgesetz gegebenen Winkel zum einfallenden
Strahl reflektiert.
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Der
Winkel der Faserendfläche 100 zum einfallenden
Strahl 21 wird so gewählt, dass die reflektierten
Photonen 23 nicht zurück in die Lichtquelle gelangen
können. Damit kann auf relative einfache Weise verhindert
werden, dass die reflektierten Photonen 23 in die Lichtquelle
gelangen und dort zu Störeffekten oder gar zur Zerstörung
der Quelle führen können.
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Ein
schräge Anordnung der Faserendfläche 100 und
damit verbunden schräge Anordnung des Modulators 40 ist
auch für alle anderen Ausführungsbeispiele der
Erfindung denkbar.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung eines optischen Moduls nach einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem auf einer Faserendfläche
ein elektrooptischer Modulator mittels Beschichten aufgebracht ist
und die Elektroden innerhalb der Bragg-Reflektor-Schichten angeordnet
sind.
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In 4 werden
für die gleichen Merkmale die selben Bezugszeichen wie
in den 1 verwendet. Im Unterschied zu 1 sind
die Elektroden 3 und 5 innerhalb der Bragg-Reflektor-Schichten 41 und 43 angeordnet.
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In
diesem Ausführungsbeispiel wird der faserseitige Bragg-Reflektor
Schichtstapel 43 zuerst auf die Faserendfläche 100 mittels
Beschichtung aufgebracht. Auf den Bragg-Reflektor Schichtstapel 43 wird
die Elektrode 5 aufgetragen, welche vorzugsweise als leitende,
transparente ITO-Schicht ausgeführt ist und zwecks Kontaktierung über
die Mantelfläche 120 der Glasfaser 110 fortgeführt
ist. Auf die Elektrode 5 folgt die elektrooptische Schicht 42 gefolgt
von der Elektrode 3, die vorzugsweise als leitende, transparente
ITO-Schicht ausgeführt ist. Auf die Elektrode 3 ist
der zweite Bragg-Reflektor Schichtstapel 41 aufgebracht.
Zwecks Kontaktierung der Elektrode 3 ist der Schichtstapel 41 ist
so strukturiert, dass der Schichtstapel 41 nicht die gesamte
Fläche der Elektrode 3 bedeckt. Vorzugsweise wird
der Schichtstapel 41 nur den Bereich des Faserkerns 7 bedecken
bzw. geringfügig darüber hinaus reichen.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung eines optischen Moduls nach einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem auf einer Faserendfläche
ein elektrooptischer Modulator mittels Beschichten aufgebracht ist.
Der Modulator ist hier zwecks einer besonderen Form der Kontaktierung
strukturiert.
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In 5 werden
für die gleichen Merkmale die selben Bezugszeichen wie
in den 1 verwendet. Die Schichtreihenfolge in dem Ausführungsbeispiel
in 5 ist identisch mit der Schichtreihenfolge in
dem Ausführungsbeispiel in 4. Der Unterschied
besteht in der Art der Kontaktierung der Elektroden. Im Ausführungsbeispiel
in 5 ist die Elektrode 5 nicht bis auf die
Mantelfläche 120 der Faser 110 ausgeführt.
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Im
Ausführungsbeispiel in 5 ist die
Elektrode 5 auf den faserseitigen Bragg-Reflektor Schichtstapel 43 aufgetragen.
Einseitig im Bereich des Fasermantels 6 kann ein Teil der
Elektrode 5 entfernt werden, um die Kontaktierung der Elektrode 3 zu
erleichtern bzw. weniger störanfällig zu machen.
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Auf
die faserseitige Elektrode 5 ist die elektrooptische Schicht 42 und
anschließend die Elektrode 3 aufgebracht. Einseitig
im Bereich des Fasermantels 6 sind ein Teil der Elektrode 3 und
der elektrooptische Schicht 42 entfernt worden. Wenn ein
Teil der Elektrode 5 entfernt wurde, erfolgt dies auf der gegenüberliegenden
Seite. Die Kontaktierung der Elektroden 3 und 5 erfolgt
aus Richtung der faserabgewandten Seite auf sich gegenüberliegenden
Seiten der Faserendfläche 100, damit die Kontaktstellen räumlich
möglichst weit voneinander entfernt sind (5b).
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Auf
die Elektrode 3 ist der zweite Bragg-Reflektor Schichtstapel 41 aufgebracht.
Zwecks Kontaktierung der Elektrode 3 ist der Schichtstapel 41 so strukturiert,
dass der Schichtstapel 41 nicht die gesamte Fläche
der Elektrode 3 bedeckt. Vorzugsweise wird der Schichtstapel 41 nur
den Bereich des Faserkerns 7 bedecken bzw. geringfügig
darüber hinaus reichen.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung eines optischen Moduls nach einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem auf einer Faserendfläche
ein elektrooptischer Modulator mittels Beschichten aufgebracht ist.
Der Modulator befindet sie an der Austrittsseite des Lichts aus
der Faser und kann vorzugsweise als spektraler Filter oder Abschwächer verwendet
werden.
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In 6 werden
für gleiche Merkmale die selben Bezugszeichen wie in 1 verwendet.
Im Unterschied zu 1 ist der elektrooptische Modulator
auf dasjenige Ende der Faser aufgebracht, an dem das Licht aus der
Faser austritt.
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Die
auf der gegenüberliegenden Seite in die Faser eingekoppelten
und durch den vom Fasermantel 6 umgebenden Faserkern 7 geleiteten
Photonen, schematisch mit Hilfe von Pfeilen 24 dargestellt,
treffen von der Faserseite her auf den auf die Faserendfläche 100 aufgebrachten
elektrooptische Modulator 40. Der Strahlengang der durch
den elektrooptischen Modulator 40 transmittierten Photonen
ist schematisch mit Hilfe von Pfeilen 25 dargestellt.
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Mit
Hilfe der Modulationsspannung 1, die auf die Elektroden 3 und 5 geleitet
wird, kann das Transmissionsverhalten des Fabry-Perot Modulator 40 beeinflusst
werden. Auf diese Weise kann der Transmissionsgrad des Fabry-Perot
Modulators für eine bestimmte Wellenlänge variiert
werden. Das beschriebene Modul eignet sich somit als abstimmbarer Abschwächer.
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Trifft
Licht mit mehreren Wellenlängen, bzw. einer größeren
spektralen Bandbreite im Vergleich zur Breite eines Transmissionsmaximum
auf den Fabry-Perot Modulator, so lässt sich mit Hilfe
der Modulationsspannung 1, die auf die Elektroden 3 und 5 geleitet
wird, ein schmaler spektraler Bereich selektieren, derart, dass
vorwiegend nur Photonen durch den Fabry-Perot Modulator 40 transmittiert
werden, deren Wellenlänge innerhalb der Transmissionsmaxima des
Fabry-Perot Modulators liegt. Das beschriebene Modul eignet sich
somit als durchstimmbarer spektraler Filter.
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Die
Anwendung des Moduls als Abschwächer bzw. durchstimmbarer
spektraler Filter lässt sich auch durch die Bauformen,
beschrieben in 2, 3, 4 und 5 realisieren,
indem die Photonen auf der gegenüberliegenden Seite der
Faser 110 eingekoppelt werden.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den
Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen
von Bedeutung sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
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