DE3929794C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Übertragung optischer Signale aus mehreren Lichtquellen auf mehrere Licht­ wellenleiter, bestehend aus mindestens zwei Lichtquellen, die in der Weise angeordnet sind, daß auf deren optische Achsen eine teildurchlässige Spiegelfläche positioniert ist.

Eine Anordnung zur optischen Digitalsignalübertragung wurde z. B. auf der ECOC 1986, Barcelona vorgestellt (Proceedings Seite 447-450 von K. Fußgänger, W. Köster, HD. Saller, T. Vollmer). Bei dem dort (Seite 449) gezeigten optischen Multiplexer werden meh­ rere optische Lichtquellen über mehrere optische Richtkoppler zu einem optischen Sendesignal vereinigt. Die dargestellte Anord­ nung und im besonderen die darin verwendeten optischen Richtkopp­ ler haben dabei den Nachteil, daß wesentliche Anteile der Licht­ leistung durch Koppelverluste verlorengehen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 32 05 029 A ist bereits ein sogenannter optischer Konzentrator-Verteiler mit einem Matrix­ aufbau aus versenkbaren Licht-Ablenkgliedern bekannt. Dabei ist die Matrix so ausgestaltet, daß ein Teil der Matrix einen opti­ schen Konzentrator und der verbleibende Teil der Matrix einen optischen Verteiler bildet.

Beim optischen Konzentrator sind Sender/Empfänger-Einheiten so­ angeordnet, daß sich ihre optischen Achsen rechtwinklig schnei­ den, so daß eine Zweirichtungsverbindung entsteht.

Im optischen Verteiler werden von parallel zueinander angeord­ neten Sendern abgegebene Signale durch Licht-Ablenkglieder mit jeweils unterschiedlichen Reflexionskoeffizienten je Empfangs­ lage auf die Empfänger verteilt.

Bei dieser Ausgestaltung des optischen Verteilers bedarf es aber einer Vielzahl von Ablenkgliedern, mindestens jedoch eines Satzes von zwei Ablenkgliedern, um die Signale zweier Sender auf einen Empfänger zu leiten. Diese Ablenkglieder haben zudem hohen Prä­ zisionsanforderungen hinsichtlich ihres Reflexionskoeffizienten zu genügen, zumal die Ablenkglieder jeweils pro Empfangslage in definierter Weise einen fest vorgegebenen Reflexionskoeffizien­ ten aufzuweisen haben. Neben der geforderten hohen Präzision der Ablenkglieder bedarf es darüber hinaus eines erhöhten Aufwandes an Justierpräzision, und zwar hinsichtlich der Positionierung sowohl gegenüber einer Sender- und einer Empfängereinheit als auch gegenüber einem korrespondierenden Ablenkglied. Außerdem ist diese Ausgestaltung mit dem weiteren Nachteil behaftet, daß ein Teil der von den Sendern abgestrahlten Lichtleistung zu Rückkopplungszwecken aufgebracht werden muß.

Das US-Patent Nr. 48 05 977 offenbart eine Anordnung von zwei im rechten Winkel zueinander angeordneten kohärenten Lichtquellen, von zwei Polarisationselementen, einem Polarisations-Prismablock sowie einem Interferenz-Filterblock.

Bei dieser Anordnung wird ein optisches Signal über einen Inter­ ferenz-Filterblock zu zwei durch einen Polarisations-Prismablock zusammengefaßten polarisierten Lichtwellen gleicher Wellenlänge addiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie bei einer Anordnung zur Übertragung optischer Signale der eingangs genannten Art einerseits optische Signale aus mehreren Lichtquellen auf mehrere Lichtwellenleiter verteilt und anderer­ seits die Koppelverluste vermindert werden können. Ferner wird mit der Erfindung eine Anordnung geschaffen, die als Einheit bei kleinen Abmessungen modular in Massenfertigung herstellbar ist.

Die Aufgabe wird in einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Lichtquellen gleichzeitig senden, daß für jeweils zwei gleichzeitig sendende Lichtquellen die erste teildurchlässige Spiegelfläche eine derartige Position zwischen der Hauptstrahlrichtung der ersten Lichtquelle und der Haupt­ strahlrichtung der zweiten Lichtquelle des ersten Lichtquellen­ paares hat, daß die durch die teildurchlässige Spiegelfläche durchgelassenen Lichtanteile der ersten Lichtquelle mit den an der teildurchlässigen Spiegelfläche reflektierten Lichtanteile der zweiten Lichtquelle und daß die an der teildurchlässigen Spiegelfläche reflektierten Lichtanteile der ersten Lichtquelle mit den durch die teildurchlässige Spiegelfläche durchgelassenen Lichtanteile der zweiten Lichtquelle zusammenfallen.

Die Erfindung bringt durch die Anordnung sowie Verwendung einer teildurchlässigen Spiegelfläche den Vorteil mit sich, daß die von den Lichtquellen (Sendern) ausgesendeten Lichtstrahlen durch eine teildurchlässige Spiegelfläche räumlich aufgespalten sowie überlagert werden. Die teildurchlässige Spiegelfläche bildet da­ bei eine Winkelhalbierende zwischen den von den Sendern kommenden und sich schneidenden Lichtstrahlen, so daß sich jeweils der re­ flektierte Teilstrahl des einen Senders mit dem durchgelassenen Teilstrahl des anderen Senders überlagert. Die beiden resultie­ renden Strahlen enthalten dadurch Lichtanteile beider Sender zu gleichen Anteilen; Koppelverluste bei der Aufteilung sowie Zusam­ menfügung der von den Sendern ausgesendeten Lichtstrahlen treten dabei nicht auf. Ein weiterer Vorteil liegt in dem geringen Ju­ stieraufwand um die teildurchlässige Spiegelfläche so zu positio­ nieren, daß die jeweiligen reflektierten und durchgelassenen Lichtwellenanteile von den im rechten Winkel angeordneten Licht­ quellen überlagert werden.

Eine Weiterbildung der Anordnung nach Anspruch 2 zeichnet sich durch den Vorteil aus, daß die von einer Mehrzahl von Lichtquel­ len ausgesendeten Lichtquellen durch eine minimale Anzahl von teildurchlässige Spiegelflächen überlagert werden, so daß eine Vielzahl von an das Sendemodul angeschlossenen Lichtwellenlei­ tern damit gespeist werden können. Je nach Bedarf kann der je­ weilige Lichtstrahl durch weitere Teilung auf eine weitere An­ zahl von Lichtwellenleitern verteilt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen bestehen darin, daß sowohl die erste und zweite durchlässige Spiegelfläche in einer Ebene angeordnet sind sowie die dritte und vierte teildurchlässige Spiegelfläche in einer weiteren Ebene angeordnet sind, wobei die erste und zweite teildurchlässige Spiegelfläche und/oder die dritte und vierte teildurchlässige Spiegelfläche jeweils eine gemeinsame teildurchlässige Spiegelfläche bilden. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß neben einer einfachen Fertigung einer teildurchlässigen Spiegelfläche eine übersichtliche geometrische Anordnung mit einer sehr hohen Präzision gebildet und günstig in Massenfertigung verwirklicht werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist da­ durch gegeben, daß die Anordnung aus einem Modul gebildet wird, wobei dieses, aus einem Lichtquellenpaar und der dazugehörigen teildurchlässigen Spiegelfläche bestehend, den Vorteil eines kompakten und wirtschaftlichen Aufbaus aufweist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Befestigung und/oder Justierung der teildurchlässigen Spiegelfläche(n) auf einem Trägerkörperteil, weitere Komponenten auf dem anderen Trägerkörperteil angeordnet sind. Durch diese Anordnung kann in einfacher Weise eine exakte Winkeleinstellung der teildurchlässigen Spiegelfläche(n) durch Justierhilfen auf dem einen Teil der Trägerkörper verwirklicht werden. Die aktiven und passiven Sendekomponenten können dabei vorteilhaft von den Spiegelflächen getrennt auf dem anderen Teil der Trägerkörper angeordnet werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kön­ nen jeweils die teildurchlässige Spiegelfläche(n) als 3dB-Strahl­ teiler ausgebildet sein, da damit eine verlustfreie Aufteilung von Sendesignalen sowie eine Überlagerung der aufgeteilten Sende­ signale möglich ist.

Die Erfindung soll im folgenden mittels in der Zeichnung darge­ stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Dabei zeigen

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Sendemoduls mit zwei Lichtquellen und einem 3dB-Strahlteilerplättchen,

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Sendemoduls mit vier Lichtquellen und einer gleichen Anzahl von 3dB-Strahl­ teilerplättchen,

Fig. 3 die schematische Darstellung eines Sendemoduls in Verbin­ dung mit dem Aufbau der optischen und elektrooptischen Komponenten auf einem Trägerkörper,

Fig. 4 die Befestigung und Fixierung des 3dB-Strahlteilerplätt­ chens sowie eine Anordnung von Abstandshaltern, zwischen den beiden Trägerkörpern TK₁, TK₂,

Fig. 5 die Justiervorrichtung für 3dB-Strahlteilerplättchen auf Trägerkörper,

Fig. 6 eine weitere Möglichkeit zur Befestigung und Justierung des 3dB-Strahlteilerplättchens und

Fig. 7 eine Anordnungsmöglichkeit einer Lichtquelle.

Fig. 1 zeigt ein optisches Sendemodul mit einem Lichtquellenpaar bestehend aus der Lichtquelle L₁ und Lichtquelle L₂, die auf einem Trägerkörper TK aus Silizium angeordnet sind, und deren optische Achsen O₁ und O₂ sich rechtwinklig in einem Punkt SP₁ schneiden. In diesem Schnittpunkt ist eine teildurchlässige Spiegelfläche SF, z.B. ein 3dB-Strahlteilerplättchen (halbdurch­ lässiger Spiegel), angeordnet. Auf der optischen Achse O₁ trifft dabei der reflektierte Teilstrahl der einen Lichtquelle L₂ und der durchgelassene Teilstrahl der anderen Lichtquelle L₁ zusam­ men. Dasselbe trifft sinngemäß auf die optische Achse O₂ zu.

Fig. 2 zeigt einen Aufbau, bei dem zwei Lichtquellenpaare L₁, L₂ und L₃, L₄ in der Weise angeordnet sind, daß die optischen Achsen O₁, O₂ mit den reflektierten und durchgelassenen Teil­ strahlen eines ersten Lichtquellenpaares L₁, L₂ auf die opti­ schen Achsen O₃, O₄ eines zweiten Lichtquellenpaares L₃, L₄ in zwei weiteren Schnittpunkten SP₃ und SP₄ treffen und daß in die­ sen Schnittpunkten SP₃, SP₄ teildurchlässige Spiegelflächen SF angebracht sind. Dabei sind diese Spiegelflächen SF in einer derartigen Winkellage zu den optischen Achsen O₁, O₄ und O₂, O₃ der Lichtquellen L₁, L₂, L₃, L₄ angeordnet, daß die reflektier­ ten und durchgelassenen Teilstrahlen des ersten Lichtquellenpaa­ res L₁, L₂ einerseits sowie die durchgelassenen und reflektier­ ten Teilstrahlen des zweiten Lichtquellenpaares L₃, L₄ anderer­ seits jeweils zusammentreffen. Die Lichtquellenpaare L₁, L₂ und L₃, L₄ sind dabei jeweils hinsichtlich ihrer Strahlrichtung bzw. optischen Achse in einem rechten Winkel in einer Ebene angeord­ net. Genau in den Schnittpunkten SP₁, SP₂, SP₃ und SP₄ sind je eine teildurchlässige Spiegelfläche SF angeordnet, so daß die Lichtwellen der vier Lichtquellen L₁, L₂, L₃, L₄ jeweils in der Art zusammentreffen, daß entlang ihrer optischen Achsen O₁, O₂, O₃, O₄ jeweils vier Lichtsignale überlagert werden.

Die wegen der besseren Darstellung in die Fig. 1 und Fig. 2 einge­ zeichnete teildurchlässigen Spiegelflächen unterstreichen den schematischen Charakter der beiden Figuren. Die Lichtquellen L₁, L₂, L₃ und L₄ sind auf einem Trägerkörper TK₁ angeordnet (siehe Fig. 3).

Entsprechend der Fig. 2 ist in Fig. 3 eine ins einzelne gehende Ausgestaltung des Trägerkörpers TK₁ dargestellt. Die eingezeich­ neten Symmetrieachsen SA deuten die Lage der teildurchlässigen Spiegel an. Die Lichtstrahlen aus den Sendern L₁, L₂, L₃, L₄ gelangen über Kugellinsen KL und teildurchlässige Spiegelflächen SF in jeweils gleicher Zusammensetzung in die Lichtwellenleiter LWL, die in V-förmige Nuten N eingebracht sind. Die Nuten und die aktiven und passiven Bauelemente sind dabei auf demselben Trägerkörper TK₁ angeordnet.

Die vier teildurchlässigen Spiegelflächen können dabei auf einem zweiten Trägerkörper TK₂ angeordnet sein, wie in Fig. 4 in einer Schnittdarstellung verdeutlicht.

Beim Zusammenfügen der Trägerkörper TK₁, TK₂, wie in Fig. 4 ange­ deutet, werden die Spiegel genau in die Position gebracht, die in Fig. 3 durch die Symmetrieachsen SA verdeutlicht ist. Die Lichtwellen erzeugenden Bauelemente sind z.B. Laserdioden LD. Die Kontrolldioden MD dienen zur Überprüfung der Lichtleistung der Laserdioden LD. Die Laserdiode LD ist dabei auf einem Hilfs­ träger HTR angebracht. Fig. 7 verdeutlicht die Teileanordnung.

In Fig. 4 ist ein Ausschnitt einer seitlichen Profilansicht der beiden Trägerkörper TK₁ und TK₂ dargestellt. Für die Zusammen­ fügung werden dabei Abstandshalter AB verwendet, die sowohl die beiden Trägerkörper verbinden als auch beim Zusammenlöten der Trägerkörper TK₁ und TK₂ für eine ausreichende Wärmeisolierung zu den auf dem Trägerkörper TK₁ angeordneten Bauteilen sorgen.

Die Fixierung sowie Justierung der teildurchlässigen Spiegel­ flächen SF kann dabei durch U-förmige Nuten RN sowie durch Glaslot GL wie in Fig. 4 oder, wie in Fig. 6 angedeutet, durch ein Zusammenlöten der teilweise metallisierten Oberflächen M des Trägerkörpers TK₂ und der teildurchlässigen Spiegelfläche SF mit einem Lot L verwirklicht werden.

Durch Anschlagfläche ASF einer Lehre L wird die nötige exakte Position der teildurchlässigen Spiegelflächen SF bestimmt. Die Haltevorrichtung HV (Fig. 5) fixiert die teildurchlässigen Spie­ gelflächen SF während des Lötvorganges.

Claims (22)

1. Anordnung zur Übertragung optischer Signale aus mehreren Lichtquellen auf mehrere Lichtwellenleiter, bestehend aus min­ destens zwei Lichtquellen (L₁, L₂), wobei eine erste und zweite Lichtquelle (L₁, L₂) in der Weise positioniert sind, daß sich ihre Hauptstrahlrichtungen (O₁, O₂) in einem ersten Schnitt­ punkt (Sp₁) treffen und in diesem Schnittpunkt eine erste teil­ durchlässige Spiegelfläche (SF₁) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (L₁, L₂) gleichzeitig senden,
daß für jeweils zwei gleichzeitig sendende Lichtquellen (L₁, L₂) die erste teildurchlässige Spiegelfläche (SF₁) eine derartige Position zwischen der Hauptstrahlrichtung (O₁) der ersten Licht­ quelle (L₁) und der Hauptstrahlrichtung (O₂) der zweiten Licht­ quelle (L₂) des ersten Lichtquellenpaares (L₁, L₂) hat, daß die durch die teildurchlässige Spiegelfläche (SF₁) durchgelassenen Lichtanteile der ersten Lichtquelle (L₁) mit den an der teil­ durchlässigen Spiegelfläche (SF₁) reflektierten Lichtanteile der zweiten Lichtquelle (L₂) und daß die an der teildurchlässi­ gen Spiegelfläche (SF₁) reflektierten Lichtanteile der ersten Lichtquelle (L₁) mit den durch die teildurchlässige Spiegel­ fläche (SF₁) durchgelassenen Lichtanteile der zweiten Licht­ quelle (L₂) zusammenfallen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung ein aus einer dritten und vierten Lichtquelle (L₃, L₄) bestehendes zweites Lichtquellenpaar (L₃, L₄) mit den Hauptstrahlrichtungen (O₃, O₄) aufweist, die sich in einem wei­ teren Schnittpunkt (Sp₂) treffen, daß in dem zweiten Schnittpunkt (Sp₂) eine zweite teildurchlässige Spiegelfläche (SF₂) angeord­ net ist, und daß sich die Hauptstrahlrichtungen (O₁, O₄; O₂, O₃) des ersten und zweiten Lichtquellenpaares (L₁, L₂; L₃, L₄) in einem dritten und vierten Schnittpunkt (Sp₃, Sp₄) treffen, daß in dem dritten Schnittpunkt (Sp₃) eine dritte teildurchlässige Spiegel­ fläche (SF₃) und in dem vierten Schnittpunkt (Sp₄) eine vierte teildurch­ lässige Spiegelfläche (SF₄) in einer derartigen Position ange­ ordnet sind, daß die durchgelassenen und reflektierten Lichtantei­ le überlagert werden.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite teildurchlässige Spiegelfläche (SF₁, SF₂) in einer Ebene angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte und vierte teildurchlässige Spiegelfläche (SF₃, SF₄) in einer Ebene angeordnet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die erste und zweite teildurchlässige Spiegel­ fläche (SF₁, SF₂) gebildete Ebene und die dritte und die vierte teildurchlässige Spiegelfläche (SF₃, SF₄) gebildete Ebene recht­ winklig zueinander angeordnet sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite teildurchlässige Spiegelfläche (SF₁, SF₂) und/oder die dritte und vierte teildurchlässige Spiegel­ fläche (SF₃, SF₄) jeweils eine gemeinsame teildurchlässige Spiegelfläche bilden.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung mindestens ein aus einem Lichtquellenpaar (L₁, L₂; L₃, L₄) und den dazugehörigen teildurchlässigen Spiegel­ flächen (SF₁, SF₂) bestehendes optisches Sendemodul aufweist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei optische Sendemodule sowie die dritten und vierten teil­ durchlässigen Spiegelflächen (SF₃, SF₄) auf einem gemeinsamen Trägerkörper angeordnet sind.

9. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (L₁, L₂; L₃, L₄) Laserdioden (LD) sind.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper aus zwei parallelen Trägerkörperteilen (TK₁, TK₂) besteht und daß zwischen den Trägerkörperteilen die Lichtquellen (L₁, L₂; L₃, L₄) und die teildurchlässigen Spiegel­ flächen (SF₁, SF₂, SF₃, SF₄) angeordnet sind.

11. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (L) und die Spiegelflächen (SF) jeweils auf einem Trägerkörperteil (TK₁, TK₂) angeordnet sind.

12. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die teildurchlässigen Spiegelflächen (SF) 3dB-Strahlteiler sind.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (TK) aus Silizium besteht.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung und/oder Justierung der teildurchlässigen Spiegelfläche(n) (SF) auf einem Trägerkörperteil (TK₁), weite­ re Komponenten auf dem anderen Trägerkörperteil (TK₂) angeord­ net sind.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vorzugsätzen des einen Trägerkörperteiles (TK₁) V-förmi­ ge und/oder trapezförmige Nuten (N) eingearbeitet sind, wobei in den Nuten Lichtwellenleiter (LWL) und/oder Kugellinsen (KL) einbringbar sind.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem anderen Trägerkörperteil (TK₂) U-förmige Nuten ausge­ arbeitet sind, in denen die teildurchlässigen Spiegelfläche(n) (SF) fixiert sind.

17. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung der teildurchlässigen Spiegelfläche(n) (SF) in den U-förmigen Nuten (RN) im anderen Trägerkörperteil (TK₂) durch Zusammenleiten der teilweise metallisierten Oberfläche (M) der teildurchlässigen Spiegelfläche und der angrenzenden Fläche des anderen Trägerkörperteiles (TK₂) verwirklicht ist.

18. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung der teildurchlässigen Spiegelfläche in den U-förmigen Nuten (RN) im anderen Trägerkörperteil (TK₂) durch Glaslot (GL) verwirklicht ist.

19. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kugellinse angeordnet ist, die das von den Lichtquellen ausgestrahlte Licht vor seinem erstmaligen Auftreffen auf die teildurchlässige Spiegelfläche bündelt.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Trägerkörperteile (TK₁, TK₂) über Abstandhalter (AB) verbunden sind.

21. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen überlagerten Lichtstrahlen durch weitere Strahlteiler (SF) weiter aufgeteilt sind.

22. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen überlagerten Lichtstrahlen durch eine Kugel­ linse (KL) auf den Eingang eines Lichtwellenleiters (LWL) fokussiert sind.