DE2931548A1

DE2931548A1 - Geodaetische linse fuer wellenleiter und vorrichtung fuer die verarbeitung eindimensionaler signale durch anwendung dieser linse

Info

Publication number: DE2931548A1
Application number: DE19792931548
Authority: DE
Inventors: Giancarlo Dr Righini; Vera Prof Russo; Stefano Dr Sottini
Original assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR
Current assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR
Priority date: 1978-08-07
Filing date: 1979-08-03
Publication date: 1980-03-06
Also published as: US4345815A; FR2433188A1; IT7809555A0; GB2027931A; GB2027931B; FR2433188B1; IT1103647B

Description

Consiglio Nazinale delle Ricerche, Piazzale delle Scienze 7, Rom, Italien

Geodaetische Linse für Wellenleiter und Vorrichtung für
die Verarbeitung eindimensionaler Signale durch Anwendung dieser Linse·

Die vorliegende Erfindung betrifft eine geodätische Linse für Wellenleiter, besonders elektromagnetische Wellen und akustische Oberflächenwellen, die besonders zur Einschaltung in optisch integrierte Kreise geeignet ist (PK. Tien:

-2-

030010/06 81

Integrated optics an new wave phenomena in optical waveguides, Reviews of Modern Physics, vol. 49, S. 36l-42o, April 1977). Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung für die Verarbeitung eindimensionaler Signale durch Anwendung dieser Linse.

Die Linse, Gegenstand der vorliegenden Erfindung, gehört zur Klasse der geodätischen Linsen und besteht aus einem Substrat mit einer geeigneten unebenen, konkaven oder konvexen, Oberfläche,auf welcher der Wellenleiter liegt (G.C. Righlni, V. Russo, S. Sottini, G. Toraldo di Francia: Geodesic lenses for guided optical waves, Applied Optica, vol. 12, S. 1477-1¹IoI, JuIi 1973). Bei den integrierten optischen Kreisen ist der Wellenleiter aus einer dünnen Schicht gebildet, vorzugsweise aus einem dielektrischen Material mit einem höheren Brechungsindex als jener des des Substrat bildenden Materials. Dieses Substrat ist gewöhnlich aus Glas oder aus speziellen Kristallen ausgeführt, auch als Halbleiter, mit den eigentümlichen Techniken der optischen Bearbeitungen.

Die Punktion der geodätischen Linsen hängt ausschließlich von der Krümmung des Wellenleiters ab; die Ausbreitung in der dünnen Schicht erfolgt nach den Geodätlken des so erzielten zweidimensionalen Raumes von Riemen ohne Diskontinuitäten in dem Leiter selbst, welche durch Änderungen der Dicke oder des Brechungsindex verursacht werden, wie es bei anderen Linsenarten der Fall ist.

Die einfachste geodätische Linse ist durch einen Teil einer Kugelfläche dargestellt. Dennoch nur ein Viertel einer

-3-

030010/0681

Kugelfläche verhält sich wie eine einwandfreie Linse und jedenfalls weist sie beim Eingang und Ausgang der Linse eine Diskontinuität auf, die im Leiter Verluste verursacht. Bekanntlich können die Aberrationen eines Teiles einer sphärischen Linse durch Koppelung dieser Linse mit einer zweiten Linse anderer Art korrigiert werden (vergl. z.B. US-PS 3.917.384). Es bestehen aber Probleme der Konversionsarten und die Erzeugungsschwierigkeiten nehmen zu.

Will man im Bereich der rein geodätischen Linsen bleiben, um einwandfreie oder berichtigte Linsen zu erhalten, muß man zu aspiärlschen Flächen greifen, auch wenn man sich auf Rotationsflächen beschränken muß, um die Erzeugungsschwierigkeiten nicht übermäßig zu erhöhen.

Es verbleibt jedoch das Prblem der Diskontinuitätslinien oder Konflexionslinien beim Eingang und Ausgang. Deshalb hat man die Möglichkeit untersucht, den Linsen eine torusförmige Fuge ■*zuzufügen, ohne dabei die Eigenschaften der Linsen selbst wesentlich zu ändern; eine bessere Weise, das Problem zu erfassen, ist aber die Oberflächenkontinuität schon bei der Auslegung der Linse en ■ fordern. Dieses ist möglich, indem man sich des Aequivalenzgrundsatzes zwischen Linsen mit Brechungsindexverteilung (verallgemeinerte Luneberg-Linsen) und geodätische Linsen bedient. Nach diesem Verfahren wurde tatsächlich eine geodätische Linse geschaffen, deren Profil durch Digitalrechnung erhalten wurde, wobei durch Annäherung die Linse selbst in eine Anzahl von Ringen unterteilt wurde (D. Kassai und Andere: Aberration corrected geodesic lens for integrated optics circuits, in

0300 10/068

Digest of technical papers, Topical Meeting on Integrated and Guided Wave Optics, Salt Lake City, Januar 16-18,1978).

Es ist auch ein direktes Verfahren bekannt, das ohne Anwendung des Aquivalenzgrundsatzes eine genaue Lösung für das Profil der einwandfreien und ohne Diskontinuität geodätischen Linse ermöglicht. Dieses Verfahren, das zunächst für Anwendungen im Gebiet der Mikrowellen vorgeschlagen wurde (G. Toraldo di Prancia: Un problema sulle geodetiche delle superfici di rotazione ehe si presenta nella tecnica delle microonde. Atti della fondazione Ronchi XII Jahrgang, S, 151-172, 1957) wird von den Erfindern für die Konstruktion geodätischer Linsen für integrierte optische Kreise verwendet.

Die durch Anwandung dieses Verfahrens erhältlichen Linsen bestehen aus zwei kontinuierlich miteinander verbundenen Teilen. Der innere Teil, welcher die eigentliche Linse bildet, ist in einem Parallelkreis B mit dem Radius b enthalten, während der äußere Teil, der vom Parallelkreis A mit dem Radius a begrenzt ist, als Anschluß mit der äußeren ebenen Fläche der Linse dient. Ein kollimiertes geleitetes Bündel mit einer öffnung, die gleich dem Durchmesser 2b ist, wird gänzlich fokussiert: die Strahlen, die durch B nicht hindurchtreten, werden nicht fokussiert werden. Linsen dieser Art haben den Nachteil, daß sie den Brennpunkt an einer Stelle des Parallelkreises A haben, der

-5-

030010/0681

gerade an der Grenze zwischen der ebenen Fläche und der konkaven oder konvexen Zone der Linse liegt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, geodätische Linsen ohne diese Beschränkungen zu herstellen,und zwar ohne Zusairanenbeugungen und die im Stande sind, in der äußeren Ebene derselben Linse das einwandfreie Bild (nämlich ohne Aberrationen), außerhalb der Linse liegender Quellen, im endlichem oder unendlichem Abstand (kollimierte Bündel) zu geben.

Diese Aufgabe ·."■-"· . wird erfindungsgemäß durch eine geodätische Linse für Wellenleiter dadurch gelöst, daß sie aus viefkonzentrischen Zonen besteht, von denen die zwei äußeren Zonen mit den äußeren Radien a und b Teile ebener Fläche sind, die mittlere Zone mit dem Radius d die eigentliche Linse bildet und die restliche Zone mit dem äußeren Radius c ein Anschlußteil ohne Diskontinuität mit den angrenzenden Zonen mit den äußeren Radien d bzw. b bildet, wobei die Parameter a, b, d, in Bezug der optischen Merkmale der zu bildenden Linse aufgrund folgender Formeln gewählt werden: Brennweite f = ab/(a+b), Artpertur = 2d, lineare Vergrößerung X = b/a (oder X = a/b je nach den gegenseitigen Lagen der Quelle und des Bildes).

Weiterhin kann bevorzugt der Parameter a, der die Entfernung der Quelle oder des Bildes vom Mittelpunkt der Linse bezeichnet, erfindungsgemäß ins Unendliche streben (a* °°)

-6-

0300 10/068 1

wobei die Linse in drei konzentrische Zonen mit den Radien b, c bzw. d geteilt ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprtichen.

Weiter kann die so erhaltene geodätische Linse erfindungsgemäß in einer Vorrichtung für die optische Verarbeitung eindimensionaler Signale angewendet werden, bestehend aus:

- einem optischen Wellenleiter, der aus einer dünnen Schicht aus einem für die verwendeten Laserstrahlen durchlässigen Material gebildet ist, die von einem Substrat aus einem Material mit niedrigerem Brechungsindex als Jener der dünnen Schicht ge-

- · . tragen ist,

einem in diesem Substrat hergestellten optischen System, bestehend aus zwei geodätischen Linsen der obenbeschr-iebenen Art, von denen die erste mit den Parametern a, b, c, d und die zweite mit den Parametern a¹, b¹, c¹, d', so daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten der beiden Linsen gleich oder größer, als die Summe der Radien c der ersten Linse und a' der zweiten Linse ist,

- einem Modulator, um das Eingangssignal längs einer Linie einzuführen, die sich senkrecht zur Achse, welche die Mittelpunkte der beiden Linsen verbindet, erstreckt und im Abstände a^f vom Mittelpunkt der zweiten Linse lokalisiert ist,

-7-

030010/0681

einem auf Raurafrequenzen wirkenden Filter, der auf einer Linie die parallel zu Jener des Eingangs und im Abstande a vom Mittelpunkt der ersten Linse lokalisiert ist,und

Detektormitteln, die auf einer Kreislinie lokalisiert sind, deren Radius gleich der Brennweite f der zweiten Linse ist und deren Mittelpunkt in einem Punkte der Linie liegt, die durch die Mittelpunkte der beiden Linsen im Abstande a¹ - f vom Mittelpunkt der zweiten Linse verläuft.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt· Es zeigen:

Pig, 1 eine schematische Darstellung einer in vier konzentrische Zonen geteilten erfindungsgemäßen geodätischen Linse in Draufsicht;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der vier Zonen der geodätischen Linse gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt der Linse gemäß der Schnittlinie X-X in Fig. 1;

Fig. Ί schematisch in Draufsicht eine Vorrichtung zur optischen Verarbeitung eindimensionaler Signale durch Verwendung zweier erfindungsgemäfter geodätischer Linsen und

-8-0 3 0 010/0681

Fig. 5 dieselbe Vorrichtung gemäss dem Längsquerschnitt V-V der Fig. 4.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht ist die Oberfläche der geodätischen Linse erfindungsgemäss in vier konzentrischen Zonen geteilt, welche mit 4, 3, 2, 1 bezeichnet sind und von Kreislinien A, B, C, D mit den Radien a, b, c, d begrenzt und gegenseitig kontinuierlich verbinden sind.

Diese Oberfläche, die in der Fig. 2 mit S bezeichnet ist und die den Wellenleiter darstellt, kann dadurch bestimmt werden . indem man teoretischen Ueberlegungen verallgemeinert, die auf der Grundlage des pberbeschriebenen besonderen Falls liegen. Man betrachte in Figur 2 den Parallelkreis A der obengenannten Oberfläche S, mit dem Radius a; die Punkte dieses Parallelkreises sind durch ihre Länge Φ gegenüber dem Ursprung M spezifiziert. Bei einer gegebenen beliebigen Funktion F(I?), ist die Fläche S in der Weise bestimmt, dass die geleiteten Wellen, die A in einem Punkte M unter einem Winkel '!'durchgehen, A wieder in einem Punkte N mit der Länge φ"= F(ψ) für jeden Wert von Ψ schneiden. Unter nicht einschränkenden Annahmen über die Funktion F( ψ) und über die Charakteristiken von S Kann man die erste Ableitung der Funktion £(p) eindeutig bestimmen,

030010/0681

die die Meridiankurve von S darstellt. Es ist:

arccos(p/a)
ο /ä² cos² ψ-ρ²

wobei F¹(ψ) die Ableitung von F( ψ) ist. Durch erneuerte Integration kommt man zur Meridiankurve zurück, welche in zylindrischen Koordinaten durch die Funktion

fP ■_ __ -

zip) = Zr²Ip-] - 1 dp

° U)

gegeben ist.

Aus dieser Funktion kann die Oberfläche S der geodätischen Linse der Fig. 2 erhalten werden, wenn der Funktion F(iji) folgender Ausdruck zugeteilt wird:

F(ψ) = - + arcsin (- cos ψ] + ψ

wobei a und b, bekanntlich die Radien der Parallelkreise A und B sind, welche die beiden äussersten Zonen 4 und 3

030010/0681

begrenzen. Diese Zonen bestehen immer aus Teilen einer ebenen Fläche.

Um Zusammenbeugungen zu vermeiden können aber nur die Strahlen mit f > f¹ die Gl. (3) befriedigen und zwar die Strahlen welche in der zentralen Zone 1 der Linse eindringen, welche durch den Parallelkreis D mit dem Radius d begrenzt ist, der in der Figure 2 mit gestrichelter Linie dargestellt ist. Das bedeutet, dass nur die Zone 1 die eigentliche Linse bildet, während die mit 2 bezeichnete Zone, welche zwischen den Parallelkreisen D und C mit den Radien d und c liegt, als Verbindung zwischen der Linse im engerem Sinne und der ebenen Fläche, die die Zone 3 bezeichnet, dient. Diese Verbindungsfläche kann auf unendlichen Weisen gewählt werden, wenn nur eine Funktion F(i>) mit ψ ^Tj)¹ besteht, wodurch die Gl. (1) befriedigt wird. Diese Funktion F( ψ) muss mit der Gl. (3) mit ψ = ψ¹ und mit dem Gesetze der Ebene (F(iJ>) = 2 ψ) für \0<_ ψ <^ arccos c/a übereinstimmen. Es wird auch gefordert, dass "F(ψ ) sich mit Kontinuität zwischen diesen zwei ψ -Werten andere und ohne Unendlichkeiten für ihre Ableitung.

Die Parallelkreise A und B, die die beiden äusseren Zonen begrenzen, sind der Ort der einwandfreien Bilder bzw. der entsprechenden punktförmigen Quellen, oder

030010/0681

umgekehrt.

Die Fig. 3 zeigt ein Profil einer Linse die als eine Konkavität im Substrat hergestellt wurde, auf welchem sich die dünne Schicht 6 stützt wo die elektromagnetische Strahlung geleitet wird. Mit 1, 2, 3, 4 sind wieder die vier Zonen bezeichnet_kin welchen die Linse bei der Auslegung als geteilt betrachtet wird.

Ausschliesslich beispielshalber aber nicht einschränkend für die Allgemeinheit des Verfahrens kann die Fläche des Anschlusses 2 dadurch gegekennzeichnet werden, dass man eine Meridiankurve z(p) wählt die durch die Gl.

Γ^ρ γ ? _ 2 7 ? ■

⁽---γ/" J ⁺ 2 ---rf--J Φ _d<p<c

gegeben ist, wobei h ein reeller Parameter ist, der von den Verhältnissen d/c = sin γ , d/b = siny , und d/a =
sin γ₁₄» nach dem Ausdruck :

h = C U -

" 2 γ - sin?
'12

^Ύ13^{+ Υ}14 (5)

abhängt.

Daraus folgt, dass der Anschluss um so sanfter

030010/0681

sein wird je grosser der dem Parameter c gegebene Wert ist, nachdem die Parameter a, b, d festgesetzt wurden; ein weiterer Vorteil dieser Anschlussfläche ist die Möglichkeit^ ein Linsenstapel zu bilden mit übereinander gelegenen Linsen.

Nachdem auf diese Weise die Form der Linse mit Ausnahme des mittleren Teils bestimmt ist kann die Länge ψ bestimmt werden, welche ein Strahl zurücklegt, der unter einem Winkel ψ > ψ'ΐη der Zone zwischen A und D, A durchsetzt hat. Diese Länge wird durch die Summe der Anteile Φ , Φ ,Φ , der entsprechenden Zone 4, 3, und 2 der Linse

4 3 2

gegeben. Dieselbe Länge wird wieder bei der Rückkehr vom Parallelkreis D nach A aus Symmetriegründen zurückgelegt werden müssen. Deshalb wird die Länge, die der Strahl im Mittelteil der Linse unter dem Parallelkreis D zurücklegen muss, um die Gl. (5) zu befriedigen, lauten:

FC₁J, ) = Πψ) - 2φ - 2φ - 2φ = I ♦

- 2φ - 2φ = I ♦ arccos - cos ψ +
τ α 17. a 1

- cos ψ· - 2(φ_{4 +} φ_{3 +} φ^ ₍₆₎

+ aresin - cos ψ· - 2(φ_{4 +} φ_{3 +}

Durch Verdeutlichung der Anteile Φ ., Φ_Q, Φ kommt man unmittelbar auf ^λ'(Ρ) der noch unbestimmten mittleren Zone 1 der Linse zurück; es genügt dieselbe Gl. (6) abzu-

030010/0681

leiten und sie in der Gl. (1) zu ersetzen. Es ist:

1 _C2. _n2 ο

i'(p) = - - (1 ♦ —---) * --j /d^?- p² /c²- d² -

1 _J p²* b²- 2d² 1 p²+ a²- 2d²
- -- aresin χ—χ-- - -- aresin —, =~~ ⁺

^2V ^{b P 2ir} ^a" - ^P (7)

p2- c² p²* c²- 2d²

Aus derselben kann man mit Bezug auf Gl. (2) gleich auf die Meridiankurve in zylindrischen Koordinaten zurückkommen. Es ist:

_ „2

-¹- aresin e^{2+ b2}" ^2d2 . 1 , P²⁺ a²- 2d²
cerosin -^---^- - -_;arcsin -.._._..._ ₊

P²-

p_{c 2d}J
aresin — -Γ—ζ-] - Ι] Φ Q <p < d

während für d 1 P £ c die Gl. (4) gilt, und für c 1. P la, z( p) = z(c) ist.

Selbstverständlich sind das keine charakteristische Funktionen einer einzigen Linse, aber einer ganzen Schar, welche durch die Parameter a, b, c, d, und mit h aus

03001070681

der Gl. (5) spezifiziert sind.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Linse ist folgende:

Bei einer gegebenen Quelle 0 auf dem Parallelkreis A, gibt die Linse ein vollkommenes Bild im Punkte I auf dem Parallelkreis B oder umgekehrt auf die Weise, dass bei einer gegebenen Quelle I auf dem Parallelkreis B^. die Linse ein vollkommenes Bild der Quelle im Punkte O auf dem Parallelkreis A gibt.

Im besonderen Fall, wenn a + „ ,befindet sich die Quelle in* Unendliche^, hat man nähmlich ein kollirniertes einfallendes Bündel, welches im Punkte I auf dem Parallelkreis B fokalisiert wird.

Die Radien a, b der Parallelkreise A, B können ohne jeder Beschränkung gewählt werden, so, dass die Quelle und das Bild in einem beliebigen Punkt der Ebene lokalisiert werden können.

Auf Grund der obenangeführten Ausführungen ergibt sich deutlich, dass die geodätische Linse gemäss der vorliegenden Erfindung viele Vorteile bietet, unter anderem:
- die Möglichkeit .ein vollkommenes Bild (ohne Aberrationen) auf einem beliebigen Parallelkreis liegenden punktförmigen oder ausgedehnten Quellen zu erhalten in der vom Parallel-

0 30010/0681

kreis C begrenzten Zone der äusseren Ebene;

- die Möglichkeitjdie Stelle der Bilder auf einem beliebigen Parallelkreis der vom' Paralielkreis C begrenzten äusseren Ebene zu wählen;

- die Möglichkeit₍ das von einer ins Unendliche liegenden Quelle kollimiertes Bündel in einem beliebigen Punkte der vom Parallelkreis C begrenzten äusseren Ebene zu fokalisieren;

- die Möglichkeit gleiche Linsen aufeinander zu stapeln.

Um die obengenannten Linsen zu erzeugen ₍ kann man zu den ganz bestimmten Verfahren der optischen Verarbeitung der asphärischen Flächen greifen. In der Tat muss man in einem Substrat mit gegebenen Brechungsindex eine Konvexität oder Konkavität in Rotationssymetrie ausbilden, dessen Meridiankurve jener der gewünschten Linse eigen ist. Auf diesem Substrat wird schliesslich eine dünne Schicht gleichmassiger Dicke gebildet in welcher das Licht geleitet wird. Diese leitende Schicht muss einen grösseren Brechungsindex haben als das Substrat.

Durch das Fehlen von Zusammenbeugungen können diese Linsen ohne Schwierigkeiten in jedem optischen Kreis eingesetzt werden und ihre Arbeitsweise ist von der Zusammensetzung des Substrates und der homogenen vorausge-

COPV 030010/0681

setzten dünnen Schicht unabhängig. Da sie sich auf Ueberlegungen der geometrischen Optik stützen, sind es Systeme, die vollkommen funktionieren mit in mehrerer Weise gesteuerter Strahlung und mit verschiedener Wellenlänge.

Die Linsen, die Gegenstand der Erfindung Find, können vorteilhaft zur Ausbildung der Vorrichtung für die optische Verarbeitung eindimensionaler Signale verwendet werden, wie ausschliesslich beispielshalber in den Figuren 4 und 5 schematisch dargestellt ist.

Die Fig. 4 zeigl eine schemat-ische Ansicht einer besonderen Ausführung der obengenannten Vorrichtung, wobei die erste Linse aus vier konzentrischen Zonen gebildet ist, die mit 7, 8, 9 und 10 bezeichnet sind. Besonders die Zonen 9 und 10 sind Teile ebener Flächen. Die zweite Linse ist dagegen der Art, in welcher der Radius a¹ = b' ist, und somit nach der schon beschriebenen Erfindung in nur drei konzentrischen Zonen geteilt wird, welche mit 11, 12, 13 bezeichnet sind und wobei die Zone 13 Teil einer Ebene ist.

Die Eingangslinie für die zu verarbeitenden Signaled liegt senkrecht zur Achse die die Mittelpunkte der beiden Linsen verbindet und als optische Achse des Systems bezeichnet wird. Diese mit 14 gekennzeichnete Linie liegt in gleicher Entfernung zum äusüerem Radius der Zone 8 der

COPY 030010/0681

ersten Linse. In einer praktischen Ausführung kann die Einführung des zu verarbeitenden Signals durch Steuerung eines zweckmässigen Modulators des geleiteten konvergenten Bündels, das aus der Linse ausgeht, erreicht werden. Dieses Bündel hat seinen Ursprung in einer punktförmigen Quelle 15 auf der optischen Achse. Die Linie . auf welcher die Fouriersche-Umwandlung erhalten wird, die jetzt mit 16 bezeichnet ist, ist parallel jener des Eingangs und tangential, auf der Achse, zum Parallelkreis der die Zone 10 der Linse begrenzt. Auf dieser Linie ist das Filter, welches das Eingangssignal verarbeitet angebracht.

Bezüglich der zweiten Linse, ist dieselbe so gelegen, dass die Linie 14 als tangential zum Parallelkreis b¹, der die Zone 13 begrenzt^ ergibt. Deshalb würde diese Linse, in Abwesenheit des Filters 16, ein auf einer Kreislinie 17 mit einem Radius, der gleich der Brennweite f = b'/2 ist, lokalisiertes Bild des Eingangssignals und den Mittelpunkt auf der optischen Achse noch im Abstande b'/2 des Mittelpunktes der Linse ergeben.

Längs dieser Linie müssen die Detektoren 18, die die Vorrichtung vervollständigen, angebracht werden.

Die Fig. 5 zeigt ein Längsschnitt derselben Vorrichtung. Mit 19 ist das Substrat bezeichnet in welches

030010/0681

zwei Konkavitäten herausgebildet wurden, die gemeinsam mit der dünnen Schicht 2G die zwei geodätischen Linsen bilden. Die elektromagnetische Strahlung ist innerhalb der Schicht 20 mit grösserem Brechungsindex als jener, des Substrats geleitet.

Die Vorteile der eben beschriebenen Vorrichtung bestehen darin, dass die verwendeten Linsen sich mit Kontinuität an die ebene Fläche des restlichen Substrats anschliessen und in keiner Weise die Wahl der Werkstoffe das Substrat selbst und die leitende Schicht beeinflusst. Dies erleichtert wesentlich die Ausführung der anderen Bestandteile der Vorrichtung (Modulatore, Detektore, Filter). Weiterhin, Dank der Verwendung der erfindungsgemässen Linsen ist der Raumbedarf der Vorrichtung wesentlich verkleinert gegenüber Vorrichtungen _f die herkömmliche Linsen benutzen.

Bezüglich der vom optischem System eingeführten Aberrationen ist zu bemerken, dass dieselben¹ gar keine Bedeutung haben, wenn man ein impulsives Ansprechen erwartet; sonst sind die Aberrationen mit einer geigneten Wahl der Linsenparametern fast in allen Fällen in weitaus erträglichen Grenzen eingeschränkt.

030010/0681

-U-

e e r s e i t e

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Geodätische Linse für Wellenleiter₍dadurch gekennzeichnet, dass sie aus vier konzentrischen Zonen (4,3,2,1) besteht, von denen die zwei äusseren Zonen (4,3) mit äusseren Radien a und b Teile ebener Fläche sind, die mittlere Zone (1) mit dem Radius d die eigentliche Linse bildet und die restliehe Zone (2) mit dem äusserem Radius c ein Anschlussteil ohne Diskontinuität mit den angrenzenden Zonen (1,3) mit den äusseren Radius d bzw. b ist, wobei die Parameter a, b, d in Bezug der optischen Merkmale der zu bildenden Linse auf Grund folgender Formeln gewählt werden: Brennweite f = ab/(a+b), Apertur 2d, lineare Vergrösserung X = b/a (oder X = a/b je nach den gegenseitigen Lagen der Quelle (0) und des Bildes

2. Geodätische Linse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Radius der äussersten Zone (4) ins Unendliche strebt (a+ <*>).'

3. Geodätische Linse nach den Ansprüchen 1 und/oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Profil z(p ) ihrer Anschlussfläche (3) durch folgende Formel beschrieben ist:

030010/0681

f^p r\.2 - „2 2 „2 _ _n2-J¹

ZCp) . f'-j/-) * ?-",/■] dp c>p>ri

wobei h ein Parameter ist, der von den Verhältnissen d/c = sin γ d/b = sin γ und d/a = sin_Y abhängt

nach dem Ausdruck:

- sin2

Y₁₃ ⁺

4. Vorrichtung für die optische Verarbeitung eindimensionaler Signalen bestehend aus:

- einem optischen Wellenleiter, der aus einer dünnen Schicht aus einem für die verwendeten Laserstrahlen durchlässigen Material gebildet ist, die von einem Substrat aus einem Material mit niedrigerem Brechungsindex als jener der dünnen Schicht getragen ist,

- einem in diesem Substrat hergestellten optischen System bestehend aus zwei geodätischen Linsen obenbeschriebenen Art, von denen die erste mit Parametern a, b, c, d und die zweite mit Parametern a¹, b', c¹, d¹ so, dass der Abstand zwischen den Mittelpunkten der beiden

030010/0681

Linsen gleich oder grosser als die Summe der Radier c der ersten Linse und a' der zweiten Linse ist,

- einem Modulator um das Eingangssignal längs einer Linie einzuführen . die sich senkrecht zur Achse, die die Mittelpunkte der beiden Linsen verbindet, erstreckt und im Abstande a¹ vom Mittelpunkt der zweiten Linse lokalisiert ist,

- ein auf Raumfrequenzen wirkendes Filter, das auf einer Linie die parallel zu jener des Eingangs und im Abstande a vom Mittelpunkt der ersten Linse lokalisiert ist, und

- Detektormitteln, die auf einer Kreislinie lokalisiert sind, dessen'Radius gleich der Brennweite f der zweiten Linse ist und dessen Mittelpunkt in einem Punkte der Linie liegt, die durch die Mittelpunkte der beiden Linsen verläuft im Abstande a'-.f vom Mittelpunkt der zweiten Linse,

5. Vorrichtung für die optische Verarbeitung eindimensionaler Signale nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Linsen der Art gemäss den Ansprüchen 1 und 2 mit Parameter a·*", b, c, d ist.

030010/0681