DE3432743A1

DE3432743A1 - Optisches koppelglied

Info

Publication number: DE3432743A1
Application number: DE19843432743
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Phys. 7900 Ulm Hillerich; Edgar Dipl.-Phys. 7913 Senden Weidel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1984-09-06
Filing date: 1984-09-06
Publication date: 1986-03-13

Description

Beschreibung
Optisches Koppelglied Die Erfindung betrifft ein optisches Koppelglied nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Koppelglied ist bekannt aus der DE-A 32 32 793. Es ist einsetzbar in einer Teilnehmerstation einer optischen Nachrichtenübertragungsstrecke, die z.B. in einem Wellenlängenduplexbetrieb betrieben wird. Dieses Koppelglied enthält einen elektrooptischen Sender, z.B.
einen Halbleiterlaser, einen optoelektrischen Empfänger, z.B. eine Halbleiter (Avalanche-)Diode, sowie eine optisch koppelnde Mikrooptik, die z.B. Kugellinsen enthält sowie ein wellenlängenabhängiges optisches Bauelement, das aus einem planparallelen dielektrischen Filter besteht.
Ein derartiges Koppelglied hat den Nachteil, daß aufgrund des dielektrischen Filters lediglich eine Flankensteilheit von ungefähr 30dB/30nm vorhanden ist bei einer Wellenlänge von ungefähr 1,3po. Eine derartige Flankensteilheit ist zu gering für optische Nachrichtenübertragungsstrecken, bei denen die Betriebswellenlängen #1 und #2 einen geringen Abstand von z.B. 30 nm haben. Liegen die beiden Betriebswellenlängen in der Nähe des Dispersionsminimums der verwendeten Lichtwellenleiter, so ermöglicht ein geringer Abstand der Wellenlängen eine besonders hohe Übertragungskapazität der optischen Nachrichtenübertragungsstrecke.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Koppelglied dahingehend zu verbessern, daß eine möglichst gute Trennung benachbarter optischer Nachrichtenkanäle möglich ist und daß eine kostengünstige und zuverlässige Herstellung des Koppelgliedes möglich wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die vorwandte Mikrooptik im wesentlichen aus einem einzigen optischen Element besteht, z.B. einer Kugellinse mit einem Durchmesser von ungefähr 2mm oder aus einer Gradientenstablinse mit einem Durchmesser von ungefähr lmm und einer Länge von ungefähr 3mm. Dadurch werden zur Herstellung des Koppelgliedes erheblich weniger kostengünstige Justiervorgänge benötigt, und das Koppelglied ist zuverlässig und störungsunempfindlich ausführbar.
Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß gute Trennung un terschiedlicher Lichtwellenlängen möglich ist, so daß ein störendes Übersprechen benachbarter optischer ÜbertraguiigylcaiiÜlc vermieden wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen schematische Darstellungen von drei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen.
FIG. 1 zeigt ein beispielhaft gewähltes Koppelglied, das für eine gleichzeitige bidirektionale optische Nachrichtenübertragung geeignet ist. Das von einem elektrooptischen Sender 1, z.B. einem Halbleiterlaser oder einer lichtemit tierenden Diode (LED), augesandte Licht (Pfeile) der Wellenlänge A i 2;.B. lt 1 = 1.28po, wird durch zweimaliges Durchlaufen einer Kugellinse 4, mit einem beispielhaften Reflexionsbeugungsgitter 5, z.B. einer Siliziumscheibe mit anisotrop angeätzter Oberfläche auf die (Licht-)Ein-Austrittsfläche 7 des Lichtwellenleiters 3 abgebildet, z.B. eines Glasfaser-Monomode-Lichtwellenleiters. Dieses Licht wird zunächst an einer zumindest teilweise. reflektierenden Schicht 8 reflektiert und anschließend im Kern des Lichtwellenleiters 3 fortgeleitet z.B. zu einer Teilnehmerstation, die ein gleiches Koppelglied ent hält. Es ist vorteilhaft, die Schicht 8 als dielektrisches Filter auszubilden, das lediglich Licht der benutzten Wel lenlänge 1' 2 reflektiert und für das übrige möglicherweise störende Licht im wesentlichen durchlässig f8t.
Das im Lichtwellenleiter 3 ankommende Licht der Wellenlänge A2 z.B. 2 = 1.32 µm, gelangt über die Schicht 8, nach zweimaligem Durchlaufen der Kugellinse 4 sowie der Reflexion am Reflexionsbeugungsgitter 5 auf die Lichteintrittsfläche 9 eines räumlichen Filters 6, z.B. einem Multimode-Lichtwellenleiter mit einer Länge von ungefähr 5mm. Das dort eingekoppelte Licht wird an einer Schicht 8 reflektiert und zu einem optoelektrischen Empfänger 2, z.B. einer Halbleiter-Fotodiode, geleitet, der sich an das andere Ende des räumlichen Filters 6 angekopppelt ist.
Die Schicht 8 wird vorteilhafterweise als dielektrisches Filter ausgebildet, das lediglich Licht der Wellenlänge Az reflektiert und für möglicherweise Störendes Licht, z.B.
der Wellenlänge A 1 durchlässig ist.
Das Reflexionsbeugungsgitter 5 besitzt eine optisch wirksam Gitterstruktur, so daß die folgenden Formeln ("Gittegleichungen") gelten sin d1 + sin d2 = iL1/D sin d2 + sin d3 = Dabei sind die Winkel d1, d2, d3 in der dargestellten Weise vom Einfallslot 10 gemessen, die optische Gitterkonstante D des Reflexionsbeugungsgitters 5 wird in Abhängigkeit von den benutzten Wellenlängen 1' 2 gewählt.
Bei der beschriebenen Anordnung befindet sich das Reflexionsbeugungsgitter 5 auf einer Seite (linke Seite in Fig.
1) der Kugellinse 4, während sich die übrigen optischen Bauteile (Lichtwellenleiter 3, Sender 1, räumliches Filter 6) auf der anderen Seite (rechte Seite in Fig. 1) der Kugellinse 4 befinden. Eine derartige optische Anordnung wird auch als Littrow-Konfiguration bezeichnet.
Die beschriebene optische Anordnung ist in einem kompakten und störungsunempfindlichen Gehäuse 13 angeordnet. Ein derartiges Ghäuse 13 ist als Wärmesenke für den Sender 1 nutzbar. Innerhalb des Gehäuses ist außerdem eine Abschirmug 14 vorhanden, die eine elektrische und/oder elektromagnetische Trennung zwischen Sender 1 und Empfänger 2 bewirkt, so daß ein störendes elektrisches und/oder elektromagnetisches Übersprechen vermieden wird. An dem Gehäuse 13 sind außerdem elektrische Anschlüsse 15 angebracht, z.B. elektrisch isolierte Stifte, die innerhalb des Gehäuses 13 elektrisch mit dem Sender 1 sowie dem Empfänger 2 verbunden sind. Ein derartiges Koppelglied ist auf kostengünstige Weise in eine nicht dargestellte elektrische Leiterplatte einlötbar. Weiterhin ist es möglich, im Gehäuse 13 nicht dargestellte elektrische Bauelemente, z.B. einen Vorverstärker für den Empfänger 2 anzuordnen.
Der dargestellte Lichtwellenleiter 3 ist durch eine optische Spleiß- und/oder Steckverbindung nahezu beliebig verlängerbar.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, das sich gegenüber demjenigen gemäß Fig. 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß in den optischen Strahlengang zwischen Sender 1 und Kugellinse 4 eine weitere Kugellinse 16 eingefügt ist. Die weitere Kugellinse 16 dient dazu, die numerische Apertur des Senders 1 an diejenige des Lichtwellenleiters 3 anzupassen. Dadurch werden optische Koppelverluste vermieden, insbesondere bei Verwendung eines Monomode-Lichtwellenleiters 3. Der Lichtwellenleiter 3 ist weiterhin derart angeordnet, daß dessen Ein-Austrittsfläche 7 als Stirnfläche ausgebildet ist.
Bei einem (Halbleiter-)sender 1, insbesondere bei einem sogenannten "index-guided-laser", ist eine Störung der Lichtemission möglich durch in den Halbleiterlaser reflektiertes Licht. Eine derartige Störung ist vermeidbar durch einen unittelbar vor den optischen Ausgang des Halbleiterlasers vorgekoppelten optischen Isolator. Bei dem Koppelglied gemäß Fig. 2 ist ein derartiger optischer Isolator beispielsweise herstellbar durch die Kombination einer Kugellinse 16 aus dem aus der Lasertechnologie bekannten Material YIG ("yttrium iron garnet"), einem optischen Polarisator 11, der zwischen der Kugellinse 16 und der Linse 4 angeordnet ist, sowie einem Permanentmagneten 12, welcher in der YIG-Kugellinse ein homogenes Magnetfeld erzeugt. Dadurch erfolgt in der Kugellinse eine sogenannte Faraday-Drehung der Polarisationsebene des Lichts derart, daß kein reflektiertes Licht in den Laser eingekoppelt wird und die unerwünschte Störung der Lichtemission vermeidbar ist. Ein derartiger optischer Isolator ist beschrieben der Zeitschrift Electronics Letters (1982) Vol. 18, Nr. 24, Seiten 1026-1028.Fig. 3 zeigt ein Aus- Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem von dem Sender 1 ausgesandt es Licht im wesentlichen eine Wellenlänge enthält. Das im Lichtwellenleiter 3 ankommende Licht besteht jedoch aus einem Wellenlängengemisch, z.B. aus Licht mit drei verschiedenen Wellenlängen. Dementsprechend sind in der Brennebene der Linse 17, die z.B. als Gradientenstablinse ausgebildet ist, mehrere räumliche Filter 6 angeordnet, an deren Enden sich eine entsprechende Anzahl von Empfängern 2 befindet. Es ist zweckmäßig, zur Ankopplung der räumlichen Filter 6 an die Gradientenstablinse 17 ein Spiegelprisma 18 zu verwenden, dessen reflektierende Fläche mit der bereits erwähnten Schicht 8 beschichtet ist.
Die Erfindungs ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar. Beispielsweise ist es möglich, in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 einen optischen Isolator gemäß Fig. 2 zwischenzukoppeln. Weiterhin ist es möglich, auf allen optisch wirksamen Flächen eine Antireflexbeschichtung aufzubringen, so daß weitere optische Verluste vermieden werden.
Ein erfindungsgemäßes Koppelgleid ermöglicht bei einer beispielhaften Lichtwellenlänge von ungefähr 1,3 um eine Flankensteilheit von mindestens 30dB/20nm sowie eine optische Übersprechdämpfung von mindestens 40 dB bei benachbarten optischen Nachrichtenkanälen, deren Lichtwellänge sich lediglich um ungefähr 30nm unterscheidet.

Claims

Patentansprüche 1. Optisches Koppelglied zur wellenlängenabhängigen Kopplung eines elektrooptischen Senders und/oder eines optoelektrischen Empfängers an einen Lichtwellenleiter, bei welchem Koppelglied Sender, Empfänger und Lichtwellenleiter durch eine Mikrooptik verkoppelt sind, die ein wellenlängenabhängiges Bauelement enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrooptik als Littrow-Konfiguration ausgebildet ist und daß das wellenlängenabhängige Bauelemment ein Reflexionsbeugungsgitter (5) enthält.
2. Optisches Koppelglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsbeugungsgitter (5) aus einer anisotrop angeätzten Halbleiteroberfläche besteht.
3. Optisches Koppelglied nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, - daß der Sender (1) und/oder der Empfänger (2) als Halbleiterbauelemente ausgebildet sind, - daß dem Empfänger (2) ein als Lichtwellenleiter ausgebildetes räumliches Filter (6) vorgekoppelt ist und - daß die optische Abbildung der Ein-Austrittsfläche (7) des Lichtwellenleiters (3) über das Reflexionsbeugungsgitter (5) auf die Lichteintrittsfläche (9) des räumlichen Filters (6) durch optisch abbildende Flächen erfolgt, die zu einer mikrooptischen Kugellinse (4) gehören und/oder zu einer Gradientenstablinse (17>.
4. Optisches Koppelglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein-Austrittsfläche (7) und/oder die Eitrittsfläche (9) eine zumindest teilweise'reflektierende Schicht (8) enthalten.
5. Optisches Koppelglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (8 ) als dielektrisches Filter ausgebildet ist.
6. Optisches Koppelglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Halbleiterbauelement ausgebildeten Sender (1) ein optische Isolator vorgekoppelt ist, der eine optische Rückkopplung auf den Sender (1) vermeidet.
7. Optisches Koppelglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Iso- lator zumindest teilweise aus einer Kugellinse besteht, in der eine Drehung der Polarisationsebene des Lichts gemäß dem magnetooptischen Faraday-Effekt möglich ist.
8. Optisches Koppelglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Isolator einen Polarisator (11) enthält.
9. Optisches Koppelglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger aus mindestens zwei optoelektrischen Halbleiterbauelementen besteht, die über jeweils ein räumliches Filter an die Mikrooptik angekoppelt sind (Fig. 3).
10. Optisches Koppelglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (1), Empfänger (2) und die Mikrooptik in einem Gehäuse (13) angeordnet sind, das eine elektromagnetische Abschirmung (14) zumindest für den Empfänger besitzt.