DE102010003226A1 - Multiplexer / demultiplexer with adjustment mirror - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optischer Multiplexer/Demultiplexer mit einem Anschluss für das Einkoppeln und/oder Auskoppeln 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 Anschluss 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. Um einen optischen Multiplexer/Demultiplexer der eingangs genannten Art bereitzustellen, der weniger hohe Anforderungen an die exakte Positionierung des Einkoppel/Auskoppelanschlusses relativ zu den einzelnen wellenlängensensitiven Elementen stellt, zugleich aber eine mindestens vergleichbare Übertragungsqualität gewährleistet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in Strahlrichtung zwischen Anschluss und einem fokussierenden Element ein um eine Achse verschwenkbares Spiegelelement angeordnet ist.The present invention relates to an optical multiplexer / demultiplexer with a connection for the coupling and / or decoupling of an optical signal which has signal components of different wavelengths, at least one wavelength-sensitive element and at least two focusing elements, the wavelength-sensitive element and the focusing elements being arranged in this way that at least part of an optical signal coupled in via the connection first strikes the wavelength-sensitive element and then a focusing element and a further part strikes the wavelength-sensitive element and then another focusing element. In order to provide an optical multiplexer / demultiplexer of the type mentioned at the beginning, which makes less stringent demands on the exact positioning of the coupling / decoupling connection relative to the individual wavelength-sensitive elements, but at the same time ensures at least a comparable transmission quality, it is proposed according to the invention that in the beam direction between connection and A mirror element pivotable about an axis is arranged on a focusing element.
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 dann in einem Demultiplexer wieder getrennt.The present invention relates to an optical multiplexer or demultiplexer. The so-called multiplex method is a method for the common transmission of several independent signals (primary signals) over a single transmission medium. In a multiplexer, the various primary signals are combined into a single multiplex signal and transmitted. On the receiving side they are then separated again in a demultiplexer.
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.For the transmission of signals on optical waveguides is generally the so-called wavelength division multiplexing method used, which is an optical frequency division multiplexing method. In the multiplex method, light signals of different frequency are used for the transmission. Each frequency used provides its own transmission channel to which the actual data to be transmitted can be modulated (amplitude modulation). The data signals modulated in this way are then bundled by means of corresponding optical coupling elements and transmitted simultaneously but independently of one another. At the receiver of this optical multiplex connection in a demultiplexer then the individual optical transmission channels by means of corresponding wavelength-selective elements, for. B. passive optical filters, again separated and converted with corresponding detector elements into electrical signals.
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 optischen Signale in elektrische Signale umwandeln, Laser, welche die entsprechenden zu übertragenden Lichtsignale erzeugen, verwendet werden.Optical multiplexers and demultiplexers have long been known. In principle, a multiplexer can be used by reversing the beam path as a demultiplexer and vice versa. In this case, instead of detectors which convert the received transmitted optical signals into electrical signals, lasers which generate the corresponding light signals to be transmitted must be used.
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 die Strahlrichtung dann einfach umkehrt.In the following, apart from a few exceptions, the description refers explicitly to demultiplexers. It is understood, however, that the features described are also advantageously used in multiplexers, with the beam direction then simply reversing.
Demultiplexer weisen im Allgemeinen einen Eingangsanschluss für das Einkoppeln eines optischen Signals, das Signalkomponenten verschiedener Wellenlängen aufweist, mindestens ein wellenlängensensitives Element sowie mindestens zwei fokussierende Elemente auf, wobei das wellenlängensensitive Element und die fokussierenden Elemente derart angeordnet sind, das 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. 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.Demultiplexers generally include an input terminal for coupling an optical signal having signal components of different wavelengths, at least one wavelength-sensitive element, and at least two focusing elements, wherein the wavelength-sensitive element and the focusing elements are arranged such that at least a portion of one via the input terminal coupled optical signal first on the wavelength-sensitive element and then on a focusing element and another part first on the wavelength-sensitive element and then encounters another focusing element. A wavelength-selective element is understood to be any element which, when placed in the beam path, influences one, several or even all wavelength channels. Influencing is understood as meaning, for example, reflection, absorption, amplification, attenuation, interruption or polarization.
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.By a focusing element is meant any element capable of concentrating incident parallel beams of light substantially at one point, the so-called focus or focus. As focusing elements, for example, optical lenses or concave mirrors can be used.
Es ist bereits aus der
Aus der
Im einfachsten Fall weist der Demultiplexer lediglich ein wellenlängensensitives Element und zwei fokussierende Elemente auf. Ein Eingangssignal, das aus zwei getrennten Frequenzkomponenten (Frequenzkanälen) besteht, wird dann auf das wellenlängensensitive Element gerichtet, das die eine Frequenzkomponente reflektiert und die andere transmittieren lässt. Die fokussierenden Elemente sind derart angeordnet, dass das eine den transmittierten Strahl und das andere den reflektierten Strahl empfängt und in dem jeweiligen Brennpunkt bündelt. Wird nun in den entsprechenden Brennpunkten ein geeigneter Strahlungsdetektor, z. B. eine Fotodiode, angeordnet, so kann die Amplitude, d. h. die Strahlungsintensität des Frequenzsignals elektrisch erfasst werden.In the simplest case, the demultiplexer has only one wavelength-sensitive element and two focusing elements. An input signal consisting of two separate frequency components (frequency channels) is then directed to the wavelength sensitive element, which reflects one frequency component and transmits the other. The focusing elements are arranged such that one receives the transmitted beam and the other receives the reflected beam and focuses in the respective focal point. If a suitable radiation detector, eg. B. a photodiode arranged, so the amplitude, d. H. the radiation intensity of the frequency signal are detected electrically.
Meist weist ein Demultiplexer jedoch eine Mehrzahl von wellenlängensensitiven Elementen auf, auf die das Signal entlang des Strahlengangs nacheinander gerichtet wird, wobei jedes wellenlängensensitive Element einen Wellenlängenkanal von dem restlichen Signal abtrennt. Die Anordnung von mehreren wellenlängensensitiven Elementen wird auch als Filterkaskade bezeichnet.In most cases, however, a demultiplexer has a plurality of wavelength-sensitive elements, to which the signal along the beam path is successively directed, wherein each wavelength-sensitive element separates a wavelength channel from the remaining signal. The arrangement of a plurality of wavelength-sensitive elements is also referred to as a filter cascade.
In der Regel weist der Einganganschluss eine Einrichtung zum Umwandeln eines divergierenden Strahles in einen parallelen Strahl auf. Diese Einrichtung ist im Grunde genommen ein fokussierendes Element, bei dem die Stirnfläche der das Signal emittierenden Glasfaser im Brennpunkt angeordnet wird.Typically, the input port includes means for converting a diverging beam into a parallel beam. This facility is basically a focused one An element in which the end face of the signal-emitting glass fiber is focused.
Die Herstellung von Demultiplexern ist jedoch im Allgemeinen sehr aufwendig. Dabei muss besonderes Augenmerk auf die exakte Positionierung der Glasfaser relativ zur Einrichtung zur Umwandlung eines divergierenden in einen parallelen Strahl gelegt werden, um eine effektive Aufspaltung des Signals in seine einzelnen Kanalkomponenten zu bewirken. Jede laterale Fehljustierung (die Stirnfläche der Glasfaser liegt nicht exakt im Brennpunkt, sondern ist seitlich etwas verschoben) führt zu einer Richtungsänderung des parallelen Strahles, so dass der Strahl nicht mehr senkrecht auf die fokussierende Einrichtung fällt, was wiederum zur Folge hat, dass der Strahl auf einen seitlich versetzten Punkt fokussiert wird. Der Lichtstrahl wird daher nicht mehr exakt in die Mitte der Detektorfläche, sondern etwas außermittig fokussiert, was die Signalausbeute deutlich reduzieren kann. Die relative Positionierung der Glasfaser in Bezug auf die wellenlängensensitiven Elemente muss daher mit sehr hoher Genauigkeit erfolgen, was einen entsprechend hohen Justieraufwand bedeutet.However, the production of demultiplexers is generally very expensive. Particular attention must be given to the exact positioning of the fiber relative to the means for converting a divergent to a parallel beam to effect effective splitting of the signal into its individual channel components. Any lateral misalignment (the face of the optical fiber is not exactly at the focal point, but is slightly shifted laterally) leads to a change in direction of the parallel beam, so that the beam is no longer perpendicular to the focusing device, which in turn means that the beam is focused on a laterally offset point. The light beam is therefore no longer focused exactly in the middle of the detector surface, but slightly off-center, which can significantly reduce the signal yield. The relative positioning of the glass fiber with respect to the wavelength-sensitive elements must therefore be done with very high accuracy, which means a correspondingly high adjustment effort.
Insbesondere dann, wenn eine Vielzahl von wellenlängensensitiven Elementen verwendet wird, müssen auch die wellenlängensensitiven Elemente untereinander mit sehr hoher Genauigkeit positioniert sein, was die Herstellung des Multiplexers/Demultiplexers aufwendig macht.In particular, when a plurality of wavelength-sensitive elements is used, the wavelength-sensitive elements must be positioned with each other with very high accuracy, which makes the production of the multiplexer / demultiplexer consuming.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Multiplexer/Demultiplexer der eingangs genannten Art bereitzustellen, der weniger hohe Anforderungen an die exakte Positionierung des Einkoppel/Auskoppelanschlusses relativ zu den einzelnen wellenlängensensitiven Elementen stellt, zugleich aber eine mindestens vergleichbare Übertragungsqualität gewährleistet.Based on the described prior art, it is therefore an object of the present invention to provide an optical multiplexer / demultiplexer of the type mentioned, which makes less stringent demands on the exact positioning of the coupling / decoupling connection relative to the individual wavelength-sensitive elements, but at least one at the same time ensures comparable transmission quality.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in Strahlrichtung zwischen Anschluss und einem fokussierenden Element ein um eine Achse verschwenkbares Spiegelelement angeordnet ist.According to the invention, this object is achieved by arranging a mirror element pivotable about an axis in the beam direction between the connection and a focusing element.
In der Regel weist der Anschluss eine Einrichtung zum Umwandeln eines divergierenden Strahles in einen parallelen Strahl auf, durch welche die Austrittsfläche der Glasfaser abgebildet wird. Das Lichtsignal tritt an der Stirnfläche der Glasfaser divergent aus und wird durch die entsprechende Einrichtung in paralleles Licht umgewandelt.Typically, the terminal includes means for converting a diverging beam into a parallel beam through which the exit surface of the optical fiber is imaged. The light signal diverges at the end face of the glass fiber and is converted by the corresponding device into parallel light.
Eine seitliche Fehlanpassung der Austrittsfläche der Glasfaser zum fokussierenden Element führt dazu, dass sich die Richtung des aus dem divergenten Strahl erzeugten parallelen Strahl leicht verändert, so dass nicht mehr die komplette Signalleistung in den Detektor eingekoppelt wird.A lateral mismatch of the exit surface of the optical fiber to the focusing element causes the direction of the parallel beam generated from the divergent beam to change slightly so that the complete signal power is no longer coupled into the detector.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass zwischen dem Anschluss und dem fokussierenden Element ein um eine Achse verschwenkbares Spiegelelement angeordnet ist. Sollte es daher aufgrund einer lateralen Fehlanpassung des Anschlusses relativ zum wellenlängensensitiven Element zu einer Winkelabweichung im parallelen Lichtstrahl kommen, so kann diese Winkelabweichung mit Hilfe des Spiegelelementes korrigiert werden. Bevorzugt ist das Spiegelelement zwischen der Einrichtung zum Umwandeln eines divergierenden Strahles in einen parallelen Strahl und dem fokussierenden Element angeordnet.According to the invention, it is now provided that a mirror element pivotable about an axis is arranged between the connection and the focusing element. If, therefore, due to a lateral mismatching of the connection with respect to the wavelength-sensitive element, an angle deviation in the parallel light beam occurs, then this angular deviation can be corrected with the aid of the mirror element. Preferably, the mirror element is disposed between the means for converting a divergent beam into a parallel beam and the focusing element.
Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der das Spiegelelement um zwei nicht parallel zueinander ausgerichtete Achsen verschwenkbar angeordnet ist. Dadurch kann eine Winkelabweichung in jeder Richtung leicht kompensiert werden.In this case, an embodiment in which the mirror element is arranged so as to be pivotable about two axes which are not aligned parallel to one another is particularly preferred. Thereby, an angular deviation in each direction can be easily compensated.
Mit Vorteil schneiden sich die beiden Achsen in einem Punkt, der im Strahlverlauf liegt. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass durch das Verschwenken des Spiegelelementes die Lauflänge des Lichtstrahles nicht oder nur unwesentlich verändert wird.Advantageously, the two axes intersect at a point that lies in the beam path. By this measure it is ensured that the running length of the light beam is not or only slightly changed by the pivoting of the mirror element.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Spiegelelement einen kalottenförmigen, vorzugsweise kugelkalottenförmigen Vorsprung auf, mit dem das Spiegelelement in einem Halteelement aufgenommen ist.In a further particularly preferred embodiment, the mirror element has a dome-shaped, preferably spherical cap-shaped projection, with which the mirror element is received in a holding element.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Spiegelelement teildurchlässig ausgeführt und ein Strahlungsdetektor ist derart angeordnet, dass der Detektor die vom Spiegelelement durchgelassene Strahlung detektieren kann. Mit Hilfe des Detektors kann bei dieser Ausführungsform das Signal überwacht werden, ohne dass es zu einer nennenswerten Signalstörung kommt.In a further preferred embodiment, the mirror element is made partially transparent and a radiation detector is arranged such that the detector can detect the radiation transmitted by the mirror element. With the aid of the detector, the signal can be monitored in this embodiment, without there being any noticeable signal disturbance.
In Demultiplexern mit mehreren wellenlängensensitiven Elementen ist in einer alternativen Ausführungsform vorgesehen, dass jedem wellenlängensensitiven Element (und damit jedem Detektor) ein entsprechend schwenkbares Spiegelelement zugeordnet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass auch seitliche Fehljustierungen der Detektoren ausgeglichen werden können. In diesem Fall wird der Strahlverlauf durch die Spiegelelemente derart beeinflusst, dass der parallele Strahl nicht senkrecht auf das fokussierende Element trifft, wodurch eine seitliche Verschiebung des Punktes, in den der Lichtstrahl fokussiert wird, bewirkt wird. Die Einstellung wird derart ausgeführt, dass der Punkt, in den der Lichtstrahl fokussiert wird, dann exakt auf der Detektorfläche liegt.In demultiplexers having a plurality of wavelength-sensitive elements, it is provided in an alternative embodiment that each wavelength-sensitive element (and thus each detector) is assigned a correspondingly pivotable mirror element. This embodiment has the advantage that lateral misalignments of the detectors can be compensated. In this case, the beam path is influenced by the mirror elements such that the parallel beam does not impinge perpendicularly on the focusing element, causing a lateral displacement of the point in which the light beam is focused. The Adjustment is made such that the point at which the light beam is focused is then exactly on the detector surface.
Diese Ausführungsform ist insbesondere bei Multiplexern von großem Vorteil, bei dem eine Mehrzahl von Lasern derart positioniert werden müssen, dass deren Lichtstrahl durch die fokussierenden Elemente abgebildet wird. Eventuelle seitliche Fehlanpassungen der Laserelemente können durch die Spiegelelemente für jeden Laser getrennt korrigiert werden. Es ist daher nicht unbedingt notwendig, dass die Laser auf demselben Substrat perfekt ausgerichtet werden, sondern es ist möglich, jeden Laser auf einem eigenen Substrat zu befestigen.This embodiment is particularly advantageous in multiplexers in which a plurality of lasers must be positioned such that their light beam is imaged by the focusing elements. Possible lateral mismatches of the laser elements can be corrected separately by the mirror elements for each laser. It is therefore not essential that the lasers be perfectly aligned on the same substrate, but it is possible to mount each laser on a separate substrate.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen sowie der zugehörigen Figuren. Es zeigen:Further advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description of some preferred embodiments and the accompanying figures. Show it:
In der
In
Wie in
Die
Nach dem Einstellen der Spiegelelemente können diese mit der Halteplatte
In den
Hier ist das Spiegelelement
Weiterhin ist es möglich, die Halteplatte mit einer kalottenförmigen Ausnehmung auszustatten. Das Spiegelelement kann dann drei Vorsprünge aufweisen, die mit der Wand der kalottenförmigen Ausnehmung in Kontakt treten.Furthermore, it is possible to equip the holding plate with a dome-shaped recess. The mirror element can then have three projections which come into contact with the wall of the dome-shaped recess.
Die
Zwei Beine
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Sendertransmitter
- 22
- divergenter Lichtstrahldivergent light beam
- 33
- Linselens
- 44
- paralleler Lichtstrahlparallel light beam
- 55
- fokussierendes Elementfocusing element
- 66
- Empfängerreceiver
- 77
- Aufnahmeelementreceiving element
- 88th
- Spiegelelementmirror element
- 99
- wellenmodifizierendes Elementwave modifying element
- 10a10a
- Spiegelelementmirror element
- 10b10b
- Spiegelelementmirror element
- 1111
- Halteelementretaining element
- 11'11 '
- Haltelementholding member
- 11''11 ''
- Halteelementretaining element
- 1212
- Kalottedome
- 1313
- Verstellhebeladjusting
- 1414
- Öffnungopening
- 1515
- dreiecksförmige Auflageflächetriangular bearing surface
- 1616
- Beinelementleg member
- 16'16 '
- Beinelementleg member
- 16''16 ''
- Beinelementleg member
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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2011
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