DE3239336A1 - Optischer wellenlaengenmultiplexer - Google Patents

Description

• Beschreibung "Optischer Wellenlängenmultiplexer" Die Erfindung betrifft einen optischen Wellenlängenmulti plexer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Die Erfindung betrifft insbesondere optische Wellenlängenmultiplexer bzw. -demultiplexer, die für die optische Nachrichtenübertragungstechnik, insbesondere unter Verwendung von Lichtwellenleitern, anwendbar sind. Ein optischer Wellenlängenmultiplexer bewirkt, daß mehrere optischen Informationskanäle, beispielsweise im wesentlichen monochromatisches Licht unterschiedlicher Wellenlänge führende optische Glasfasern, zu einem optischen Informationskanal, beispielsweise ebenfalls eine optische Glasfaser, zusammengefaßt werden. Ein optischer Wellenlängendemultiplexer bewirkt das Gegenteil, also eine Aufteilung eines opti- schen Informationskanals, in dem ein Wellenlängengemisch vorhanden ist, in mehrere optische Informationskanäle Derartige optische Anordnungen verwenden ein wellenlängenselektives optisches Bauelement, zGBo ein optisches Beugungsgitter Für Multimode-icttJellenleiter 7 die z.B. einen Kerndurchmesser von 50 µm und einen Außendurchmesser des Mantels von 125 µm besitzen, ist aus dem Artikel von Ko Kobayashi, M. Seki: "Microoptic Grating Multiplexers...", IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol . QE-16, No. 1, (1980), Seiten 11 bis 22 ein Wellenlängenmultiplexer bekannt, der für fünf Eingangslichtwellenleiter und einem Ausgangs= lichtwellenleiter anhand der FIG. 1 erläutert wird. Die Eingangslichtwellenleiter i bis 5 und der Ausgangslichtwellenleiter 6 sind in einer flachbandartigen Anordnung zusammengefaßt Das aus den Ausgangslichtwellenleitern 1 bis 5 austretende Licht der Wellenlängen #1 bis #5 wird durch eine optisches Linsensystem 7 kollimiert und trifft unter verschiedenen Winkeln auf ein reflektierendes Beugungsgitter 8 auf Die Abstände der Eingangslichtwellenleiter 1 bis 5 und der Furchenabstand des Beugungsgitters 8 sind so gewählt, daß das Licht der Wellenlängen #1 bis #5 in eine Richtung gebeugt wird Für dieses gebeugte Licht wirkt das Linsensystem 7 als fokussierendes Element und koppelt das aus den Wellenlängen #1 bis #5 bestehende Wellenlängengemisch in den Ausgangslichtwellenleiter 6 ein FIG 2 zeigt schematisch die Einfügungsdämpfung V für einen derartigen Wellenlängenmultiplexer. Die Einfügungsdämpfung V für verschiedene Kanäle 1 bis 5 entsprechend den Wellenlängen #1 bis #5 weist bei diesen Wellenlängen ein Minimum auf. Das Verhältnis zwischen Übertragungsbandbreite SA in den einzelnen Kanälen 1 bis 5 und dem Kanalabstand S wird im wesentlichen durch das Verhältnis von Kernradius a eines Lichtwellenleiters und'deren gegenseitigem Abstand D bestimmt. Näherungsweise gilt: ##/###a/D.
• Ein Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem muA so ausgelegt sein, daß bei den verwendeten Lichtquellen deren Wellenlängenschwankungen und deren spektrale Breite kleiner als (X)/Z sind, da sonst unzulässig hohe optische Verluste auftreten. Für Monomode-Lichtwellenleiter mit einem Kernradius von 3-5 um und einem Mindestabstand Dmin = 100-130 ijm ist diese Bedingung kaum erfüllbar, da hier das Verhältnis a/D im Bereich von 0,02 bis 0,05 liegt, so daß bei einem technisch sinnvollen Kanalabstand von 20 nm die zulässige Wellenlängenschwankung (k/2 < 0,2 bis 0,5 nm betragen würde. Ein derartig kleiner Wert ist von preisgünstigen Lichtquellen, z.B. lichtemittierenden Dioden oder Halbleiterlasern, nicht einhaltbar. Deren Wellenlängenschwankungen liegen derzeit im Bereich von i bis 10 nm.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gattungsgemäßen Wellenlängenmultiplexer dahingehend zu verbessern, daß dieser in kostengünstiger und zuverlässiger Weise insbesondere für Monomode-Lichtwellenleiter einsetzbar ist.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
• Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert Es zeigt: FIG 3 eine Auf- und eine Seitenansicht des Ausführungsbeispieles In der Erfindung gemäß FIGo 3 wird zwischen Ein- und Ausgangslichtwellenleitern 1 bis 6, die als Monomode-Lichtwellenleiter ausgeführt sind, und dem Linsensystem 7 ein optisches Wellenleiterbauelement 30 eingefügt, das aus mehreren planar angeordneten Monomode-Wellenleitern 31 besteht Die Anzahl der planar angeordneten Wellenleiter 31 entspricht der Anzahl der Ein- und Ausgangslichtwellenleiter 1 bis 6 Die ersten Endflächen 32 der Lichtwellenleiter 31 haben den gleichen Abstand D wie die Ein- und Ausgangslichtwellenleiter und sind an diese angekoppelt Der Abstand der zweiten Endflächen 33 der Wellenleiter 31 wird so gewählt, daß nur ein vernachlässigbarer Teil der in einen Wellenleiter 31 geführten Lichtenergie in benachbarte Wellenleiter eingekoppelt wird Zur Vermeidung von störendem Übersprechen muß dieser Abstand ungefähr den 3fachen Wert der Breite eines Lichtwellenleiters 31 betragen Vorteilhafterweise wird das Wellenleiterbauelement 30 nach den für die Herstellung planarer optischer Wellenleiter bekannten Verfahren hergestellt, z,B. durch - Abscheidung aus der Dampfphase (chemical vapour deposition) von glasigen Schichten unterschiedlichen Brechungsindexes - Ionenaustausch in Glassubstraten - Ionenimplantation in GlassubstratenO Die Breite, Tiefe und das Brechzahlprofil der Wellenleiter 31 wird so gewählt, daß der elektrische Feldverlauf im Wellenleiter 31 weitgehend mit dem Feldverlauf in den Ein-und Ausgangslichtleitern 1 bis 6 übereinst-immt. Eine erforderliche geometrische Richtungsänderung der Wellenleiter 31 erfolgt in Form von Kreisbögen bzw. in Form von Polygonzügen, deren Krümmungsradien bzw. Knickwinkel so gewählt sind, daß mögliche optische Verluste vernachlässigbar sind.
• Eine weitere nicht dargestellte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, mindestens einen der Ein- und/oder Ausgangslichtwellenleiter 1 bis 6 durch ein optisches Sende- und/oder Empfangselement, z.B. eine Halbleiterlaserdiode zu ersetzen, daß dann unmittelbar an das Wellenleiterbauelement 30 angekoppelt ist Weiterhin ist es möglich, den optischen Strahlengang umzukehren, so daß eine Verwendung als Wellenlängende multiplexer möglich ist.
• L e e r s e i t e

Claims (5)

1. patentansprüche 1. Optischer Wellenlängenmultiplexer, bestehend aus einer optischen Hintereinanderkopplung von a) einer Anordnung von mindestens zwei Eingangslichtwelienleitern (1 bis 5) und mindestens einem Ausgangslichtwellenleiter (6)9 deren Endflächen im wesentlichen nebeneinander liegen, b) einem Linsensystem (7) c) einem reflektierenden Beugungsgitter (8) derart, daß aus den Eingangslichtwellenleitern (1 bis 5) austretendes Licht in den Ausgangslichtwellenleiter (6) einkoppelbar ist dadurch gekennzeichnet, daß im optischen Strahlengang zwischen den Ein- und Ausgangslichtwellenleitern (1 bis 6) und dem Linsensystem (7) mindestens ein optisches Wellenleiterbauelement (30) eingekkoppelt ist mit folgenden Merkmalen: d) es sind mehrere optisch unabhängige optische Wellenleiter (31) vorhanden, die jeweils eine erste Endfläche (32) und eine zweite Endfläche (33) besitzen und die mit der ersten Endfläche (32) jeweils einzeln an einen Ein- oder Ausgangslichtwellenleiter (1 bis 6) angekoppelt sind, e) jeder einzelne optische Wellenleiter (31) besitzt optische Eigenschaften, die denjenig-.en des zugehörigen Ein- oder Ausgangslichtwellenleiter (i bis 6) entsprechen und die in Richtung der Längsachse des Wellenleiters im wesentlichen erhalten bleiben, f) die optischen Achsen der Wellenleiter (31) besitzen im Bereich der dem Linsensystem.(7) zugewandten zweiten Endflächen (33) Abstände-, dpe derart bemessen sind, daß eine größtmögliche spektrale Übertragungs bandbreite erreicht wird in jedem der den einzelnen Ein- und Ausgangslichtwellenleitern (1 bis 6) zugeordneten Übertragungskanälen.
2. 2. Wellenlängenmultiplexer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Wellenleiter (31) als optische Faser ausgeführt ist.
3. 3. Wellenlängenmultiplexer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Wellenleiter (31) in inte'griert optischer Bauweise vorhanden ist
4. 4. Wellenlängenmultiplexer nach einem- der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Ein- und/oder Ausgangslichtwellenleiter (1 bis 6) Lnd/oder einer der Wellenleiter (31) als Monomodelicht wellenleiter ausgebildet ist.
5. 5. Wellenlängenmultiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Ein- undXoder Ausgangslichtwellenleiter (1 bis 6) durch ein optisches Sende- und/oder Empfangselement ersetzt ist 6. Welleniangenmultiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer ersten und/oder einer zweiten Endfläche ein Antireflexbelag vorhanden ist 70 Wellenlängenmultiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Achsen der Wellenleiter (31) im wesentlichen in einer Ebene liegen 8. Wellealängenmultiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche , gekennzeichnet durch eine Umkehrung des optischen Strahlenganges sowie durch eine Verwendung als Wellenlängendemultipleer