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Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung zur optischen Signalverarbeitung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur optischen Signalverarbeitung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, optische Signale dadurch zu verarbeiten, dass sie gezielt zur Interferenz gebracht werden. Beispielsweise lässt sich eine bestimmte Wellenlänge eines Wellenlängen-Multiplex-Modenkamms eines optischen Signals durch Interferenz des Signals mit einem geeigneten anderen optischen Signal selektiv bearbeiten. Eine derartige interferometrische Überlagerung zweier optischer Signale (zweier Lichtwellen) erfordert jedoch, dass die beiden optischen Signale möglichst die gleiche Polarisation und auch die gleiche Amplitude besitzen. Des Weiteren ist eine möglichst konstante Phasenbeziehung der beiden Signale notwendig.
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Diese Erfordernisse sind insbesondere dann problematisch, wenn Lichtwellen zu Interferenz gebracht werden sollen, die nicht aus derselben Quelle stammen und/oder die beispielsweise aufgrund langer Laufwege ihre Kohärenz verloren haben. Eine Möglichkeit, Lichtwellen auch in dieser Situation effizient zur Interferenz zu bringen, besteht darin, die Korrelation der beiden Wellen bezüglich Phase, Amplitude und Polarisation zunächst zu detektieren, um dann die Phase, Amplitude und Polarisation mindestens einer der Lichtwellen so einzustellen, dass anschließend eine effiziente interferometrische Signalverarbeitung möglich ist („feed-forward Regelung“). Diese Regelung erfolgt mit Hilfe einer elektronischen Schaltung, wobei die elektronische Signalverarbeitung jedoch langsamer als die Ausbreitung der Lichtwellen ist. Die elektronische Signalverarbeitung ist insbesondere dann aufwendig und mit hoher Rechenzeit verbunden, wenn einer der Lichtwellen (Signalwellen) ein Datensignal aufmoduliert ist, sich Amplitude und/oder Phase der Lichtwelle also sehr schnell ändern, z.B. im Gb/s Bereich der Telekommunikation.
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Aus der
EP 2 524 458 B1 ist in diesem Zusammenhang bekannt, die Laufzeit einer der Lichtwellen mit Hilfe einer Verzögerungsstrecke zu verlängern. Es sind allerdings Verzögerungsstrecken mit Längen im Bereich von einigen Metern erforderlich, wodurch es zu Instabilitäten der Phase der die Verzögerungsstrecke durchlaufenden Lichtwelle und somit zu einer nicht stabilen Phasenbeziehung der miteinander zu überlagernden Lichtwellen kommen kann. Darüber hinaus offenbart die
US 2013/0070254 A1 ein Interferometer mit zwei Pfaden, wobei einer der Pfade ausgebildet ist, eine Wellenlängenkonversion vorzunehmen.
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Das von der Erfindung zu lösende Problem besteht darin, die Auswirkung der Verzögerung auf die Phasenbeziehung zwischen den Lichtwellen möglichst gering zu halten.
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Dieses Problem wird durch die optische Anordnung mit dem Merkmal des Anspruchs 1 sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Danach wird eine optische Anordnung zur optischen Signalverarbeitung bereitgestellt, mit
- - einem ersten Eingang zum Einkoppeln eines ersten Lichtsignals;
- - einem zweiten Eingang zum Einkoppeln eines zweiten Lichtsignals;
- - einem ersten Strahlteiler zum Aufteilen des ersten Lichtsignals in einen ersten und zweiten Teil;
- - einem zweiten Strahlteiler zum Aufteilen des zweiten Lichtsignals in einen ersten und zweiten Teil;
- - einer Überlagerungseinheit (insbesondere in Form einer Interferometereinheit) zur Überlagerung des ersten Teils des ersten Lichtsignals mit dem ersten Teil des zweiten Lichtsignals;
- - einem Detektor zum Detektieren des zweiten Teils des ersten Lichtsignals und des zweiten Teils des zweiten Lichtsignals, wobei der Detektor ausgebildet ist, mindestens ein von dem detektierten zweiten Teil des ersten und zweiten Lichtsignals abhängiges elektrisches Signal zu erzeugen;
- - einer elektronischen Signalverarbeitungseinheit, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem von dem Detektor erzeugten Signal mindestens ein Steuersignal zu erzeugen;
- - mindestens einer (insbesondere elektro-optischen) Stelleinheit, der das von der elektronischen Signalverarbeitungseinheit erzeugte Steuersignal zuführbar ist und die ausgebildet ist, abhängig von dem Steuersignal die Phase, und/oder die Amplitude und/oder die Polarisation des ersten Teils des ersten und/oder des ersten Teils des zweiten Lichtsignals zu verändern, bevor der erste Teil des ersten und zweiten Lichtsignals in der Überlagerungseinheit überlagert werden;
- - einer Verzögerungsstrecke zum Erzeugen einer Verzögerung der Laufzeit des ersten Teils des ersten Lichtsignals und des ersten Teils des zweiten Lichtsignals bis zu der Überlagerungseinheit, wobei
- - die Verzögerungsstrecke so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie gegenläufig von dem ersten Teil des ersten Lichtsignals und dem ersten Teil des zweiten Lichtsignals durchlaufen wird.
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Die miteinander zur Interferenz zu bringenden Lichtsignale laufen somit durch dieselbe Verzögerungsstrecke, so dass die Länge der Verzögerungsstrecke für die beiden Signale automatisch identisch ist. Des Weiteren wirken sich äußere Einflüsse auf die Verzögerungsstrecke (zum Beispiel Temperaturänderungen und/oder mechanische Belastungen der Verzögerungsstrecke) identisch auf das erste und das zweite Lichtsignal aus. Phasenänderungen, die auf diese äußere Einwirkung zurückgehen, heben sich somit bei einer Differenzbildung in Bezug auf charakteristische Größen der beiden Lichtsignale auf, wodurch auch bei einer Verzögerungsstrecke großer Länge, zum Beispiel auch bei Verwendung einer mechanisch flexiblen Glasfaser (siehe unten), eine stabile interferometrische Signalverarbeitung möglich ist.
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Es kann somit insbesondere eine Interferometer-Anordnung mit einer Feed-Forward-Regelung realisiert werden, die trotz einer großen Länge (zum Beispiel im Bereich einiger Meter) der Verzögerungsstrecke eine möglichst große Phasenstabilität gewährleistet. Darüber hinaus ist es möglich, die Verzögerung der Laufzeit durch entsprechende Anpassung der Länge der Verzögerungsstrecke einzustellen und insbesondere an die Dauer der elektronischen Signalverarbeitung anzupassen.
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So ist die Verzögerungsstrecke insbesondere derart konfiguriert, dass der erste Teil des ersten und/oder des zweiten Lichtsignals die optische Stelleinheit zumindest im Wesentlichen zeitgleich mit dem Steuersignal erreicht. Somit lässt sich mit der Steuereinheit genau derjenige Teil des Lichtsignals (das entsprechenden Wellenzuges) bearbeiten, aus dem das Steuersignal abgeleitet wurde, und es kann dafür gesorgt werden, dass an der Überlagerungseinheit diejenigen Teile der Lichtsignale gleichzeitig ankommen, auf denen das vom Detektor erzeugte elektrische Signal basiert. Diese Gleichzeitigkeit (Koinzidenz) ist insbesondere dann wichtig, wenn einer der Signalwellen ein hochratiges Datensignal z.B. im Gb/s Bereich der Telekommunikation aufmoduliert ist, sich Amplitude und/oder Phase der Lichtwelle also sehr schnell ändern.
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Das von dem Detektor erzeugte elektrische Signal hängt insbesondere von der Korrelation des ersten und des zweiten Lichtsignals bezüglich ihrer Phase, Amplitude und/oder Polarisation ab.
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Eine Anpassung der Länge der Verzögerungsstrecke ist insbesondere auf einfache Weise möglich, wenn die Verzögerungsstrecke durch eine Glasfaser realisiert ist. Darüber hinaus kann durch Verwendung einer längenvariablen Verzögerungsstrecke eine Abstimmung (insbesondere eine Feinabstimmung) der Verzögerungszeit erzielt werden. Eine Feinabstimmung kann auch durch Anpassung der elektronischen Verarbeitung erfolgen (zum Beispiel durch Einfügen von zusätzlichen Rechenschritten).
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Beispielsweise umfasst der Detektor ein Interferometer, in dem der zweite Teil des ersten und zweiten Lichtsignals überlagert werden können, und eine aktive Detektionseinheit, insbesondere symmetrische Fotodetektoren („balanced detectors“), zur Erfassung der beiden Ausgangssignale des Interferometers.
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Die Stelleinheit kann einen Phasenmodulator, einen Amplitudenmodulator, einen Lichtverstärker, einen Polarisationsdreher und/oder eine Interferometeranordnung, insbesondere mit integrierten Phasenmodulatoren zur IQ-Modulation, umfassen. Denkbar ist auch, dass die Stelleinheit und die Überlagerungseinheit auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Insbesondere sind die Stelleinheit und die Überlagerungseinheit durch einen einzigen monolithisch integrierten Chip ausgebildet.
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Die Verzögerungsstrecke ist insbesondere durch mindestens einen optischen Wellenleiter ausgebildet. Bei dem optischen Wellenleiter kann es sich um einen integriert-optischen Wellenleiter handeln, d. h. um einen Wellenleiter, der aus auf einem Substrat angeordneten lichtführenden Schichten ausgebildet ist. Denkbar ist jedoch auch, dass der optische Wellenleiter durch eine Glasfaser (zum Beispiel eine Einmoden-Faser) realisiert ist. Beispielsweise verbindet die Verzögerungsstrecke einen Ausgang des ersten Strahlteilers mit einem Ausgang des zweiten Strahlteilers. Die Länge der Verzögerungsstrecke (insbesondere der erwähnten Glasfaser) beträgt zum Beispiel 0,1 m bis 20 m, insbesondere 1 m bis 10 m (entsprechend einer Verzögerung von 0,5 ns bis 100 ns bzw. 5 ns bis 50 ns).
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Die optischen Wege jeweils zwischen dem ersten Strahlteiler und dem Detektor und zwischen dem zweiten Strahlteiler und dem Detektor weisen insbesondere zumindest im Wesentlichen identische Längen auf und sind insbesondere jeweils durch einen integriert-optischen Wellenleiter und möglichst phasenstabil realisiert; beispielsweise auf einer hybrid oder monolithisch integrierten planaren Wellenleiterplattform.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die optische Anordnung einen dritten Strahlteiler (einen ersten Rückwärtsstrahlteiler), mit dem ein Teil des ersten Teils des ersten Lichtsignals abtrennbar und der Überlagerungseinheit zuführbar ist. Analog kann auch ein vierter Strahlteiler (ein zweiter Rückwärtsstrahlteiler) vorhanden sein, mit dem ein Teil des ersten Teils des zweiten Lichtsignals abtrennbar und der Überlagerungseinheit zuführbar ist.
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Der dritte bzw. der vierte Strahlteiler befinden sich insbesondere jeweils hinter der Verzögerungsstrecke, d. h. jeweils zwischen der Verzögerungsstrecke und der Überlagerungseinheit und/oder zwischen der Verzögerungsstrecke und dem ersten bzw. dem zweiten Strahlteiler. Somit werden die Signale nach Durchlaufen der Verzögerungsstrecke mit Hilfe der Rückwärtsstrahlteiler von den jeweils in Gegenrichtung laufenden Eingangssignalen getrennt und zu der Überlagerungseinheit geleitet. In einem der Wege zwischen den beiden Rückwärtsstrahlteilern und der Überlagerungseinheit befindet sich die Stelleinheit. Denkbar ist auch, dass in beiden Zweigen der optischen Anordnung eine Stelleinheit vorhanden ist, so dass eine Anpassung sowohl des ersten als auch des zweiten Lichtsignals erfolgen kann. Darüber hinaus sind insbesondere die Längen der Wege jeweils zwischen den Rückwärtsstrahlteilern und der Überlagerungseinheit zumindest näherungsweise identisch (oder weisen zumindest eine feste vorgegebene Differenz zueinander auf). Beispielsweise sind die Rückwärtsstrahlteiler und die Überlagerungseinheit über entsprechend ausgebildete Wellenleiter optisch miteinander verbunden. Die Wellenleiter sind beispielsweise Teil einer planaren Wellenleiterplattform; insbesondere Teil derselben Wellenleiterplattform wie die oben erwähnte Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlteiler und dem Detektor. Aufgrund der möglichen kleinen Länge der Wellenleiter lassen sich diese insbesondere möglichst phasenstabil realisieren.
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Beispielsweise ist der dritte Strahlteiler durch einen Zirkulator und/oder der vierte Strahlteiler durch einen Zirkulator ausgebildet. Möglich ist auch, dass der dritte Strahlteiler durch einen Polarisationsteiler und/oder der vierte Strahlteiler durch einen Polarisationsteiler ausgebildet ist. Denkbar ist, dass die den Polarisationsteiler in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung durchlaufenden Lichtwellen senkrecht zueinander polarisiert sind. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die Lichtwellen beim Durchlaufen der Verzögerungsstrecke eine Drehung ihrer Polarisation um 90° erfahren. Dies ist besonders einfach zu realisieren, wenn eine polarisationserhaltende (PM) Glasfaser genutzt wird, die unter orthogonaler Ausrichtung der optischen Achsen an den zweiten Ausgängen des ersten bzw. zweiten Strahlteilers /Wellenleiters angeordnet ist.
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Darüber hinaus ist es auch möglich, dass der erste und der vierte Strahlteiler zusammen durch einen (einzigen) ersten Koppler ausgebildet sind und/oder der zweite und der dritte Strahlteiler zusammen durch einen (einzigen) zweiten Koppler ausgebildet sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der erste und der zweite Strahlteiler auf einem gemeinsamen Träger angeordnet. Möglich ist auch, dass der erste Strahlteiler mit dem vierten Strahlteiler über einen ersten Verbindungswellenleiter und der zweite Strahlteiler mit dem dritten Strahlteiler über einen zweiten Verbindungswellenleiter verbunden ist, wobei insbesondere der erste, zweite, dritte und vierte Strahlteiler sowie der erste und der zweite Verbindungswellenleiter auf einem gemeinsamen Träger festgelegt sind. Der gemeinsame Träger ist insbesondere Teil der bereits oben erwähnten Wellenleiterplattform. Denkbar ist auch, dass weitere Wellenleiter vorhanden sind, die ebenfalls integriert-optisch auf dem Träger angeordnet sind (also ebenfalls Teil der Wellenleiterplattform sind).
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Der Detektor kann durch einen integrierten opto-elektronischen Chip ausgebildet sein, der insbesondere so mit dem Träger verbunden ist, dass ein auf dem Träger angeordneter erster Ausgangswellenleiter mit einem ersten Eingangswellenleiter des opto-elektronischen Chips und ein auf dem Träger angeordneter zweiter Ausgangswellenleiter mit einem zweiten Eingangswellenleiter des opto-elektronischen Chips gekoppelt ist und insbesondere fluchtet. Beispielsweise ist der Chip (insbesondere phasenstabil) an einer Stirnfläche des Trägers befestigt.
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Möglich ist wie oben bereits erwähnt auch, dass die Überlagerungseinheit und die Stelleinheit als monolithisch integrierter Chip ausgebildet sind. Dieser Chip ist insbesondere mit dem oben erwähnten Träger (der Wellenleiterplattform) verbunden, so dass Wellenleiter des Chips mit Wellenleitern der Wellenleiterplattform fluchten.
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Möglich ist jedoch auch, dass sich eine aktive Detektionseinheit des Detektors auf einem separaten Substrat befindet, während sich die mindestens eine passive Komponente (zum Beispiel ein Koppler und/oder ein Wellenleiter) des Detektors zumindest zusammen mit dem ersten und dem zweiten Strahlteiler (und ggf. zum Beispiel auch mit dem dritten und vierten Strahlteiler und den oben erwähnten Verbindungswellenleitern) auf dem oben erwähnten Träger befindet. Die Detektionseinheit ist beispielsweise mit dem Träger verbunden; und zwar insbesondere so, dass sie Licht, das aus mindestens einem Wellenleiter, der sich auf dem Träger befindet, austritt, empfängt. Insbesondere ist die Detektionseinheit an einem Ausgang der oben erwähnten Wellenleiterplattform angeordnet.
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Möglich ist jedoch auch, dass sich die Überlagerungseinheit zusammen mit dem ersten und dem zweiten Strahlteiler (und ggf. zum Beispiel auch mit dem dritten und vierten Strahlteiler und den oben erwähnten Verbindungswellenleitern) auf dem oben erwähnten Träger befindet, wobei die elektro-optische Stelleinheit aber auf einem anderen Träger (der z.B. ein anderes Trägermaterial aufweist) realisiert ist. Die elektro-optische Stelleinheit kann hier an Facette oder Oberfläche der Wellenleiterplattform so angeordnet sein, dass Licht, das aus mindestens einem Wellenleiter der Wellenleiterplattform austritt, in den Eingangswellenleiter der Stelleinheit eingekoppelt wird, und Licht aus dem Ausgangswellenleiter der Stelleinheit in einen Wellenleiter der Wellenleiterplattform eingekoppelt wird.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur optischen Signalverarbeitung unter Verwendung einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung, mit den Schritten:
- - Einkoppeln eines ersten Lichtsignals in einen ersten Eingang der optischen Anordnung;
- - Einkoppeln eines zweiten Lichtsignals in einen zweiten Eingang der optischen Anordnung;
- - Aufteilen des ersten Lichtsignals in einen ersten und zweiten Teil;
- - Aufteilen des zweiten Lichtsignals in einen ersten und zweiten Teil;
- - Detektieren des zweiten Teils des ersten Lichtsignals und des zweiten Teils des zweiten Lichtsignals mit einem Detektor und Erzeugen mindestens eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von dem empfangenen zweiten Teil des ersten und zweiten Lichtsignals;
- - Erzeugen mindestens eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem von dem Detektor erzeugten Signal mit Hilfe einer elektronischen Signalverarbeitungseinheit;
- - Erzeugen einer Verzögerung der Laufzeit des ersten Teils des ersten Lichtsignals und des ersten Teils des zweiten Lichtsignals bis zu der Überlagerungseinheit der optischen Anordnung,
- - Verändern der Phase, der Amplitude und/oder der Polarisation des ersten Teils des ersten und/oder des ersten Teils des zweiten Lichtsignals in Abhängigkeit von dem Steuersignal; und
- - Überlagern des ersten Teils des ersten Lichtsignals mit dem ersten Teil des zweiten Lichtsignals nach dem Verändern der Phase, der Amplitude und/oder der Polarisation des ersten Teils des ersten und/oder des ersten Teils des zweiten Lichtsignals, wobei
- - die Verzögerung der Laufzeit dadurch erzeugt wird, dass der erste Teil des ersten Lichtsignals und der erste Teil des zweiten Lichtsignals eine Verzögerungsstrecke gegenläufig durchlaufen.
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Möglich ist, dass das erste Lichtsignal ein Spektrum besitzt, das mehrere voneinander beabstandete Wellenlängen aufweist, wobei das Spektrum des zweiten Lichtsignals im Wesentlichen eine Wellenlänge umfasst, die einer der Wellenlängen des ersten Lichtsignals entspricht. Beispielsweise ist das Spektrum des ersten Lichtsignals nach Art eines Wellenlängenkamms ausgebildet. Durch Überlagern des ersten und des zweiten Lichtsignals miteinander kann ein gezieltes Bearbeiten derjenigen Wellenlänge des ersten Lichtsignals erfolgen, die der Wellenlänge des zweiten Lichtsignals entspricht. Insbesondere kann ein derartiges Bearbeiten der Wellenlänge erfolgen, ohne dass andere Wellenlängen des ersten Lichtsignals wesentlich beeinflusst werden. Beispielsweise kann diese Wellenlänge aus dem ersten Lichtsignal gelöscht werden. Denkbar ist jedoch auch ein Aufsummieren der Signale oder ein Modulieren des ersten Lichtsignals.
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Möglich ist insbesondere auch, dass es sich bei dem ersten Lichtsignal um ein Signal handelt, dem ein Datensignal aufmoduliert ist, während das zweite Lichtsignal durch einen Lokaloszillator („local oscillator“) bereitgestellt wird.
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Die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen optischen Anordnung erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung können analog natürlich auch zur Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 schematisch eine optische Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine Weiterbildung der optischen Anordnung aus 1;
- 3 eine andere Weiterbildung der optischen Anordnung aus 1;
- 4 schematisch eine optische Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5 schematisch eine optische Anordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 6 schematisch eine optische Anordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 7 Spektren von Eingangssignalen und eines Ausgangssignals bei Verwendung der erfindungsgemäßen optischen Anordnung zur Verarbeitung eines Modenkamms.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung in Form eines optischen Schaltkreises 10. Der optische Schaltkreis 10 umfasst einen ersten und zweiten Eingang (Schnittstelle) 11, 12 zum Einkoppeln eines ersten bzw. zweiten Lichtsignals LS1, LS2. Die Lichtsignale LS1, LS2 werden beispielsweise über Glasfasern 111, 121 in die Eingänge 11, 12 eingekoppelt.
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Die Lichtsignale LS1, LS2 sollen in einer Überlagerungseinheit 7 zur Interferenz gebracht werden; zum Beispiel, um zumindest eines der Lichtsignale LS1, LS2 (insbesondere wellenlängenselektiv) zu bearbeiten, wie oben bereits erläutert. Die Lichtsignale LS1, LS2 stammen insbesondere aus unterschiedlichen Quellen und/oder wurden über längere Strecken an den optischen Schaltkreis 10 herangeführt, so dass davon ausgegangen werden muss, dass in Bezug auf die Lichtsignale LS1, LS2 keine stabile, bekannte Phasenbeziehung vorliegt. Auch die Polarisation und/oder die Amplituden der Lichtsignale LS1, LS2 können unbekannt und insbesondere unterschiedlich sein. Aus diesem Grunde wird jeweils ein Teil der Lichtsignale LS1, LS2 mit Hilfe eines Detektors 4 detektiert, um Informationen über Eigenschaften, insbesondere die Phase, Polarisation und/oder die Amplitude der Lichtsignale LS1, LS2 zu ermitteln. Mit Hilfe einer elektronischen Signalverarbeitung 5 wird anhand von Detektorsignalen DS, die der Detektor 4 bei Detektion der Lichtsignale LS1, LS2 erzeugt und die der elektronischen Signalverarbeitung 5 zugeleitet werden, ein Steuersignal ST generiert, mit dem eine elektro-optische Stelleinheit 6 angesteuert wird und die abhängig von dem Steuersignal die Phase, die Amplitude und/oder die Polarisation zumindest eines der Lichtsignale LS1, LS2 angepasst werden kann. Das angepasste Signal (bzw. die beiden angepassten Signale) werden dann in der Überlagerungseinheit 7 überlagert. Mit Hilfe einer Verzögerungsstrecke 8 wird dafür gesorgt, dass das erste und/oder das zweite Lichtsignal LS1, LS2 zumindest im Wesentlichen zeitgleich mit dem elektrischen Steuersignal ST an der Stelleinheit 6 eintreffen.
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Im Einzelnen umfasst der optische Schaltkreis 10 einen ersten und zweiten Strahlteiler in Form eines ersten und zweiten Vorwärtsteilers 21, 22, wobei die Vorwärtsteiler 21, 22 jeweils das in den optischen Schaltkreis 10 eingekoppelte Lichtsignal LS1, LS2 in einen ersten und einen zweiten Teil aufteilen. Der jeweils zweite Teil der Lichtsignale LS1, LS2 wird über Verbindungswellenleiter 31, 32 dem Detektor 4 zugeführt, während der jeweils erste Teil der Lichtsignale LS1, LS2 über einen dritten und vierten Strahlteiler in Form eines ersten und zweiten Rückwärtsteilers 23, 24 und die Verzögerungsstrecke 8 zu der in Form eines Interferometers ausgebildeten Überlagerungseinheit 7 läuft. Die Vorwärtsteiler 21, 22 koppeln insbesondere nur einen geringeren Anteil der optischen Leistung für die Detektion in dem Detektor 4 aus. So beträgt beispielsweise der Anteil der optischen Leistung der ausgekoppelten zweiten Teile der Lichtsignale LS1, LS2 höchstens 10 % oder höchstens 5 % der eingekoppelte Lichtleistung.
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Die Rückwärtsteiler 23, 24 sind jeweils über Verbindungswellenleiter 34, 33 mit den Vorwärtsteilern 21, 22 verbunden. Entsprechend laufen jeweils die in den Vorwärtsteilern 21, 22 abgetrennten ersten Teile der Lichtsignale LS1, LS2 über die Verbindungswellenleiter 34, 33 von einem Ausgang der Vorwärtsteiler 21, 22 bis zu einem Eingang eines der Rückwärtsteiler 23, 24 und schließlich durch diese hindurch. Jeweils ein Ende der Verzögerungsstrecke 8 steht mit einem der Rückwärtsteiler 23, 24 in Verbindung (z.B. durch unmittelbare Kopplung oder über einen Wellenleiter. Der erste Teil des ersten Lichtsignals LS1 durchläuft somit den zweiten Rückwärtsteiler 24 sowie die Verzögerungsstrecke 8, wobei ein Teil in dem ersten Rückwärtsteiler 23 abgetrennt und der Überlagerungseinheit 7 zugeführt wird. Der erste Teil des zweiten Lichtsignals LS2 durchläuft gegenläufig zu dem ersten Teil des ersten Lichtsignals LS1 den ersten Rückwärtsteiler 23 und die Verzögerungsstrecke 8, wobei ein Teil in dem zweiten Rückwärtsteiler 24 abgetrennt und der Überlagerungseinheit 7 zugeleitet wird (über die Stelleinheit 6).
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Die Verzögerungsstrecke 8 ist insbesondere durch eine Glasfaser ausgebildet, deren Enden jeweils mit einem Wellenleiter gekoppelt sind, der wiederum mit einem der Rückwärtskoppler 23, 24 verbunden ist. Die Rückwärtskoppler 23, 24 sind beispielsweise jeweils durch einen Zirkulator ausgebildet. Mit einem derartigen Zirkulator ist beispielsweise eine zumindest näherungsweise verlustfreie Trennung der gegenläufigen Signale möglich.
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Denkbar ist auch, dass die Rückwärtskoppler 23, 24 durch Polarisationsteiler realisiert sind; insbesondere in dem Fall, dass die Polarisation der Lichtsignale vor Eintreffen in der optischen Anordnung 10 bekannt oder geregelt ist (zum Beispiel eine TM-Polarisation wie in 2 angedeutet) oder ein Polarisationsdiversitätsschema („polarization diversity scheme“) vorliegt, bei dem Polarisationen getrennt und individuell verarbeitet werden. Möglich ist insbesondere bei der Verwendung von Polarisationsteilern, dass die Polarisation der Lichtsignale während des Durchlaufens der Strecke zwischen den Rückwärtskopplern 23, 24, d. h. insbesondere während des Durchlaufens der Verzögerungsstrecke 8, um 90° gedreht wird, wie dies in 2 angedeutet ist. Beispielsweise ist die Verzögerungsstrecke 8 entsprechend ausgebildet; zum Beispiel durch Verwendung einer entsprechend gedrehten oder die Polarisation zumindest entsprechend drehenden Glasfaser; z.B. einer „PM“ Glasfaser, die unter orthogonaler Ausrichtung der optischen Achsen an den zweiten Ausgängen des ersten bzw. zweiten Strahlteilers /Wellenleiters angeordnet ist.
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In dem jeweiligen in Laufrichtung der ersten Teile der Lichtsignale LS1, LS2 betrachtet hinter der Verzögerungsstrecke 8 befindlichen Rückwärtsteiler 23, 24 erfolgt eine weitere Auftrennung der Lichtsignale, wobei jeweils ein Teil der Lichtsignale über Wellenleiter 35, 36 zu Eingängen der Überlagerungseinheit 7 geführt wird. Zwischen dem Rückwärtsteiler 24 und der Überlagerungseinheit 7 befindet sich die oben bereits erwähnte Stelleinheit 6, wobei denkbar ist, dass sich auch in dem Pfad zwischen dem Rückwärtsteiler 23 und der Überlagerungseinheit 7 eine Stelleinheit befindet, die ebenfalls von der elektronischen Signalverarbeitung 5 angesteuert wird. Die Wellenleiter 31, 36 bzw. 32, 35 kreuzen einander, wobei damit potenziell einhergehende optische Verluste zum Beispiel einer weiter unten erläuterten planaren Wellenleiterplattform gering gehalten werden können.
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In der Überlagerungseinheit 7 erfolgt die Interferenz der Lichtsignale LS1, LS2 (d. h. der dort eintreffenden Teile der Lichtsignale LS1, LS2), wobei die Überlagerungseinheit 7 zum Beispiel zwei Ausgänge aufweist, aus denen jeweils ein Ausgangssignal austritt; zum Beispiel ein Summensignal (in 1 durch „LS1 + LS2“ angedeutet) oder ein Differenzsignal (in 1 durch „LS1 - LS2“ angedeutet).
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3 zeigt eine Abwandlung der 1 und 2, wonach die in demselben Pfad liegenden Vorwärts- und Rückwärtsteiler 21, 24 und 22, 23 jeweils durch ein einzelnes, gemeinsames Bauelement ausgebildet sind. Beispielsweise wird jeweils ein Koppler 210, 220 (zum Beispiel jeweils in Form eines 3-dB Kopplers) verwendet, wobei der erste Koppler 210 sowohl den Vorwärtsteiler 21 als auch den Rückwärtsteiler 24 und entsprechend der zweite Koppler 220 den Vorwärtsteiler 22 und den Rückwärtsteiler 23 der 1 und 2 ausbildet. Die Koppler 210, 220 können jeweils als integrierter Chip ausgebildet sein. Denkbar ist, dass Isolatoren verwendet werden, um Lichteintrag in die Eingangsglasfasern 111, 121 zu unterdrücken.
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Die Wellenleiter in einem zentralen Bereich 101 des optischen Schaltkreises 10, d. h. insbesondere die Wellenleiter 31-36, sind z.B. auf einem möglichst stabilen Träger möglichst erschütterungsstabil befestigt, zum Beispiel geklebt oder vergossen. Darüber hinaus können diese Wellenleiter auch gegen thermische Einflüsse abgeschirmt sein, zum Beispiel ebenfalls mit Hilfe einer entsprechenden Vergussmasse. Möglich ist beispielsweise, dass der zentrale Bereich 101 des optischen Schaltkreises 10, der die Wellenleiter 31-36 sowie die Vorwärts- und Rückwärtsteiler 21-24 oder sonstige passive Komponenten umfasst, auf einer monolithisch oder hybrid integrierten passiven Wellenleiterplattform 100 (zum Beispiel auf Basis von Nitriden, Polymeren, Glas und/oder Silizium) realisiert sind. Insbesondere sind die Komponenten des zentralen Bereichs 101 auf einem gemeinsamen Träger der Wellenleiterplattform 100 angeordnet, wie dies in 4 dargestellt ist. Die Wellenleiter 31-36 werden jeweils bis zu Stirnseiten der Wellenleiterplattform 100 geführt. Entsprechend können in vordere Enden 330, 340 der Wellenleiter 33, 34 die Eingangsglasfasern 111, 121 angekoppelt werden, so dass die Enden 330, 340 die Eingänge des optischen Schaltkreises 10 bilden. Hintere Enden 331, 341 der Wellenleiter 33, 34 sind jeweils mit einem Ende einer Glasfaser, die die Verzögerungsstrecke 8 ausbildet, gekoppelt.
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Die Komponenten des Detektors 4, der Stelleinheit 6 und der Überlagerungseinheit 7 befinden sich insbesondere nicht mit auf dem Träger der Wellenleiterplattform 100, sondern auf eigenen Trägern, wobei sie jedoch optisch mit der Wellenleiterplattform 100, d. h. mit den entsprechenden Wellenleitern der Wellenleiterplattform 100, insbesondere den Wellenleitern 31, 32, 35 und 36, gekoppelt sind.
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Denkbar ist beispielsweise, dass der Detektor 4 in Form eines opto-elektronischen Chips 40 ausgebildet ist, der mit der Wellenleiterplattform 100 verbunden ist (5). Der Chip 40 weist insbesondere Eingangswellenleiter 401, 402 auf, die mit Enden 310, 320 der Wellenleiter 31, 32 der Wellenleiterplattform 100 gekoppelt sind; insbesondere dadurch, dass der Chip 40 an einer Facette der Wellenleiterplattform 100, insbesondere der Wellenleiterenden 310, 320, angeordnet ist.
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Darüber hinaus können Komponenten (insbesondere sämtliche Komponenten) der Stelleinheit 6 (beispielsweise ein Phasen- und/oder Amplitudenmodulator, ein IQ-Modulator und/oder ein Polarisationsrotator) und der Überlagerungseinheit 7 auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sein. Beispielsweise sind die Stelleinheit 6 und die Überlagerungseinheit 7 durch einen gemeinsamen opto-elektronischen Chip 70 ausgebildet. Der Chip 70 ist an einer dem Detektor 4 gegenüberliegenden Facette der Wellenleiterplattform 100 angeordnet, wobei Eingangswellenleiter 701, 702 des Chips 70 mit Enden 360, 350 der Wellenleiter 36, 35 verbunden sind.
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Möglich ist allerdings auch, dass die Überlagerungseinheit 7 ebenfalls Teil der Wellenleiterplattform 100 ist und entsprechend die Komponenten der Überlagerungseinheit 7 mit auf dem Träger der Wellenleiterplattform 100 angeordnet sind. Gleichzeitig können einige Komponenten des Detektors 4, insbesondere passive Komponenten wie ein Interferometer 41, ebenfalls Teil der Wellenleiterplattform 100 sein und sich entsprechend mit auf dem Träger der Wellenleiterplattform 100 befinden, wie dies in 6 dargestellt ist. Aktive Komponenten des Detektors 4, insbesondere aktive opto-elektronische Empfänger 42, können jedoch als separater Chip 420 an Facette und/oder Oberfläche der Wellenleiterplattform 100 angekoppelt sein.
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Möglich ist darüber hinaus, dass die Stelleinheit 6 zumindest teilweise nicht Teil der Wellenleiterplattform 100 ist. Beispielsweise sind zumindest einige Komponenten der Stelleinheit 6 als separater Chip 60 an die Wellenleiterplattform 100 angekoppelt. Der Chip 60 ist insbesondere an einer Facette oder auf einer Oberfläche der Wellenleiterplattform 100 angeordnet, wobei Wellenleiter 610, 620 (Eingangs- bzw. Ausgangswellenleiter) des Chips 60 mit Wellenleitern 36 bzw. 710 der Wellenleiterplattform 100 verbunden sind.
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Eine mögliche Anwendung der erfindungsgemäßen optischen Anordnung (z.B. gemäß einem der in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele) besteht in der wellenlängenselektiven Manipulation von Lichtsignalen. Beispielsweise umfasst das erste Lichtsignal LS1 nach Art eines Modenkamms mehrere, äquidistante Wellenlängen An, wie dies in der oberen Zeichnung der 7 dargestellt ist. Dabei kann den Wellenlängen der Lichtsignale auch noch eine Modulation in Amplitude und/oder Phase aufgeprägt sein, z.B. entsprechend hochratigen Kommunikationssignalen im Gb/s Bereich.
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Das zweite Lichtsignal LS2 kann ein Ausgangssignal eines Lokalsoszillators sein und entsprechend eine vorbestimmbare Wellenlänge λi aufweisen (mittlere Zeichnung der 7). Nach Anpassung zumindest der Phase zumindest des ersten Lichtsignals LS1 mit Hilfe des Detektors 4, der elektronischen Signalverarbeitung 5 und der Stelleinheit 6 erfolgt anschließend ein Überlagern der Lichtsignale LS1, LS2 in der Überlagerungseinheit 7 (untere Zeichnung der 7). Beispielsweise wird die relative Phase zwischen den Lichtsignalen LS1, LS2 so eingestellt, dass eine destruktive Interferenz der Signale LS1, LS2 und damit eine selektive Auslöschung der Wellenlänge λi in dem Modenkamm erfolgt.
