DE102009014478B4 - Vorrichtung zum Umsetzen eines optischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum Umsetzen eines optischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Umsetzen eines mit einer Lichtleitfaser (2) übermittelten optischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal mit: – einem Fasereingang (7), an den die Lichtleitfaser (2) anbringbar ist, – einem Demultiplexer (9), der einen mit dem Fasereingang (7) verbundenen Demultiplexereingang (8) und eine Vielzahl von Demultiplexerausgängen (15) aufweist, auf die mithilfe einer Wellenleitergitteranordnung (30) einzelnen spektralen Messkanälen (13) zugeordnete Spektralkomponenten (49) des Eingangssignals verteilbar sind, – den Demultiplexerausgängen (15) zugeordnete Photodetektoren (21), und mit – einer im optischen Pfad zwischen den Demultiplexerausgängen (15) und den jeweils zugeordneten Photodetektoren (21) angeordneten Kantenfilteranordnung (18), durch die die Spektralkomponenten (49) in Abhängigkeit von der Wellenlänge modulierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kantenfilteranordnung (18) eine weitere Wellenleitergitteranordnung (38) mit Kantenfiltereingängen (17) und Kantenfilterausgängen (19) ist, dass – die Kantenfiltereingänge (17) jeweils einem Demultiplexerausgang (15) und die Kantenfilterausgänge (19) jeweils einem der Photodetektoren (21) zugeordnet sind, und dass – die Transmissionsmaxima (48) der Transmissionscharakteristik (46) des Demultiplexers (9) im Flankenbereich (26) von Transmissionsspitzen (50) der Transmissionscharakteristik (47) der Kantenfilteranordnung (18) liegen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umsetzen eines mit einer Lichtleitfaser übermittelten optischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal mit:
    • – einem Fasereingang, an dem die Lichtleitfaser anbringbar ist;
    • – einem Demultiplexer, der einen mit dem Fasereingang verbunden Demultiplexereingang und eine Vielzahl von Demultiplexerausgängen aufweist, auf die mithilfe einer Wellenleitergitteranordnung einzelnen spektralen Messkanälen zugeordnete Spektralkomponenten des Eingangssignals verteilbar sind;
    • – den Demultiplexerausgängen zugeordnete Photodetektoren; und mit
    • – einer im optischen Pfad zwischen den Demultiplexerausgängen und den jeweils zugeordneten Photodetektoren angeordneten Kantenfilteranordnung, durch die die Spektralkomponenten in Abhängigkeit von der Wellenlänge modulierbar sind.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung.
  • Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind aus der US 2007/0280605 A1 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung handelt es sich um ein elektrooptisches Bauelement, das zum Auslesen einer Vielzahl von entlang einer Lichtleitfaser ausgebildeten Faser-Bragg-Gittern (= FBG) eingerichtet ist. Überlicherweise sind die Faser-Bragg-Gitter entlang der Lichtleitfaser so eingerichtet, dass sie Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich reflektieren. Das von den Faser-Bragg-Gittern reflektierte Licht wird durch eine einzelne Lichtleitfaser zu der bekannten Vorrichtung geleitet und dort mithilfe eines Demultiplexers auf spektrale Messkanäle verteilt, denen jeweils ein Ausgang des Demultiplexers zugeordnet ist. Die an den Ausgängen des Demultiplexers anliegenden Signale werden mit Kantenfiltern in Abhängigkeit von der Wellenlänge hinsichtlich der Intensität moduliert. Aus der Modulation der Signale in den einzelnen Frequenzkanälen kann dann auf die Wellenlänge des von den einzelnen Faser-Bragg-Gittern reflektierten Lichts geschlossen werden. Da die Wellenlänge des von den Faser-Bragg-Gittern reflektierten Lichts von Größen wie der Temperatur oder der Zugspannung am Ort des jeweiligen Faser-Bragg-Gitters abhängt, können derartige Messgrößen am Ort der Faser-Bragg-Gitter durch Bestimmung der Änderung der Wellenlänge des von dem Faser-Bragg-Gitter reflektierten Lichts bestimmt werden. Mit der bekannten Vorrichtung ist es möglich, eine Vielzahl von in größeren Abständen angeordneten Sensoren über eine einzelne Lichtleitfaser auszulesen. Anwendung findet die bekannte Vorrichtung insbesondere in der Luft- und Raumfahrttechnik zur Überwachung ausgedehnter Strukturen.
  • Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass die als Kantenfilter vorgesehenen Dünnschichtfilter in der Herstellung aufwändig sind. Außerdem müssen die Dünnschichtfilter seitlich an das Substrat des Bauelements angesetzt werden. Beides führt dazu, dass die Herstellung der bekannten Vorrichtung verhältnismäßig aufwändig ist.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstellbare Vorrichtung zum Umsetzen eines mit einer Lichtleitfaser übermittelten optischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal zu schaffen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
  • Bei der Vorrichtung ist die Kantenfilteranordnung eine weitere Wellenleitergitteranordnung, die Kantenfiltereingänge und Kantenfilterausgänge aufweist. Die Kantenfiltereingänge sind dabei jeweils einem Demultiplexerausgang und die Kantenfilterausgänge jeweils einem Photodetektor zugeordnet. Ferner verfügt der Demultiplexer über eine spektrale Transmissionscharakteristik, deren Maxima jeweils im Flankenbereich von Transmissionsspitzen der spektralen Transmissionscharakteristik der Kantenfilteranordnung liegen. Da der Schichtaufbau einer Wellenleitergitteranordnung in der Regel wesentlich weniger Schichten umfasst, als die Schichtenfolge eines Dünnschichtfilters, müssten zur Herstellung der Kantenfilteranordnung weniger Prozessschritte durchgeführt werden, als zur Herstellung der aus dem Stand der Technik bekannten Dünnschichtfilter. Außerdem können der Demultiplexer und die Kantenfilteranordnung planar in einer Ebene angeordnet werden, so dass der Demultiplexer und die Kantenfilteranordnung in einem Arbeitsgang hergestellt werden können und die aufwändige Montage der Dünnschichtfilter an den Seiten des Trägers entfällt. Die Vorrichtung ist daher im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung wesentlich einfacher herstellbar.
  • Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung umfasst der Demultiplexer einen Messdemultiplexer, durch den die den spektralen Messkanälen zugeordneten Spektralkomponenten des Eingangssignals auf die den Messkanälen zugeordneten Demultiplexerausgänge verteilbar sind. Der Demultiplexer umfasst ferner einen Referenzdemultiplexer, der mithilfe einer weiteren Wellenleitergitteranordnung spektralen Referenzkanälen zugeordnete Spektralkomponenten des Eingangssignals auf Referenzkanälen zugeordnete weitere Demultiplexerausgänge verteilt. Durch einen Vergleich der in den Referenzkanälen übermittelten Referenzsignale mit den in den jeweils zugeordneten Messkanälen übermittelten Messsignalen können Intensitätsmodulation, die auf Änderungen der Wellenlänge der Spektralkomponenten des Eingangssignals zurückgehen, von Intensitätsänderungen unterschieden werden, die auf Schwankungen der Intensität einer externen Lichtquelle beruhen, mit der die externen Faser-Bragg-Gitter beaufschlagt werden. Da der Referenzdemultiplexer ebenfalls als Wellenleitergitteranordnung ausgebildet ist, kann der Referenzdemultiplexer zusammen mit dem Messdemultiplexer und der Kantenfilteranordnung in einem Arbeitsgang hergestellt werden.
  • Um für jede Spektralkomponente des Eingangssignals einen Referenzkanal zur Verfügung zu haben, ist jedem Messkanal jeweils ein Referenzkanal zugeordnet.
  • Aus dem Verhältnis der Intensitäten im Messkanal und Referenzkanal einer Spektralkomponente kann dann die Wellenlänge der Frequenzkomponente bestimmt werden. In der Regel wird daher das Ausgangssignal proportional dem Verhältnis der Intensitäten sein. Dementsprechend ist den den Messkanälen und den Referenzkanälen zugeordneten Photodetektoren eine Sensorschaltung nachgeschaltet, durch die das Verhältnis der Intensität in einem Messkanal zur Intensität in einem zugeordneten Referenzkanal bestimmbar ist und die ein in Abhängigkeit von dem Verhältnis stehendes Ausgangssignal ausgibt.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform sind die den Messkanälen zugeordneten Demultiplexerausgänge mit den Kantenfiltereingängen über Zwischenleitungen verbunden. Durch diese Ausführungsform lässt sich zusätzlich Freiheit bei der räumlichen Gestaltung der Vorrichtung gewinnen. Beispielsweise ist möglich, den Demultiplexer neben der Kantenfilteranordnung auszubilden und die Verbindung über bogenförmige Zwischenleitungen zu bewerkstelligen.
  • Daneben ist es möglich, den Messdemultiplexer und die Kantenfilteranordnung über einen gemeinsamen Freistrahlbereich zu verbinden, in dessen Inneren die den Messkanälen zugeordneten Demultiplexerausgänge mit den Kantenfiltereingängen zusammenfallen. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauform, die darüber hinaus den Vorteil bietet, dass lediglich ein einzelner Freistrahlbereich zwischen Messdemultiplexer und Kantenfilteranordnung ausgebildet werden muss.
  • Der gemeinsame Freistrahlbereich kann auch als ausgangsseitiger Freistrahlbereich des Referenzdemultiplexers dienen, über den die den einzelnen Referenzkanälen zugeordneten Photodetektoren an den Referenzdemultiplexer angebunden sind.
  • Um für Messdemultiplexer und Referenzdemultiplexer jeweils die gleiche Transmissionscharakteristik zu erzielen, sind der Messdemultiplexer und der Referenzdemultiplexer nebeneinander angeordnet, wobei sich die Wellenleiter des Messdemultiplexers und des Referenzdemultiplexers von einem mit dem Fasereingang verbunden Eingangsfreistrahlbereich bogenförmig zu dem gemeinsamen Freistrahlbereich erstrecken und in entgegengesetzte Richtung gekrümmte Wellenleiter aufweisen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform sind die optischen Komponenten auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet, das beispielsweise aus einem halbleitenden Material wie Silizium oder einem keramischen Substrat hergestellt ist. Auf diese Weise können die optischen Komponenten der Vorrichtung in einem Arbeitsgang in gemeinsamen Prozessschritten gleichzeitig hergestellt werden.
  • Ferner kann auch eine zum Auslesen der Photodetektoren und dem Erzeugen des elektrischen Ausgangssignals eingerichtete Sensorschaltung auf dem Substrat angeordnet sein, wodurch die Vorrichtung einen besonders kompakten Aufbau erhält.
  • Ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung zeichnet sich demnach insbesondere dadurch aus, dass die Kantenfilteranordnung als Wellenleitergitteranordnung zusammen mit dem Demultiplexer auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet wird. Dabei können die Wellenleitergitter des Demultiplexers und der Kantenfilteranordnung in gemeinsamen Prozessschritten gleichzeitig strukturiert und aufgebracht werden.
  • Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert werden. Es zeigen:
  • 1 ein Funktionsdiagramm einer Auslesevorrichtung, die zum Auslesen einer mit Faser-Bragg-Gittern versehenen Lichtleitfaser eingerichtet ist;
  • 2 eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Auslesevorrichtung;
  • 3 ein Diagramm mit Transmissionscharakteristika eines Messdemultiplexers und eines Kantenfilters der Auslesevorrichtung aus 1; und
  • 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Auslesevorrichtung aus 1.
  • 1 zeigt ein Funktionsdiagramm einer Auslesevorrichtung 1, die dazu eingerichtet ist, in einer Lichtleitfaser 2 ausgebildete Faser-Bragg-Gitter 3 auszulesen. Gemäß dem in 1 dargestellten Funktionsschema ist die Auslesevorrichtung 1 dazu in der Lage, eine Anzahl n von Faser-Bragg-Gittern 3 auszulesen. Zu diesem Zweck ist die Auslesevorrichtung 1 über eine weitere Lichtleitfaser 4 und einen sowohl mit der Lichtleitfaser 2 also auch mit der Lichtleitfaser 4 verbundenen Faserkuppler 5 mit der Lichtleitfaser 2 verbunden. Der Faserkuppler 5 steht ferner mit einer Lichtquelle 6 in Verbindung, bei der es sich beispielsweise um eine superluminiszente Diode handelt, die inkohärentes Licht in einem verhältnismäßig breiten Wellenlängenbereich aussendet. Das von der Lichtquelle 6 ausgesandte Licht gelangt über den Faserkuppler 5 in die Lichtleitfaser 2 und trifft dort auf die Faser-Bragg-Gitter 3, die jeweils in verschiedenen Wellenlängenbereichen Licht zum Faserkuppler 5 zurückreflektieren. Von dort gelangt das Licht über die Lichtleitfaser 4 zur Auslesevorrichtung 1. Über einen Fasereingang 7 und einen Demultiplexereingang 8 erreicht das Licht einen Demultiplexer 9, der einen Messdemultiplexer 10 und einen Referenzdemultiplexer 11 umfasst. In dem Demultiplexer 9 wird das am Demultiplexereingang 8 anliegende optische Eingangssignal auf 2n Spektralkanäle 12 verteilt. Insbesondere wird das optische Eingangssignal vom Messdemultiplexer 10 auf n Messkanäle 13 und vom Referenzdemultiplexer 11 auf n Referenzkanäle 14 verteilt und an den Demultiplexerausgängen 15 ausgegeben. In den Messkanälen 13 übertragene Spektralkomponenten des optischen Eingangssignals gelangen über die Demultiplexerausgänge 15 über Zwischenleitungen 16 zu Kantenfiltereingängen 17 eines Kantenfilters 18 und von dort über Kantenfilterausgänge 19 über Detektorleitungen 20 zu Photodetektoren 21.
  • Die an den Demultiplexerausgängen 15 anliegenden Spektralkomponenten, die vorn Referenzdemultiplexer 11 den Referenzkanälen 14 zugeordnet worden sind, gelangen dagegen unmittelbar über Detektorleitungen 22 zu Photodetektoren 23.
  • Wie bereits erwähnt, wird das optische Eingangssignal vom Messdemultiplexer 10 und dem Referenzdemultiplexer 11 jeweils auf die Messkanäle 13 und die Referenzkanäle 14 verteilt. Die Messkanäle 13 und die Referenzkanäle 14 werden dabei von Transmissionsspitzen 24 und 25 definiert, die jeweils vorzugsweise auf die Wellenlängen λ1 bis λn zentriert sind. Die Wellenlängern λ1 bis λn sind dabei die Wellenlängen, auf die die von den n Faser-Bragg-Gitter 3 zurückgeworfenen Spektralkomponenten zentriert sind. Durch die Transmissionsspitzen 24 und 25 wird somit das vom i-ten Faser-Bragg-Gitter 3 im Bereich der Wellelänge λi zurückgeworfene Licht dem i-ten Spektralkanal 12 zugeordnet. Das dem i-ten Spektralkanal 12 zugeordnete Licht erscheint daher an den Demultiplexerausgängen 15, die dem i-ten Messkanal 13 und dem i-ten Referenzkanal 14 zugeordnet sind. Die Spektralkomponenten des optischen Signals, die an den Demultiplexerausgängen 15 erscheinen, werden zusätzlich im Kantenfilter 18 in Abhängigkeit von der jeweiligen Wellenlänge moduliert. Die nach Möglichkeit auf die Wellenlängen λ1 bis λn zentrierten Transmissionsspitzen 24 liegen daher in der Transmissionsflanke 26. Für eine gute Auflösung der Wellenlängenverschiebung des von einem der Faser-Bragg-Gitter 3 erzeugten Signals sollten die maximale Transmissionsspitzen 24 am Ort der maximalen Steigung der Transmissionsflanke 26 liegen. Auf diese Weise führen kleine Änderungen der Wellenlänge des von einem der Faser-Bragg-Gitters 3 reflektierten Eingangssignals zu einer starken Änderung der Intensität des von den Photodetektoren 21 detektierten Messsignals.
  • Eine Verschiebung der Wellenlänge der Faser-Bragg-Gitter 3, die durch eine Änderung einer äußeren Messgröße wie Temperatur oder eine mechanische Belastung der Lichtleitfaser 2 hervorgerufen wird, kann nun durch eine Änderung der von den Photodetektoren 21 erfassten Intensität erfasst werden. Um diese Änderungen von Änderungen unterscheiden zu können, die durch Variationen der Intensität des von der Lichtquelle 6 emittierten Lichts unterscheiden zu können, ist es von Vorteil, wenn das Verhältnis der von den Photodetektoren 21 und 23 erfassten Intensitäten bestimmt und ein vom Verhältnis der Intensitäten abhängiges elektrisches Ausgangssignal ausgegeben wird.
  • In 2 ist eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Auslesevorrichtung 1 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Auslesevorrichtung 1 sind die einzelnen Komponenten auf einer Oberfläche 27 eines Substrats 28 angeordnet. Diese Komponenten sind insbesondere ein Koppler 29, der das Eingangssignal dem Demultiplexer 10 und dem Referenzdemultiplexer 11 zuführt. Der Messdemultiplexer 10 und der Referenzdemultiplexer 11 sind von Wellenleitergitteranordnungen gebildet. Diese Wellenleitergitteranordnungen sind dem Fachmann auch unter der Bezeichnung AWG (= Arrayed Waveguide Grating) bekannt und als solche nicht Gegenstand der Anmeldung.
  • Der Messdemultiplexer 10 ist insbesondere von einer Wellenleitergitteranordnung 30 gebildet, die eine eingangsseitigen Freistrahlbereich 31 aufweist, von dem aus bogenförmig gekrümmte Wellenleiter 32 zu einem ausgangsseitigen Freistrahlbereich 33 verlaufen. In entsprechender Weise ist der Referenzdemultiplexer 11 von einer Wellenleitergitteranordnung 34 gebildet, die einen mit dem Kuppler 29 verbundenen eingangsseitigen Freistrahlbereich 35 aufweist, von dem bogenförmig gestaltete Wellenleiter 36 zu einem ausgangsseitigen Freistrahlbereich 37 verlaufen, von dem aus die Detektorleitungen 22 zu den Photodetektoren 23 führen.
  • Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Auslesevorrichtung 1 ist auch der Kantenfilter 18 von einer Wellenleitergitteranordnung 38 gebildet, die über einen eingangsseitigen Freistrahlbereich 39 verfügt, von dem aus bogenförmig Wellenleiter 40 zu einem ausgangsseitigen Freistrahlbereich 41 führen. Von dort gelangt das Licht über die Detektorleitungen 20 zu den Photodetektoren 21. Die Photodetektoren 21 und 23 sind in einem Detektorbauelement 42 angeordnet und Teil einer Diodenanordnung 43, die eine Vielzahl von PIN-Dioden enthält, die als Photodetektoren 21 und 23 verwendet werden. Der Diodenanordnung 43 ist eine Sensorschaltung 44 nachgeschaltet, die aus den von den Photodetektoren 21 und 23 gelieferten Messsignalen ein an einem Messausgang 45 ausgegebenes elektrisches Ausgangssignal bestimmt.
  • Es sei angemerkt, dass es sich bei dem Detektorelement 42 insbesondere um ein SMD (= Surface Mounted Device) handelt.
  • 3 zeigt ein Diagramm mit einer Transmissionscharakteristik 46 der Wellenleitergitteranordnung 30 des Messdemultiplexers 10 und eine weitere Transmissionscharakteristik 47 des Kantenfilters 18. Die Transmissionscharakteristik 46 gibt die spektrale Transmission der Wellenleitergitteranordnung 30 an den Demultiplexerausgängen 15 wieder. In entsprechender Weise beschreibt die Transmissionscharakteristik 47 die spektrale Transmission des Kantenfilters 18 an den Kantenfilterausgängen 19. Die Transmissionscharakteristik 46 weist die Transmissionsspitzen 24 auf, deren Breite, beispielsweise die Halbwärtsbreite Δλ, die spektrale Breite der Messkanäle 13 bestimmt. Die Lage und Breite der Transmissionsspitzen 24 hängt, wie der Fachmann weiß, von der Geometrie und dem optischen Brechungsindex des eingangsseitigen Freistrahlbereichs 31, der Geometrie, der Anzahl und dem optischen Brechungsindex in den Wellenleitern 32 sowie von der Geometrie und dem optischen Brechungsindex im ausgangsseitigen Freistrahlbereich 33 ab. Die genannten Parameter werden vorzugsweise so gewählt, dass Transmissionsmaxima 48 der Transmissionsspitzen 24 auf den mittleren Wellenlängen λ1 bis λn der jeweils von den Faser-Bragg-Gittern 3 zurückreflektierten Spektralkomponenten 49 des Eingangssignals liegen. Die Spektralkomponenten 49 weisen in der Regel eine wesentlich kleinere spektrale Bandbreite als die Messkanäle 13 auf.
  • In entsprechender Weise weist die Transmissionscharakteristik 47 der Wellenleitergitteranordnung 38 die Transmissionsspitzen 25 auf, die gegenüber den Transmissionsspitzen 24 der Transmissionscharakteristik 46 spektral versetzt sind. Der spektrale Versatz der Transmissionscharakteristik 47 gegenüber der Transmissionscharakteristik 46 ist so gewählt, dass die Transmissionsmaxima 48 der Transmissionsspitzen 24 in den Transmissionsflanken 26 der Transmissionsspitzen 25 liegen. Insbesondere wird der spektrale Versatz so gewählt, dass die Wellenlängen der Transmissionsmaxima 48 mit den Wellenlängen der größten Steigung in den Transmissionsflanken 26 übereinstimmen, wodurch die Empfindlichkeit auf Änderungen der mittleren Wellenlänge λ1 bis λn der von den Faser-Bragg-Gittern 3 zurückgeworfenen Spektralkomponenten 49 maximiert wird.
  • Es sei angemerkt, dass die Transmissionscharakteristik der Wellenleitergitteranordnung 34 des Referenzdemultiplexers 11 gleich der Transmissionscharakteristik 46 der Wellenleitergitteranordnung 30 ist, so dass die in den Messkanälen 13 und den Referenzkanälen 14 übertragene Spektralkomponenten 49 an den Demultiplexerausgängen 15 des Demultiplexers 9 jeweils die gleich Intensität aufweisen.
  • Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird somit sowohl der Demultiplexer 9 als auch der Kantenfilter 18 mithilfe von Leitergitteranordnungen 30, 34 und 38 bewerkstelligt. Diese Leitergitteranordnungen können ebenso wie die Zwischenleitungen 16 sowie die Detektorleitungen 20 und 22 in einem gemeinsamen Lithographieverfahren mit ein und derselben Folge von Prozessschritten gleichzeitig ausgebildet werden.
  • Daneben ist es möglich, auf dem Substrat 28 zusätzlich elektrooptische und elektrische Bauelement, wie die Diodenanordnung 43 und die Sensorschaltung 44 anzuordnen.
  • In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Auslesevorrichtung 1 dargestellt, bei dem der Freistrahlbereich 33 des Messdemultiplexers 10 sowie der Freistrahlbereich 37 des Referenzdemultiplexers 11 und der Freistrahlbereich 39 des Kantenfilters 18 durch einen gemeinsamen zentralen Freistrahlbereich 50 ersetzt sind. Im Freistrahlbereich 50 fallen insbesondere die den Messkanälen 13 zugeordneten Demultiplexerausgänge 15 mit den Kantenfiltereingängen 17 in Fokalbereichen 51 zusammen, die sich im Inneren des Freistrahlbereichs 50 befinden.
  • Dieses Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, dass auf die Zwischenleitungen 16 verzichtet werden kann, und lediglich ein einzelner Freistrahlbereich 50 ausgebildet werden muss.
  • Es sei anmerkt, dass das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel umgekehrt die Möglichkeit bildet, die Anordnung zu falten und den Kantenfilter 18 neben den Messdemultiplexer 10 zu legen. Insofern bietet der in 2 dargestellte Messaufbau mehr Flexibilität hinsichtlich der Anpassbarkeit der Auslesevorrichtung 1 an die geometrischen Verhältnisse.
  • Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden können, außer wenn dies aus Gründen der Kompatibilität ausgeschlossen ist.
  • Schließlich wird noch darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung der Singular den Plural einschließt, außer wenn sich aus dem Zusammenhang etwas anderes ergibt. Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel verwendet wird, ist sowohl der Singular als auch der Plural gemeint.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Umsetzen eines mit einer Lichtleitfaser (2) übermittelten optischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal mit: – einem Fasereingang (7), an den die Lichtleitfaser (2) anbringbar ist, – einem Demultiplexer (9), der einen mit dem Fasereingang (7) verbundenen Demultiplexereingang (8) und eine Vielzahl von Demultiplexerausgängen (15) aufweist, auf die mithilfe einer Wellenleitergitteranordnung (30) einzelnen spektralen Messkanälen (13) zugeordnete Spektralkomponenten (49) des Eingangssignals verteilbar sind, – den Demultiplexerausgängen (15) zugeordnete Photodetektoren (21), und mit – einer im optischen Pfad zwischen den Demultiplexerausgängen (15) und den jeweils zugeordneten Photodetektoren (21) angeordneten Kantenfilteranordnung (18), durch die die Spektralkomponenten (49) in Abhängigkeit von der Wellenlänge modulierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kantenfilteranordnung (18) eine weitere Wellenleitergitteranordnung (38) mit Kantenfiltereingängen (17) und Kantenfilterausgängen (19) ist, dass – die Kantenfiltereingänge (17) jeweils einem Demultiplexerausgang (15) und die Kantenfilterausgänge (19) jeweils einem der Photodetektoren (21) zugeordnet sind, und dass – die Transmissionsmaxima (48) der Transmissionscharakteristik (46) des Demultiplexers (9) im Flankenbereich (26) von Transmissionsspitzen (50) der Transmissionscharakteristik (47) der Kantenfilteranordnung (18) liegen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Demultiplexer (9) einen Messdemultiplexer (10) umfasst, durch den die den spektralen Messkanälen (13) zugeordneten Spektralkomponenten (49) des Eingangssignals auf die den Messkanälen (13) zugeordneten Demultiplexerausgänge (15) verteilbar sind, und dass der Demultiplexer (9) ferner einen Referenzdemultiplexer (11) umfasst, der mithilfe einer weiteren Wellenleitergitteranordnung (34) spektralen Referenzkanälen (14) zugeordnete Spektralkomponenten (49) des Eingangssignals auf weitere den Referenzkanälen (14) zugeordnete Demultiplexerausgänge (15) verteilt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Referenzkanal (14) jeweils ein Messkanal (13) zugeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Referenzkanal (14) ein Photodetektor (23) zugeordnet ist und den Photodetektoren (21, 23) eine Sensorschaltung (44) nachgeschaltet ist, durch die das Verhältnis der Intensität in einem Messkanal (13) zur Intensität in einem zugeordneten Referenzkanal (14) bestimmbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Messkanälen (13) zugeordneten Demultiplexerausgänge (15) mit den Kantenfiltereingängen (17) über Zwischenleitungen (16) verbunden sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Demultiplexer (9) und die Kantenfilteranordnung (18) über einen gemeinsamen Freistrahlbereich (51) verbunden sind, in dessen Inneren die den Messkanälen (13) zugeordneten Demultiplexerausgänge (15) mit den Kantenfiltereingängen (17) zusammenfallen.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 sowie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Freistrahlbereich (51) Teil der Wellenleitergitteranordnung (38) des Referenzdemultiplexers (11) ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Messdemultiplexer (10) und der Referenzdemultiplexer nebeneinander mit in entgegengesetzte Richtung gekrümmten Wellenleitern (32, 40) erstrecken.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Demultiplexer (9) und die Kantenfilteranordnung (18) auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet sind.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus einem halbleitenden oder keramischen Material hergestellt ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 sowie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschaltung auf dem Substrat angeordnet ist.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, die zum Umsetzen eines mit einer Lichtleitfaser (2) übermittelten optischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal verwendbar ist, mit den Verfahrensschritten: – Ausbilden eines Demultiplexers (9), durch den mithilfe einer Wellenleitergitteranordnung (30) spektralen Messkanälen (13) zugeordnete Spektralkomponenten (49) des an einem Demultiplexereingang (8) anliegenden Eingangssignals auf Demultiplexerausgänge (15) verteilbar sind, – Ausbilden einer Kantenfilteranordnung (18), durch die an den Demultiplexerausgängen (15) anliegende Spektralkomponenten (49) in Abhängigkeit von der Wellenlänge modulierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenfilteranordnung (18) als Wellenleitergitteranordnung (38) zusammen mit dem Demultiplexer (9) auf einem gemeinsamen Substrat (28) ausgebildet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleitergitteranordnung (30) des Demultiplexers (9) und die Wellenleitergitteranordnung des Kantenfilters (18) in einer Folge von Prozessschritten gleichzeitig strukturiert werden.
  14. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Auslesen einer Vielzahl von in einer Lichtleitfaser (2) ausgebildeten Faser-Bragg-Gittern (3) verwendet wird.
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