DE1947719C2

DE1947719C2 - Optische Koppelanordnung zum Übertragen eines mit Nachrichten modulierten Lichtstrahles von einer optischen Ausgangsvorrichtung auf eine optische Weiterleitungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Hologramms für eine solche Koppelanordnung

Info

Publication number: DE1947719C2
Application number: DE19691947719
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr 7911 Aufheim Maslowski
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Filing date: 1969-09-20
Publication date: 1977-10-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Koppelanordnung zum Übertragen eines mit Nachrichten modulierten Lichtstrahls von einer optischen Ausgangsvorrichtung auf eine optische Weiterleitungsvorrichtung, in der auf Grund der geometrischen Konfiguration nur eine geringe Anzahl von Moden ausbreitungsfähig ist, insbesondere auf eine Lichtleitfaser und auf ein Verfahren zur Herstellung eines Hologramms für eine solche Koppelanordnung.

Der Wirkungsgrad optischer Nachrichtenübertragungssysteme hängt in besonderem Maße davon ab, ob es gelingt, die in der Regel auftretenden Verluste bei der Kopplung zweier optischer Vorrichtungen, z. B. eines Lasers, auf eine Lichtleitfaser oder zweier Lichtleitfasern untereinander möglichst klein zu halten. Es ist bekannt, solche Kopplungen etwa mit Hilfe von Linsenanordnungen durchzuführen. Neben der Schwierigkeit, damit einen Lichtstrahl auf den kleinen Kerndurchmesser einer Lichtleitfaser, in der nur wenige Moden ausbreitungsfähig sind, mit der notwendigen Genauigkeit zu fokussieren, treten dazu noch Fehlanpassungen auf, die durch die charakteristischen Feldverteilungen der Moden in der Faser bedingt sind.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, mit deren Hilfe eine Kopplung zweier optischer Vorrichtungen besonders im Hinblick auf eine optimale Modenanpassung durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den optischen Vorrichtungen ein Hologramm angeordnet ist, dessen Interferenzstruktur aus zwei überlagerten Wellenzügen erzeugt ist, deren erster die Modentypen enthält, die in der Weiterleitungsvorrichtung ausbreituiigsfähig sind und deren zweiter ein die Kohärenzbedingung erfüllender Referenzwellenzug ist, der die Modentypen enthält, die in der Ausgangsvorrichtung ausbreitungsfähig sind, oder daß zwischen den optischen Vorrichtungen zwei Hologramme angeord-

net sind, die jeweils mittels einer vorriehliingsspe/ilischcn Welle und einer Referenzwelle erzeugt sind, die als im wesentlichen ebene Welle oder divergentes Strahlenbündel ausgebildet ist, und daß die beiden Hologramme derart zusammengeschaltet sind, dall sie über die im wesentlichen ebene Wi-IIe odor das divergente Strahlenbündel miteinander gekoppelt sind.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand einiger Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der F i g. I bis 4 näher erläutert werden.

In Fig. 1 ist i-ine Anordnung zur Aufzeichnung eines solchen Hologramms angegeben. Die Strahlung eines Lasers 1 wird durch einen Strahlenteiler 2 in zwei kohärente Einzelstrahlen 4 und 5 aufgeteilt, welche über Umlenkspiegel und zwei optische Vorrichtungen 6 und 7 auf eine lichtempfindliche Schicht 8 geleitet werden. Dort entsteht durch Interferenz der in Pfeilrichtung abgestrahlten Wellenzüge ein Hologramm, welches die charakteristischen Merkmale der in beiden optischen Vorrichtungen bzw. in deren Enden auftretenden Feldverteilungen enthält. Die beiden Wellenzüge können im Sinne der Holographie als Signal- und Referenzwelle aufgefaßt werden. Es ist dabei gleichgültig, ob die Belichtung des Hologramms von beiden Seiten her erfolgt oder beispielsweise mit Hilfe eines Strahlenteilers nur von einer Seite.

Ein solches Hologramm wirkt bei der Übertragung eines mit Nachrichten modulierten Lichtstrahles wie eine spezifische Anpassungslinse (Fig. 2) oder eine modifizierte Fresnelsche Zonenplatte, welche speziell auf die jeweils anzukoppelnden optischen Vorrichtungen abgestimmt ist. Durch die Beugung der Lichtwcllen am Hologramm wird im Raum zwischen der Wciterleitungsvorrich'ung und dem Hologramm ein Wellenzi'g rekonstruiert, der dem bei der Aufnahme benutzten Wellenzug entgegengesetzt gerichtet ist. Dadurch ist auch eine optimale Modenanpassung bei der Kopplung gewährleistet.

Die Aufzeichnung eines Hologramms kann in bekannter Weise durch Bildung von Interferenzstrukturen erfolgen, wobei die Lichtabsorption der Schicht verändert und damit eine Amplitudenmodulation des hindurchgehenden Lichtes verursacht wird. Daneben sind auch Schichten bekannt, bei denen der Brechungsindex variiert und dadurch die Phasenlage eier Lichtstrahlen moduliert werden kann.

]ustierungsprobleme treten auf, wenn ein solches Hologramm in üblicher Weise entwickelt und fixiert wird und später zwischen di.:- optischen Vorrichtungen wieder eingesetzt werden soll. Zweckmäßigerweise s wird daher ein Material verwandt, welches zur Aufzeichnung und Weiterbehandlung auf demselben Platz belassen werden kann, Eine Möglichkeit hierfür bietet z. B. ein Fotomaterial, dessen lichtempfindliche Schicht etwa durch Laserstrahlen verschieden polymerisiert und durch UV-Licht fixiert werden kann. Über ein solches fotopolymeres Material berichten D. H. C I ο s e , A. D. J a c ο b s ο η , ). D.Margcru m , R. G. B r a η d t und F. |. McCIu ng unter dem Titel »Hologram Recording on Photopolymer Materials«, in Appl. Phys.

Lett.. 14,(5, 1%9),S. 159 und 160.

Auch durch Einbeziehung von Koppelgliedern oder mehrerer Hologramme lassen sich die Koppelprobleme weitgehend reduzieren. Zum Beispie! kann ein Koppelglied (Fig. 3) als durchsichtiger Körper lü ausgebildet sein, der sowohl mit einer der optischen Vorrichtungen als auch mit dem Hologramm fest verbunden ist. Eine besonders vorteilhafte Weiterführung der Erfindung ist die Ausführung mit zwei Hologrammen, wie sie in Fig. 4 angegeben ist. Beide Hologramme werden mittels einer vorrichtungsspezifischen Welle und einer als ebene Welle ausgebildeten Referenzwelle erzeugt. Trifft ein divergenter Lichtstrahl, aus der optischen Vorrichtung kommend, auf ein solchermaßen aufgezeichnetes Hologramm, so verläßt er es als ebener Wellcnzug. Zwei solche Anordnungen 8, 10 und 9, 11 zusammcngcschaltet zeichnen sich durch ein weitgehend unkritisches Verhalten gegenüber lusticrungsfehlern aus, da sie nur über ebene Wellen miteinander gekoppelt sind. Neben den beschriebenen Wellen sind aber auch andere Wellen, /.. B. divergente Bündel, als Rcfcrcnzwellen denkbar.

Für den Aufbau eines dicht verzweigten Überlragungsnetz.es wird es gegebenenfalls notwendig werden, solche Hologramme auch in großer Zahl zu vervielfältigen. Zur Aufzeichnung werden auch hier fotochemische Methoden im Vordergrund stehen, eventuell wieder in Verbindung mit Koppelgliedern. Daneben soll aber auf die Möglichkeit hingewiesen werden. Hologramme auch mittels eines Druck- oder Auftragverfahrens b/.w.

eines Ätz- oder Abiragverfahrens herzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Optische Koppclanordnung zum Übertragen eines mit Nachrichten modulierten Lichtstrahls von einer optischen Ausgangsvorrichtung auf eine optische Weiterleitungsvorrichtung, in der auf Grund der geometrischen Konfiguration nur eine geringe Anzahl von Moden ausbreitungsfähig ist, insbesondere auf eine Lichtleitfaser, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den optischen Vorrichtungen (6, 7) ein Hologramm (8) angeordnet ist, dessen Interferenzstruktur aus zwe· überlagerten Wellenzügen (4, 5) erzeugt ist, deren erster die Modentypen enthält, die in der Weiterleitungsvorrichtung (7) ausbreitungsfähig sind und deren zweiter ein die Kohärenzbedingung erfüllender Referenzwellenzug ist, der die Modentypen enthält, die in der Ausgangsvorrichtung (6) ausbreitungsfähig sind, oder daß zwischen den optischen Vorrichtungen (6, 7) zwei Hologramme (8, 9) angeordnet sind, die jeweils mittels einer vorrichtungsspezifischen Welle (6—8, 7—9) und einer Referenzwelle erzeugt sind, die als im wesentlichen ebene Welle ausgebildet ist, und daß die beiden Hologramme (8,9) derart zusammengeschaltet sind, daß sie über die im wesentlichen ebene Welle miteinander gekoppelt sind.
2. Koppelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der optischen Vorrichtungen (6 oder 7) ein optischer Sender, vorzugsweise ein Laser ist.
3. Koppelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Hologramm (8) bezüglich der optischen Vorrichtung (6 oder 7) fest angeordnet ist.
4. Koppelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Koppelglied (10) zur räumlichen Festlegung des Hologramms (8) vorgesehen ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines Hologramms für eine Koppelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Wellenzüge für die Aufzeichnung des Hologramms(8) ein Laser(l) vorgesehen ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines Hologramms für eine Koppelanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzstruktur durch Belichtung von verschiedenen Seiten her aufgezeichnet ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Hologramms für eine Koppelanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzstruktur durch Belichtung vor einer Seite her, vorzugsweise unter Verwendung eines Strahlenteilers, aufgezeichnet ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Hologramms für eine Koppclanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzstruktur als amplitudenmodulierende Aufzeichnung ausgebildet ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Hologramms für eine Koppelanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzstruktur als phasenmodulicrende Aufzeichnung ausgebildet ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Hologramms für eine Koppelanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm (8) mittels foiochemischer Verfahren hergestellt ist, daß das Hologramm (8) bei seiner Aufzeichnung fest angeordnet ist und daß das Hologramm nach Einwirkung der Aufzeiehnungsstrahlung durch kurzwellige Strahlung, vorzugsweise UV-Strahlung, fixiert ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Hologramms für eine Koppelanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm durch ein Vervielfältigungsverfahren hergestellt ist.
12. Verfahren zur Herstellung eiens Hologramms für eine Koppelanordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Vervielfältigung mittels eines fotochemischen Verfahrens.
13. Verfahren zur Herstellung eines Hologramms für eine Koppelanordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Vervielfältigung mittels eines Auftrageverfahrens, vorzugsweise eines Druckverfahrens.
14. Verfahren zur Herstellung eines Hologramms für eine Koppelanordnung nach Anspruch H, gekennzeichnet durch die Vervielfältigung mittels ^ine^ Abtrageverfahrens, vorzugsweise eines Ätzverfahrens.