DE2506272C2 - Belichtungsautomat für einen Röntgengenerator - Google Patents

Description

grammen.

65 Bei einem bekannten Richtkopplar (S. E. Miller, Bell

,..„.., ...... ^Svst· ^Techn· J- VoI- 48 [1969], S. 2059) und zahlreichen

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines damit verwandten Kopplern erfolgt die Kopplung zwei-

selbstabbildenden Wellenleiters, in den am einen Ende er identischer optischer Streifer.leiter, indem diele Lei

ter ein Stück weit in sehr geringem Abstand (typisch 1 μΐη) nebeneinander her geführt werden.

Ihre quergedämpften, elektromagnetischen Außenfelder überlappen sich dann und bewirken so die Kopplung. Auf demselben Prinzip beruht auch ein aus Fig. 10 der US-PS 36 14 198 bekannter Sirahlenteiler. Die Herstellung derartiger Strukturen mit der erforderlichen hohen mechanischen Genauigkeit bereitet ganz erhebliche technische Schwierigkeiten (vergleiche z. B. Ostrowsky et al. in Applied Optics, Vol. 13 [1974], S. 636).

Ein anderer bekannter Strahlenteiler der integrierten Optik beruht auf der Bragg-Reflexion des ankommenden geführten Lichtstrahles an einem auf dem Wellenleiter befindlichen Gitter (Pennington und Kuhn, Optics Communications, Vol. 3 [1971], S. 357). Die Herstellung dieses Strahlenteilers kann holographisch erfolgen, erfordert aber ebenfalls sehr hohe Präzision, denn der Abstand und die Tiefe der Gitterfurchen sind sehr kritisch.

Die genannten Herstellungsprobleme entfallen weitgehend, wenn zwei optische Streifenleiter nicht an ihren Schmalseiten, sondern über ihre Breitseiten gekoppelt werden (F. Zernicke, Applied Physics Letters, Bd. 24 [1974], S. 285), oder wenn die Strahlenteilung durch eine einfache Verzweigung eines Streifen- oder Schichtleiters in der zur Schicht senkrechten Richtung erfolgt (H. Yajima, Applied Physics Letters, 22 [1973J S. 647). Bei diesen Strahlenteilern bleibt das im ankommenden Leiter geführte (eindimensionale) Bild bei der Teilung erhalten. Für viele Anwendungen ist es dann aber erforderüch, den vom Substrat abgewandten Lichtleiter seitlich neben den anderen Leiter wieder herabzuführen, und es ist keine einfache Methode bekannt, dabei das Bild zu erhalten. Eine besondere Schwierigkeit bei der zuletzt erwähnten Wellenleiterverzweigung besteht ferner darin (wie weiter unten noch erläutert werden wird), daß das Teilungsverhältnis sehr kritisch von der Länge des Wellenleiters vor der Verzweigung abhängt, wofür bisher keine Erklärung gefunden werden konnte. Schließlich erlauben die bekannten Strahlenteiler normalerweise auch nur eine Aufteilung in zwei Teilströme, so daß für eine weitergehende Aufteilung mehrere Teiler hintereinandergeschaltet werden müssen.

Aus der Zeitschrift »Optical Technology«, Bd. 37, S. 355-358, Bd. 38, S. 655, und Bd. 40, S. 78, ist es bekannt, daß am Ausgang eines Schicht- oder Rechteckleiters Interferenzmuster entstehen, wenn eingangsseitig ein leuchtender Objektpunkt genau auf der Achse des Wellenleiters vorliegt. Dies ist keine optische Abbildung, bei der nicht nur einzelne Objektpunkte₍ sondern ausgedehnte Bereiche unter Beibehaltung der relativen Lage und Helligkeit ihrer Objektpunkte übertragen werden müssen. Eine Strahlenteilung ist auch mit bekannten selbstfokussierenden Wellenleitern (»Applied Optics«, Bd. 9, 1970, S. 753) nicht möglich, obwohl diese an sich als abbildendes System eingesetzt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung eines selbstabbildenden Wellenleiters zur optischen Strahlenteilung und zur Bildmanipulation für ausgedehnte Objektbereiche bzw. entsprechende Vorrichtungen anzugeben, welche weniger aufwendig bzw. konstruktiv einfacher sind als die bekannten Strahlenteiler und möglichst auch eine Aufteilung in oder Vereinigung von mehr als zwei Teilströmen gestatten.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Merkmale bzw. durch die in den Unteransprüchen beschriebenen Vorrichtungen gelöst

Erfindungsgemäß erfolgt die Strahlenteilung mittels eines geeignet dimensionierten optischen Schicht- oder Streifenleiters. Damit ist es vorteilhaft möglich, an bis zu q in einer oder beiden Querrichtungen nebeneinander- ) liegenden Bereichen zugeführtes Licht in einer Ausgangsebene gleichzeitig an bis zu q in der- oder denselben Querrichtungen nebeneinanderliegenden Bereichen wieder zu entnehmen.

Ein zur optischen Abbildung eines Objektes geeignetes System mit einem schicht- oder streifenförmigen Wellenleiter der eingangs erwähnten Art, bei dem die Länge der längs der Achse des Wellenleiters gemessenen Entfernung des Objektes vom Bild unter Berücksichtigung der Brechzahl des Wellenleitermaterials und der Wellenlänge in einer bestimmten Beziehung zu ei- ' ner typischen Querabmessung des Wellenleiters stehen muß, wurde bereits vorgeschlagen (DE-PS 24 45 150). ^: Insbesondere kann bei dem vorgeschlagenen Abbildungssystem der Wellenleiter zur Kopplung von zwei auf einem Substrat befindlichen Schichtleitern einer integrierten optischen Anordnung zwischen oder auf den Enden der beiden Schichtleiter angeordnet und so bemessen sein, daß die Enden der Wellenleiter in der Weise wechselseitig aufeinander abgebildet werden, daß dabei ein Bild der Enden zwischen den Schichtleitern in einem Abstand von dem Substrat entsteht Da bei dem vorgeschlagenen System der Abbildungsparameter h stets eine ganze Zahl ist, war es als Strahlenteiler im obenerwähnten allgemeinen Sinn nicht geeignet

Im Gegensatz zu dem vorgeschlagenen System beruht die Erfindung auf der Möglichkeit einer Mehrfach- _f bildung bei nicht ganzzahligen Werten des Abbildungsparameters h. Die hier beschriebene Strahlteilung eignet sich besonders zur Anwendung im Zusammenhang mit elektro-optischen Modulatoren. Darüber hinaus können auf besonders einfache Weise gewisse Operationen mit optischen Bildern vorgenommen werden, die in der optischen Bildauswertung nützlich sind. So kann z. B. ein gegebenes Bild sehr einfach in seinen symmetrischen und antisymmetrischen Teilen zerlegt werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten werden weiter unten als Beispiele angegeben.

Anhand der Zeichnung wird im folgenden zunächst die Strahlenteilung theoretisch erläutert, und es werden einige diese Theorie bestätigende Experimente beschrieben. Dann werden einige konkrete Anwendungsbeispiele angegeben. In der Zeichnung zeigen

F i g. 1 bis 3 einen Längsschnitt durch einen dielektrischen Schichtleiter, wie er im Prinzip zur Durchführung desJStrahjteilungsverfahrens verwendet werden kann,

F i g. 4 bis 7 Darstellungen zweidimensionaler Raumgruppen zur Ermittlung möglicher Querschnittsformen der erfindungsgemäß verwendbaren Wellenleiter,

F i g. 8 eine Versuchsanordnung zum experimentellen Nachweis der Eigenschaften strahlenteilender Wellenleiter,

F i g. 9 und 10 einen dicken bzw. dünnen Schichtleiter zur Strahlenteilung,

F i g. 11 ein aus einem Strahlenteiler gebildetes optisch-elektronisches Verknüpfungsglied,

Fig. 12 und 13 Wellenleiter von zur Bildzerlegung bzw. zur Bildmodulation oder zur Umschaltung dienenden Strahlenteilern,

Fig. 14 Strahlenteiler zur Erzeugung von Ausgangsbildern ungleicher Intensität,

Fig. 15 einen als Sternkoppler dienenden Strahlenteiler und

Fig. 16 verschiedene Ausführungsformen von Wellenleitern mit schrägen oder unregelmäßigen Endflä-

Optische Wellenleiter gewisser Querschnittsformen, die ein dielektrisches Medium mit homogenem Brechungsindex enthalten, besitzen die Eigenschaft der Selbstabbildung (vgl. deutsche Patentanmeldung Nr. P 24 45 150.1). Zur Illustration dieser Eigenschaft zeigt F i g. 1 im Schnitt einen optischen Schichtleiter. In der z-Richtung schränken die beiden Wandflächen (z=Q und z= W) die Lichtausbreitung innerhalb der Schicht durch Reflexionen ein und bewirken so eine Wellenführung. In der y-Richtung (senkrecht zur Zeichenebene) und in der ^-Richtung ist dagegen die Ausbreitung in der Schicht ungehindert möglich. Daher ist dieser Schichtleiter ein zweidimensionales optisches Ausbreitungsmedium. Alle Strahlen monochromatischen Liehtes, die von einem Objektpunkt A ausgehend innerhalb der xz-Ebene verlaufen, vereinigen sich nach einer gewissen Länge L der Laufstrecke wieder in einem Bildpunkt A'. In gleicher Weise wie der Objektpunkt A werden auch alle anderen Punkte des Wellenleiterquer-Schnittes Jt=O auf den Querschnitt x=L abgebildet. In dem hier betrachteten Beispiel des Schichtleiters mit nur eindimensionaler Lichtführung erfolgt diese Selbstabbildung auch nur eindimensional, d. h. bezüglich der z-Richtung. In der y-Richtung erfolgt keine Abbildung. Die letztgenannte Abbildung, und damit eine vollständige (zweidimensionale) Selbstabbildung, ist möglich durch Verwendung eines zweidimensional führenden Wellenleiters, z. B. mit quadratischem Querschnitt. Im folgenden wird aber der Einfachheit halber zunächst nur die eindimensionale Selbstabbildung betrachtet. Ferner wird im folgenden stets angenommen, daß die Führung im Wellenleiter auf Totalreflexion beruht. Dafür ist bekanntlich notwendig, daß der Brechungsindex ß/des Leiterkernes größer ist als die Indizes der diesen Kern umgebenden Materialien. Wellenführung, Selbstabbildung und Strahlteilung funktionieren jedoch genauso in Wellenleitern, die auf der gewöhnlichen (Fresnel-)Reflexion beruhen. Bei solchen Leitern können die den Leiterkern umgebenden Materialien größere Indizes haben als der Kern. Insbesondere kann diese Umgebung ganz oder teilweise aus Metall bestehen, und ferner kann der Kern selbst leer sein (Vakuum, /j/= I).

Die Selbstabbildung kann, wie unten noch diskutiert wird, aus den Gesetzen der geometrischen Optik und der Beugung hergeleitet werden. Sie hängt praktisch nur ab von den Abmessungen des Wellenleiters, von seinem Brechnungsindex nr, und von der Vakuum-Wellenlänge λ des benutzten Lichtes. Die allgemeine Bedingung für die Selbstabbildung ist daß der »Abbildungs- so parameter«

= LÄI{4n_f ν/²«,)

(1)

eine ganze Zahl ist, also A=I, 2, 3 ... Dabei steht das erzeugte Bild für gerade Werte von h aufrecht, während es für ungerade A umgekehrt ist Die in GL (1) vorkommende Größe Weq ist eine typische Querabmessung des Wellenleiters. Im Falle des dielektrischen Schichtleiters ist W«, gleich der um die sogenannte Goos-Hähnchen-Eindringtiefe vergrößerten Schichtdicke W, weshalb für die meisten praktischen Zwecke W._q= Umgesetzt werden darf.

Es soll nun die Strahlenteilung mittels selbstabbildender Wellenleiter näher erläutert werden. Grundlage der zu beschreibenden Strahlenteiler ist die Beobachtung, daß bei nichtganzzahligen, aber rationalen Werten des Parameters A eine mehrfache Selbstabbildung erfolgt Zur Illustration sei angenommen, daß h=p/q sei mit kleinen, ganzen und teilerfremden (keinen gemeinsamen Teiler besitzenden) Zahlen ρ und q¥= 1. Praktisch kann dies z. B. einfach durch passende Wahl der Länge L des Wellenleiters erfolgen, denn die Größe A ist proportional zu L Dann vereinigen sich die von einem Objektpunkt A ausgehenden Strahlen (F i g. 2) nicht wieder in einem einzigen Punkte, sondern normalerweise in q separaten Bildpunkten.

Ist das abzubildende Objekt nicht punktförmig, sondern ausgedehnt, so wird entsprechend jeder Punkt des Objektes q-fach abgebildet. Dabei kann es zu einer mehrfachen Überdeckung der Bildebene x=L mit Bildpunkten kommen. Zur Übersichtlichkeit der Beschreibung ist es aber zweckmäßig, wenn man den Querschnitt des Wellenleiters in der z-Richtung in q gleich breite Unterbereiche aufteilt (F i g. 3). Jeder Unterbereich schneidet aus der Eingangsebene (x=0) und Ausgangsebene (x=L) des Wellenleiters gleich große Flächenstücke heraus, die als Eingangs- bzw. Ausgangs- »Fenster« definiert seien. Jedes dieser Fenster hat also in der z-Richtung die Breite W/q, und in der y-Richtung ist, in dem hier betrachteten Beispiel eines Schichtleiters, seine Ausdehnung sehr groß gegen die Dicke W des Leiters. Die Eingangs- und Ausgangsfenster werden noch, jeweils für sich, in der z-Richtung fortlaufend als E\ ...Eq und A\ ... /4, numeriert. Die Mehrfach-Abbildung kann dann wie folgt beschrieben werden:

(a) Jedes Eingangsfenster wird voll auf jedes der Ausgangsfenster abgebildet In dem hier betrachteten Beispiel eines Schichtleiters mit parallelen Wänden erfolgt die Abbildung im Maßstab 1 :1. Die q Bilder eines einzigen Eingangsfensters, wie z. B. E\ in F i g. 3 überdecken in der Ausgangsebene also den gesamten Querschnitt des Wellenleiters.

(b) Die von einem Eingangsfenster herrührenden Bilder in aufeinanderfolgenden Ausgangsfenstern A\...A_q sind abwechselnd aufrecht und umgekehrt (siehe F i g. 3). Und zwar ist das vom Eingangsfenster £, im Ausgangsfenster A₁ erzeugte Bild aufrecht, wenn die Größe (i+j+pq) eine gerade Zahl ist, während bei ungeradem (i+j+pq)e\n umgekehrtes Bild entsteht.

(c) Wenn Licht nur in ein einziges der Eingangsfenster eintritt, so haben die Bilder in allen Ausgangsfenstern die gleiche Intensität Korrespondierende Bildpunkte in verschiedenen Ausgangsfenstern sind untereinander kohärent, selbst bei zeitlich und räumlich inkohärentem Eingangsbild. Zwischen den einzelnen Ausgangsbildern bestehen jedoch gewisse, feste Phasendifferenzen. Diese hängen sowohl von der Position des Eingangs- wie des Ausgangs-Fensters ab und sind stets Vielfache von

(d) Tritt Licht gleichzeitig in mehrere der Eingangsfenster ein, so erzeugt jedes Eingangsfenster unabhän- gig von den anderen sein Bild in jedem der Ausgangsfenster. Das in einem bestimmten Ausgangsfenster dann resultierende Bild ist die Überlagerung der (aufrechten bzw. umgekehrten) Bilder aller Eingangsfenster. Falls dabei zwischen den Eingangsfenstern feste Phasenbe-Ziehungen bestehen, so sind bei dieser Überlagerung noch die oben unter (c) erwähnten Phasendifferenzen zu berücksichtigen.

(e) In einem Schichtleiter, dessen Dicke sich in der Ausbreitungsrichtung des Lichtes keilförmig erweitert oder verjüngt, können ganz entsprechende Eingangsund Ausgangs-Fenster definiert werden, indem die Bereiche 0<z< W₀ bzw. 0<z< W_L des Schichtleiters in den Ebenen x=0 bzw. x=L in jeweils q gleiche Unter-

bereiche aufgeteilt werden. Hierbei sind Wo und Wl die Schichtdicke des Leiters bei x=0 bzw. x=L Die Ausgangsfenster sind damit um den Vergrößerungsfaktor μ = WJ Wq größer als die Eingangsfenster, und um den gleichen Faktor sind alle Bilder vergrößert (bzw. verkleinert, wenn ,« = 1). Im übrigen gelten aber für diesen Wellenleiter alle unter (a)—(d) genannten Eigenschaften. Die für die Abbildungs-Bedingung gemäß Gl. (1) maßgebliche Querdimension ist Weg=(W₀Wl)¹¹², vergrößert wiederum noch um die Goos-Hähnchen-Eindringtiefe.

Die hier aufgezählten Eigenschaften folgen alle direkt aus der Theorie der optischen Selbstabbildung periodischer Objekte, wie sie z. B. von Winthrop und Worthington (Journal of the Optical Society of America, Bd. 55 [1965], S. 373) und anderen, von diesen zitierten Autoren beschrieben worden ist. Die Anwendbarkeit dieser Theorie auf den optischen Schichtleiter ergibt sich daraus, daß seine Wände wie zwei parallele Spiegel wirken: Schaut man (z. B. mit dem Mikroskop M der F i g. 2) durch die Ebene x=L in den Wellenleiter hinein, so blickt man auf den Eingangsbereich 0<z< Wund auf eine große Zahl zugehöriger Spiegelbilder, die die ganze Eingangsebe.;e x=0 überdecken. Man blickt also auf ein einfach-periodisches Objekt mit der Periodenlänge a = 2 W. Da alle Perioden durch Spiegelung aus einem Grundbereich hervorgegangen sind, strahlen sie kohärent, genauso als wäre in der Ebene x=0 ein ausgedehntes, reales, periodisches Objekt vorhanden, das von hinten mit einer ebenen Welle beleuchtet wird. Für derartige einfach-periodische Objekte zeigt nun die erwähnte Theorie, daß in der .«-Richtung in regelmäßigen Abständen L₂ = 2a²/Af hinter dem Objekt reelle Selbstabbildungen auftreten, die als »Fourier«-Bilder bezeichnet werden. Man sieht daher mit dem Mikroskop der F i g. 2 nicht die Eingangsebene x=0 selbst, sondern eines ihrer Fourier-Bilder, oder aber auch eines der sogenannten »Fresnek-Bilder. Wie die genannte Theorie nämlich weiter zeigt, existieren bei L\ =a²/JIf und bei allen nichtganzzahligen, rationalen Vielfachen davon (Lh =h ■ Li) modifizierte Selbstabbildungen, die als »Fresnek-Bilder bezeichnet werden. Die Modifikation bei L=Li besteht in einer seitlichen Versetzung des Bildes um a/2. Bei X=Li ist daher im Ausgangsbereich 0<z< W der bei x—0 gelegene Eingangsbereich 0<z< Wnicht sichtbar, dafür aber sein Spiegelbild. Damit ist gezeigt, daß alle bei den Längen Lh=h ■ L\ mit ganzzahligem h bestehenden Bilder einfache (aufrechte oder umgekehrte) Bilder des Grundbereiches der Eingangsebene sind.

Für Abbildungslängen L_h mit nicht ganzzahligen, aber rationalen Werten h=p/q zeigt die Theorie das Auftreten von Mehrfach-Selbstabbildungen. Deren Multiplizität ist im hier vorliegenden Falle eines einfach-periodischen Objektes gerade gleich q (p und q teilerfremd, <7#1), während sie bei doppeltperiodischen Objekten auch kleiner oder größer als q sein kann. Auch alle anderen, oben unter (a) bis (e) genannten Eigenschaften der Wellenleiter folgen aus sinngemäßer Übertragung der Ergebnisse der genannten Theorie. Dabei ist zu beachten, daß die hier benutzte Größe h der Größe 2 ν in der genannten Theorie entspricht

Die Theorie der Selbstabbildung periodischer Strukturen ist auch insbesondere anwendbar auf zweidimensional selbstabbildende Wellenleiter. Sie erlaubt es, eine Antwort zu Finden auf die Frage nach den möglichen Querschnittsformen zweidimensional selbstabbildender optischer Wellenleiter von homogenem Index nr. Die Theorie zeigt nämlich, daß jedes reguläre zweidimensionale (d. h. doppelt-periodische) Gitter selbstabbildend ist, wenn nur seine Basisvektoren und der von ihnen eingeschlossene Winkel bestimmten Rationalitätsbedingungen genügen. Damit ein optischer Wellenleiter selbstabbildend ist, müssen daher vor allem seine Wände so angeordnet sein, daß sie den Wellenleiter-Querschnitt durch immer wiederholte Spiegelungen in ein reguläres zweidimensionales Gitter abbilden. Diese Forderung legt die Symmetrie-Eigenschaften möglicher

ίο Wellenleiterquerschnitte fest Bei passender Wahl der absoluten Abmessungen ergibt sich dann stets ein selbstabbildender Wellenleiter.

Die möglichen Querschnittsformen ergeben sich demnach, wenn man aus der Gesamtheit aller 17 zweidimensionalen Raumgruppen (vgl. C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, 2. Aufl, Wiley, N. Y. [1956], S. 10—15) zunächst diejenigen ausscheidet, unter deren Symmetrie-Elementen sich keine Spiegelungs-Geraden befinden oder nur ein einziges System paralleler solcher Geraden. In den verbleibenden Raumgruppen bilden die Spiegelungsgeraden Liniensysteme, wie sie z. B. in den Fig.4—7 gezeigt sind. Diese Linien teilen die yz-Ebene in gleichgroße Felder ein. Es müssen nun weiter noch die Raumgruppen ausgeschieden werden, bei denen sich innerhalb dieser Felder noch irgendwelche Drehsymmetrie-Achsen befinden. Es bleiben danach folgende fünf Raumgruppen übrig;ρ 2 mm, ρ 4, ρ 4 mm, ρ 3 mi und ρ 6 mm. In jeder dieser Raumgruppen kann man nun entlang beliebig herausgegriffener Spiegelungs-Geraden wirkliche Spiegel als Wände eines Wellenleiters einsetzen, die dann das jeweilige, gesamte Gitter erzeugen. Damit die Spiegel tatsächlich einen zweidimensional führenden Wellenleiter bilden, müssen die herausgegriffenen Spiegelungs-Geraden natürlich einen geschlossenen Linienzug bildea

In Fig.4 ist das beschriebene Verfahren für die Raumgruppe ρ 2 mm illustriert Die Gitterpunkte sind durch einen Punkt markiert, und die durch Strichelung hervorgehobenen Linien sind die Spiegelungs-Geraden.

Man betrachte nun zunächst nur F i g. 4a. Hier sind 4 Spiegel so eingesetzt, daß sie einen rechteckigen Wellenleiter der Kantenlänge W_y und W_z bilden. Wie in der genannten Theorie gezeigt, lautet die Voraussetzung für die Selbstabbildung des zugehörigen rechtwinkeligen Gitters, daß dessen Basisvektoren in einem rationalen Verhältnis zueinander stehen müssen. Daher muß gelten

w.

mit zwei ganzen Zahlen r_y und r_z, die keinen gemeinsamen Teiler Φ1 besitzen. Anschaulich bedeutet dies, daß sich der rechteckige Querschnitt ohne Rest in gleichgroße Quadrate einteilen lassen muß. So hat z. B. der Querschnitt nach F i g. 4a ein Kantenverhältnis von 1 :2. Bei Erfüllung der Bedingung gemäß Gl. (2) erfolgt die erste aufrechte Selbstabbildung über die Distanz

L₂ =

Wy

Weitere aufrechte Selbstabbildungen erfolgen dann bei allen Vielfachen dieser Länge. Um formal den Anschluß an die eindimensionale Selbstabbildung zu erhalten, sei definiert L_x =L₂/2 sowie L_h*=h ■ L\. Man kann dann feststellen, daß Wellenleiter dieser kleinstmöglichen Querschnittsform (Fig.4a) bei Selbstabbildung mit ganzzahligen, geraden Werten von h keine Strahlenteilung liefern. Bei ungeradzahligen Werten von h kann

11 12

umgekehrte Abbildung sowie Strahlenteilung erfolgen. die sich alle aus der Raumgruppe ρ 2 mm ableiten, gibt

Für gebrochene, rationale Werte von h aber finden nach es weitere Querschnittsformen zu den anderen genann-

der obengenannten Theorie jedenfalls Mehrfachabbil- ten Raumgruppen. Diese sind in den Fig.5—7 aufge-

dung und Strahlenteilung statt in enger Analogie zum führt Die Raumgruppe ρ 4 (quadratische Symmetrie)

eindimensionalen Fall. Das gleiche gilt, wie noch gezeigt 5 wurde dabei nicht gesondert illustriert, da sie ein Spe-

werden wird, auch für Wellenleiter mit Querschnitten zialfall (W_y- W_z) von F i g. 4 ist. Die F i g. 5a, 6a, 7a eni-

nach Fig.5a,6aund7a. sprechen der Fig.4a, da sie den jeweils kleinstmögli-

Es sind auch allgemeinere strahlenteilende Quer- chen Querschnitt des betreffenden Symmetrietyps zei-

schnittsformen möglich. In den Fig.4b—4d sind Spie- gen. Die kürzeste Länge für aufrechte Selbstabbildung

gel entlang anderer Spiegelungsgraden so eingesetzt, 10 ist bei allen diesen Querschnitten durch Gl. (1) mit Λ=2

daß größere Querschnitte entstehen als in F i g. 4a. Die- gegeben. Für die Querschnittsformen nach F i g. 6 und 7

se größeren Querschnitte enthalten also Spiegelungsge- ist in Gl. (1) jedoch als äquivalente Dicke des Wellenlei-

raden im Inneren. Die Geraden teilen den Gesamtquer- ters die

schnitt in eine (kleine) Anzahl Ο von Feldern der Größe ■ . . . ■

WyX WiWf. ' 15 _W = (JL)is + 2D_CH (4)

Die wiederholten Spiegelungen des Wellenleiterquer- \ 8 /
schnittes in seinen Wänden erzeugen ein zweidimensio-

nales Gitter, das im allgemeinen Fall identisch ist mit einzusetzen, wobei 5 die in F i g. 6 und 7 angegebenen dem ursprünglichen. In Sonderfällen (bei besonders ein- Kantenlängen der Dreiecks-Querschnitte bezeichnet, fachen Querschnittsformen wie z. B. F i g. 4b) kann das 20 und D_Ch die (meist vernachlässigbare) Eindringtiefe inneue Gitter auch größere Gitterkonstanten haben als folge des Goos-Hähnchen-Effektes.
das ursprüngliche, aber dann stellt der größere Quer- Die allgemeineren Querschnittsformen, mit (b), (c), (d) schnitt nicht eigentlich eine allgemeinere Form dar und und (e) in F i g. 5—7 bezeichnet, leiten sich von den mit bedarf keiner neuen Betrachtung. Für die übrigen, tat- (a) bezeichneten Querschnitten in gleicher Weise ab wie sächlich allgemeineren Querschnitte (F i g. 4c-4e) wer- 25 in F i g. 4. Jede einfach zusammenhängende Fläche dieden die selbstabbildenden und strahlenteilenden Eigen- ser Figuren, die nur von den gezeigten Spiegelungs-Geschaften verständlich durch Betrachtung folgender zwei raden berandet ist, ist als Querschnitt eines selbstabbil-Fälle: denden Wellenleiters geeignet. Wenn die Fläche aus Q

(a) Das abzubildende Objekt möge bei z=0 den gan- Feldern besteht, so bewirkt der betreffende Wellenleizen Leiterquerschnitt erfüllen, und seine Lichtverteilung 30 ter eine im allgemeinen Q-fach, zweidimensional bilderin den einzelnen Feldern möge die den Spiegelungsge- haltende Strahlenteilung, wenn seine Länge gleich der raden entsprechende Symmetrie besitzen. Das durch die Selbstabbildungslänge des zugehörigen einfachsten Spiegelungen erzeugte Gitter wird dann in den Abstän- Querschnitts gemäß den GIn. (1) und (4) mit geradzahliden L₂, Lu, Le ... selbst abgebildet Das Bild erfüllt alle gern h gewählt ist Bei ungeradem und bei rationalge-Felder der Ausgangsebene und ist identisch mit dem 35 brochenem h ist die Multiplizität der Strahlenteilung Objekt Bei Abbildung mit ungeradem h kann das Bild noch größer.

seitlich, in y- und z-Richtung, um je eine halbe Gitter- Im Vergleich zu den Verhältnissen beim eindimensiokonstante versetzt sein. Wegen der vorausgesetzten nalen, strahlenteilenden Wellenleiter scheint ein WiderSymmetrien des Objektes ist diese Versetzung hier aber spruch darin zu bestehen, daß hier schon bei ganzzahliäquivalent zu einer Umkehrung eines jeden Einzelfeldes 40 gern h Strahlenteilung auftritt, während im eindimensio-(Drehung um 180° um seinen Mittelpunkt). Der Wellen- nalen Falle h gebrochen sein mußte. Dieser Widerleiter bildet das beschriebene spezielle Objekt bei ganz- spruch besteht jedoch nur scheinbar: Im eindimensionazahligem /(jedenfalls einfach ab. len Fall bezog sich h auf die Selbstabbildungslänge des

(b) Das Objekt möge nur eines der Felder der Ebene Schichtleiters selbst, aber bei den allgemeineren Quer-Jf=O einnehmen, die anderen (Q-1) Felder des Wellen- 45 schnittsformen hier bezieht sich h stehts auf die zugehöleiterquerschnittes seien dunkel. Sie stellen in dem durch rige kleinste Querschnittsform, die in den F i g. 4—7 mit Spiegelungen erzeugten zweidimensionalen Gitter eine (a) bezeichnet ist. So erzeugt beispielsweise der Quer-Störung dar. Diese Störung ist jedoch relativ geringfü- schnitt gemäß Fig.4a mit W_y=2 W_z=2 W gemäß gig, denn im gesamten Außenraum des Wellenleiter- Gl. (3) seine erste Selbstabbildung (h=\) auf die Länge querschnittes (also »fast überall«) ist das Gitter perfekt 50 L_s= 16 "(W¹LL Beim Querschnitt nach F i g. 4b dagegen Daher erzeugt dies gestörte Gitter praktisch dieselben ist Wy=4 VVr=4 W, und seine erste, einfache Selbstab-Selbstabbildungen wie das oben unter (a) beschriebene bildungslänge ist L*=64 HfW¹IA. Da die Länge des all-Objekt Die Tatsache, daß die erwähnte Störung gering- gemeineren Leiters gemäß (b) aber gleich der Länge L_a fügig ist ist aus Experimenten mit doppelt-periodischen des zugehörigen einfachsten Querschnitts vorausge-Objekten bekannt (H. Dammann et al, Applied Optics 55 setzt war, wird der Leiter gemäß (b) tatsächlich mit 10, [1971], S. 1454). Im vorliegenden Falle wird daher das L₈ZLb=UA, also mit gebrochenem h, betrieben, wenn einzige besetzte Objekt-Feld auf alle Q Felder der Bild- man sich auf seine eigene Selbstabbildungslänge L_b beebene x= Lh (h = ganzzahlig) abgebildet Man hat damit zieht

ein zweidimensionales abbildendes, <Maches Strahlen- Die wichtigsten der oben beschriebenen Eigenschafteilungsverfahren, das völlig analog zu dem weiter oben 60 ten selbstabbildender, strahlenteilender Wellenleiter schon beschriebenen, eindimensional abbildenden Ver- wurden experimentell geprüft Zu diesem Zweck wurde fahren funktioniert Werden also beispielsweise zwei ein optischer Schichtleiter (Fig.8) benutzt bestehend verschiedene Objekte in zwei der Eingangs-Felder eines aus einer Flüssigkeitsschicht ^= 1,64) zwischen zwei Wellenleiters nach F i g. 4c gebracht so entstehen in der polierten Platten aus geschmolzenem Quarz (n_c= 1,46). Ebene X=L₂ spiegelsymmetrisch liegende Bilder, jedes 65 Die Länge der Platten, d. h. die optische Abbildungs'länbestehend aus der Überlagerung der Bilder beider Ob- ge, war L=24 mm und war bei allen Versuchen gleich, jekte. Um den Abbildungsparameter h zu ändern, wurde die Ahnlich den in F i g. 4 gezeigten Querschnittsformen, Dicke W der Flüssigkeitsschicht variiert Diese Dick«

wurde grob durch Abstandsbleche festgelegt und konnte noch piezoelektrisch fein eingestellt werden. Als Objekt diente ein in der Ebene x=0 verschiebbarer Spalt von 3 um Breite, der von hinten mit dem linear polarisierten Licht eines HeNe-Lasers (yi=0,633 um) beleuch- *et war. Die bei .*= I vom Schichtleiter durch Selbstabbildung erzeugten mehrfachen Bilder dieses Spaltes wurden mittels eines 320fach vergrößernden Mikroskops betrachtet Dabei wurden folgende Beobachtungen gemacht:

(a) Als Kontrollmessung wurde zunächst eine Schichtdicke von W= 48 μπι eingestellt Dann erscheint im Mikroskop ein einfaches, scharfes Bild des Spaltes in natürlicher Größe. Wird der Spalt in der positiven z-Richtung (Fig.2) verschoben, so bewegt sich sein Bild in negativer z-Richtung, ist also umgekehrt Dieser Fall entspricht Selbstabbildung mit A=!.

(b) Bei Erhöhung der Schichtdicke auf IV« 68 μπι entstehen zwei scharfe Bilder des Spaltes. Sie liegen stets symmetrisch zur Mittelebene (z= W/2) des Schichtleiters. Beide Bilder sind gleich scharf, gleich hell und haben gleiche (natürliche) Größe. Bei einer Bewegung des Objektes in ±z-Richtung bewegen sich die beiden Bilder in entgegengesetzten Richtungen, und sie bleiben dabei immer symmetrisch zur Mittelebene. Wenn der Spalt nahe bei z=0 steht, so ist sein Bild ebenfalls nahe bei z=- 0, das andere nahe bei z= W. Wird der Spalt nahe an die Mittelebene z= W/2 herangebracht, so überlappen sich seine beiden Bilder, und bei genauer Mittelstellung verschmelzen sie zu einem einzigen Spaltbild von doppelter Helligkeit

Diese Beobachtungen wurden mit Spalten verschiedener Breite wiederholt, mit TE wie mit TM polarisiertem kohärentem Laserlicht sowie mit inkohärentem Glühlampenlicht, das durch ein Interferenzfilter (ΛΛ=30 A) gefiltert war. In allen Fällen ergaben sich die oben beschriebenen Erscheinungen, die charakteristisch sind für den Fall Λ= 1/2 eines eindimensionalen Schichtleiters.

(c) Bei Erhöhung der Schichtdicke auf W« 83 μπι wird Λ = 1/3, und es werden dementsprechend 3 Spaltbilder gleichzeitig gesehen, die wieder gleich groß, gleich hell und gleich scharf sind, und benachbarte Spaltbilder bewegen sich in jeweils entgegengesetzten Richtungen, wenn das Objekt verschoben wird.

(d) Bei W»96 μπι ist h= 1/4 und die Abbildung ist im allgemeinen 4fach. Bei zwei bestimmten Positionen des Objektes (z= W/4 und 3 W/4 überlagern sich aber je zwei der Bilder. In guter Übereinstimmung mit der oben zitierten Theorie sind diese überlagerten Bilder nicht gleich hell, sondern ihre Intensitäten verhalten sich etwa wie 1 :6. Dies liegt an den unterschiedlichen Phasenlagen der einzelnen Spaltbilder und bestätigt besonders eindrucksvoll die Richtigkeit der Theorie und ihre Anwendbarkeit auf optische Wellenleiter.

(e) Wenn die Schichtdicke um wenige μιτι von den genannten Schichtdicken abweicht, so entspricht der Abbildungsparameter h=p/q rationalen Werten mit hohem q. Dann werden komplizierte Bilder hoher MuI-tiplizität beobachtet. Mehr als 20 deutlich diskrete, gleichzeitig scharf erscheinende Bilder des 3^m-Spaltes wurden gefunden. Dies zeigt, daß das räumliche Auflösungsvermögen des hier benutzten Schichtleiters mit homogenem Brechungsindex völlig ausreichend ist, um z. B. Abbildungen eines 3 μΐη breiten Schichtleiters in der integrierten Optik zu bewirken.

(f) Durch geeignet geformte Abstandsstücke läßt sich eine in ;e-Richtung sich gleichmäßig erweiternde Schichtdicke W einstellen. So wurde beispielsweise Wo»34 μπι bei *=0 und W_La 138 μπι bei x**L eingestellt Dann sind die bei x=L beobachteten doppelten Spaltbilder 4fach vergrößert Alle übrigen Beobachtungen (Bewegung, Helligkeit etc.) sind dieselben wie oben unter (b) angeführt

Zusammen mit der theoretischen Analyse selbstabbildender Wellenleiter bei nicht ganzzahligem h zeigen diese Experimente die Möglichkeit, einer einfachen, ίο bilderhaltenden Strahlenteilung. Damit ist das gestellte Problem im Prinzip gelöst Im folgenden werden nun verschiedene Allwendungsmöglichkeiten des beschriebenenVerfahrens angegeben.

1. Strahlenteilung mit dickem Schichtleiter

Die Fig.9a zeigt perspektivisch einen abbildenden Strahlenteiler für solche optischen Schichtleiter, bei denen die Lichtverteilung senkrecht zur Schichtebene das übertragene Bild darstellt Ein solcher Schichtleiter mit der Dicke W ist notwendig ein »dicker« Schichtleiter, W> >/i, denn die Anzahl der in ihm existenzfähigen Moden muß n. ndestens gleich der Zahl der zu übertragenden Bildpunkte sein. Die F i g. 9b und c zeigen schematisch die Form solcher Bilder. Jedes Bild besteht aus einer Anzahl zur Schicht paralleler Streifen unterschiedlicher Helligkeit, die zusammen irgendeine eindimensional parallel dargestellte Information repräsentieren. Jeder Streifen kann seine Information auch analog oder digital kodiert enthalten. Die analoge Darstellung beispielsweise eines Tonfrequenz-Spektrums könnte so erfolgen, daß jeder Streifen des Bildes einer bestimmten Tonfrequenz zugeordnet ist, und daß die Helligkeit des Streifens einer Schallintensität bei der betreffenden Frequenz entspricht Als Beispiel für eine digital dargestellte Information möge jeder Streifen einen Bit einer Binärzahl entsprechen. Ein heller Streifen bedeute also eine binäre »Eins« (L) und Dunkelheit am Ort eines Streifens eine binäre »Null« (0). Das eindimensionale Bild kann auf diese Weise ein »Wort« oder einen »Befehl« eines Computers repräsentieren. So soll beispielsweise das in F i g. 9b gezeigte »Bild« H, von unten nach oben gelesen, die Binärzahl LLL 0 darstellen.
Wird nun ein derartiges Bild H auf eines der früher definierten »Eingangsfenster« Ei... Es eines Schichtleiters mit gebrochenem h—p/q gebracht (F i g. 9b), so erscheint in allen q Ausgangsfenstern A\ ... Ai am anderen Ende des Leiter-Stückes getreue Abbilder des Bildes H. Diese Bilder sind für den Fall A= 1/3 in F i g. 9c illustriert. Die Zu- und Abführung der verschiedenen Bilder kann über eine entsprechende Anzahl flacher optischer Schichtleiter erfolgen, die gegen die entsprechenden »Fenster« an den Stirnseiten x=0 und x = L des Wellenleiters gepreßt oder geklebt werden.

Die Abmessungen W und L des Schichtleiters sind gemäß Gl. (1) entscheidend für den Abbildungsparameter h des Schichtleiters. Die Breite B dagegen ist in dieser Anwendung für die Abbildung irrelevant. Diese Breite hat höchstens einen Einfluß auf die in jedem Streifen übertragbare Lichtleistung. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß bei dem gewöhnlichen, totalreflektierenden Wellenleiter nach F i g. 9a die angegebenen Brechungsindizes die Relationen n/> n_c[ und ni> /J^₂ erfüllen, wobei n_n und n_n die Indizes der auf entgegengesetzten Hauptflächen an das Wellenleitermaterial mit dem Index /^-angrenzenden Materialien sind, daß dieser Strahlenteiler aber auch mittels Fresnel-Reflexionen funktioniert, wobei nr< n_n und /?/■< n„ möglich sind, und

insbesondere π/= 1 (Vakuum). Ferner sei bemerkt, daß ein symmetrischer Aufbau des Wellenleiters (n^ ^n₀₂) für die Abbildungsqualität d^s Strahlenteilers vorteilhaft ist Bei etwas reduzierten Ansprüchen an diese Qualität ist aber auch ein unsymmetrischer Aufbau (na Φ TJc₂) brauchbar.

2. Strahlenteilung mit dünnem Schichtleiter

Ein eindimensionales Bild in einem optischen Schichtleiter kann auch so angeordnet sein, daß die einzelnen Bildpunkte nebeneinander (statt übereinander) in der Schicht liegen. Verglichen mit dem im vorigen Abschnitt beschriebenen Fall ist das Bild also um 90° gedreht Die Breite des Schichtleiters muß dann hinreichend groß sein, um alle abzubildenden Bildpunkte aufzunehmen, dafür ist dann die Dicke der Schicht weitgehend frei wählbar.

Für diese Art geführter, eindimensionaler Bilder ist in Fig. 10 schematisch ein Strahlenteiler gezeigt, der auf Selbstabbildung beruht Er besteht aus einem dünnen optischen Schichtleiter, wie er in der integrierten Optik viel benutzt wird. Der Leiter hat die Länge L und die Breite Wy. Die Schicht besteht aus einem bei der benutzten Lichtwellenlänge durchsichtigen Material von hohem Brechungsindex n\ und befindet sich auf einem ebenfalls möglichst durchsichtigen Substrat von niedrigerem Index /Jo- Die Schichtdicke D ist überall gleich und muß mindestens so groß sein, daß in der y-Richtung der Fig. 10 eine Mode in diesem Leiter exisitiert. An den Stirnflächen χ=0 und x=L der Schicht sind je eine Anzahl q optischer Streifenleiter der Breite Wi mit dem Strahlenteiler verbunden. Sie dienen der Zu- und Ableitung der Bilder. Ihre Dicke wird zweckmäßig gleich der Dicke D des Strahlenteilers gemacht, so daß sie zusammen mit dem Strahlenteiler in einem Prozeß (z. B. photolithographisch) hergestellt werden können. Für das Beispiel der Fig. 10 wurde q=2 gesetzt, aber es sind auch erheblich größere Werte von q möglich. Es wird nun angenommen, daß eine dieser Streifenleiter (etwa SEi in F i g. 10) dem Strahlenteiler Licht so zuführt, daß in der Ebene x=0 ein eindimensionales Bild entsteht Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß der Streifenleiter SEi selber ein selbstabbildender Leiter ist, der ein an anderer Stelle vorgegebenes Bild nach x=0 hin abbildet. Es wird weiter vorausgesetzt, daß das im Streifenleiter SE\ ankommende Licht nur in einer einzigen der in ^-Richtung möglicherweise existenten Moden geführt ist, etwa my. Diese Voraussetzung ist sicher erfüllt, wenn die Schichtdicke D so gering ist, daß in y-Richtung nur eine einzige Mode existiert Die Streifenleiter SE₂ ... SE_q mögen kein Licht führen. Ein Beispiel für eine dann in der Ebene x=0 herrschende Lichtverteilung ist in Fig. 10b gezeigt Das digitale Bild im Leiterquerschnitt oder Fenster E\ stellt hier die 1 Osteilige Binärzahl LOLLOOIJOOO dar.

Der Strahlenteiler teilt dieses Bild in q gleiche Bilder in der Ebene x=L auf, wenn seine Breite W_y und seine Länge L so gewählt sind, daß der nach Gl. (1) berechnete Abbildungsparameter h=p/q ist mit einer beliebigen, ganzen Zahl p, welche teilerfremd zu q ist. Im Beispiel der F i g. 10a kann also h= 1/2, 3/2, 5/2 ... sein. Für den in Gl. (1) auftretenden Brechungsindex /vder Leiter muß bei der hier beschriebenen Anwendung natürlich der sogenannte »effektive« Brechungsindex des Schichtleiters für die benutzte Mode m_y eingesetzt werden, der in bekannter Weise bestimmt wird aus den Brechungsindizes «i des Schichtmaterials, /?o des Substrates sowie gegebenenfalls eines Deckmaterials über der Schicht, und ferner aus der Dicke D der Schicht und der Polarisation des geführten lichtes.

Die bei x=L resultierenden Bilder sind in Fig. 10c dargestellt Sie werden durch die in Fig. 10a mit SA\ und SA₂ bezeichneten Wellenleiter zur weiteren Verwendung in der integriert-optischen Schaltung abgeführt Zweckmäßig sind daher die Wellenleiter SA_U SA₂ ... SAg wiederum selbstabbildende Schichtleiter.

So wie hier beschrieben, kann jeder der Streifenleser SEi, 2 und SAi, 2 mehrere Moden in der z-Dimension führen. Im Beispiel der Fig. 10 müssen es mindestens 10 sein, da jedes Bild 10 Bildpunkte enthalten sollte. Zweckmäßig für verzerrungsarme Abbildung dieser Streifenleiter ist es aber, wenn die Breite Wi der Streifenleiter so groß ist daß die Zahl der in z-Richtung möglichen Moden erheblich größer ist als die Zahl der zu übertragenden Bildelemente. Umgekehrt kann der Strahlenteiler nach Fig. 10a aber natürlich auch dann noch benutzt werden, wenn die Streifenleiter SE\,₂ und SAi, 2 nur je eine einzige Mode tragen können, weil ihre Breite Wi sehr gering ist Der Strahlenteiler teilt dann einfach die in einem Arm ankommende Lichtleistung gleichmäßig auf die beiden gegenüberliegenden, abge-

henden Arme auf. Er erfüllt damit genau dieselbe Funktion wie ein bekannter Richtkoppler (Bell Syst Techn. Journal 48 [19691 S. 2059). Das Teilungsverhältnis ist hier 3 dB. Im Vergleich zu dem bekannten Richtkoppler ist der Strahlenteiler nach F i g. 10a aber wesentlich einfächer in der Herstellung, da bei ihm der äußerst kritische Kopplungsspalt zwischen den Streifenleitern entfällt.

3. Bildüberlagerung

Die F i g. 11 zeigt schematisch die Anwendung eines abbildenden Strahlenteilers mit rational-gebrochenem Parameter h zur opto-elektronischen Realisierung der logischen Funktionen »UND« und »ODER«. Weiterhin ist in F i g. 11 die Möglichkeit demonstriert, gleichzeitig mit der Strahlenteilung eine optische Vergrößerung mit dem Schichtleiter auszuführen, und schließlich werden zwei besondere Arten der Zu- und Abführung der optischen Bilder gezeigt.

Der Aufbau dieses Strahlenteilers entspricht im wesentlichen dem in F i g. 10 gezeigten. Zur Vereinfachung der Darstellung zeigt F i g. 11 jedoch nur eine Aufsicht auf den Schichtleiter mit seinen Zu- und Abführungen. Das Substrat wurde in der Zeichnung weggelassen. Die

so Zuführung der zwei Eingangsbilder i/und Verfolgt hier so, daß für jeden Bildpunkt (»bit«) ein eigener schmaler (einmodiger) Streifenleiter vorgesehen ist. Die Anordnung korrespondierender bits in den Eingangsbildern U und V ist spiegelsymmetrisch gewählt, und es wird vorausgesetzt daß die Lichtleistung auf jedem der einzelnen Streifenleiter durch geeignete Begrenzer auf denselben Wert Po normiert wurde. Die Lichtströme sollen alle etwa die gleiche Frequenz besitzen, sollen aber nicht kohärent sein.

Die Abmessungen des Strahlenteilers werden wieder nach Gl. (1) mit halbzahligem Λ bemessen. Dabei ist für Wcq der geometrische Mittelwert (W₀ ■ Wz.)"² aus den Breiten des Strahlenteilers bei x=0 und bei x=L zu wählen, und nt bezeichnet wieder den effektiven Index der im Strahlenteiler benutzten Mode. Unter dieser Voraussetzung wird nun die im Streifenleiter u\ ankommende Lichtleistung je zur Hälfte an den mit S\ und D\ bezeichneten Stellen abgebildet, und allgemeiner das

H Licht vom Streifenleiter uj an den Stellen Sy und Dj, wo-

j| bei y— 1... n. Ebenso wird aber auch die im Streifenlei-

Ü ter Vj ankommende Lichtleistung nach den Stellen Sj und

tDj abgebildet An jeder der Stellen Sy und Dj erscheint also die Lichtintensität (uj + v/)/2, wobei die Intensitä-H ten υ/ und v/ jeweils 0 oder 1 sind, in bezug auf die

il Normierungsleistung P₀. An den 2 η-Stellen Sy und Dj

mögen sich nun identische Lichtdetektoren befinden,

j| z. B. in einer an sich bekannten Form (Süllman et aL in

ä Applied Physics Letters, 25 [1974], S. 36). Die von den

p Detektoren erzeugten elektrischen Signale werden je

H einer von 2 n-Triggerschaltungen T zugeleitet, die nur

i>! bei Überschreiten einer gewissen Schwelle anspricht

% und dann selbst ein Signal weitergibt Wird nun bei den

U Detektoren an den Stellen Si... S_n die Triggerschwelle

?| auf einen Wert zwischen Po/2 und Po eingestellt (z. B.

0,75 P₀), so spricht eine Triggerschaltung an der Stelle Sy nur an, wenn uj = 1 UND zugleich das zugehörige Vj'= 1 sind, weil dann (uj+ Vj')/2= 1 ist Das auf den π Leitungen bei S in F i g. 11 erscheinende elektrische »Bild« stellt also, Bit für Bit die logische UND-Verknüpfung der beiden digitalen optischen »Bilder« i/und Vdar. In ganz entsprechender Weise erhält man gleichzeitig bei D die logische ODER-Verknüpfung, wenn die Schwelle der Triggerschaltungen an den Stellen D\ ... D_n auf einen endlichen Wert unterhalb Po/2 eingestellt ist, z. B. 0,25 P₀.

In dieser Anordnung ist die Benutzung eines vergrößernden Strahlenteilers von Vorteil, weil dadurch die Verwendung etwas größerer Detektoren möglich wird. Geht man z. B. von einem möglichen Mittenabstand benachbarter Detektoren von 10 μπι aus, so lassen sich 16 Detektoren auf einer Breite von Wl = 160 μπι anordnen. Bei 4facher Vergrößerung des Strahlenteilers wird W₀ = 40 μπι, und mit n_en= 1,60 ist die für h= 1/2 erforderliche Länge L «32 mm, wenn rotes Licht (Λ=0,633 μπι) zur Abbildung verwendet wird. Der Schichtleiter mit dem genannten n_err läßt sich z. B. aus einem D= 0,5 μΐη dicken Glasfilm herstellen, der durch Kathodenzerstäubung eines Flintglases (n\ = 1,66) auf einem Glas-Substrat vom Index /?o=l,5O aufgebracht ist. Für die 2 χ 8 Streifenleiter Uy und vy genügt dabei eine Breite von z. B. Wi = 1 μιη (siehe Fig. 11), und ihr Mittenabstand würde 2,5 μπι betragen. Bei der Anfangsbreite von Wo=40 μηι kann der Strahlenteiler etwa 70 Moden in der z-Richtung führen. Daher stehen für die Übertragung eines jeden Bildpunktes mehr als 4 Moden zur Verfugung, und die Bildverzerrungen sind entsprechend gering.

Ein vergrößernder Wellenleiter läßt sich dadurch realisieren, daß sich ein Querschnitt in Ausbreitungsrichtung stetig vergrößert, wie in F i g. 11 dargestellt ist. Die Vergrößerung entspricht dem Verhältnis der Dimensionen am Ende und Anfang des Wellenleiters.

4. Bildzerlegung

Die bisher diskutierten Anwendungen selbstabbildender Schichtleiter konnten alle mit räumlich und zeitlich inkohärentem Licht arbeiten. Bei Verwendung kohärenten Lichtes bietet ein selbstabbildender Schichtleiter mit halbzahügem Abbildungsparameter (h= 1/2, 3/2,5/2 ...) eine einfache Möglichkeit, ein eindimensionales Bild in seine symmetrischen und antisymmetrischen Anteile zu zerlegen. Diese Möglichkeit ist in Fig. 12 schematisch dargestellt. Ähnlich wie schon in F i g. 11 ist hier nur der dünne Schichtleiter in der Aufsicht gezeigt. Abweichend von den übrigen Darstellungen ist die x-Achse hier ausnahmsweise in die Mitte des Schichtleiters verlegt, so daß dessen Breite sich von z= - WJ2 bis z= + W,/2 erstreckt Gleichzeitig trennt die *-Achse die beiden Eiiigangsfenster E\ und Ei und ebenso die Ausgangsfen-

Es möge nun ein kohärentes, eindimensionales Bild der Breite W₂ auf die Eingangsebene x=0 des Schichtleiters projiziert werden. Die komplexe Amplitudenverteilung in diesem Bild sei f(z). Dann ist es nach einem ίο bekannten Satz bei beliebigem f(z) stets möglich, diese Funktion als Summe einer symmetrischen Funktion s (z) und einer antisymmetrischen Funktion a (ζ) zu schreiben,

f(z) = s(z) + a (ζ)
mit

s(z) = s (-ζ)

a (ζ) a (-ζ).

Die Übertragung der Teilhaber aus z>0 und z<0 durch den Wellenleiter mit h= 1/2 ist in F i g. 12a durch die offenen Pfeile dargestellt: Das auf das Eingangsfenster E\ projizierte Teilbild (z<0) wird aufrecht nach dem Ausgangsfenster A) abgebildet, ab^r umgekehrt nach dem Ausgangsfenster A₂. Die Bilder in den Ausgangsfenstern A\ und A2 sind kohärent und die Phase des letzteren (A₂) eilt der der ersteren (A_t) um 90° voraus. In ganz entsprechender Weise erfolgt die Abbildung des auf das Eingangsfenster Ei fallenden Teilbildes (z>0), dargestellt in Fig. 12a durch die ausgefüllten Pfeile. Die genannte Phasenverschiebung von 90° ergibt sich aus der weiter oben beschriebenen Theorie und wurde auch experimentell bestätigt.

In der in F i g. 12b gezeigten Anordnung zur Bildzerlegung ist in der Ebene x=0 vor das Eingangsfenster £1 nun noch ein Verzögerungsglied PS eingesetzt, welches dem unteren Teilbild eine Phasenverschiebung von Δ ψ= -90° im Vergleich zum oberen Teilbild aufprägt.

Dadurch werden auch die entsprechenden Teilbilder in den Ausgangsfenstern A\ und A₂ (offene Pfeile) um 90° verzögert, und schwingen somit genau gleichphasig bzw. gegenphasig zu den vom Eingangsfenster Ei kommenden Teilbildern am Ausgang. Die Fig. 12b zeigt

speziell die Übertragung des symmetrischen Bildanteiles s (z). Die auf die Eingangsfenster E\ und E₂ fallenden Teilbilder der Funktion s(z) sind spiegelsymmetrisch und schwingen (vor dem Verzögerungsglied) gleichphasig. In der Ausgangsebene überlappen sich diese Teilbilder gleichphasig im Fenster Ai, aber gegenphasig im Fenster A\. Deshalb erscheint im Fenster Ai der symmetrische Bildanteil der Funktion s(z), während das Fenster A₂ dunkel bleibt. Beim antisymmetrischen Bildanteil gemäß Funktion a (ζ) schwingen die beiden Teilbilder in der Eingangsebene gegenphasig. Dementsprechend löschen sie sich im Ausgangsfenster A₂ aus, aber interferieren konstruktiv im Fenster A\. Somit ist das allgemeine Bild der Funktion f(z) in seine Anteile gemäß Funktionen s (z) und a (ζ) zerlegt, und diese Anteile erscheinen räumlich getrennt in den Fenstern A₂ und A\. Es bleiben noch Angaben über das Verzögerungsglied nachzutragen. Eine Verzögerung um 90° kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Schichtleiter in dem in Fig. 12b schraffierten Bereich etwas dikker (in der auf der Zeichenebene senkrecht stehenden /-Richtung) gemacht wird als im übrigen Bereich. Dadurch nimmt die Phasengeschwindigkeit in dem schraffierten Bereich etwas ab, und das Licht wird verzögert.

Ein Zahlenbeispiel zeigt, daß die Ausdehnung Δ χ des schraffierten Bereiches in der x-Richtung so kurz sein kann, daß dadurch keine wesentliche Beeinträchtigung der Abbildung erfolgt: Eine Verzögerung von 90° läßt sich z. B. bei dem im Zusammenhang mit F i g. 10 diskutierten Schichtleiter erreichen, indem seine Dicke von ihrem Normalwert öb=50 μηι um Δ D=0,02 μπι err öht wird auf einer Länge der Größenordnung Δ χ= 100 μπι.

5. Schalter und Modulator mit Strahlenteiler

Ausgehend von dem oben beschriebenen Prinzip der Bildzerlegung läßt sich eine besonders einfache Form eines bilderhaltenden Modulators für die integrierte Optik ableiten. Dazu betrachte man noch einmal die Anordnung nach Fig. 12b und nehme an, daß z. B. ein symmetrisches Bild auf die Eingangsebene x=0 fällt Am Ausgang erscheint dann ein Bild nur im Fenster A₂, also auf der dem Verzögerungsglied gegenüberliegenden Seite. Wäre das Verzögerungsglied nicht bei dem Eingangsfenster E\ (d. h. z< 0) angebracht, sondern statt dessen bei dem Fenster E₂ (d.h. z>0), so würde das Ausgangsbild bei dem Fenster A\ erscheinen und das Fenster A₂ dunkel bleiben. Dieselbe Wirkung läßt sich aber auch dadurch erzielen, daß die Phasenverschiebung des Verzögerungsgliedes um 180° geändert wird. Damit ist klar, daß ein Ersatz des konstant phasenverschiebenden Verzögerungsgliedes durch einen z. B. elektrisch veränderbaren Phasenschieber die Anordnung Fig. 12b zu einem Schalter oder Amplitudenmodulator macht: Durch eine Änderung der Phasenverschiebung um 180° kann das Ausgangsbild von einem der Ausgangsfenster auf das andere umgeschaltet werden. Für Zwischenwerte Δ ψ der Phasenverschiebung ändert sich die Intensität der beiden Ausgangsbilder wie cos² (Δ ψΙ2) und sin² (Δ ψΙ2). Um das für diesen Modulator erforderliche symmetrische Eingangsbild aus einem irgendwie vorgegebenen allgemeinen Bild zu erzeugen, ist es zweckmäßig, eine zweite Anordnung wie F i g. 12b zu benutzen, jedoch in umgekehrter Richtung. Projiziert man nämlich in F i g. 12b auf das Fenster A₂ von rechts ein beliebiges Bild und läßt das Fenster A₁ dabei dunkel, so erhält man in den Fenstern E\ und E₂ zwei gleiche, symmetrisch liegende Ausgangsbilder gleicher Phase, also genau das für den beschriebenen Modulator erforderliche Eingangsbild.

Eine eingehendere Betrachtung des gerade beschriebenen Modulator-Prinzips zeigt, daß man die festen Verzögerungsglieder weglassen kann. Man erhält dann die in Fig. 13a gezeigte vereinfachte Anordnung. Sie besteht aus zwei selbstabbildenden Wellenleitern mit dem Abbildungsparameter A= 1/2, die zur Strahlenteilung und -Wiedervereinigung dienen. Zwischen ihnen befinden sich die beiden mit M\ und M₂ bezeichneten Wellenleiterstücke. Bei mindestens einem von ihnen läßt sich die Phasenverschiebung Δ φ zwischen den Ebenen x\ und X₂ von außen steuern. Diese Steuerung kann auf verschiedene, bekannte Weise erfolgen, z. B. über den elektro-optischen Effekt durch Anlegen eines elektrischen Feldes an den Wellenleiter, über den Temperaturkoeffizienten des Brechungsindex durch Änderung der Temperatur, über den piezo-optischen Koeffizienten durch Anlegen mechanischer Spannungen, oder auch durch optisch oder elektronisch hervorgerufene Änderungen in der Dichte freier Ladungsträger im Wellenleiter. Zunächst sei angenommen, daß beide Wellenieiterstücke M% und M₂ so bemessen sind, daß sie selbstabbildend sind (ganzzahliger Parameter hJ\, und daß zwischen ihnen keine Phasendifferenz besteht. Dann wirkt die ganze Anordnung nach Γ i g. 13a wie ein einziges Stück selbstabbildenden Wellenleiters mit dem Parameter h=(h_M+1) und der Breite Wy. Für A_M= 1 beispielsweise erscheint daher ein auf das Eingangsfenster E\ projiziertes Bild am Ausgang bei dem Fenster A\, und ein auf das Fenster E₁ gegebenes Bild bei dem Fenster A₂. Werden nun die als Phasen-Modulatoren dienenden Wellenleiterstücke M\ und M₂ so erregt, daß ίο zwischen ihnen eine Phasendifferenz von Δ ψι - Δ yn= 180° entsteht, so vertauschen sich die Positionen der beiden Ausgangsbilder. Die Anordnung ist damit ein Umschalter oder, bei Betrieb der Phasenschieber -mit anderen Phasendifferenzen, ein Amplituden-Modulator. Wegen der vorausgesetzten Selbstabbildungs-Eigenschaft der Wellenleiterstücke M\ und M₂ ist die Anordnung bilderhaltend. Eine genauere Analyse zeigt, daß ihre Anwendbarkeit nicht auf kohärentes Licht beschränkt ist Kommt es auf die Bilderhaltung nicht an, so kann die Länge der Wellenleiterstücke M\ und M₂ auch anders bemessen werden, als es für eine Selbstabbildung nötig wäre.

Die Anordnung nach Fig. 13a kann vorteilhaft auch zu einem optischen Isolator abgewandelt werden, indem eines der inneren Wellenleiterstücke wie z. B. M\ als nicht reziprokes optisches Element ausgebildet, d. h. insbesondere aus einem magneto-optischen Material solcher Orientierung und Länge hergestellt wird, daß sich die optischen Weglängen durch das Wellenleiterstück M\ in Vor- und Rückwärtsrichtung um eine halbe Wellenlänge unterscheiden. Wenn beispielsweise in Vorwärtsrichtung bei dem Eingangsfenster E_x eingespeistes Licht bei dem Ausgangsfenster A\ austritt, dann würde umgekehrt bei dem Fenster A\ eingespeistes Licht nicht wieder bei dem Fenster E\ austreten, sondern statt dessen bei dem Fenster £2· In diesem Falle eines optischen Isolators oder Einrichtungskopplers müssen die inneren Wellenleiterstücke nicht von außen gesteuert werden. Die beschriebene Anordnung nach F i g. 13a kann von zwei zur Umschaltung oder Entkopplung dienenden Kanälen auf eine größere Anzahl q von Kanälen verallgemeinert werden. Ais Beispiel zeigt Fig. 13b einen Umschalter für q=3 Kanäle. Im Falle einer allgemeinen Zahl q muß der erste, strablenteilende Wellenleiter (xq—x\) so bemessen sein, daß er q-fach teilt, und der zweite breite Wellenleiter muß die q Bilder wieder phasenrichtig überlagern. Dies ist dadurch möglich, daß die Abbildungsparameter als h\—p\lq und It₂=P₂Iq gewählt werden, so daß h\-_t=(h\ +A₂) eine ganze Zahl ist.

Dazwischen befinden sich q steuerbare Phasenschieber in Form der Wellenleiterstücke Mi ... M_q. Sind diese alle selbstabbildend und gleichphasig, so wirkt wieder die ganze Anordnung wie ein einziger Wellenleiter mit dem Parameter (hn + hn), der z.B. bei geradem (hi 2 + Am) jedes Eingangsfenster Ej auf das entsprechende Ausgangsfenster Aj abbildet (J= 1, 2 ... q). Werden nun die Phasenschieber in geeigneter Weise angesteuert, so kann erreicht werden, daß einige oder alle der q Ausgangsbilder miteinander vertauscht werden. Eine genauere Analyse des Problems zeigt, daß es sogar ausreicht, nur q— 1 der q Phasenschieber zu benutzen, und daß auf diese Weise jede zyklische Permutation der Ausgangsbilder erzeugt werden kann. Insbesondere ist es also möglich, nur auf eines der q Eingangsfenster ein Bild zu geben und dieses dann auf jedes gewünschte der q Ausgangsfenster umzuschalten. Die für eine gewünschte Schalt-Konfiguration notwendigen Phasendifferenzen der Phasenschieber lassen sich durch Lo-

sung eines linearen Gleichungssystems berechnen. Dessen Koeffizienten sind durch die früher erwähnten Phasen der Bilder in den Ausgangsfenstern bestimmt, die ihrerseits aus der ebenfalls erwähnten Theorie der Selbstabbildung periodischer Strukturen berechenbar sind.

Die erwähnte Bedingung eines ganzzahligen hn ist nicht zwingend, sondern erlaubte nur eine besonders anschauliche Erklärung der Fig. 12b. Wesentlich ist vielmehr, daß zu h_x und hi derselbe Nenner q und teilerfremde Zähler p\ undp2 benutzt werden.

6. Strahlenteiler mit ungleichem Teilerverhältnis

Der weiter oben beschriebene Strahlenteiler teilt das Eingangsbild in zwei Ausgangsb.'lder gleicher Intensität auf und ist damit ein sogenannter »3-dB-KoppIer«. Für viele Anwendungen werden jedoch auch Strahlenteiler mit ungleicher Aufteilung der Intensität benötigt Die F i g. 14a zeigt schematisch, wie ein solcher Strahlenteiler aus selbstabbildenden Wellenleitern konstruiert werden kann. In dem dargestellten Beispiel erfolgt die Aufteilung im Verhältnis 3 :2. Im allgemeinen Fall kann eine Aufteilung des Eingangsbildes am Fenster E_x auf die Ausgangsbilder A_x' und A₂" in weitgehend beliebigen Intensitätsverhältnissen q': q" vorgenommen werden, wobei q' und q" kleine, ganze, teilerfremde Zahlen sind. Der Strahlenteiler muß dann gemäß Fig. 14a aus drei Wellenleiterstücken bestehen, deren Breiten W₁, W und W" in den Verhältnissen

zueinander stehen. Inre Längen L, L' und L" müssen gemäß Gl. (1) so gewählt werden, daß die entsprechenden Abbildungsparameter lauten

h = p/(q' + q"). h' = p'/q' und h" = p"/q",

mit irgendwelchen ganzen Zahlen p, p'und p". Die einfachste Möglichkeit ist

Die Funktionsweise dieses Strahlenteilers ist nun ersichtlich: Der erste Wellenleiter teilt das ankommende Bild in (q'+ q") Teilbilder auf, von denen jedes nur den (q'+q")-ien Teil der ursprünglichen Intensität besitzt. Eine Anzahl 9'dieser Teilbilder wird durch den Wellenleiter (W, L') wieder zu einem einzigen Bild beim Ausgangsfenster A_x zusammengefaßt, und die übrigen q" Teilbilder werden durch den Wellenleiter (W", L") beim Ausgangsfenster A\" vereinigt Dabei ist die Intensität der Ausgangsbilder proportional zur Anzahl der jeweils vereinigten Teilbilder, entspricht also dem gewünschten Teilungsverhäitnis q':q". Eine Voraussetzung für die volle Rekombination z. B. der q' Teilbilder einzig im Ausgangsfenster A_x' ist es, daß zwischen den Eingangsbiidern an den Fenstern E_x'... E_q\ des Wellenleiters der Breite W ganz bestimmte Phasendifferenzen bestehen. Diese Phasen lassen sich rückwärts berechnen, indem man in F i g. 14a von rechts her ein Bild auf das Fenster A_x projiziert und die bei den Fenstern E_x ...Eq daraus entstehenden Bilder betrachtet Diese im Normalfall an den Fenstern E₁' erforderlichen Phasendifferenzen stimmen aber normalerweise nicht mit denen überein, die zwischen Bildern an den Ausgangsfenstern A,-des ersten Wellenleiters bestehen. Daher ist es für das Funktionieren des Strahlenleiters notwendig, zwischen jedes der Fenster Aj und das zugehörige Fenster Ef bzw. Ef noch einen geeigneten, festen Phasenschieber PS einzufügen, der die erwähnten Unterschiede der Phasen erzeugt. Die Realisierung solcher Phasenschieber wurde bereits oben diskutiert

In Fig. 14b ist noch eine andere Version eines ungleich teilenden Strahlenteilers angegeben. Im Unterschied zu Fig. 14a ist diese Anordnung (einschließlich der Phasenschieber) völlig symmetrisch in bezug auf vorwärts und rückwärts fließende Lichtströme. Wieder ist hier das Teilungsverhältnis durch das Verhältnis W: W"der Wellenleiter-Breiten bestimmt. Eine solche Anordnung eignet sich beispielsweise zur Auskopplung aus einem Streifenleiter-Laser. Der Laser-Resonator entsteht dabei einfach aus der Anordnung nach F i g. 14b, indem die beiden Leiter SA_x' und SA_x" mit je einem hochreflektierenden Spiegel abgeschlossen werden oder auch mittels eines geeigneten Wellenleiters verbunden werden (Ringlaser). Die Auskopplung erfolgt beim dargestellten Beispiel über die weiteren Streifenleiter wie 5Ai".

7. Stern-Koppler

Die meisten der in den vorhergehenden Abschnitten beschriebenen Anordnungen mit selbstabbildenden Wellenleitern lassen sich direkt von eindimensionaler auf zweidimensionale Abbildung verallgemeinern. Ein Beispiel dafür ist die folgende Anwendung der Selbstabbildung zur Verbesserung des sogenannten »Stern«- Kopplers.

Eines der möglichen Konzepte für kleinere optische Nachrichten-Übertragungssysteme benutzt die »Stern-Schaltung« aller miteinander zu verbindenden Teilnehmer. Dabei wird von jedem Teilnehmer ein lichtleitende Glasfaser (oder ein Bündel solcher Glasfasern) an einen gemeinsamen Sternpunkt geführt, an dem alle diese Lei-. tungen miteinander verbunden werden. Ein für diesen Zweck bekannter »Stern-Koppler« (vgl. M. C. Hudson and F. L Thiel, Applied Optics, Vol. 13 [19741 S. 2541) besteht im wesentlichen aus einem kurzen Stück eines Glasstabes, der an einer Stirnfläche verspiegelt ist, und gegen dessen andere Stirnfläche die zu verbindenden Glasfasern gepreßt werden. Die Querschnittsform (rund) und das Verhältnis Länge : Durchmesser (ca. 7:1) des Glasstabes wurden dabei empirisch für brauchbar gefunden.

Hier ermöglicht der Einsatz eines zweidimensional selbstabbildenden Wellenleiters eine deutliche Verbesserung. F i g. 15 zeigt als Beispiel einen Wellenleiter von quadratischem Querschnitt, bestehend aus einem durchsichtigen Material (z. B. Glas), dessen Index dem Index der Faserkerne möglichst gleichkommt Die Dicke Q und die Länge L des Wellenleiters sind so gewählt daß der Abbildungsparameter nach Gl. (1) den Wert h= 1/8 besitzt Die Stirnflächen des Wellenleiters sind genau senkrecht zu seiner Achse angeordnet und die in Fig. 15 hintere Stirnfläche SP ist verspiegelt Infolge der Spiegelung an dieser Fläche wirkt das im Sternkoppler in Reflexion benutzte Leiterstück wie ein in Transmission benutztes Leiterstück der doppelten Länge, also mit dem Parameter Λ =1/4. Dementsprechend beträgt die Multiplizität der Abbildung in y- und z-Richtung je 4, und die nicht verspiegelte Stirnfläche enthält 16 Fenster, die zugleich dem Eingang und Ausgang dienen. Auf jedes dieser Fenster ist ein Glasfenster G zentrisch aufgesetzt Der Wellenleiter bildet dann den Kern

jeder einzelnen Faser genau auf die Kerne aller anderen Fasern ab. Dabei ist dieser abgebildete Sternkoppler frei von dem sogenannten »Packungsverlust« von ca. 60%, der bei dem bekannten Koppler dadurch entsteht, daß das aus dem Glasstab kommende Licht auch auf die Ummantelungen der Glasfasern fällt sowie auf die Zwischenräume zwischen den Fasern. Der selbstabbildende Sternkoppler gemäß Fig. 15 kann daher eine um den Faktor 2,5 höhere Intensität in jede der abgehenden Fasern einspeisen als ein nicht abbildender Koppler.

Ein Zahlenbeispiel möge den abbildenden Stern-Koppler noch besser veranschaulichen: Um 4x4 Fasern mit 70 μίτι Außendurchmesser aufzunehmen, muß die Stirnfläche des Wellenleiters etwa 30 »m χ 300 μηι messen. Damit dann Λ =1/8 wird, muß bei /ί=0,9μΐη und fl/=l,55 die Leiterlänge L «7,75 cm betragen. Durch Verwendung eines Wellenleiters, der sich von der Ein-/Ausgangsfläche zur verspiegelten Stirnfläche hin verjüngt, kann die Länge L noch verkürzt werden.

Die Fasern brauchen beim abbildenden Koppler also nicht in dichtester Packung zu liegen, und insbesondere brauchen ihre Ummantelungen nicht dünn geätzt zu werden. Eine dichteste Packung ist aber durchaus möglich und sogar fertigungstechnisch vorteilhaft. In diesem Falle ist es dann aber günstiger, anstelle des quadratischen Leiterquerschnittes einen dreieckigen (F i g. 6b) oder sechseckigen (F i g. 6c) Querschnitt zu verwenden, die der hexogonalen Symmetrie einer dichtesten Pakkung entsprechen.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Anwendungen der Strahlenteilung durch Selbstabbildung beschränkt Darüber hinaus bestehen folgende allgemeinere Möglichkeiten der Realisierung und Anwendung des Verfahrens:

1. Wellenleiter materialien

Als Materialien für den selbstabbildenden Wellenleiter sind feste, flüssige und gasförmige Stoffe geeignet, die für die Strahlung der benutzten Wellenlänge hinreichend durchlässig sind. Ferner kann der Wellenleiterkern (Bereich n/ in Fig. 1) auch leer sein (Vakuum, η;= 1). In jedem Fall muß nur sichergestellt sein, daß an den Wänden des Wellenleiters ene Reflexion stattfindet, sei es eine Totalreflexion ^rn_c<nr), eine Fresnel-Reflexion (n_c> nft oder eine metallische Reflexion (n_c komplex). Natürlich sind auch doppelbrechende Stoffe als Wellenleitermaterialien geeignet, wenn sie passend orientiert sind. Die Brechungsindizes sollen möglichst homogen sein. nen theoretischen Begründung ist das beschriebene Strahlenteilungsverfahren auch für alle anderen Arten von Wellen geeignet, die sich nach den Gesetzen der geometrischen Optik ausbreiten, sei es 3dimensional (d. h. als Volumenwellen) oder 2dimensional (d. h. als Oberflächen-Wellen). Hierzu gehören Wellen mit elektromagnetischem Energiear.teil wie Oberflächen-Plasmonen und -Polaritonen an metallischen oder dielektrischen Materialien, Spin-Wellen, Plasma-Wellen sowie Wellen nicht elektromagnetischer Natur: akustische Druck- und Scherwellen, akustische Oberflächenwellen, Schwere-Wellen auf der Oberfläche von Flüssigkeiten und schließlich die mit Teilchenstrahlen (Elektronen, Neutronen usw.) verbundenen de Brogüe-Wellen. Ferner kann das anhand von Fig. 10 diskutierte Prinzip eines eindimensional selbstabbildenden Wellenleiters kombiniert werden mit anderen Methoden der Wellenführung in der y-Dimension. In Fig. 10 erfolgte diese Wellenführung durch wiederholte Reflexionen an der Ober- und Unterseite einer auf dem Substrat aufgebrachten diskreten Schicht. Neben diesem Schichtleiter sind noch andere Arten optischer Wellenleiter bekannt, bei denen die Wellenausbreitung in der y-Richtung eingeschränkt wird: Platten, bei denen der Brechungsindex des Materials in der Nähe der Oberfläche erhöht wurde durch Aus- und Eindiffusion von Ionen oder auch durch Beschüß mit schnellen Teilchen, z. B. Protonen oder Li-Ionen. Ein derartiger Wellenleiter mit einem oberflächlichen, glatten Brechungsindexverlauf /ι=π (^stellt ein zweidimensionales optisches Ausbreitungsmedium mit einem gewissen »effektiven« Brechungsindex nr dar. Hieraus wird ein eindimensional selbstabbildender Streifenleiter, wenn die oberflächliche Modifikation des Brechungsindex auf einen streifenförmigen Bereich der Breite oder Dicke Wund der Länge L gemäß Gl.(1) beschränkt wird. Dies kann durch geeignet geformte Masken erfolgen, die die Diffusion bzw. den Ionenbeschuß auf die gewünschte Fläche begrenzen. Die Tiefe des Oberflächenbereiches kann einige Wellenlängen betragen.

Ein selbstabbildender Wellenleiter läßt sich auch dadurch realisieren, daß man auf einem Substrat eine erste Schicht bildet, auf der dann der streifenförmige Wellenleiter als zweite Schicht aus dem gleichen Material wie die erste Schicht aufgebracht oder durch Herausarbeiten aus der ersten Schicht gebildet wird. Derartige »rib waveguides« sind bekannt (vgl. J. E. Goell in »Appl. Optics«, Vol. 12, S. 2797/1973). Diese Möglichkeit bietet den Vorteil, daß der Leiter für einmodigen Betrieb relativ breit seiP-i also einfacher hergestellt werden kann.

2. Strahlenteilung anderer Wellenlängen

Das beschriebene Strahleriteilungsverfahren beruht auf geometrisch-optischen Prinzipien und ist daher nicht auf sichtbares Licht beschränkt, sondern für Strahlungen aller Wellenlängen geeignet, für die ein Wellenleiter gebaut werden kann, dessen Wirkung auf wiederholten Reflexionen an den Wänden beruht Insbesondere ist es z. B. möglich, das Verfahren auf Röntgenstrahlen anzuwenden und damit zwei (oder mehr) untereinander punktweise kohärente Röntgenbilder herzustellen.

3. Strahlenteilung anderer Arten von Wellen

Bisher wurden nur elektromagnetische Volumen-Wellen betrachtet Entsprechend seiner oben angegebe4. Form der Wände

Wie gezeigt, läßt sich gleichzeitig mit der Strahlenteilung im Wellenleiter auch eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Bildes erzielen, indem die Wände des Wellenleiters keilförmig bzw. pyramidenförmig angeordnet werden. Die an einer beliebigen Stelle χ existierende Wellenleiter-Querabmessung W(x) ist dann eine lineare Funktion. Strahlenteilung und gleichzeitige Vergrößerung bzw. Verkleinerung funktionieren aber auch dann noch, wenn die Wellenleiterwände nicht eben, sondern leicht gekrümmt sind. Die Funktion W(x) ist dann nicht mehr linear, sondern kann beispielsweise eine Exponentialfunktion sein. Im Interesse geringer Abbildungsfehler ist lediglich zu fordern, daß die Wände möglichst glatt sein sollten. Die in Gl. (1) für den Abbildungsparameter h eingehende Querabmessung W_eq berech-

net sich bei nichtlinearem W(x)a\s

W² = L'¹

rr cq ^

DcH wurde schon bei Gleichung (4) definiert
5. Form der Enden

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Die Enden des strahlenteilenden Wellenleiters brauchen nicht so stumpf und rechtwinklig abgeschnitten zu sein, wie es in der bisherigen Diskussion stets angenommen war. Da die Selbstabbildung das gesamte Volumen des Wellenleiters auf ein anderes, im Abstand L* gelegenes Volumen abbildet, sind auch schräg oder unregelmäßig abgeschnittene Enden geeignet, wie in Fig. 16 gezeigt. Die Neigung der Endflächen ist dabei weitgehend beliebig, solange nur der lokale Neigungswinkel λ nicht so groß wird, daß ein Teil des im Wellenleiter geführten Lichtes an der geneigten Endfläche aus dem Wellenleiter herausreflektiert wird. Ferner muß die Neigung bzw. Krümmung der Ausgangsfenster genau derjenigen der Eingangsfenster entsprechen, und zwar so, daß jeder Punkt eines Ausgangsfensters vom korrespondierenden Punkt des Eingangsfensters genau den gleichen Abstand L* in ^-Richtung besitzt Dies ist in F i g. 16a, b dargestellt Und zwar ist in F i g. 16a der Fall Λ =1/2 illustriert, der repräsentativ ist für alle Fälle h=p/q mit geradem Produkt pq. In diesem Fall ist die Abbildung der Eingangsfenster Ej auf die zugehörigen Ausgangsfenster Aj aufrecht, und die Endflächen bei x=Q und bei Af=L liegen parallel. In Fig. 16b ist dagegen der Fall h= 1/3 illustriert, der wegen des ungeraden Produktes pq eine umkehrende Abbildung liefert Hier müssen die Endflächen des Wellenleiters symmetrisch liegen in bezug auf die Mittelebene MM des Wellenleiters.

Bei starker Neigung der Endflächen, insbesondere bei x=45°, ergibt sich eine neue, praktisch interessante Gestalt für das Wellenleiter-Ende (Fig. 16c). Hier ist die Endfläche so stark geneigt, daß alles im Wellenleiter ausbreitungsfähige Licht von der Endfläche seitlich aus dem Wellenleiter herausreflektiert wird. Dieser Fall ist in Fig. 16c, d für einen eindimensional selbstabbildenden Schichtleiter gezeigt Eine entsprechende Form ist natürlich auch bei allen zweidimensional selbstabbildenden Wellenleitern nach Fig.4-7 möglich. Die Reflexion an den unter 45° geneigten Endflächen Sp in F i g. iöc, d bewirkt, daß die Ausgangs- bzw. Eingangs-Fenster Aj bzw. Ej des Wellenleiters in seinen Seitenwänden zu liegen kommen. Dies ist für manche Anwendungen von Vorteil. In Fig. 16c liegen alle Fenster in einer Seitenwand, in Fig. 16d auf gegenüberliegenden. Da das Licht bei dieser Anordnung durch die Seitenwand in den Schichtleiter ein- bzw. austritt, kann die Gestalt der Enden in Fig. 16c, d auch als neuartiger Koppler aufgefaßt werden, der ähnliche Aufgaben erfüllt wie die in der integrierten Optik bekannten Pnsmen- und Gitterkoppler. Im Unterschied zu letzteren ist die Anordnung nach F i g. 16c, d jedoch in der Lage, ein ganzes Bild (& h. sehr viele Moden gleichzeitig) in den Wellenleiter einzukoppeln. Insbesondere ist diese Form dazu geeignet, eine Multimode-Glasfaser mit gutem Wirkungsgrad mit einem Multimode-Schichtleiter oder -Streifenleiter zu verkoppeln (F i g. 16e).
Die Reflexion an dem geneigten Wellenleiterende kann eine Totalreflexion sein, wenn an der Endfläche ein genügend hoher Sprung des Brechungsindex besteht. Alternativ kann die Endfläche metallisch (z. B. mit Silber oder Aluminium) verspiegelt sein, oder sie kann als ein holographisch hergestellter Bragg-Reflektor realisiert werden.

6. Reflexions-Strahlenteiler

Mit Ausnahme des Stern-Kopplers arbeiten alle bisher beschriebenen Strahlenteiler in Transmission, d. h., bei ihnen liegen die Eingangs- und Ausgangsfenster an entgegengesetzten Enden des Wellenleiters und haben den Abstand L Es soll aber darauf hingewiesen werden, daß es ohne weiteres möglich ist, äquivalente Strahlenteiler auch für Betrieb in Reflexion zu bauen. So kann man z.B. die Strahlenteiler nach Fig.9 und 10 sowie viele der daraus abgeleiteten Anordnungen (z. B. F i g. 12,13a, 14b), in der Mitte ihrer Länge L auftrennen und dann, nach Aufbringen von Spiegeln auf die Trennflächen, jede der beiden entstandenen Hälften für sich allein in Reflexion betreiben. Man erhält dann dieselbe Wirkung wie vorher in Transmission. Die Eingangs- und Ausgangsfenster fallen dann zusammen, und die in GL(I) einzusetzende Länge ist das Doppelte des Abstandes dieser Fenster von der verspiegelten Trennfläche.

Der auf die Trennfläche aufzusetzende Spiegel kann metallisch sein, oder eine Anordnung dielektrischer Vielfachschichten, einschließlich des zugehörigen Grenzfalles eines Bragg-Reflektors. Andere Alternativen sind ein als »cube corner reflector« fungierendes Prisma oder ein einfaches 90°-Dach-Prisma oder, zur Verwendung an einem Streifenleiter nach Fig. 10, das zweidimensionale Äquivalent des Dach-Prismas.

65 Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (25)

Patentansprüche:

1. Verwendung eines selbstabbildenden Wellenleiters, in den am einen Ende die zu manipulierende Bildinformation an in mindestens einer Querrichtung nebeneinanderliegenden Bereichen eingespeist wird und dem die Strahlung nach Durchlaufen einer Strecke einer Länge L entnommen wird, welche unter Berücksichtigung der Wellenlänge λ, des Brechungsindex nraes Leiterinneren und der einer typischen Querabmessung in der genannten Querrichtung des Wellenleiters entsprechenden Größe W«, wenigstens ungefähr der Bedingung genügt, daß der Abbildungsparameter

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eine nicht ganzzahlige rationale Zahl ist und zur Abbildung der am einen Ende (x=*0) des Wellenleiters befindlichen Bereiche an q Stellen in der W_n, entsprechenden Querabmessung des Wellenleiters, deren Entfernung vom einen Ende gleich der Länge L ist, gleich p/q gewählt wird, wobei ρ und q zueinander teilerfremde ganze Zahlen sind, zur Strahlenteilung oder zur Strahlenkopplung insbesondere in einem System der Glasfaser- oder integrierten Optik.

2. Verwendung eines Wellenleiters, dessen Abbildungsparameter h halbzahlig (1/2, 3/2, 5/2 ...) gewählt wird, gemäß Anspruch 1.

3. Vorrichtung mit einem Wellenleiter zur Verwendung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter eine Länge hat, die ein nicht ganzzahliges Vielfaches der Länge ist, bei der der Wellenleiter ein an seinem Ende befindliches Objekt einfach abbilden würde.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter ein Schichtleiter ist, dessen Dicke (W in F i g. 9) wesentlich größer ist als die Wellenlänge, und daß das Bild eines am einen Ende des Schichtleiters befindlichen streifenförmigen Eingangsfensters (E\) am anderen Ende an jedem von einer Anzahl (q) streifenförmiger übereinanderliegender Ausgangsfenster (A\, A₂, A₃) abgebildet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein an eine Längsfläche des Wellenleiters angrenzendes Material den gleichen Brechungsindex (Tt_0x = IJc₂) hat wie ein an einer entgegengesetzten Längsfläche des Wellenleiters befindliches Material.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter ein dünner Schichtleiter ist, an dessen entgegengesetzten Stirnflächen jeweils eine Anzahl fo) optischer Streifenleiter (SE, SA in Fig. 10) geringerer Breite (W₁) nebeneinander angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenleiter (SE, SA) so bemessen sind, daß sie an der betreffenden Stirnfläche des Wellenleiters bzw. an ihrem vom Wellenleiter abgewandten Ende ein Objekt abbilden, welches sich an diesem Ende bzw. an der Stirnfläche befindet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke (D) des Wellenleiters und/oder der Streifenleiter (SE, SA) so klein ist, daß in der zur Schichtdicke senkrechten Querdimension (y) nur eine einzige Mode

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existiert

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (W_1x,) des Wellenleiters in der Dickendimension (z) eine Anzahl von Moden zuläßt, die erheblich größer ist als die Zahl zu übertragender Bildelemente.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (W\) der Streifenleiter (SE, SA) nur die Übertragung einer einzigen Mode zuläßt

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an die eine Stirnfläche (X=O) des Wellenleiters wenigstens ein erster Eingangsstreifenleiter (uj in Fig. 11) sowie wenigstens ein zweiter Eingangsstreifenleiter (vj) angeschlossen sind, deren Bild jeweils sowohl auf eine erste als auch auf eine zweite Ausgangsstelle (Sj bzw. Dj) an der anderen Stirnfläche (x=L) des Wellenleiters abgebildet wird, wobei sich die Intensität des Bildes jeweils wenigstens annähernd im Verhältnis 1 :1 auf die beiden Ausgangsstellen aufteilt

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich zur Realisierung logischer Verknüpfungen (UND, ODER usw.) an den Ausgangsstellen (Sj, DJ) jeweils Lichtdetektoren befinden, die mit bei Überschreiten eines Schwellwertes ansprechenden Triggerschaltungen (T) gekoppelt sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter zur Vergrößerung oder Verkleinerung des übertragenen Bildes eine von seinem einen Ende aus stetig zunehmende bzw. abnehmende Querdimension hat

14. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zerlegung eines Bildes in symmetrische und antisymmetrische Anteile die Länge (L) des schichtförmigen Wellenleiters für einen halbzahligen Parameter (ty gewählt ist, und daß an einem die eine Hälfte der Eingangsfläche des Wellenleiters einnehmenden Eingangsfenster (E\ in Fig. 12) eine Einrichtung (PS) zur Phasenverzögerung kohärenten Lichtes um 90° vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des Wellenleiters im Bereich des Eingangsfensters (E_t) etwas dicker ist als im übrigen Bereich.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (PS) zur Phasenverschiebung ein Streifenleiter oder ein elektrisches Verzögerungsglied ist, dessen Phasenverschiebung durch externe Steuerung veränderbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwendung als Modulator oder Bildumschalter oder als optischer Isolator eine Anzahl (q) von Eingangsstreifenleitern an die Eingangsstirnfläche eines ersten schichtförmigen Wellenleiters und eine entsprechende Anzahl von Ausgangsstreifenleitern an die Ausgangsstirnfläche eines zweiten streifenförmigen Wellenleiters angeschlossen sind, und daß sich zwischen den beiden Wellenleitern weitere Streifenleiter befinden, die als Phasenschieber mit durch äußere Beeinflussung getrennt veränderbarer Phasenverschiebung dienen oder nicht-reziproke optische Elemente darstellen (Fig. 13).

18. Vorrichtung mit einem Wellenleiter zur Verwendung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus mindestens drei Leiter-

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stücken zusammengesetzter Wellenleiter vorgese- die zu manipulierende Bildinformation an in mindestens hen ist, von denen das erste Leiterstück an einem einer Querrichtung nebeneinanderliegenden Bereichen Eingangsfenster (E₁ in F i g. 14) das Bild empfängt, eingespeist wird, und dem die Stranlung nach Durchlaudas auf mindestens zwei Ausgang; fenster (Ai', A\") fen einer Strecke einer Länge L entnommen wird, welan den nebeneinander an das erste Leiterstück ange- 5 ehe unter Berücksichtigung der Wellenlänge Λ, des Breschlossenen zweiten und dritten Leiterstücken abge- chungsindex m des Leiterinneren und der einer typibildet wird, daß die Breiten (Wy, W und W") der sehen Querabmessung in der genannten Querrichtung Leiterstücke in den Verhältnissen (p'+q"):p':p" des Wellenleiters entsprechenden Größe W«, wenigzueinander stehen, wobei q' und q" zu den ge- stens ungefähr der Bedingung genügt, daß der Abbilwünschten Intensitäten des Bildes an den beiden 10 dungsparameter Ausgangsfenstern proportionale ganze Zahlen sind,

und daß die Längen (L, U, L") der Leiterstücke so A = LA/(4n_f W²^)

gewählt sind, daß bei ganzen Zahlen p, p'und p" ihre

jeweiligen Abbildungsparameter h, h' bzw. h" den ist Ferner betrifft die Erfindung entsprechende Vorrich-Bedingungen h=p/(q'+q"), h'=p'/q'und h"=p"/q" 15 tungen hierfür, insbesondere in einem System der Glasgenügen, faser- oder integrierten Optik.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch ge- Als »integrierte Optik« bezeichnet man heute alle kennzeichnet, daß sich zwischen einander zugehöri- Bestrebungen, miniaturisierte optische Systeme herzugen Eingangs- und Ausgangsfenstern (Ej, A₁) Ein- stellen, welche optische Funktionen in Nachrichtenrichtungen (PS)zur Phasenverschiebung befinden. 20 Übertragungs- und Bildauswertungs-Systemen ausfüh-

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, da- ren können, wie z. B. Abbildung, Filterung, Verstärkung, durch gekennzeichnet, daß an ein Eingangs- und Modulation, Fourier-Transformation etc. (vergleiche Ausgangsfenster jeweils Streifenleiter (SA_x, SA_x'") z. B. S. E. Miller, IEEE Journal on Quantum Electronics angeschlossen sind, die durch Spiegeiabschluß oder QE-8 [1972J S. 199). Es besteht dabei die begründete eine äußere Verbindung einen Laserresonator bil- 25 Hoffnung, daß sich diese miniaturisierten optischen Syden, und daß zur Auskopplung der Laserstrahlung sterne mit ähnlichen Methoden wie Halbleiter-Bauelewenigstens ein weiterer Streifenleiter (SAi") ange- mente in großer Zahl billig und zuverlässig werden herschlossen ist. stellen lassen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- In der integrierten Optik wie in der gewöhnlichen kennzeichnet, daß eine Anzahl von Glasfasern (G in 30 Optik ergibt sich oftmals das Problem, einen Lichtstrom Fig. 15) mit ihren Stirnflächen auf eine Stirnfläche in mehrere Teilströme aufzuspalten oder eine Anzahl des prismaförmigen oder pyramidenförmigen, an von Lichtströmen miteinander zu vereinigen. Diesem seiner anderen Stirnfläche verspiegelten Wellenlei- Zweck dienen Strahlenteiler und Richtkoppler. Unter ters aufgesetzt sind, der das Bild jeder Faser auf alle einem Strahlenteiler soll hier eine Vorrichtung verstanjeweils anderen Fasern abbildet 35 den werden, die einen ausgedehnten Lichtstrahl in zwei

22. Vorrichtung mit einem Wellenleiter zur Ver- oder mehr Teilströme so aufspaltet, daß dabei jeder der wendung gemäC Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Teilstrahlen dasselbe optische Bild trägt wie der ankomnet daß der Wellenleiter abgeschrägte Endflächen mende Strahl. Ein Beispiel aus der gewöhnlichen Optik (5p in F i g. 16) hat und Licht durch im wesentlichen ist ein teildurchlässig versilberter Spiegel. Unter einem parallel zur Längsrichtung des Wellenleiters liegen- 40 Richtkoppler soll dagegen ein Element verstanden werde Fenster (Ej, Aj) ein- bzw. austritt. den, wie man es z. B. in der Mikrowellen-Technik ver-

23. Vorrichtung mit einem Wellenleiter zur Ver- wendet, um zwei (oder mehr) gewöhnlich einmodige wendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Wellenleiter miteinander zu koppeln. Ein Richtkoppler net daß der Wellenleiter am einen Ende reflektie- kann daher nur die Leistungen von Lichtströmen aufteirend ausgebildet ist, und daß die Welle in einer Ent- 45 len oder vereinigen. Von der Übertragung eines Bildes fernung von dem reflektierenden Ende eingegeben kann bei ihm jedoch nicht gesprochen werden, denn ein und abgenommen wird, die gleich L/2 ist Bild besteht notwendig aus mehreren Bildpunkten, de-

24. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- ren jeder einer eigenen optischen Mode zur Übertrakennzeichnet, daß der Wellenleiter einen Quer- gung bedarf. Ein Strahlenteiler ist also zur Bild erhaltenschnitt hat, dessen Fläche restlos in gleich große 50 den Aufteilung vielmodiger Lichtströme geeignet, ein Dreiecke zerlegbar ist, die zwei Winkel entweder Richtkoppler dagegen normalerweise nur für einmodivon 30° und 60° oder von jeweils 45° oder von je- ge. Ein Strahlenteiler kann oft die Funktion eines Richtweils 60° haben, oder in gleich große Rechtecke, kopplers übernehmen, jedoch nicht umgekehrt. Daher deren Kantenlängen (Wy, W₂) sich wie Quadratwur- bilden die Strahlenteiler eine allgemeinere Gruppe, zein aus kleinen ganzen Zahlen oder wenigstens wie 55 Die Anwendungen von Strahlenteilern in der intekleine Zahlen selbst verhalten. grierten Optik entsprechen etwa denen in der gewöhnli-

25. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- chen Optik: Abzweigung eines Teil-Lichtstromes, um kennzeichnet, daß ein Wellenleiter vorgesehen ist, die Intensität des Haupt-Stromes zu messen, Verteilung der aus einem streifenförmigem Oberflächenbereich des Lichtes einer Quelle auf mehrere Verbraucher, Aufeines Substrates besteht, in welchem der Brechung- 60 spaltung des Lichtstromes in Interferometem (z. B. nach index n=*n(y) sich kontinuierlich als Funktion der Michelson), Auskopplung aus Laser-Resonatoren sowie Tiefe y des Oberflächenbereiches ändert die Abtrennung bzw. Überlagerung des Referenzstrahles bei der Aufnahme bzw. Rekonstruktion von HoIo-