DE19820295C1 - Optisches Dämpfungsglied, Anordnung optischer Dämpfungsglieder und Verfahren zum Dämpfen der Intensität optischer Signale - Google Patents
Optisches Dämpfungsglied, Anordnung optischer Dämpfungsglieder und Verfahren zum Dämpfen der Intensität optischer SignaleInfo
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Abstract
Um die Intensität eines optischen Signals auf einen gewünschten Wert dämpfen zu können wird ein Dämpfungsglied, welches ein Mach-Zehnder-Interferometer mit einem Phasensteller in einem der Interferometerarme, Mittel, um nach der Interferenz der im Interferometer geführten Lichts zwei Ausgangssignale zu erzeugen, deren Intensitäten eine definierte Beziehung zueinander haben, und von denen das erste das gedämpfte Signal bilden soll, einen strahlungsempfindlichen Detektor, auf den das zweite Ausgangssignal trifft, und einen mit dem Detektor und dem Phasensteller elektrisch verbundenen Regelungsprozessor zur Berechnung, Erzeugung und Übermittlung eines Steuersignals für den Phasensteller beinhaltet, und ein Verfahren unter Verwendung eines solchen Dämpfungsglieds, wobei die der gewünschten Intensität entsprechende Intensität des zweiten Ausgangssignals bestimmt, das optische Signal auf den Eingang des Interferometers geleitet und die der gewünschten Intensität entsprechende Intensität des zweiten Ausgangssignals ermittelt, mit der aus dem Detektorsignal bestimmten Intensität des zweiten Ausgangssignals verglichen, und der Phasensteller solange geändert wird, bis die berechnete Intensität mit der entsprechenden übereinstimmt.
Description
Die Erfindung betrifft ein optisches Dämpfungsglied, welches
ein Mach-Zehnder-Interferometer mit einem Phasensteller in min
destens einem der Interferometerarme und Mittel beinhaltet, um
nach der Interferenz des im Interferometer geführten Lichts
zwei Ausgangssignale zu erzeugen, deren Intensitäten in einer
definierten Beziehung zueinander stehen und von denen das erste
auf eine gewünschte Intensität gebracht werden soll, eine Anordnung solcher Dämpfungsglieder und ein
Verfahren insbesondere unter Verwendung eines solchen
Dämpfungsglieds oder einer solchen Anordnung.
Der Einsatz von optischen Mach-Zehnder-Modulatoren ist
beispielsweise in den US-Patenten 5,488,503 und 5,495,359
beschrieben.
Für die optische Nachrichtenübertragung in optisch transparen
ten Nachrichtennetzen nach dem Wellenlängenmultiplexprinzip
werden steuerbare optische Dämpfungsglieder zum Angleichen der
Intensitätspegel in einer Vielzahl von Leitungen benötigt. Dies
kann vor oder nach Komponenten mit wellenlängenabhängigem
Verstärkungs-/Dämpfungsverhalten für die weitere Signal-
Ver-/Bearbeitung notwendig sein.
Ein Beispiel eines transparenten Nachrichtennetzes ist ein
Telefonnetz. Dabei kommen an einer Station Gespräche über eine
große Anzahl von Leitungen an und werden weitergeleitet. Die
Intensitäten der Signale in den einzelnen Leitungen sind
unterschiedlich, beispielsweise weil sie unterschiedliche
Entfernungen zurückgelegt haben oder die Wellenlängen unter
schiedlich sind. Vor der Weiterleitung werden die Signale ver
stärkt. Da die Signale aller Leitungen gleichzeitig verstärkt
werden sollen, müssen sie zunächst - in jedem Augenblick neu -
auf ähnliche Intensitätsniveaus gebracht werden, welche
beispielsweise durch die Wellenlängenabhängigkeit des
Verteilers definiert sind.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfach aufgebautes und
leicht herstellbares optisches Dämpfungsglied, eine Anordnung solcher Dämpfungsglieder und ein
unkompliziertes Verfahren anzugeben, um die Intensität von
optischen Signalen kontrolliert und reproduzierbar auf einen
gewünschten Wert dämpfen zu können.
Die Aufgabe wird mit einem Dämpfungsglied der eingangs genann
ten Art gelöst, bei dem ein auf die Strahlungsintensität an
sprechender Detektor, auf den das zweite Ausgangssignal trifft,
und ein mit dem Ausgang des Detektors und dem mindestens einen
Phasensteller elektrisch verbundener Regelungsprozessor zur
Berechnung eines Steuersignals für den mindestens einen
Phasensteller unter Berücksichtigung des intensitätsabhängigen
Detektorsignals, der genannten definierten Beziehung, der
gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignals und der
Abhängigkeit des Interferometergangs vom Steuersignal, und zur
Erzeugung und Übermittlung des Steuersignals vorhanden sind und
einem Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem aus einem
in ein Mach-Zehnder-Interferometer eintretenden Eingangssignal
zwei Ausgangssignale erzeugt werden, von denen das erste auf
einen gewünschten Intensitätspegel gedämpft werden soll und das
zweite auf einen Detektor trifft, bei dem mit dem Regelungspro
zessor die der gewünschten Intensität entsprechende Intensität
des zweiten Ausgangssignals bestimmt und mit der vom Regelungs
prozessor aus dem der Intensität proportionalen Detektorsignal
bestimmten Intensität des zweiten Ausgangssignals verglichen
wird und dann die Einstellung des Phasenstellers solange
verändert wird, bis die auf den Detektor treffende Intensität
mit der genannten entsprechenden Intensität übereinstimmt, oder
alternativ aus der ermittelten Intensität des zweiten Ausgangs
signals die zugehörige Intensität des ersten Ausgangssignals
berechnet und mittels dieser und und der gewünschten Intensität
des ersten Ausgangssignals ein Steuersignal für den Phasenstel
ler unter Berücksichtigung der Abhängigkeit des Interferometer
gangs vom Steuersignal ermittelt wird, mit dem die Intensität
des ersten Ausgangssignal auf den gewünschten Pegel gebracht
wird.
Durch die Verwendung des bekannten Mach-Zehnder-Interferometers
läßt sich das Dämpfungsglied technisch einfach herstellen. Das
Dämpfungsglied kann dabei in allen gängigen bei der Herstellung
von Mach-Zehnder-Interferometern eingesetzten Techniken
ausgeführt werden. Die Änderung der Intensität erfolgt in
bekannter Weise, indem die Einstellung des Phasenstellers und
damit die Phase des durch ihn hindurchgehenden Teilsignals
geändert wird. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen
Dämpfungsglieds in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren läßt sich das zunächst kompliziert erscheinende
Steuerungsproblem überraschend einfach lösen.
Das Dämpfungsglied ist in vorteilhafter Weise mikrooptisch,
bevorzugt in Freistrahl- oder Fasertechnik, oder integriert
optisch aufgebaut und läßt sich deshalb flexibel an technische
Gegebenheiten und die spezielle Anwendungen anpassen. Bei der
integriert optischen Ausführungsform läßt sich gegenüber
anderen Lösungen ein sehr hoher Integrationsgrad und damit eine
hohe Packungsdichte erreichen. Dadurch ist der Aufbau von
dichtgepackten Arrays aus Dämpfungsgliedern, z. B. für Optical
Cross Connects (OCC), in vorteilhafter Weise möglich.
Bei einer in Freistrahltechnik aufgebauten Ausführungsform des
Dämpfungsglieds dient als Mittel zum Erzeugen der Ausgangs
signale in vorteilhafter Weise eine planparallele Platte
oder ein optischer Strahlteiler am Ausgang des Interferometers.
Das auf den Detektor treffende Ausgangssignal ist Strahlung,
die normalerweise verloren geht, in diesem Fall aber vorteil
haft eingesetzt wird.
Bei einer anderen in Freistrahltechnik aufgebauten Ausführungs
form des Dämpfungsglieds dient ein teildurchlässiger Spiegel
oder ein optischer Strahlteiler im Strahlengang des einen in
der planparallelen Platte oder im optischen Strahlteiler
erzeugten Signals vorteilhaft als Mittel zum Erzeugen der
Ausgangssignale. Bei dieser Ausführungsform wird zwar das aus
dem Interferometer austretende Signal geschwächt, jedoch kann
die abgezweigte Intensitätsanteil sehr klein sein. Bei einer
diesem Dämpfungsglied im Prinzip vergleichbaren, jedoch in
Fasertechnik oder integriert optisch ausgeführten besonders
vorteilhaften Ausführungsform des Dämpfungsglieds wird das aus
gangsseitige Ende des Interferometers von einem Y-Wellenleiter
gebildet und als Mittel zum Erzeugen der Ausgangssignale dient
ein asymmetrischer Y-Verzweiger, wobei der Y-Wellenleiter und
der Y-Verzweiger das Standbein des Y gemeinsam haben.
Bei einer weiteren in Fasertechnik oder integriert optisch aus
geführtem Ausführungsform des Dämpfungsglieds wird in vorteil
hafter Weise das ausgangsseitige Ende des Interferometers von
zwei aufeinander zulaufenden Wellenleitern und einem
Richtkoppler gebildet, in welchen die Wellenleiter einmünden,
und werden die Mittel zum Erzeugen der Ausgangssignale von den
aus dem Richtkoppler austretenden, V-förmig auseinander
laufenden Wellenleitern gebildet.
Es ist vorteilhaft, wenn bei der integriert optischen Ausfüh
rungsform die Wellenleiter aus einem Material der Gruppe Sili
ciumoxinitrid, Polymer, ionendotiertes Quarz oder Lithiumniobat
und InGaAsP ausgewählt ist, das von einem Material mit einem
Brechungsindex umgeben ist, der geringer ist als der des Mate
rials, aus dem die Wellenleiter bestehen. Passende Materialien
mit kleinerem Brechungsindex sind bekannt. Alle genannten
Materialien sind gängig, ihre Bearbeitung wird gut beherrscht,
so daß sich mit ihnen die erfindungsgemäßen Dämpfungsglieder
reproduzierbar innerhalb enger Fertigungstoleranzen herstellen
lassen. Es kommt hinzu, daß für die meisten genannten Material
kombinationen Siliciumscheiben als Substrate geeignet sind, so
daß in vorteilhafter Weise Methoden der konventionellen Sili
ciumtechnologie bei der Fertigung mit einbezogen werden können.
Um die Intensitäten von mindestens zwei Signalen auf denselben
Intensitätspegel zu dämpfen, was beispielsweise bei den ein
gangs genannten transparenten Nachrichtennetzen eine Rolle
spielt, ist eine Anordnung von erfindungsgemäßen Dämpfungsglie
dern vorteilhaft, bei der von den oben beschriebenen
Dämpfungsgliedern mindestens zwei identische vorhanden sind,
wobei nur ein Regelungsprozessor für die mindestens zwei
Dämpfungsglieder vorgesehen ist, der mit allen Detektoraus
gängen und allen Phasenstellern elektrisch leitend verbunden
ist, wobei der Regelungsprozessor die Funktionen zur
individuellen Steuerung jedes der vorhandenen Dämpfungsglieder
und zusätzlich eine Funktion zur Ermittlung der gewünschten
Intensität unter Berücksichtigung aller bestimmten Intensitäten
der zweiten Ausgangssignale aufweist.
Werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dämpungsglieds
verwendet, bei denen die Ausgangssignale mittels eines Y-
Verzweigers oder eines im Strahlengang des einen in der plan
parallelen Platte oder im optischen Strahlteiler am Ausgang des
Interferometers erzeugten Signals angebrachten teildurchlässi
gen Spiegels oder optischen Strahlteilers gebildet werden, wird
in vorteilhafter Weise über das festgelegte Verhältnis, in dem
die Intensitäten des ersten und des zweiten Ausgangssignals
zueinander stehen, aus der gewünschten die genannte entspre
chende Intensität ermittelt, oder bei der o. g. Alternative die
Intensität des ersten Ausgangssignals über das festgelegte Ver
hältnis berechnet, in dem die Intensitäten des ersten und des
zweiten Ausgangssignals zueinander stehen, und der Unterschied
zwischen der berechneten und der gewünschten Intensität des
ersten Ausgangssignals bestimmt und aufgrund des Unterschieds
das Steuersignal für den Phasensteller erzeugt.
Werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dämpungsglieds
verwendet, bei denen die Ausgangssignale mittels der planpa
rallelen Platte oder des optischen Strahlteilers am Ausgang des
Interferometer oder mittels der aus dem Richtkoppler am
ausgangsseitigen Ende des Interferometers austretenden und
V-förmig auseinander laufenden Wellenleitern gebildet werden,
wird in vorteilhafter Weise aus der Intensität des zweiten
Ausgangssignals unter Berücksichtigung der Einstellung des
Phasenstellers die Intensität des ersten Ausgangssignals und
aus den beiden Intensitäten die Intensität des Eingangssignals
ermittelt und aus der Intensität des letzteren und der aus der
gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignals die genannte
entsprechende Intensität des zweiten Ausgangssignals ermittelt,
oder das Verhältnis der gewünschten Intensität des ersten
Ausgangssignal zur Intensität des Eingangssignals bestimmt und
daraus das Steuersignal für die Einstellung des Phasenstellers
ermittelt.
Wird die Anordnung von erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedern
verwendet, bei der mindestens zwei identische Dämpfungsglieder
jedoch nur ein Regelungsprozessor vorhanden sind, wird in vor
teilhafter Weise mittels des mit allen Detektoren und allen
Phasenstellern verbundenen Regelprozessors aus allen ermittel
ten Intensitäten der ersten Ausgangssignale eine gewünschte
Intensität ermittelt, auf die dann - u. U. abgesehen von durch
die Wellenabhängigkeit des Verstärkers verursachte Unterschiede
- alle Intensitäten der ersten Ausgangssignale gebracht werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Dämpfungsglieds und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in
den Unteransprüchen offenbart.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von durch Zeichnungen
erläuterten Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. Es
zeigen
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine mikrooptische
Ausführung des erfindungsgemäßen Dämpfungsglieds,
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine integriert optische
Ausführung des erfindungsgemäßen Dämpfungsglieds,
Fig. 3 in schematischer Darstellung eine weitere integriert
optische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungsglieds
und
Fig. 4 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus einer
Anordnung, die erfindungsgemäße Dämpfungsglieder einschließt.
Die im folgenden beschriebenen Ausführungsformen der erfin
dungsgemäßen Dämpfungsglieder und Verfahren sind zwar besonders
vorteilhaft, es sei aber klargestellt, daß sie nur beispielhaft
genannt sind und daß mannigfaltige Abweichungen von ihnen im
Rahmen der Ansprüche möglich sind.
In der Fig. 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Dämpfungs
glied 1 gezeigt, das ein Mach-Zehnder-Interferometer 2
einschließt, welches in Freistrahltechnik aufgebaut ist. Zum
Interferometer gehören zwei planparallele Platten 3 und 6
(generell kann statt einer planparallelen Platte auch jeweils
ein Strahlteiler verwendet werden), zwei Spiegel 4 und 5 und
ein Phasensteller 7. Die Mittelpunkte der Platten und der
Spiegelebenen bilden ein Rechteck. Die Ebenen der Spiegel 4 und
5 und der Platte 6 sind parallel zur Ebene der Platte 3
ausgerichtet. Durch den Phasensteller verläuft die Verbindungs
linie zwischen den Mitten der Ebene des Spiegels 4 und der
Platte 6. In der Fortsetzung der Verbindungslinie zwischen der
Ebene des Spiegels 5 und der Platte 6 über die Platte 6 hinaus
liegt der Detektor 8 mit seinem der Platte 6 zugewandten
Eingang. Ein - nicht gezeigter - Regelungsprozessor ist mit dem
Ausgang des Detektors und dem Phasensteller verbunden (Dies
gilt entsprechend für die weiter unten besprochenen Dämpfungs
glieder).
Um ein ankommendes Eingangssignal 9 zu dämpfen, läßt man es in
einem Winkel von etwa 45° auf die Platte 3 fallen, an der es in
Teilsignale 10 und 11 gespalten wird, wobei das Teilsignal 10
an der Platte 3 reflektiert und das Teilsignal 11 durch sie
hindurchgeht. Das Teilsignal 10 wird am Spiegel 4 reflektiert,
passiert den Phasensteller 7 und trifft auf die Platte 6. Das
Teilsignal 11 wird am Spiegel 5 reflektiert und vereinigt sich
in der Platte 6 mit dem Teilsignal 10. Aus der Platte 6 treten
Ausgangssignale 12 und 13 aus, wobei das erste Ausgangssignal
12 in dieselbe Richtung wie das Teilsignal 10 und das zweite
Ausgangssignal 13 in dieselbe Richtung wie das Teilsignal 11
läuft. Das Ausgangssignal 13 trifft auf den Eingang des Detek
tors 8. Beim Ausgangssignal 12 handelt es sich um das gedämpfte
Signal. Die Summe der Intensitäten (I13) und (I12) des
Ausgangssignals 13 bzw. des gedämpften Signals ist gleich der
Intensität (I9) des Eingangsignals 9:
I13 + I12 = I9 (1)
Außerdem steht I12 zu I9 im Verhältnis
I12 = α . I9 (2)
wobei α von der Einstellung des Phasenstellers abhängig ist.
Aus (1) und (2) folgt:
Wie α von der Einstellung des Phasenstellers abhängt, ist be
kannt bzw. läßt sich durch einfache Versuche ermitteln. Eben
falls ist bekannt bzw. läßt sich durch einfache Versuche ermit
teln, wie ein elektronisches Steuersignal des Regelungsprozes
sors die Einstellung des Phasenstellers verändert, d. h. der
Interferometergang in Abhängigkeit vom Steuersignal Sg ist
bekannt (α = α(Sg)). Aufgrund der oben aufgezeigten Zusammen
hänge läßt sich I12 wie folgt auf den gewünschten Pegel
einstellen:
Der Detektor erzeugt ein I13 proportionales Detektorsignal, aus
dem der Regelungsprozessor den Wert von I13 bestimmt. Daraus
rechnet der Regelungsprozessor unter Berücksichtigung der Ein
stellung des Phasenstellers I12 und aus den Intensitäten beider
Ausgangssignale I9. Aus I9 und der gewünschten Intensität des
ersten Ausgangssignals wird die der gewünschten Intensität
entsprechende Intensität des zweiten Ausgangssignals berechnet
und schließlich wird die Einstellung des Phasenstellers mittels
Steuersignalen solange verändert, bis die auf dem Detektor
treffende Intensität gleich der genannten entsprechenden ist.
Alternativ kann man auch so vorgehen, daß man aus I9 und dem
gewünschten Intensitätswert I12g des ersten Ausgangssignal den
für I12g geltenden α-Wert berechnet, aus dem man dann das
Steuersignal ermittelt, mit welchem die Phasenstellereinstel
lung bewirkt wird, bei der I12 = I12g ist.
In der Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Dämpfungsglied 21 in
integriert optischer Ausführung gezeigt. Das Interferometer
weist einen Y-Verzweiger 23 und einen Y-Wellenleiter 24 auf,
deren Standbeine 25 und 26 voneinander abgewandt und deren
V-Bereiche einander zugewandt sind. Die Lücken zwischen den
V-Bereichen sind durch zueinander parallele Wellenleiterstücke
27 und 28 überbrückt, so daß die V-Bereiche und die zueinander
parallelen Wellenleiterstücke ein Sechseck bilden. Das paral
lele Wellenleiterstück 27 ist durch den Phasensteller 37
geführt. Der Abstand zwischen den Wellenleiterstücken ist so
groß, daß Wellen, die in ihnen geleitet werden, nicht in
Wechselwirkung treten können. Der Wellenleiter 26 bildet außer
dem das Standbein eines weiteren, jedoch asymmetrischen
Y-Verzweigers 29, dessen V-Bereich von dem des Y-Wellenleiters
24 abgewandt ist. Den einen Schenkel des V bildet der Wellen
leiter 30, der zum Eingang eines Detektors 38 führt, den ande
ren der Wellenleiter 31, der das gedämpfte Signal leiten soll.
Bei den integriert optischen Ausführungsformen des erfindungs
gemäßen Dämpfungsglieds werden die Signale in Wellenleitern
geführt, welche aus sehr unterschiedlichen Materialien bestehen
können. Bevorzugt bestehen Wellenleiter aus Materialien für die
integrierte Optik aus der Gruppe Siliciumoxinitrid, Polymer,
ionendiffundiertes Material und InGaAsP-Materialien. Die
Wellenleiter sind mit Materialien umhüllt, welche einen gerin
geren Brechungsindex haben als das Material der Wellenleiter.
Als Umhüllungsmaterial für Siliciumoxinitrid eignet sich
beispielsweise Siliciumdioxid, insbesondere dann, wenn eine
Siliciumscheibe als Substrat verwendet wird, aus der das Sili
ciumdioxid mindestens teilweise durch thermische Oxidation
erzeugt werden kann. Ein Polymer, das sich durch einen
geringeren Brechungsindex unterscheidet, kann zum Umhüllen der
Wellenleiter aus Polymer verwendet werden. InGaAsP-Materialien,
die mittels Dampfabscheidung aus der Gasphase selektiv auf ein
Substrat aufgebracht werden können, kann man beipielsweise mit
InP umgeben. Bei allen genannten Beispielen eignet sich als
Unterlage eine Siliciumscheibe oder auch eine Scheibe aus InP-
Material. Bei einem ionendiffundierten Material kann es sich
beispielsweise um dotiertes Quarz oder dotiertes Lithiumniobat
handeln, in die Ionen, beispielsweise Ag+ bzw. Ti4+, mittels
Diffusion selektiv eingebracht worden sind. Damit das ionen
diffundierte Material von allen Seiten mit - beispielsweise -
Quarz mit geringerem Brechungsindex umgeben ist, werden in ei
nem zweiten Diffusionsschritt unter Anlegung eines elektrischen
Feldes die eindiffundierten Ionen tiefer in das Quarz hineinge
trieben. Alternativ lassen sich die Ionen mittels Ionenimplan
tation direkt auf die gewünschte Tiefe bringen. Das Quarz kann
auch als Substratmaterial dienen, aber auch eine Siliciumschei
be, auf der Quarz gut haftet, ist - ebenso wie für das Niobat -
brauchbar. Bei der Herstellung der Wellenleiter lassen sich aus
der Halbleitertechnik wohlbekannte und gut beherrschte
Techniken, wie Photolithographie, Ätzen, Diffundieren, Ionenim
plantation und Abscheiden aus der Gasphase, insbesondere dann
vorteilhaft einsetzen, wenn ein hoher Mikrominiaturisierungs
grad und/oder eine hohe Integrationsdichte angestrebt wird. Die
integriert optischen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Dämpfungsglieder haben den zusätzlichen Vorteil, daß nicht nur
das Dämpfungsglied einschließlich des Detektors, beispielsweise
in Form einer pin-Diode, und des Regelprozessors, sondern bei
bevorzugten Anwendungen auch eine Vielzahl von Dämpfungsglie
dern in einer Anordnung integriert sein können.
Ein Signal, das mittels des in der Fig. 2. gezeigten Dämpfungs
glieds gedämpft werden soll, wird über den Wellenleiter 25
eingeführt und am Y-Verzweiger 23 geteilt. Die beiden Teilsig
nale vereinigen sich wieder im Y-Wellenleiter 24, nachdem das
eine von ihnen den Phasensteller 37 durchlaufen hat. Das verei
nigte Signal wird durch den Wellenleiter 26 weitergeleitet und
im asymmetrischen Y-Verzweiger 29 erneut geteilt. Das erste
Ausgangssignal mit der größeren Intensität, welches das gedäm
pfte Signal darstellt, wird durch den Wellenleiter 31 geleitet,
das zweite Ausgangssignal mit der geringeren Intensität durch
den Wellenleiter 30 zum Detektor. Die Einstellung des Intensi
tätsverhältnisses ist dem Fachmann geläufig und läßt sich sehr
genau durchführen. Das Intensitätsverhältnis liegt bevorzugt
bei < 5 : 95 und besonders bevorzugt bei etwa 1 : 99. Um eine
gewünschte Intensität des gedämpften Signals einzustellen, wird
das intensitätsabhängige Detektorsignal zum Regelungsprozessor
geleitet, in dem die Intensität des zweiten Ausgangssignals
bestimmt wird. Über das festgelegte Verhältnis, in dem die
Intensitäten des ersten und des zweiten Ausgangssignals
zueinander stehen, wird aus der gewünschten Intensität des
ersten Ausgangssignals die ihr entsprechende Intensität des
zweiten Ausgangssignal berechnet. Dann wird der Phasensteller
solange verändert bis die auf den Detektor treffende Intensität
gleich der genannten entsprechenden ist. Alternativ kann über
das festgelegte Verhältnis, in dem die Intensitäten des ersten
und des zweiten Ausgangssignals zueinander stehen, zusätzlich
die Intensität des ersten Ausgangssignals ermittelt werden.
Dann wird der Unterschied zwischen gewünschter und tatsäch
licher Intensität bestimmt und aus der Differenz ein Steuer
signal zur Einstellung des Phasenstellers ermittelt, das die
Phasenlage des durch ihn hindurchgeführten Teilsignals soweit
ändert, daß aufgrund konstruktiver bzw. destruktiver Interfe
renz am Y-Wellenleiter 24 das gedämpfte Signal im Wellenleiter
31 die gewünschte Intensität aufweist. Die zwischen der
Intensitätsdifferenz und dem Steuersignal bestehende Beziehung
ist von der Art des Phasenstellers abhängig.
In der Fig. 3 ist in integriert optischer Ausführung ein weite
res erfindungsgemäßes Dämpfungsglied 41 gezeigt. Es weist - wie
das in Fig. 2 gezeigte - den Y-Wellenleiter 23, den Wellenlei
ter 25, die Wellenleiterstücke 27 und 28 und den Phasensteller
37 auf. Jedoch werden die beiden vom V-Bereich des Y-Wellenlei
ters 23 ausgehenden Wellenleiter nach den Wellenleiterstücken
27 und 28 nicht wieder zusammengeführt, sondern gehen in einen
Richtkoppler 32 von festgelegter Länge über, in der die beiden
Wellenleiter in einem geringen Abstand von bevorzugt etwa 2 bis
4 µm voneinander und parallel zueinander verlaufen, bevor sie -
einen spitzen Winkel einschließend - wieder auseinanderlaufen,
wobei der eine zum Eingang des Detektors 38 führt und der ande
re das gedämpfte Signal leitet. Um störendes Streulicht zu
absorbieren, ist es vorteilhaft, zwischen den vom V-Bereich des
Y-Wellenleiters ausgehenden und zwischen den nach dem Richtkop
pler auseinander laufenden Wellenleitern Lichtfallen 36
vorzusehen.
Ein Signal, das mittels des in der Fig. 3 gezeigten Dämpfungs
glieds 41 gedämpft werden soll, wird über den Wellenleiter 25
eingeführt und am Y-Wellenleiter 23 geteilt. Nachdem das eine
Teilsignal den Phasensteller durchlaufen hat, werden die beiden
Teilsignale durch den Richtkoppler 32 geführt. Im Richtkoppler
treten die beiden Teilsignale miteinander in Wechselwirkung mit
der Folge, daß die Intensität des einen Teilsignals allmählich
vollständig in das andere Signal übergeht und, wenn der
Richtkoppler ausreichend lang ist, wiederholt sich der Vorgang
in umgekehrter Richtung. Die Erzeugung eines gedämpften Signals
gewünschter Intensität erfolgt wie im Zusammenhang mit der in
der Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform.
Die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen lassen sich
auch in mikrooptischer Glasfasertechnik aufbauen.
Eine der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform im Prinzip
vergleichbare Anordnung, bei der das Interferometer in dersel
ben Weise aufgebaut ist, wie es die Fig. 1 zeigt, läßt sich
auch in mikrooptischer Freistrahl- oder Glasfasertechnik ver
wirklichen. Der auf den Detektor treffende Teilstrahl wird
jedoch nicht an der planparallelen Platte abgezweigt, vielmehr
geht die vom Spiegel 4 ausgehende, durch den Phasensteller und
die planparallele Platte 6 hindurchgehende Gerade auch durch
einen teildurchlässigen Spiegel, dessem Spiegelebene etwa
parallel zur planparallelen Platte 6 ausgerichtet ist. Der
Eingang des Detektors liegt in der Reflexionsrichtung des
Spiegels.
Der Detektor 8 bzw. 38 kann ein beliebiger Detektor für Licht
strahlen sein. Bevorzugt wird entsprechend dem Leistungsbudget
und dem benötigten Signal-/Rauschverhältnis des Netzwerks eine
Photodiode eingesetzt, besonders bevorzugt vom pin- oder
Avalanche-Typ, die bei integriert optischem Aufbau zusammen mit
dem Dämpfungsglied in einer Anordnung integriert sein kann.
Die Phasenänderung im Phasensteller erfolgt über den
Brechungsindex. Dieser kann thermooptisch, beispielsweise
mittels einer Heizung, akustooptisch, beispielsweise mittels
eines akustooptischen Modulators, oder elektrooptisch,
beispielsweise durch das Anlegen bzw. Verändern eines
elektrischen Feldes beeinflußt werden.
Anhand der in der Fig. 4 gezeigten Anordnung soll im folgenden
eine typische Anwendung der Erfindung, nämlich die gleichmäßige
Verstärkung von Signalen unterschiedlicher Wellenlänge und/oder
unterschiedlicher Eingangsintensität erläutert werden.
Die in der Fig. 4 gezeigte Anordnung weist eine Vielzahl von
erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedern 51 auf, wobei alle Däm
pfungsglieder von der gleichen Ausführungsform sind. Im vorlie
genden Fall soll es sich um Dämpfungsglieder handeln, wie sie
oben anhand der Fig. 2 beschrieben worden sind. Zu jedem Inter
ferometer 52 führt ein Wellenleiter 53, der im Interferometer
in zwei Arme aufgeteilt wird, die - nachdem der eine Arm den
Phasensteller 60 durchlaufen hat - wieder zum Wellenleiter 54
vereinigt werden, welcher dann im asymmetrischen Y-Wellenlei
ter 55 in die Teilwellenleiter 56 und 57 aufgespalten wird. Der
Teilwellenleiter 56 mündet wie die Teilwellenleiter 56 aller
anderen Dämpfungsglieder 51 in einen Sammelwellenleiter 71 und
der Teilwellenleiter 57 wird - wiederum wie die Teilwellenlei
ter aller anderen Dämpfungsglieder 51 - zum Eingang eines
Detektors 68 geführt. Die Ausgänge aller Detektoren sind mit je
einer Leitung mit einem Regelungsprozessor 70 verbunden, der
mit je einer Leitung Verbindung mit allen Phasenstellern 60
hat. Die Anordnung kann beispielsweise Teil einer Telefonver
mittlungsanlage sein. Das o. g. dem in der Fig. 2 gezeigten ver
gleichbare Dämpfungsglied, bei dem die Teilsignale an einem
teildurchlässigen Spiegel erzeugt werden, läßt sich in prinzi
piell identischer Weise bei der beschriebenen Anordnung
einsetzen.
Bei der typischen Anwendung der in der Fig. 4 schematisch
gezeigten Anordnung kommen an einer größeren Anzahl der Wellen
leiter 53 Signale mit Telefongesprächen an. Die Signale sollen
gemeinsam verstärkt werden. Da jedoch die Wellenlängen und/oder
zurückgelegten Wegstrecken unterschiedlich sind, sind auch die
Intensitäten der ankommenden Signale unterschiedlich. Vor der
Verstärkung müssen die Intensitäten auf denselben Pegel
gebracht werden. Dazu dient die in der Fig. 4 gezeigte Anord
nung. Nachdem die Signale die Interferometer passiert und am
asymmetrischen Y-Wellenleiter 55 in der Weise im Verhältnis
1 : 99 geteilt worden sind, daß die Signale mit der geringeren
Intensität in den Teilwellenleitern 57 zu den Detektoren 60 und
die Signale mit der größeren Intensität in den Sammelwellenlei
ter 71 geleitet werden, sind die Intensitäten aller gedämpften
Signale - bis auf den optischen Frequenzgang der Verteiler -
auf die Intensität des Signals mit der geringsten Intensität
eingestellt. Die Einstellung erfolgt wie im Zusammenhang mit
der Ausführungsform gemäß Fig. 2 beschrieben mit dem Unter
schied, daß nicht auf eine gewünschte Intensität eingestellt
wird, sondern auf die geringste vorkommende. Diese muß vom
Regelungsprozessor erst aus den Ausgangssignalen der Detektoren
ermittelt werden, bevor die Unterschiede zwischen den tatsäch
lichen und der einzustellenden Intensitäten ermittelt und
daraus für jeden Phasensteller ein individuelles Regelungs
signal erzeugt wird. Das Ergebnis sind gedämpfte Signale mit
derselben Intensität in allen Wellenleitern 57, die gemeinsam
verstärkt werden können. Die beschriebene Regelung erfolgt on
line, was erforderlich ist, weil sich die Intensität der
ankommenden Signale in jedem Augenblick ändern kann.
Die Dämpfungsglieder der in der Fig. 4 gezeigten Anordnung
können auch wie die oben anhand der Fig. 1 und 3 beschriebenen
aufgebaut sein. Die Einstellung von allen gedämpften Signalen
auf die geringste Intensität erfolgt wie im Zusammenhang mit
der Ausführungsform gemäß Fig. 1 beschrieben allerdings auch
mit dem Unterschied, daß nicht auf eine gewünschte Intensität
eingestellt wird, sondern auf die geringste vorkommende.
Claims (18)
1. Optisches Dämpfungsglied, welches ein Mach-Zehnder-Interfe
rometer mit einem Phasensteller in mindestens einem der Inter
ferometerarme und Mittel beinhaltet, um nach der Interferenz
des im Interferometer geführten Lichts zwei Ausgangssignale zu
erzeugen, deren Intensitäten in einer definierten Beziehung
zueinander stehen, und von denen das erste auf eine gewünschte
Intensität gebracht werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß
ein auf die Strahlungsintensität ansprechender Detektor, auf
den das zweite Teilsignal trifft, und ein mit dem Ausgang des
Detektors und dem mindestens einen Phasensteller elektrisch
verbundener Regelungsprozessor zur Berechnung eines Steuersig
nals für den Phasensteller unter Berücksichtigung das intensi
tätsabhängigen Detektorsignals, der genannten definierten
Beziehung, der gewünschten Intensität des ersten Ausgangs
signals und der Abhängigkeit des Interferometergangs vom
Steuersigna, und zur Erzeugung und Übermittlung des
Steuersignals vorhanden sind.
2. Dämpfungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
es mikrooptisch, bevorzugt in Freistrahl- oder Fasertechnik,
oder integriert optisch aufgebaut ist.
3. Dämpfungsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem in Freistrahltechnik ausgeführten Dämpfungsglied als
Mittel zum Erzeugen der Ausgangssignale eine planparallele
Platte oder ein optischer Strahlteiler am Ausgang des
Interferometers dient.
4. Dämpfungsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem in Freistrahltechnik ausgeführten Dämpfungsglied als
Mittel zum Erzeugen der Ausgangssignale ein teildurchlässiger
Spiegel oder ein optischer Strahlteiler im Strahlengang des
einen in der planparallelen Platte oder im optischen
Strahlteiler erzeugten Signals dient.
5. Dämpfungsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem in Fasertechnik oder integriert optisch ausgeführten
Dämpfungsglied das ausgangsseitige Ende des Interferometers von
einem Y-Wellenleiter gebildet wird und daß als Mittel zum
Erzeugen der Ausgangssignale ein asymmetrischer Y-Verzweiger
zum Strahlteilen dient, wobei der Y-Wellenleiter und der Y-
Verzweiger das Standbein des Y gemeinsam haben.
6. Dämpfungsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem in Fasertechnik oder integriert optisch ausgeführten
Dämpfungsglied das ausgangsseitige Erde des Interferometers von
zwei aufeinander zulaufenden Wellenleitern und einem Richtkopp
ler gebildet wird, in welchen die Wellenleiter einmünden, und
daß die Mittel zum Erzeugen der Ausgangssignale von den aus dem
Richtkoppler austretenden, V-förmig auseinander laufenden
Wellenleitern gebildet werden.
7. Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 2, 5 und 6, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der integriert optischen Ausführungs
form die Wellenleiter aus einem Material aus der Gruppe
Siliciumnitrid, Polymer, ionendotiertes Quarz oder Lithiumnio
bat, InGaAsP und andere wellenleitende Materialien bestehen.
8. Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 2 und 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß bei integriert optischem Aufbau
zwischen - in Strahlrichting - auseinander laufenden
Wellenleitern Lichtfallen vorgesehen sind.
9. Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 4, 5, 7 und 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitätsverhältnis der am
asymmetrischen Y-Teiler oder am teildurchlässigen Spiegel
erzeugten Ausgangssignale < 5 : 95 ist, wobei das Teilsignal
mit der geringeren Intensität auf den Detektor trifft.
10. Dämpfungsglied nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Intensitätsverhältnis etwa 1 : 99 ist.
11. Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Änderung der Phase im mindestens einen
Phasensteller thermooptisch, akustooptisch oder elektrooptisch
erfolgt.
12. Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Detektor eine Photodiode, besonders
bevorzugt vom pin- oder Avalanche-Typ, ist.
13. Anordnung von Dämpfungsgliedern nach einem der Ansprüche 1
bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß von solchen Dämpfungsglie
dern mindestens zwei identische vorhanden sind, jedoch nur ein
Regelungsprozessor für die mindestens zwei Dämpfungsglieder
vorgesehen ist, der mit allen Detektorausgängen und allen
Phasenstellern elektrisch leitend verbunden ist, wobei der
Regelungsprozessor die Funktionen zur individuellen Steuerung
jedes der vorhandenen Dämpfungsglieder und zusätzlich eine
Funktion zur Ermittlung der gewünschten Intensität unter
Berücksichtigung aller bestimmten Intensitäten der zweiten
Ausgangssignale aufweist.
14. Verfahren zum Dämpfen der Intensität optischer Signale
unter Verwendung insbesondere eines Dämpfungsglieds nach einem
der Ansprüche 1 bis 12 oder einer Anordnung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Signal auf den
Eingang eines Mach-Zehnder-Interferometers gerichtet wird und
zwei Ausgangssignale erzeugt werden, von denen das erste auf
einen gewünschten Intensitätspegel gedämpft werden soll und das
zweite auf einen Detektor trifft, daß mit einem Regelungspro
zessor die der gewünschten Intensität entsprechende Intensität
des zweiten Ausgangssignals bestimmt und mit der vom Regelungs
prozessor aus dem der Intensität proportionalen Detektorsignal
bestimmten Intensität des zweiten Ausgangssignals verglichen
wird und dann die Einstellung des Phasenstellers solange verän
dert wird, bis die auf den Detektor treffende Intensität mit
der genannten entsprechenden Intensität übereinstimmt oder
alternativ aus der ermittelten Intensität des zweiten Ausgangs
signals die zugehörige Intensität des ersten Ausgangssignals
berechnet und mittels dieser und der gewünschten Intensität
des ersten Ausgangssignals ein Steuersignal für den Phasenstel
ler unter Berücksichtigung der Abhängigkeit des Interferometer
gangs vom Steuersignal ermittelt wird, mit dem die Intensität
des ersten Ausgangssignal auf den gewünschten Pegel gebracht
wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, insbesondere unter Verwendung
eines Dämpfungsglieds nach einem der Ansprüche 4, 5 und 7 bis
12 oder einer Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich
net, daß über das festgelegte Verhältnis, in dem die Intensi
täten des ersten und des zweiten Ausgangssignals zueinander
stehen, aus der gewünschten die genannte entsprechende
Intensität ermittelt oder bei der Alternative die Intensität
des ersten Ausgangssignals über das festgelegte Verhältnis, in
dem die Intensitäten des ersten und des zweiten Ausgangssig
nals zueinander stehen, berechnet und der Unterschied zwischen
der berechneten und der gewünschten Intensität des ersten
Ausgangssignals bestimmt und aufgrund des Unterschieds das
Steuersignal für den Phasensteller erzeugt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, insbesondere unter Verwendung
eines Dämpfungsglieds nach einem der Ansprüche 3, 6 bis 8, 11
und 12 oder einer Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß aus der Intensität des zweiten Ausgangssignals
unter Berücksichtigung der Einstellung des Phasenstellers die
Intensität des ersten Ausgangssignals und aus den beiden
Intensitäten die Intensität des Eingangssignals ermittelt und
aus der Intensität des letzteren und der gewünschten
Intensität des ersten Ausgangssignals die genannte entsprechen
de Intensität des zweiten Ausgangssignals ermittelt, oder das
Verhältnis der gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignal
zur Intensität des Eingangssignals bestimmt und daraus das
Steuersignal für die Einstellung des Phasenstellers ermittelt
wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16 unter Verwen
dung einer Anordnung insbesondere nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß mittels eines mit allen Detektoren und
allen Phasenstellern verbundenen Regelprozessors aus allen
ermittelten Intensitäten der ersten Ausgangssignale eine
gewünschte Intensität ermittelt wird, auf die dann alle
Intensitäten der ersten Ausgangssignale gebracht werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die gewünschte Intensität gleich der geringsten unter den
ermittelten Intensitäten der ersten Ausgangssignale ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998120295 DE19820295C1 (de) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | Optisches Dämpfungsglied, Anordnung optischer Dämpfungsglieder und Verfahren zum Dämpfen der Intensität optischer Signale |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998120295 DE19820295C1 (de) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | Optisches Dämpfungsglied, Anordnung optischer Dämpfungsglieder und Verfahren zum Dämpfen der Intensität optischer Signale |
Publications (1)
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---|---|
DE19820295C1 true DE19820295C1 (de) | 1999-12-09 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998120295 Expired - Fee Related DE19820295C1 (de) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | Optisches Dämpfungsglied, Anordnung optischer Dämpfungsglieder und Verfahren zum Dämpfen der Intensität optischer Signale |
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---|---|
DE (1) | DE19820295C1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2001069270A1 (en) * | 2000-03-14 | 2001-09-20 | Poseidon Scientific Instruments Pty Ltd | Improvements in interferometric signal processing apparatus |
DE102007004891A1 (de) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | CCS Technology, Inc., Wilmington | Optischer Verzweiger |
CN106537083A (zh) * | 2014-08-12 | 2017-03-22 | 视乐有限公司 | 瞬时时域光学相干断层成像术 |
CN110335522A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-10-15 | 华东师范大学 | 利用压电陶瓷模拟引力波的小型量子干涉仪 |
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1998
- 1998-05-07 DE DE1998120295 patent/DE19820295C1/de not_active Expired - Fee Related
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Date | Code | Title | Description |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
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