DE3809395A1 - Optische polarisations-diversitaets-empfaengeranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Polarisations-Diversitäts- Empfängeranordnung für modulierte kohärente Lichtsignale mit einem optischen Signalverarbeitungsteil, einer opto-elektri­ schen Wandleranordnung und einem nachgeschalteten elektrischen Signalverarbeitungsteil, wobei der optische Signalverarbeitungs­ teil wenigstens einen 3dB-Teiler und wenigstens eine TE/TM- Teiler enthält und aus dem Empfangslicht und dem Licht eines lokalen Lasers 4 optische Kombinationssignale erzeugt, die je­ weils getrennt an eine von 4 Fotodioden angekoppelt sind.

Für die optische Nachrichtenübertragungstechnik über größere Entfernungen und/oder größere Übertragungskapazitäten werden optische Superheterodyn- oder Homodynempfänger entwickelt, die in Form des Polarisations-Diversitäts-Empfängers keine Regelung zur Polarisationsnachführung und auch keine polarisationserhal­ tenden Übertragungsfasern benötigen. Ein optischer Polarisa­ tions-Diversitäts-Empfänger ist schematisch in der Fig. 1 dar­ gestellt, dabei ist mit dem für die Nachrichtenübertragung ver­ wendeten Lichtwellenleiter ein Eingang ES für das optische Ein­ gangssignal verbunden, der mit dem ersten Primäranschluß eines optischen 3dB-Strahlteilers T 1 verbunden ist. Ein weiterer Pri­ märanschluß dieses Teilers ist ebenfalls optisch mit einem lokalen Laser LL verbunden. Die beiden Sekundäranschlüsse des 3dB-Strahlteilers T 1 sind mit einem ersten bzw. zweiten TE/TM- Teiler TETM 1, TETM 2, verbunden, die optischen Ausgänge dieser Teiler sind jeweils mit einer Fotodiode FD 1, FD 2 bzw. FD 3, FD 4 verbunden, in denen die opto-elektrische Signalumformung er­ folgt. An den Ausgängen A 1. . .A 4 der Fotodioden FD 1. . .FD 4 stehen entsprechende elektrische Ausgangssignale an.

Entsprechend dem Überlagerungsprinzip wird in dem 3 dB-Strahl­ teiler T 1 das Empfangslicht mit dem Licht des lokalen Lasers gemischt und in den nachgeschalteten TE/TM-Teilern in die TE- bzw. TM-polarisierten Anteile zerlegt. Von den nachgeschalteten Fotodioden werden diese Anteile detektiert, wobei sicherge­ stellt sein muß, daß der lokale Laser TE- und TM-polarisiertes Licht zu wenigstens annähernd gleichen Anteilen liefert. In der Praxis kann in die optischen Übertragungswege ein optischer Isolator IS eingefügt sein, um Rückreflexion von Licht in den lokalen Laser zu verhindern.

Eine zweite Möglichkeit zur Realisierung eines optischen Polarisations-Diversitäts-Empfängers besteht darin, dem Eingang ES und den lokalen Laser, eventuell mit Isolator, jeweils im Lichtweg einen TE/TM-Teiler nachzuschalten und die optischen Ausgänge des einen TL/TM-Teilers mit dem ersten und die optischen Ausgänge des anderen TL/TM-Teilers mit den zweiten Eingängen zweier 3dB-Strahlteiler zu verbinden. Mit den op­ tischen Ausgängen der beiden 3dB-Strahlteiler ist dann jeweils eine Fotodiode verbunden.

Eine dritte Möglichkeit zur Realisierung eines optischen Pola­ risations-Diversitäts-Empfängers entspricht weitgehend dem Schema nach Fig. 1, jedoch ist der 3dB-Strahlteiler T 1 durch einen TE/TM Teiler ersetzt, an den sich in jedem der beiden Strahlengänge ein Lambda-Viertelplättchen als Zirkulator-Polari­ sator anschließt.

Die bekannten optischen Polarisations-Diversitätsempfänger sind in der Regel als Laboraufbauten auf optische Bänke mon­ tiert, die als lokaler Laser verwendete Laserdiode ist dabei auf einem Peltierkühler montiert und in einem Modulgehäuse un­ tergebracht, wie es auch bisher schon für die optischen Gera­ deausempfänger verwendet wird. Wegen der geringen Abmessungen ist die Herstellung eines im praktischen Betrieb brauchbaren Polarisations-Diversitäts-Empfänger schwierig, da insbesondere auch auf kurze optische Verbindungen zwischen dem 3dB-Strahl- Teiler, den TE/TM-Teilern und den Fotodioden geachtet werden muß, diese Verbindungen sollten außerdem symmetrisch sein.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine optische Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß die vorstehend genannten Ansprüche erfüllt werden und zwar nicht nur für einzelne zu Untersuchungszwecken erstellte Laboraufbauten, sondern für eine Produktion in größerer Stückzahl und mit geringen Toleranzen der optischen und elektrischen Parameter.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine optische Polarisa­ tions-Diversitäts-Empfängeranordnung der eingangs erwähnten Art gelöst, die durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 ent­ haltenen Merkmale weitergebildet ist. Von besonderem Vorteil ist bei der erfindungsgemäßen Lösung, daß durch die hybride In­ tegration aller benötigten Komponenten auf einem Siliziumsub­ strat ein so kompakter Aufbau des Empfängers möglich ist, daß dieser insgesamt auf einem Peltierkühler angeordnet werden kann. Dadurch werden nicht nur die elektrischen Eigenschaften des lokalen Lasers sondern auch die der verwendeten Fotodioden und der mitintegrierten Empfangselektronik thermisch stabili­ siert. Von weiterem Vorteil ist, daß nur Komponenten verwendet werden, die bereits in den benötigten geringen Abmessungen mit reproduzierbaren Eigenschaften herstellbar sind. Durch den kom­ pakten Aufbau ergibt sich außerdem die Möglichkeit, die gesamte Anordnung leicht in einem Abschirmgehäuse unterzubringen, so daß sich eine hohe Sicherheit gegen elektrische und optische Einstreuungen sowie gegen Mikrofonieeffekte ergibt. Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Empfängeranordnung sind in den Patentansprüchen 4-12 beschrieben.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung eines bekannten optischen Polarisations-Diversitäts-Empfängers,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen opti­ schen Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung,

Fig. 3 die schematische Darstellung des Strahlengangs des Emp­ fangslichts in der Anordnung nach Fig. 2,

Fig. 4-7 Varianten der optischen Polarisations-Diversitäts­ Empfängeranordnung nach dem in Fig. 1 dargestellten Schema,

Fig. 8 Varianten der optischen Polarisations-Diversitätsemp­ fangsanordnung mit gegenüber den Fig. 4-7 prinzipiell anderen Aufbau,

Fig. 9 ein alternativer Aufbau zum optischen Polarisations- Diversitäts-Empfänger nach Fig. 1 und

Fig. 10 und 11 Varianten des erfindungsgemäßen optischen Polarisations-Diversitäts-Empfängers mit einem prinzi­ piellen Aufbau entsprechend dem Empfänger nach Fig. 2.

Die Fig. 1 ist bei der Darstellung des Standes der Technik be­ reits erläutert worden, so daß an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.

Die Ausführungsformen der erfindungsgemäßen optischen Polarisa­ tions-Diversitäts-Empfängeranordnungen sind auf einem einkri­ stallinen Siliziumsubstrat SIS mit allen für den Empfang eines kohärenten optischen Übertragungssignalen notwendigen ak­ tiven und passiven Komponenten aufgebaut. Dafür wird eine Ober­ flächenseite des Substrats SIS benötigt, mit der anderen Ober­ flächenseite ist das Substrat in einem üblichen Gehäuse eines Empfängermoduls befestigt. Auf dem Substrat ist das Endstück SMF des das Empfangslicht führenden Lichtwellenleiters so befe­ stigt, daß dessen optische Achse parallel zur (011)-Richtung der (100)-Oberfläche des Substrates ist. In der Verlängerung der optischen Achse des Endstückes SMF ist eine erste Kugel­ linse KL 1 angeordnet, durch die das Empfangslicht auf die Fotodioden fokussiert wird.

Im Empfänger nach Fig. 2 trifft nach dem Durchlaufen der ersten Kugellinse KL 1 das Empfangslicht auf eine Kombination aus einem ersten und einem zweiten TE/TM-Teiler TETM 1, TETM 2, zwischen denen sich eine als 3dB-Strahlteiler wirksame dielektrische Schicht T 1 befindet. Die beiden TE/TM-Teiler TETM 1, TETM 2 sind jeweils Plättchen aus doppelbrechendem Material z. B. Calcit. Nach dem Durchlaufen dieser Anordnung trifft das in die TE- und TM-polarisierten Anteile aufgeteilte Empfangslicht auf je zwei Fotodioden, die in einer ersten bzw. zweiten Fotodio­ denkombination FDK 1, FDK 2 enthalten sind.

Rechtwinklig zum Lichtweg des Empfangslichtes ist ein zweiter Lichtweg angeordnet, der von einem lokalen Laser LL ausgeht, an den sich im Lichtweg eine zweite Kugellinse KL 2 und ein erstes Lambda-Viertel-Plättchen LP 1 anschließt. Das Licht des lokalen Lasers, der in bekannter Weise als DFB-Laser (Distributed- Feed-Back-Diode) ausgebildet ist, wird über die zweite Kugel­ linse auf die in der ersten und der zweiten Fotodiodenkombina­ tion enthaltenen Empfangsdioden fokussiert, dabei stimmen die Fleckdurchmesser und die Strahlrichtung des Lichts des lokalen Lasers und des Empfangslichtes auf den Fotodioden annähernd überein. Durch das zwischengeschaltete Lambda-Viertel-Plättchen erfolgt eine Umwandlung des hauptsächlich linear polarisierten Lichts des lokalen Lasers in zirkular polarisiertes Licht, das gleiche TE- und TM-Anteile aufweist. Nach Durchlaufen durch das Lambda-Viertel-Plättchen trifft das Licht des lokalen Lasers auf die Kombination aus den beiden TE/TM-Strahlteilern und dem 3dB-Strahlteiler T 1, die Kombination ist dabei auf dem Substrat in einem Winkel 45° zu den Strahlachsen des lokalen Lasers und des Empfangslichtes angeordnet.

Weiterhin ist bei allen Ausführungsformen auf dem Substrat eine integrierte Schaltung EST angeordnet, die den Empfängerschalt­ kreis enthält, so daß nur kurze Verbindungsleitungen von den Fotodiodenkombinationen FDK 1, FDK 2 benötigt werden. Diese Verbindungsleitungen können dabei in bekannter Weise durch Leiterschichten oder auch durch aufgebondete Drähte erzeugt werden.

Die Fig. 3 zeigt in einer vereinfachten schematischen Darstel­ lung ohne die TE-TM-Teiler und den 3dB-Strahlteiler den Strah­ lengang des Empfangslichts in der Anordnung nach Fig. 2 und auch in allen anderen Anordnungen. Dabei ist das Siliziumsub­ strat SIS geschnitten, so daß die Nut N erkennbar ist, in der die erste Kugellinse KL 1 angeordnet ist. Die Nut N wurde dabei durch Vorzugsätzen erzeugt, einem aus der Halbleitertechnik bekannten Ätzverfahren bei dem die chemische Materialabtragung vorzugsweise in Richtung einer bestimmten Kristallachse des einkristallinen Siliziumsubstrats SIS erfolgt. Die aus Glas bestehende erste Kugellinse KL 1 ist in der Nut mit einem Glaslot befestigt, es kann an dieser Stelle aber auch eine asphärische Siliziumlinse verwendet werden, die beispielsweise mit einem aus Halbleitertechnik bekannten Mikrolötverfahren in der v-förmig ausgebildeten Nut befestigt wird. Zur Vereinfa­ chung des Aufbaus und als Schutz gegen Streulicht und gegen Verschmutzung der optisch aktiven Flächen ist die erste Foto­ diodenkombination FDK 1 mit den Fotodioden nach unten über der Nut so befestigt, daß eine vorzugsgeätzte und metallisierte schräge Fläche K der Nut als Spiegel für den Lichtstrahl L dient. Bei einem vorgegebenen Ätzwinkel Beta = 54,7° trifft dabei das Licht unter einem Winkel von Lambda = ca. 70° auf die Fotodiodenoberfläche.

Der Abstand zwischen den benachbarten Fotodioden der ersten und der zweiten Fotodiodenkombination FDK 1, FDK 2 ergibt sich aus dem Abstand d zwischen TE- und TM polarisiertem Lichtstrahl, der sich seinerseits als ca. 10% der Gesamtdicke der verwende­ ten doppelbrechenden TE/TM Strahlteiler ergibt. Bei einer Ge­ samtdicke D = 1 mm des als Strahlteiler verwendeten Calcitplätt­ chens ergibt sich eine Strahltrennung d von etwa 0,1 mm. Dieser Wert ist bei einer Fleckweite von etwa 0,03 mm der Lichtstrah­ len an den Fotodioden ausreichend, um beide Polarisationsan­ teile des Lichtes mit genügender Nebensprechdämpfung zu detek­ tieren. Die Fleckweite w ist dabei gleich dem Radius bis zum 1/e²-Abfall der gaußförmigen Intensitätsverteilung.

Bei Verwendung teilweise verspielter dielektrischer TE/TM-Teiler oder 3dB-Teiler kann die Strahltrennung zwischen den beiden parallelen Strahlen durch geeignete Wahl der Glasdicke gewährleistet werden.

Die Anordnung nach der Fig. 3 ist in analoger Weise auch für den vom lokalen Laser LL ausgehenden Lichtweg aller Anordnun­ gen ausgebildet. Dabei ist dann statt des Endstückes SMF der lokale Laser LL mit der optisch wirksamen Oberfläche nach unten über einer vorzugsgeätzten und metallisierten schrägen Fläche K montiert, dem sich im Lichtweg die zweite Kugellinse KL 2 und das erste Lambda-Viertel-Plättchen LP 1 anschließen.

Durch die freie Strahlführung für die beiden in der Empfänger­ anordnung wirksamen Lichtstrahlen und die leichte Schrägstel­ lung aller reflektierenden Flächen treten praktisch keine Rück­ reflexionen in den lokalen Laser auf, so daß bei dieser Aufbau­ weise ein optischer Isolator nicht unbedingt erforderlich ist.

Bei der Anordnung nach der Fig. 4 wird weitgehend der gleiche Aufbau wie bei der Anordnung nach der Fig. 2 verwendet, es ist also auch auf einem Siliziumsubstrat SES des Endstück SMF eines des Empfangslicht führenden Lichtwellenleiters mit vorgesetzter erster Kugellinse KL 1 und rechtwinklig dazu ein lokaler Laser mit der vorgesetzten zweiten Kugellinse KL 2 und dem ersten Lambda-Viertel-Plättchen LP 1 vorgesehen. Auch sind in Verlänge­ rung der beiden Lichtwege die erste und die zweite Fotodioden­ kombination FDK 1, FDK 2 vorgesehen und an einer freien Stelle des Siliziumsubstrates SIS ist ein monolithisch integrierter Chip EST mit dem elektrischen Teil des Empfängers angeordnet. Bei der Anordnung nach der Fig. 2 wurde zur Strahlaufteilung eine Kombination aus zwei TE/TM-Strahlteilern mit kombiniertem 3dB-Strahlteiler T 1 vorgesehen. Diese Anordnung wurde dadurch hergestellt, daß zwei Calcitplättchen unter Einfügen einer dielektrischen Strahlteilerschicht miteinander präzis verkittet wurden. Um das Verkitten von Calcitplättchen zu umgehen, ist in der Anordnung nach der Fig. 4 als zweiter 3dB-Strahlleiter T 2 ein eigenständiges Plättchen mit einem dielektrischen Teiler­ filter vorgesehen und die TE/TM-Strahlteiler TETM 1, TETM 2 sind jeweils vor einer der beiden Fotodiodenkombinationen FDK 1 bzw. FDK 2 angeordnet.

In der Fig. 5 ist eine weitere Alternative zu den in den Fig. 2 und 4 dargestellten Empfängeranordnungen gezeigt. Die Empfängeranordnung nach der Fig. 5 entspricht dabei hinsicht­ lich des Lichtweges bis zum 3dB-Teiler T 2 der Anordnung nach der Fig. 4, es ist also ebenfalls auf einem Siliziumsubstrat SIS ein Empfangslichtweg und rechtwinklig dazu ein vom lokalen Laser LL gespeister Lichtweg angeordnet, die sich am dielek­ trischen Teilerfilter des 3dB-Teilers T 2 kreuzen. Im Gegensatz zur Fig. 4 sind bei der Anordnung nach der Fig. 5 die beiden TE/TM-Strahlteiler TETM 1, TETM 2 zu einem einzigen Strahltei­ ler TETM zusammengefaßt, der wiederum vor den beiden Foto­ diodenkombinationen FDK 1, FDK 2 angeordnet ist. Wie bei der Fig. 4 ist der zweite 3dB-Strahlteiler T 2 im Winkel von 45° zu den Strahlachsen des Endstückes SMF und des lokalen Lasers LL angeordnet, der kombinierte TE/TM-Strahlteiler ist in einem Winkel von 90° zum zweiten 3dB-Strahlteiler T 2 und damit in einem Winkel von 45° zu den beiden Lichtwegen angeordnet.

Die in der Fig. 6 dargestellte weitere Ausführungsform der er­ findungsgemäßen optischen Polarisations-Diversitäts-Empfänger­ anordnung entspricht in ihrem Aufbau und im Verlauf der Licht­ wege weitgehend der Anordnung nach der Fig. 5. In dieser Anord­ nung waren die einzelnen TE/TM-Teiler aus jeweils einem Calcit­ plättchen zu einem gemeinsamen TE/TM-Teiler zusammengefaßt.

Eine derartige Anordnung aus miteinander verbundenen Calcit­ plättchen ist vergleichsweise dick, so daß größere Lichtver­ luste auftreten können. In der Fig. 6 ist deshalb anstelle des aus zwei Calcitplättchen zusammengesetzten TE/TM-Teilers ein aus dielektrischen Schichten aufgebauter dritter TE/TM-Teiler TETM 3 vorgesehen. Dieses dielektrische Filterplättchen ist wesentlich dünner als Calcit und läßt TM-polarisiertes Licht durch, während TE-polarisiertes Licht reflektiert wird. Am dielektrischen Teilerfilter gehen deshalb beide Lichtstrahlen im Winkel von 90° auseinander, so daß anstelle der Fotodioden­ kombinationen FDK 1, FDK 2 einzelne Fotodioden FD 1, FD 2 bzw. FD 3, FD 4 vorgesehen sind. Der elektrische Teil des Empfängers ist in zwei Empfängerteile EST 1, EST 2 aufgeteilt, da sich so besonders kurze Leitungswege zwischen den Fotodioden und dem Empfänger ergeben.

Die Aufteilung in vier Fotodioden kann vergleichsweise lange Verbindungswege ergeben und damit zu Signalverlusten führen. In der Fig. 7 ist eine weitere Variante des erfindungsgemäßen optischen Polarisations-Diversitäts-Empfängers dargestellt, die vergleichsweise wenig aufwendig ist, da ein Fotodioden-Array FDA mit 4 Fotodioden verwendet werden kann und auch nur ein TE/TM-Strahlteiler vorgesehen werden muß.

In der Anordnung nach der Fig. 7 ist wiederum das Endstück SMF des das Empfangslicht führenden Lichtwellenleiters und in dessen Strahlenachse die erste Kugellinse KL 1 angeordnet, über diese führt der Weg des Empfangslichts zur Oberfläche eines dritten 3dB-Strahlteilers T 3, der auf einem Teil der der ersten Kugellinse KL 1 zugewendeten Oberfläche einen ersten halbdurch­ lässigen Spiegel SP 1 in Form einer dielektrischen 3dB-Teiler­ schicht aufweist. Im Winkel von 90° zum Strahlengang des Emp­ fangslichtes ist der Strahlengang des örtlich erzeugten Laser­ lichtes angeordnet, der vom lokalen Laser LL über die zweite Kugellinse KL 2 und das erste Lambda-Viertelplättchen LP 1 zum dritten 3dB-Strahlteiler T 3 führt. Letzterer ist in einem Win­ kel von 45° zu den Strahlachsen des Empfangslichtes und des Lichtes des lokalen Lasers angeordnet und enthält auf einem Teil der dem lokalen Laser zugeordneten Oberflächenseite einen vollständig reflektierenden zweiten Spiegel SP 2. Der erste Spiegel SP 1 ist dabei so angeordnet, daß ein Teil des Empfangs­ lichtes reflektiert und ein anderer Teil zum zweiten Spiegel SP 2 durchgelassen wird. Durch den ersten Spiegel SP 1 wird außerdem ein Teil des Lichtes des lokalen Lasers durchgelassen und ein anderer Teil zum zweiten Spiegel SP 2 und von diesem weiter zum TE/TM-Strahlteiler reflektiert. Der zweite Spiegel SP 2 reflektiert die auf ihn auftreffenden Anteile des Empfangs­ lichtes und des Laserlichtes, so daß diese Anteile parallel zu den vom ersten Spiegel SP 1 reflektierten Anteilen, den TE/TM- Strahlteiler durchlaufen und von diesem so aufgeteilt werden, daß sie auf die einzelnen Diodenoberflächen des Fotodioden­ arrays FDA auftreffen. Die gesamte Anordnung ist wiederum zusammen mit der integrierten Empfangselektronik EST auf dem Siliziumsubstrat SIS aufgebaut.

Die in den Fig. 4-7 dargestellten Empfängeranordnungen entsprechen dem in der Fig. 1 schematisch dargestellten opti­ schen Polarisations-Diversitäts-Empfänger, bei dem zunächst eine 3dB-Strahlaufteilung des Empfangslichts und des Lichts des lokalen Lasers erfolgt. Bei diesen Anordnungen wird vorausge­ setzt, daß der verwendete 3dB-Teiler unabhängig von der Polari­ sationsrichtung des aufzuspaltenden Lichtes ist, daß er also den TE-Anteil des jeweiligen Lichts im gleichen Maße reflek­ tiert bzw. transmittiert wie den TM-Anteil.

Die Erzeugung des dritten 3dB-Strahlteilers T 3 entsprechend Fig. 7 mit den auf den beiden Oberflächenseiten angeordneten und gegeneinander verschobenen Spiegeln SP 1, SP 2 kann trotz der Einfachheit der Gesamtanordnung herstellungstechnisch kompli­ ziert sein. In der Fig. 8 ist deshalb eine Empfängeranordnung dargestellt, die auf die Verwendung eines 3dB-Strahlteilers verzichtet und an dieser Stelle eine TE/TM-Strahlteilung mit anschließender erneuter zirkularer Polarisierung vornimmt. Die Lichtwege des Empfangslichtes über das Endstück SMF und die erste Kugellinse KL 1 sowie des lokalen Lichtes vom lokalen Laser LL über die zweite Kugellinse KL 2 und das erste Lambda- Viertel-Plättchen LP 1 sind wie bei der Anordnung nach der Fig. 7. Beide Lichtwege führen aber bei der Fig. 8 auf einen im Winkel von 45° zu diesen angeordneten vierten TE/TM-Teiler TETM 4 und über diesen in der Strahlachse des Empfangslichtes durch ein zweites Lambda-Viertel-Plättchen LP 2 und den ersten TE/TM-Teiler TETM 1 zur ersten Fotodiodenkombination FDK 1 und in der Strahlachse des lokalerzeugten Lichtes durch ein drittes Lambda-Viertel-Plättchen LP 3 und den zweiten TETM-Teiler TETM 2 zur zweiten Fotodiodenkombination FDK 2. Außerdem ist wiederum die integrierte Empfangselektronik EST auf dem Siliziumsubstrat SIS mit aufgebaut. Durch das zweite und das dritte Lambda-Vier­ tel-Plättchen LP 2, LP 3 wird das nach der Strahlteilung im vier­ ten TE/TM-Teiler linear polarisierte Licht wiederum zirkular polarisiert und anschließend durch die nachgeordneten TE/TM- Teiler wiederum in die TE- und TM-Anteile zerlegt.

Eine alternative Anordnung, bei der die obige Voraussetzung wegfällt, ist in Bild 9 schematisch dargestellt und in Bild 10 und Bild 11 in zwei Aufbauvarianten skizziert. Hier wird das Faser- bzw. Laserlicht erst in die TE- und TM-Anteile getrennt. Danach werden die TE-Anteile des Faser- bzw. des Laserlichts in einem für TE-Licht ausgelegten 3dBTeiler so aufgespalten, daß der von der dielektrischen 3dB-Teilerschicht reflektierte TE-Strahl vom Laser zusammenfällt mit dem transmittierten TE- Strahl von der Faser bzw. der transmittierte TE-Strahl vom Laser zusammenfällt mit dem reflektierten TE-Strahl von der Faser. Für die TM-Anteile gilt sinngemäß das gleiche.

In der Fig. 9 sind der erste und der zweite TE/TM-Teiler TETM 1, TETM 2 nach der Fig. 8 durch spezielle 3dB-Strahlteiler T 1 TM, T 1 TE ersetzt. Das vom Endstück SMF des Lichtwellenleiters stammende Empfangslicht fällt nach Durchlaufen der ersten Ku­ gellinse KL 1 auf den dritten TE/TM-Teiler TETM 3 und ebenso das vom lokalen Laser LL stammende Licht, nachdem es die zweite Kugellinse KL 2 und das erste Lambda-Viertel-Plättchen LP 1 durchlaufen hat. Der dritte TE/TM-Teiler TETM 3 ist wiederum in einem Winkel von 45° zu den Strahlenachsen des Empfangslichtes und des lokal erzeugten Lichtes angeordnet. Vom dritten TE/TM- Teiler TETM 3 wird der TE-polarisierte Anteil des Empfangslich­ tes und des Lichtes des lokalen Lasers in einem für TE-polari­ siertes Licht ausgelegten 3dB-Teiler T 1 TE so aufgespalten, daß der von der dielektrischen 3dB-Teilerschicht reflektierte TE- polarisierte Lichtstrahl des lokalen Lasers zusammenfällt mit dem entsprechenden TE-polarisierten Lichtstrahl des Empfangs­ lichtes, und daß außerdem der transmittierte TE-polarisierte Lichtstrahl vom lokalen Laser mit dem transmittierten TE-pola­ risierten Lichtstrahl des Empfangslichtes zusammenfällt. In entsprechender Weise werden die TM-polarisierten Anteile des lokal erzeugten Lichtes und des Empfangslichtes von dem für TE-polarisiertes Licht ausgelegten 3dB-Teiler TET 1 abgelenkt, so daß diese auf die erste und die zweite Fotodiode FD 1, FD 2 auftreffen. Die Prinzipdarstellung nach der Fig. 9 ist in den Fig. 10 und 11 aufbaumäßig genauer dargestellt. In den Fig. 10 und 11 ist, wie bei den bisherigen Anordnungen, ein Empfangs­ lichtweg vorgesehen, der vom Endstück SMF des Lichtwellenlei­ ters über die erste Kugellinse L 1 zur aktiven Oberflächenseite des dritten TE/TM-Teilers TETM 3 führt. Rechtwinklig dazu ist der Weg für das lokal erzeugte Licht vorgesehen, der vom loka­ len Laser LL über die zweite Kugellinse KL 2 und das erste Lambda-Viertel-Plättchen LP 1 ebenfalls zur aktiven Oberflächen­ seite des dritten TE/TM-Teilers TETM 3 führt. Vom dritten TE/TM- Teiler werden die TM-polarisierten Anteile der auftreffenden Lichtstrahlen durchgelassen und kreuzen sich auf der Oberfläche eines für TM-polarisierte Signale eingerichteten 3dB-Strahltei­ lers, die TE-polarisierten Anteile werden an der aktiven Ober­ fläche des dritten TE/TM-Strahlteilers TETM 3 reflektiert und gelangen zu einem für TE-polarisiertes Licht eingerichteten 3dB-Strahlteiler. Der dritte TE/TM-Strahlteiler ist in einem Winkel von 45° zu den Strahlachsen des lokal erzeugten Lichtes und des Empfangslichtes angeordnet, die beiden 3dB-Strahlteiler bilden ebenfalls einen Winkel von 45° zu den Strahlachsen, gleichzeitig aber einen Winkel von 90° zum dritten TE/TM-Strahl­ teiler TETM 3.

In den Fig. 10 und 11 ist die Ausbildung der 3dB-Strahlteiler unterschiedlich. In der Fig. 10 sind die 3dB-Strahlteiler für TE- und für TM-polarisiertes Licht aus einseitig entspiegelten Glasplättchen mit einer dielektrischen TE- bzw. TM-Teiler­ schicht auf der einen und einer 3dB-Teilerschicht auf der ande­ ren Seite aufgebaut. In den 3dB-Strahlteilern kreuzen sich die jeweiligen Komponenten des Empfangslichtes und des lokal er­ zeugten Lichtes. Im Winkel von 45° zum 3dB-Strahlteiler für TM-polarisiertes Licht, gleichzeitig in Verlängerung der Strahlachsen des lokal erzeugten Lichtes und des Empfangslich­ tes sind die erste und die zweite Fotodiode FD 1, FD 2 angeord­ net. Ebenfalls in einem Winkel von 45° zum 3dB-Strahlteiler T 1 TE für TE-polarisiertes Licht sind die dritte und die vierte Fotodiode FD 3, FD 4 angeordnet, der Lichtweg vom dritten TE/TM- Strahlteiler TETM 3 zu diesen Fotodioden ist dabei jeweils parallel zur Strahlachse des Empfangslichtes bzw. des Lichtes des lokalen Lasers. Außerdem ist ein elektronischer Empfänger­ chip EST mit auf dem Siliziumsubstrat SIS aufgebracht.

In der Fig. 11 ist durch Verwendung teilweise verspiegelter 3dB-Strahlteiler für TM- bzw. TE-polarisiertes Licht ein ver­ einfachter Aufbau möglich, da die erste und die zweite Foto­ diodenkombination FDK 1, FDK 2 mit je zwei Fotodioden verwendet werden. Anstelle der einfachen 3dB-Strahlteiler T 1 TE bzw. T 1 TM entsprechend Fig. 10 sind in Fig. 11 diese speziellen Strahl­ teiler auf einer Oberflächenseite (SP 1) verspiegelt, während auf der gegenüberliegenden Oberfläche eine dielektrische 3dB- Teilerschicht aufgebracht ist. Die Anordnung der weiteren 3dB- Strahlteiler ist dabei die gleiche wie in der Fig. 10. Der 3dB- Strahlteiler T 3 TM für TM-polarisiertes Licht ist dabei auf der dem Endstück SMF zugewandten Oberflächenseite an einer Stelle verspiegelt, auf die zwar das vom lokalen Laser erzeugte Licht nicht aber das Empfangslicht auftrifft. Auf der dem lokalen Laser zugewandten Seite ist eine dielektrische 3dB-Teiler­ schicht als zweiter Spiegel SP 2 aufgebracht, der für einen Teil des vom lokalen Lasers erzeugten Lichtes durchlässig ist, so daß dieses zum ersten Spiegel SP 1 gelangen kann, während ein weiterer Teil auf eine der beiden Dioden der ersten Fotodioden­ kombination FDK 1 gespiegelt wird. Gleichzeitig wird das vom ersten Spiegel SP 1 reflektierte Licht des lokalen Lasers zusam­ men mit einem Teil des vom zweiten Spiegel SP 2 reflektierten TM-polarisierten Empfangslichtanteils auf eine weitere Foto­ diode der ersten Fotodiodenkombination FDK 1 reflektiert. Ent­ sprechend enthält der 3dB-Strahlteiler T 3 TE für TE-polarisier­ tes Licht einen dritten, der Empfangslichtseite zugewandten Spiegel SP 3 und einen vierten dem lokalen Laser LL zugewandten Spiegel SP 4. Das vom dritten TE/TM-Strahlteiler TETM 3 abgege­ bene TE-polarisierte Licht gelangt durch den 3dB-Strahlteiler T 3 TE zur inneren Oberfläche des vierten Spiegels SP 4, wird von diesem zum Teil durchgelassen und gelangt zu einer Fotodiode der zweiten Fotodiodenkombination FDK 2, außerdem wird ein Teil reflektiert und gelangt zur inneren Oberfläche des dritten Spiegels SP 3, wird dort reflektiert und gelangt zur zweiten Diode der zweiten Fotodiodenkombination FDK 2. Der TE-polari­ sierte Anteil des lokal erzeugten Lichtes gelangt von der Oberfläche des dritten TE/TM-Strahlteilers TETM 3 zur äußeren Oberfläche des vierten Spiegels SP 4, ein erster Teil wird zur ersten Fotodiode der zweiten Fotodiodenkombination reflektiert, während ein weiterer Teil den vierten Spiegel SP 4 durchdringt und vom dritten Spiegel zur zweiten Diode der zweiten Fotodiodenkombination FDK 2 reflektiert wird. Außerdem ist bei der Anordnung nach der Fig. 11 wiederum ein Chip ESD für die Empfangselektronik auf dem Siliziumsubstrat SIS aufgebracht. Alle nicht speziell gekennzeichneten Oberflächen der Kugellinsen, der Zirkular-Polarisatoren, Strahlteiler und das Faserende sind zur Vermeidung von Reflexionsverlusten für den verwendeten Wellenlängenbereich entspiegelt.

Claims (12)

1. Optische Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung für modulierte kohärente Lichtsignale mit einem optischen Signal­ verarbeitungsteil, einer optoelektrischen Wandleranordnung und einem nachgeschalteten elektrischen Signalverarbeitungsteil, wobei der optische Signalverarbeitungsteil wenigstens einen 3dB-Strahlenteiler und wenigstens einen TE/TM-Teiler enthält und aus dem Empfangslicht und dem Licht eines lokalen Lasers vier optische Kombinationssignale erzeugt werden, die jeweils getrennt an eine von vier Fotodioden angekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß ein angenähert rechtwinkliges Siliziumsubstrat (SIS) mit (100)-Oberfläche vorgesehen ist und in der Nähe einer ersten Kante auf das Siliziumsubstrat das Endstück (SMF) eines das Empfangslicht führenden Lichtwellenleiters mit zugehöriger Fokussierung so befestigt ist, daß dessen optische Achse wahl­ weise parallel zur (011) Richtungsader zur (01-1)-Richtung ist,
daß in der Nähe einer zur ersten Kante rechtwinkligen zweiten Kante des Siliziumsubstrates (SIS) der lokale Laser (LL) mit vorgesetzter Fokussierung so befestigt ist, daß dessen optische Achse wahlweile parallel zur (011) Richtungsader zur (01-1) Richtung ist und daß in dessen optischer Achse im Strahlengang ein erstes Lambda-Viertel-Plättchen (LP 1) als Zirkular-Polari­ sator angeordnet ist,
daß sich die Strahlengänge des Empfangslichtes und des lokal erzeugten Lichtes auf dem Siliziumsubstrat (SIS) in freier Strahlführung angenähert rechtwinklig kreuzen und daß auf dem Siliziumsubstrat (SIS) auch 3dB-Strahlteiler (T 1), TE/TM-Teiler (TETM) und Fotodioden (FD 1. . .4, FDK 1, FDK 2) angeordnet sind.

2. Optische Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lokaler Laser (LL) ein einmodiger Laser, insbesondere eine DFB-Laserdiode und als Fokussiereinrichtungen Kugellinsen (KL 1, KL 2) vorgesehen sind.

3. Optische Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einmodige Laser (LL) unmittelbar auf dem Siliziumsub­ strat (SIS) angeordnet ist und dieses auf einen Peltier-Kühler montiert ist.

4. Optische Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung nach einem der Patentansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein einkristallines Siliziumsubstrat (SIS) vorgesehen ist und in dieses im Bereiche der Strahlengänge des Empfangslichtes und des lokal erzeugten Lichtes Nuten (N), insbesondere durch Vorzugsätzen eingearbeitet sind, daß die Nuten (N) auf der einen Seite durch das Endstück (SMF) des das Empfangslicht führenden Lichtwellenleiters bzw. durch die DFB-Laserdiode als lokalem Laser und auf der anderen Seite durch eine vorzugsge­ ätzte und metallisierte schräge Fläche mit einem definierten Winkel (Beta) zur Substratoberfläche abgeschlossen sind, daß die Fotodioden (FD 1. . .FD 4, FDK 1, FDK 2) auf dem Siliziumsub­ strat (SIS) so mit der optisch wirksamen Oberfläche nach unten befestigt sind, daß von der schrägen Flächen (K) reflektiertes Licht auf die optisch wirksame Oberfläche der Fotodioden fällt und daß das Endstück (SMF) das das Empfangslicht führenden Lichtwellenleiters auf einem zur Nut (N) hin leicht abge­ schrägten Teil des Siliziumsubstrats (SIS) befestigt sind.

5. Optische Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Strahlteileranordnung vorgesehen ist, die mit­ einander verbunden, einen ersten TE/TM-Strahlteiler (TETM 1) in Form eines ersten Plättchens und einen zweiten TE/TM-Strahltei­ ler (TETM 2) in Form eines zweiten Plättchens enthält, zwischen denen sich eine dielektrische Teilerschicht als erster 3dB- Strahlteiler (T 1) befindet, daß diese Anordnung auf dem Silizi­ umsubstrat (SIS) in einem Winkel von 45° zu den Strahlachsen des Empfangslichtes und des lokal erzeugten Lichtes angeordnet ist, daß die Fotodioden zu einer ersten und einer zweiten Foto­ diodenkombination (FDK 1, FDK 2) kombiniert sind und sich die erste Fotodiodenkombination (FDK 1) in der Strahlachse des Empfangslichtes und die zweite Fotodiodenkombination (FDK 2) in der Strahlachse des lokal erzeugten Lichtes befindet.

6. Optische Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter 3dB-Strahlteiler (T 2) vorgesehen ist, der auf einem Trägerkörper eine dielektrische Schicht enthält und auf dem Siliziumsubstrat (SIS) in einem Winkel von 45° zu den Strahlachsen des Empfangslichtes und des lokal erzeugten Lich­ tes angeordnet ist, daß im Strahlengang nach dem zweiten 3dB- Strahlteiler (T 2) der erste TE/TM-Strahlteiler (TETM 1) in der Strahlachse des Empfangslichtes angeordnet ist und sich an diesen eine erste Fotodiodenkombination (FDK 1) anschließt, daß sich im Strahlengange nach dem zweiten 3dB-Strahlteiler (T 2) in der Strahlachse des lokal erzeugten Lichtes der zweite TE/TM- Strahlteiler (TETM 2) befindet und sich an diesem die zweite Fotodiodenkombination (FDK 2) anschließt.

7. Optische Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Trägerplättchen mit dielektrischer Teilerschicht aufgebaute zweite 3dB-Strahlteiler (T 2) im Winkel von 45° zu den Strahlachsen des Empfangslichtes und des lokal erzeugten Lichtes sich auf dem Silizium-Substrat (SIS) befindet und daß im Winkel von 90° zum zweiten 3dB-Strahlteiler (T 2) ein kombi­ nierter TE/TM-Strahlteiler (TETM) auf dem Siliziumsubstrat (SIS) angeordnet ist und sich über die Strahlengänge des lokal erzeugten Lichtes und des Empfangslichtes erstreckt.

8. Optische Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der kombinierte TE/TM-Strahlteiler in Form eines dielektri­ schen Filterplättchens (TETM 3) realisiert ist, das TE-polari­ siertes Licht durchläßt und TM-polarisiertes Licht reflektiert.

9. Optische Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Strahlteileranordnung vorgesehen ist, die auf einem dritten Strahlteiler (T 3) einen ersten und einen zweiten Spiegel (SP 1, SP 2) enthält, daß dieser dritte Strahlteiler im Winkel von 45° zu den Strahlachsen des Empfangslichts und des lokal erzeugten Lichtes angeordnet ist und daß der erste Spie­ gel (SP 1) auf der der Empfangslichtquelle zugewandten Oberflä­ chenseite und der zweite Spiegel SP 2 auf der dem lokalen Laser (LL) zugewandten Oberseite des drittes Strahlteilers T 3 aufge­ bracht ist, daß die Spiegel (SP 1, 2) aus einer halbdurchlässigen Schicht bestehen, daß das Empfangslicht und das lokal erzeugte Licht sich an der ersten Spiegelfläche kreuzen und der vom ersten Spiegel (SP 1) reflektierte Anteil des lokal erzeugten Lichtes und der durchgelassene Anteil des Empfangslichtes vom zweiten Spiegel (SP 2) reflektiert werden, daß dem dritten Strahlteiler (T 3) benachbart etwa in der Strahlachse des lokal erzeugten Lichtes der kombinierte TE/TM- Strahlteiler (TETM) und im Anschluß an diesen ein Fotodioden- Array (FDA) angeordnet ist, das 4 Fotodioden enthält.

10. Optische Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter vergleichsweise kleiner TE/TM-Strahlteiler (TETM 4) vorgesehen ist, der im Winkel von 45° zu den Strahl­ achsen des Empfangslichtes und des lokal erzeugten Lichtes auf dem Siliziumsubstrat (SIS) angeordnet ist und daß sich an diesen Strahlteiler sowohl in der Strahlachse des Empfangs­ lichtes als auch in der Strahlachse des lokal erzeugten Lichtes eine Kombination aus einem Lambda-Viertel-Plättchen (LP 2, LP 3), einem TE/TM-Strahlteiler (TETM 1, TETM 2) und einer Fotodioden­ kombination (FDK 1, FDK 2) anschließt.

11. Optische Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den dritten TE/TM- Strahlteiler (TE/TM 3) im Strah­ lengang 3dB-Strahlteiler (T 1 TE, T 1 TM) anschließen, die ent­ weder für TE-polarisiertes Licht oder für TM-polarisiertes Licht aktiviert sind und die in einem Winkel von 90° zum dritten TE/TM-Strahlteiler (TETM 3) angeordnet sind.

12. Optische Polarisations-Diversitäts-Empfängeranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der 3dB-Strahlteiler (T 3 TE) für TE-polarisiertes Licht und der 3dB-Strahlteiler (T 3 TM) für TM-polarisiertes Licht jeweils auf ihren zum Siliziumsubstrat (SIS) und dem dritten TE/TM-Tei­ ler (TETM 3) rechtwinkligen Oberflächen halbdurchlässige ver­ spiegelte Bereiche (SP 1, SP 2, SP 3, SP 4) aufweisen.