DE60119801T2 - Optische Konfiguration für einen dynamischen Verstärkungsequalisator und konfigurierbarer Einfüge-/Ausblende-Multiplexer - Google Patents

Optische Konfiguration für einen dynamischen Verstärkungsequalisator und konfigurierbarer Einfüge-/Ausblende-Multiplexer Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Gerät zum Umleiten und Modifizieren eines optischen Signals, und insbesondere eine optische Konfiguration, die ein Strahlungsgitter umfasst, das für einen dynamische Verstärkungsequalisator oder für einen konfigurierbaren Einfüge/Ausblendemultiplexer verwendet werden kann.
  • In den Kommunikationssystemen mit optischen multiplexen Wellenlängenaufteilungen (WDM) trägt ein optischer Wellenleiter gleichzeitig mehrere verschiedene Kommunikationskanäle im Licht oder verschiedene Wellenlängen. In WDM Systemen ist es erstrebenswert sicherzustellen, das alle Kanäle ungefähr die gleiche Stärke aufweisen. Um dieses unterstützend zu erreichen werden Verstärkungsequalisatoren an verschiedenen Punkten über das System verteilt angeordnet, um die relativen Stärkengrade in den entsprechenden Kanälen zu kontrollieren.
  • Dichte WDM Systeme benötigen spezielle Einfüge-/Ausblendemultiplexer (ADM), um bestimmte Kanäle (z. B. Wellenlängen) einzufügen und auszublenden. Zum Beispiel werden an vorbestimmten Knoten in dem System optische Signale von bestimmter Wellenlänge ausgeblendet und andere von dem optischen Wellenleiter eingefügt.
  • Typischerweise umfassen Verstärkungsausgleichseinrichtungen und Einfüge/Ausblendemultiplexer-Vorichtungen eine Art von Mehrfachnutzung und Entschachtelung, um jeden einzelnen Kanal des Telekommunikationssignales zu modifizieren. Insbesondere ist es üblich ein erstes Beugungsgitter zum Entschachteln des optischen Signals und ein zweites räumlich getrenntes Beugungsgitter zum mehrfach Nutzen des optischen Signals nachdem dieses modifiziert worden ist vorzusehen. Ein Beispiel des letzteren ist in US 5,414,540 gezeigt. In derartigen Fällen ist es notwendig zwei angepasste Beugungsgitter und wenigstens zwei angepasste Linsen vorzusehen und diese exakt abzustimmen. Dies ist eine signifikante Einschränkung von Geräten des Standes der Technik.
  • Um diese Einschränkung zu überwinden, haben weitere Geräte nach dem Stand der Technik ein einzelnes Beugungsgitter für die Entschachtelung eines optischen Signals in einem ersten Durchlauf durch die Optik und zum mehrfach Nutzen des optischen Signals in einem zweiten Durchlauf durch die Optik vorgesehen. Zum Beispiel zeigen US 5,233,405 , 5,526,155, 5,745,271, 5,936,752 und 5,960,133 derartige Geräte.
  • Keines dieser Geräte nach dem Stand der Technik zeigt eine optische Einrichtung, die für Anwendungen mit einem dynamischen Verstärkungsequalisator (DGE) und mit einen konfigurierbaren optischen Einfüge-/Ausblendemultiplexer (COADM) geeignet sind. Insbesondere erkennt keines dieser Geräte nach dem Stand der Technik den Vorteil, eine einfache, symmetrisch vorgesehene optische Vorrichtung vorzusehen, die für die Verwendung mit verschiedenen Umschalte-/Dämpfungsmitteln geeignet sind.
  • Ferner zeigt keines der Geräte nach dem Stand der Technik eine optische Vorrichtung mit Mehrfachnutzung/Entschachtelung, die kompakt und kompatibel mit einer Vielzahl von parallelen optischen Eingangs/Ausgangswellenleitern ist.
  • Zum Beispiel zeigt US 5,414,540 von Patel et al. Einen optischen Umschalter aus Flüssigkristall zum Umschalten eines optischen Eingangssignals, um einen Ausgangskanal auszuwählen. Der Umschalter umfasst ein Beugungsgitter, einen Flüssigkristallmodulator und ein Polarisation-zerstreuendes Element. In einer Ausführung schlagen Patel et al. vor, den 1 × 2 Umschalter auf einen 2 × 2 Einfüge-/Ausblendekreislauf zu erweitern und einen Reflektor zu verwenden. Das gezeigte Gerät ist dahingehend eingeschränkt, dass Einfüge/Ausblendelichtstrahlen relativ zu den Eingangs-/Ausgangslichtstrahlen winkelförmig verschoben werden. Diese winkelförmige Verschiebung ist nachteilig im Hinblick auf die Kopplung von Einfüge-/Ausblende und/oder Eingangs-/Ausgangslichtstrahlen in parallelen optischen Wellenleitern, zusätzlich zu der zusätzlichen winkelförmigen Anordnung, die für die Eingangslichtstrahlen notwendig ist.
  • Im Hinblick auf Kompaktheit sind die Geräte nach dem Stand der Technik auf allzu lange und lineare Konfigurationen beschränkt, wobei der Eingangslichtstrahl jede optische Komponente nachfolgend durchläuft bevor dieser in einer im Wesentlichen rückwärts gerichteten Richtung reflektiert wird.
  • US 6,081,331 zeigt ein optisches Gerät, das konkave Spiegel für Mehrfachreflexionen als eine Alternative zur Verwendung von zwei Linsen oder einen zweifachen Durchlauf durch eine Linse verwendet. Das dort gezeigte Gerät ermöglicht nur eine einzelne Durchführung des Beugungsgitters und sieht nicht die Vorteile der vorliegenden Erfindung.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches System anzugeben, das ein Beugungsgitter umfasst, das relativ kompakt vorgesehen ist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Konfiguration zum Umleiten und Modifizieren eines optischen Signals anzugeben, das als ein dynamischer Verstärkungsequalisator und/oder als ein konfigurierbarer Einfüge-/Ausblendemultiplexer verwendet werden kann.
  • Aus dem Stand der Technik ist ebenso das sogenannte Ebert Spektrometer (z. B. in EP 0942266 oder McKnight, Semiconducter Science Technology, vol. 5, pages 155–158, 1990). Diese Spektrometer umfassen einen Eingangskanal zum Aussenden eines Lichtstrahls, einen konkaven Spiegel, der gegenüber dem Eingangskanal vorgesehen ist und ein Reflexionsgitter sowie einen Detektor, der in der Brennebene des Spiegels positioniert ist.
  • Die vollständige Erfindung umfasst ein 4-f optisches System, das ein dispersives Element zum räumlichen Trennen eines optischen Eingangssignals in mehrere Spektralkanäle und eine Modifizierungsanordnung zum wahlweise Modifizieren jedes der verschiedenen Spektrakanäle aufweist. Wenigstens ein Element weist optische Stärke auf, wie ein sphärischer Spiegel, wobei optische Datenübertragung zwischen dem dispersiven Element und der Modifizierungsanordnung vorgesehen ist.
  • In geeigneter Weise und vorteilhaft sind das dipersive Element und die Modifizierungsanordnung im Wesentlichen in der Brennebene von wenigstens einem Element, das optische Stärke aufweist, angeordnet. Zudem werden das dispersive Element und das optische Stärke aufweisende Element in einem ersten und einem zweiten Durchlauf durch die Optiken verwendet, so dass die Notwendigkeit, Abgleichungselemente vorzusehen, vermieden wird.
  • Erfindungsgemäß ist ein optisches Gerät nach dem Anspruch 1 vorgesehen.
  • Erfindungsgemäß ist ein optisches Gerät zum Umleiten und Modifizieren eines optischen Signals vorgesehen, dass umfasst: Eine erste Öffnung zum Senden eines Lichtstrahls; einen konkaven Reflektor, der eine Brennebene zum Empfangen eines von der ersten Öffnung gesendeten Lichtstrahls; ein dispersives Element, das im Wesentlichen in der Brennebene zum räumlichen Zerstreuen des von dem konkavem Reflektor reflektierten Lichtstrahls und zum Umleiten eines räumlichen zerstreuten Strahles von Licht zurück zu dem konkavem Reflektor vorgesehen ist; und Modifizierungsmittel, die im Wesentlichen in der Brennebene zum Modifizieren des räumlich gestreuten Lichtstrahls angeordnet sind, wobei der Lichtstrahl durch den konkaven Reflektor und zum Reflektieren des modifizierten, räumlich zerstreuten Lichtstrahls zurück zu einem von der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung über den konkaven Reflektor und dem dispersiven Element reflektiert wird.
  • Beispielhafte Ausführungen der Erfindung werden nun in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben:
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer optischen Konfiguration zeigt, die als dynamischer Verstärkungsequalisator und/oder als eine Einfüge/Ausblendemultiplexer (DGE/COADM) entsprechend der Erfindung verwendet werden kann;
  • 2a ist eine detaillierte Seitenansicht eines Front-End-Moduls zur Verwendung mit dem DGE/COADM aus 1, das Mittel zur Kompensation für die Zerstreuung von Polarisationsmoden (PMD) aufweist;
  • 2b ist eine detaillierte Seitenansicht eines Front-End-Moduls, das Mittel zum Reduzieren oder zum im Wesentlichen Eliminieren von PMD aufweist;
  • 3a ist eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels von Modifizierungsmitteln, die eine Flüssigkristallanordnung zur Verwendung mit der in 1 gezeigten DGE/COADM umfasst, wobei ein Flüssigkristallelement in einem „AN"-Zustand geschaltet ist;
  • 3b ist eine Draufsicht der Modifizierungsmittel aus 3a, wobei das Flüssigkristallelement in einem „AUS"-Zustand geschaltet ist;
  • 3c ist eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispieles der Modifizierungsmittel zur Verwendung mit der in 1 gezeigten DGE/COADM, wobei das Flüssigkristallelement in einen „AN"-Zustand geschaltet ist;
  • 3d ist eine Draufsicht der in 3c gezeigten Modifizierungsmittel, wobei das Flüssigkristallelement in einen „AUS"-Zustand geschaltet ist;
  • 4a ist eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Modifizierungsmittel für die Verwendung mit dem in 1 gezeigtem DGE/COADM, die einen doppelbrechenden Kristall aufweisen, der vor der Flüssigkristallanordnung positioniert ist, wobei das Flüssigkristallelement in einen „AUS"-Zustand geschaltet ist;
  • 4b ist eine Draufsicht der in 4a gezeigten Modifizierungsmittel, wobei das Flüssigkristallelement in einen „AN"-Zustand geschaltet ist;
  • 5 ist eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Modifizierungsmittel für die Verwendung mit dem in 1 gezeigten DGE, das ein MEMS Gerät verwendet;
  • 6a und 6b sind schematische Diagramme eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das gegenüber dem in 1 gezeigten bevorzugt ist, wobei die Brennebene des einzigen konkaven Reflektors zum Lokalisieren der Eingangs/Ausgangsöffnungen, Beugungsgitter und Modifizierungsmittel vorgesehen ist;
  • 7 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das gleich zu dem in 6a und 6b gezeigten, wobei die Eingangs-/Ausgangsöffnungen zwischen den Modifizierungsmitteln und dem dispersiven Element angeordnet sind;
  • 8 ist ein schematisches Diagramm eines DGE, das eine ähnliche Konfiguration zu dem in 6a und 6b aufweist, wobei diese einen optischen Kreislauf umfasst; und
  • 9 ist ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen DGE/COADM, das eine Linse umfasst, die eine Einzelöffnung zum Senden und Empfangen von Licht von dem konkavem Reflektor aufweist;
  • 9a ist eine Draufsicht, die eine Linsenanordnung zeigt, die einen optischen Eingangs-/Ausgangswendeleiter mit der erfindungsgemäßen Linse koppelt;
  • 9b ist eine Draufsicht, die eine Polarisationsmehrfachanordung nach dem Stand der Technik zeigt, die einen optischen Wellenleiter mit der erfindungsgemäßen Linse koppelt;
  • 9c ist eine Seitenansicht der in 9 gezeigten Polarisationsmehrfachanordung nach dem Stand der Technik;
  • 9d ist eine Draufsicht einer alternativen Anordnung zu den optischen Komponenten aus 9b;
  • 9e ist eine Seitenansicht einer alternativen Anordnung zu der in 9d gezeigten;
  • 9f ist eine Draufsicht, die eine asymmetrische Versetzung der optischen Eingangs-/Ausgangswellenlängen bezüglich der optischen Achse der erfindungsgemäßen Linse zeigt;
  • 10 ist ein schematisches Diagramm des Beispiels für DGE/COADM;
  • 11 ist ein schematisches Diagramm des bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen COADM; und
  • 12 ist ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen COADM, wobei eine asymmetrische Anordnung der optischen Eingangs-/Ausgangswellenlängen die winkelförmige Verschiebung, die durch ein MEMS-Element ergänzend gegeben ist.
  • Bezugnehmend auf 1 ist ein erfindungsgemäßes optisches Gerät zum Umleiten und Modifizieren eines optischen Signals gezeigt, das einen Betrieb als dynamischen Verstärkungs-/Kanalequalisator (DGE) und/oder einen konfigurierbaren Einfüge-/Ausblendemultiplexer (COADM) ermöglicht.
  • Die optische Anordnung umfasst ein Beugungselement 120, das zwischen und in der Brennebene der identischen Elemente 110a und 110b mit optischer Stärke angeordnet ist. Zwei Öffnungen 102a und 102b sind an einem Eingangs-/Ausgangsende mit bi-direktionalen Pfeilen gezeigt, wobei die Pfeile das in Öffnung 102a gesendete Licht anzeigen, das durch das optische Gerät gesendet werden kann und rückwärts zu der Eingangsöffnung 102a, von dem es gesendet wurde, reflektiert werden kann oder alternativ zu der Öffnung 102b geschaltet oder umgekehrt in einer kontrollierten Art und Weise. Die Eingangs/Ausgangsöffnungen 102a und 102b sind ebenso außerhalb einer Brennebene mit dem Element mit optischer Stärke 110a angeordnet, mit dem diese optisch gekoppelt sind. Obwohl lediglich zwei Eingangs-/Ausgangsöffnungen gezeigt sind, um das Verständnis dieses Gerätes zu erleichtern, ist optional eine Vielzahl von derartigen Paaren von Öffnungen möglich. An dem anderen Ende des Gerätes sind Modifizierungsmittel 150 zum Modifizieren von wenigstens einem Teil des darauf einfallenden Lichtes um die Brennebene des optische Stärke aufweisenden Elementes 110b vorgesehen.
  • Da die Modifizierungsmittel und/oder das dispersive Element gewöhnlich von der Polarisation des einfallenden Lichtstrahles abhängen, ist Licht mit einem bekannten Polarisationszustand vorgesehen, um das wahlweise Umlenken und/oder Dämpfen zu erreichen. 2a und 2b zeigen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele von Polaristationsmehrfachanordungen zum Bereitstellen von Licht mit einem bekannten Polarisationszustand für die Verwendung mit dem hierin beschriebenen DGE/COADM-Gerät. Die Polarisationsvielfachanordung, die optional ein Array ist, ist optisch mit den Eingangs- und den Ausgangsöffnungen gekoppelt.
  • Bezugnehmend auf 2a ist eine Ausgestaltung einer Front-End-mikrooptischen Komponente 105 zum Bereitstellen von Licht mit einer bekannten Polarisation gezeigt, die ein Faserrohr 107, eine Mikrolinse 112 und ein doppelbrechendes Element 114 zum Aufteilen eines Eingangsstrahles in zwei orthogonal polarisierte Unterstrahlen aufweist. An einem Ausgangsende ist eine Halbwellenplatte 116 vorgesehen, um die Polarisation eines der Strahlen um 90° zu rotieren, um sicherzustellen, dass beide Strahlen den selben Polarisationszustand, z. B. horizontal, aufweisen. Eine Glasplatte oder eine zweite Wellenplatte 118 ist zu dem schnellen Achsenweg des Kristalls 114 hinzugefügt, um die Effekte der Polarisations Mode Dispersion (PMD), die durch die Differenz der optischen Weglängen entlang der zwei unterschiedlichen Wege des Kristalls 114 gegeben ist, zu verkleinern.
  • 2b zeigt eine alternative Ausgestaltung zu der aus 2a, wobei zwei doppelbrechende Elemente 114a, 114b eine Halbwellenplatte 116a die dazwischen angeordnet ist, aufweisen; hierbei ist ein alternierendes Schema verwendet, um die Wellenlängen durch die doppelbrechenden Materialien im Wesentlichen anzupassen. Optional ist eine dritte Wellenplatte 119 für die weitere Rotation des Polarisationszustandes vorgesehen.
  • Wenngleich 2a und 2b jeweils einen einzelnen Eingangslichtstrahl zur leichten Verständlichkeit zeigen, ist die Front-End-Einheit 105 dazu in der Lage eine viel größere Anzahl von Lichtstrahlen dort hindurch zu führen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung (z. B. kann diese als eine Anordnung wie oben beschrieben vorgesehen sein).
  • 3a–3b, 3c–3d, 4 und 5 zeigen jeweils eine unterschiedliche Ausgestaltung der Modifizierungsmittel für den Gebrauch mit hier beschriebenen DGE/COADM-Geräten. Jede dieser Ausgestaltungen ist unten detaillierter beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Modifizierungsmittel im Allgemeinem in Bezug auf 1 erläutert werden. Obgleich schon Bezug auf das dispersive Element 120 und die Elemente mit optischen Stärken 110a und 110b genommen wird, sind diese optischen Komponenten in den 3a–3b, 3c–3d, 4 und 5 zur Verdeutlichung weggelassen worden.
  • Bezugnehmend auf die 3a und 3b ist ein schematisches Diagramm der Modifizierungsmittel 150 gezeigt, die eine Flüssigkristallanordung 130 und einen Reflektor 140 umfassen. Der Reflektor umfasst erste und zweite Polorisationsstrahlteiler 144 und 146 und eine reflektive Oberfläche 142.
  • Wenn das Gerät als ein COADM betrieben wird, ist jeder Pixel der Flüssigkristallanordung 130 zwischen einem ersten Zustand z. B. „AN"-Zustand, gezeigt in 3a, wobei die Polarisation des Lichtstrahls, der hindurch führt und unverändert bleibt (z. B. bleibt horizontal), und einem zweiten Zustand z. B. einen „AUS"-Zustand gezeigt in 3b, wobei die Flüssigkristallzelle die Polarisation des durchlaufenden Lichtstrahles um 90° rotiert (z. B. wird nach vertikal geschaltet). Der Reflektor 140 ist ausgestaltet, um Licht mit einer ersten Polarisation (z. B. horizontal) durchzulassen, so dass der von der Öffnung 102a gesendete Lichtstrahl zu derselben Öffnung zurück reflektiert wird, und Licht mit einer anderen Polarisation (z. B. vertikal) derart reflektiert, so dass ein von der Öffnung 102a gesendeter Lichtstrahl zu der Öffnung 102b gesendet wird.
  • Wenn die Vorrichtung als ein DGE betrieben wird, ist jede Flüssigkristallzelle derart justiert, um Phasenverschiebung zwischen 0 und 180° zu ermöglichen. Für einen von der Öffnung 102a gesendeten und empfangenen Lichtstrahl ist 0% Dämpfung erreicht, wenn die Flüssigkristallzelle keine Phasenverschiebung bereitstellt und 100% Dämpfung ist erreicht, wenn die Flüssigkristallzelle 180° Phasenverschiebung bereitstellt. Dazwischen liegende Dämpfungen werden erreicht, wenn die Flüssigkristallzellen eine Phasenverschiebung größer als 0° und kleiner als 180° bereitstellen. In einigen DGE Anwendungen umfasst der Reflektor 140 lediglich eine reflektive Oberfläche 142 (z. B. kein Strahlteiler).
  • Bevorzugt weist die Flüssigkristallanordung 130 wenigstens eine Reihe von Flüssigkristallzellen oder Pixeln auf. Zum Beispiel sind insbesondere Anordnungen, die 64 oder 128 unabhängig von einander kontrollierbare Pixel aufweisen, praktisch, jedoch sind mehr oder weniger Pixel möglich. Bevorzugt sind Flüssigkristallzellen von der Art von verdrillten nematischen Typzellen, da diese typischerweise eine sehr geringe Restdoppelbrechung in dem „AN"-Zustand aufweisen und dementsprechend ein sehr hohes Kontrastverhältnis (>35 dB) über den Wellenlängenbereich und den Temperaturbereich in dem interessierten Bereich erzielen und beibehalten. Es ist ebenso bevorzugt, dass die inter-pixel Bereiche der Flüssigkristallanordung 130 durch ein schwarzes Gitter bedeckt sind.
  • 3c und 3d sind schematische Diagramme analog zu 3a und 3b, die eine alternative Form der Modifizierungsmittel 150 darstellen, wobei der Reflektor 140 ein doppeltes Glan-Prisma umfasst. Die in 3c und 3d gezeigte Anordnung ist bevorzugt gegenüber der in 3a und 3b gezeigten, da die entsprechende Position der zwei Unterstrahlen, die von der Polarisationsmehrfachanordung (nicht gezeigt) gesendet werden, sich aufgrund des Umschaltens nicht verändert.
  • Es ist zu beachten, dass in 3a–3d die Dispersionsrichtung senkrecht zu der Ebene des Papiers vorgesehen ist. Für beispielhafte Zwecke ist ein einzelner Lichtstrahl gezeigt, der durch die Modifizierungsmittel 150 hindurch führt.
  • 4a und 4b sind schematische Diagramme, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Modifizierungsmittel 150 zeigen, wobei ein doppelbrechender Kristall 152 vor der Flüssigkristallanordnung 130 angeordnet ist. Ein Lichtstrahl mit vorbestimmtem Polarisationszustand, der von der Öffnung 102a gesendet wird, wird in zwei Unterstrahlen geteilt, welche durch den doppelbrechenden Kristall 152 hindurch treten. Die Unterlichtstrahlen, die durch den doppelbrechenden Kristall 152 hindurch treten, bleiben bezüglich deren Polarisation unverändert. Die Unterlichtstrahlen werden durch die Flüssigkristallanordnung 130 hindurch geführt, wo diese wahlweise modifiziert und zu dem doppelbrechenden Kristall 152 mittels der reflektierenden Oberfläche 142 zurück reflektiert werden. Wenn ein bestimmter Unterlichtstrahl durch eine Flüssigkristallzelle in einem „AUS"-Zustand hindurch tritt, wie in 4a gezeigt, dann wird dessen Polarisation um 90° rotiert und der Unterlichtstrahl wird gebrochen, wenn dieser durch den doppelbrechenden Kristall 152 hindurch tritt bevor dieser zu der Öffnung 102b gelangt. Wenn der Unterlichtstrahl durch eine Flüssigkristallzelle in einem „AN"-Zustand hindurch tritt, wie in 4b gezeigt, dann wird dessen Polarisation nicht rotiert und der Unterlichtstrahl wird unmittelbar zurück zur Öffnung 102a gesendet. Eine Halbwellenplatte 153 ist vorgesehen, um die Polarisation des gebrochenen Unterlichtstrahls von 90° zu rotieren, um sicherzustellen, dass beide reflektierten Lichtstrahlen denselben Polarisationszustand aufweisen.
  • 5 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der Modifizierungsmittel 150, die einen mikroelektro-mechanischen Umschalter (MEMS) 155 umfassen, der insbesondere sinnvoll ist, wenn das Gerät als ein DGE verwendet wird. Ein Lichtstrahl mit vorbestimmtem Polarisationszustand, der von der Öffnung 102a gesendet wird, wird in Unterlichtstrahlen geteilt und durchtritt ein doppelbrechendes Element 156 und eine Viertelwellenplatte 157.
  • Das doppelbrechende Element 156 ist vorgesehen, die Polarisationen der Unterlichtstrahlen nicht zu beeinflussen. Nach dem Durchlaufen der Viertelwellenplatte 157 ist der Lichtstrahl zirkular polarisiert und fällt auf einen vorbestimmten Reflektor der MEMS Anordnung 155 ein. Der Reflektor reflektiert die einlaufenden Unterlichtstrahlen daraufhin zurück zu der Viertelwellenplatte. Der Grad der Dämpfung basiert auf dem Grad der Deflektion, die durch den Reflektor gegeben ist (z. B. der Winkel der Reflexion). Nachdem die Viertelwellenplatte 157 für eine Sekunde durchlaufen wird, weist der gedämpfte Unterlichtstrahl einen Polarisationszustand auf, der um 90° gegenüber dem ursprünglichen Polarisationszustand rotiert ist. Demzufolge wird der gedämpfte Unterlichtstrahl in dem doppelbrechenden Element 156 gebrochen und ist auf dem Gerät zur Öffnung 102b gerichtet. Eine Halbwellenplatte 158 ist zur Rotation der Polarisation der gebrochen Unterlichtstrahlen um 90° vorgesehen.
  • Selbstverständlich sind andere Modifizierungsmittel 150 möglich, die wenigstens ein optisches Element enthalten, das die Modifizierung einer Eigenschaft von wenigstens einem Teil eines Lichtstrahl und ein Reflektieren des modifizierten Lichtstrahles zurück in im Wesentlichen dieselbe Richtung, von dem dieses stammt, ermöglicht.
  • Vorteilhaft verwendet jedes der Modifizierungsmittel, die oben erörtert wurden, eine Anordnung, wobei jeder räumlich getrennte Lichtstrahl hierauf einfallend ist und hiervon in einem Winkel von 90° reflektiert wird. Der 90° Winkel ist gemessen in Bezug auf die die Anordnung der Modifizierungselemente (z. B. Flüssigkristallzellen, MEMS-Reflektoren) umgebende Ebene. Entsprechend folgt jeder Unterlichtstrahl einem ersten optischen Weg zu den Modifizierungsmitteln, bei denen dieser selektiv geschaltet wird, so dass dieser entlang des selben optischen Weges zurück reflektiert wird oder alternativ entlang eines zweiten optischen Weges parallel zu dem Ersten. Die seitliche Verschiebung des Eingangs und des modifizierten Ausgangslichtstrahles (z. B. entgegengesetzt zur Winkelverschiebung) ermöglicht eine hohe effiziente Kopplung zwischen einer Vielzahl von Eingangs-/Ausgangswellenleitern. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung insbesondere verwendbar, wenn die Ausgangs- und Eingangsöffnungen an einem mehrfache Bohrungen aufweisenden Rohrband oder -block angeordnet sind.
  • Um die gewünschte Einfachheit beibehalten zu können ist es bevorzugt, dass das Element mit optischer Stärke rotationssymmetrisch vorgesehen ist, z. B. eine rotationssymmetrische Linse oder ein sphärischer Reflektor. Vorzugsweise ist der sphärische Reflektor ein konkaver Spiegel. Ferner ist bevorzugt, dass das Beugungselement 120 ein hoch effizientes, hochauflösendes Beugungsgitter ist. Wahlweise ist ein Zirkulator (nicht gezeigt) mit jeder der Öffnungen 102a und 102b gekoppelt, um die Eingangs-/Ausgangs- und/oder Einfüge-/Ausblendesignale zu separieren.
  • Wieder bezugnehmend auf 1 ist der Betrieb des optischen Gerätes, das als ein COADM betrieben wird, durch das nachfolgende Beispiel beschrieben. Ein kollimiertes Lichtstrahlenbündel, das eine vorbestimmte Polarisation aufweist und Wellenlängen λ1, λ2, ... λ8 trägt, wird durch die erste Öffnung 102a zu einer nachrangigen Linsenregion 110a gesendet und zu dem Beugungsgitter 120 geleitet. Der Lichtstrahl ist räumlich aufgeteilt (z. B. entschachtelt) entsprechend der Wellenlängen in der senkrechten Richtung zu der Ebene des Papiers. Der räumlich aufgeteilte Lichtstrahl weist 8 Unterlichtstrahlen entsprechend der 8 verschiedenen spektrale Kanäle auf, die zentrale Wellenlängen λ1, λ2, ... λ8 aufweisen, die durch die Linse 110b gesendet werden, wo er kollimiert wird und in die Modifizierungsmittel 150 einfällt, welche zur beispielhaften Darstellung in 3a–3b gezeigt sind. Jeder einzelne Unterlichtstrahl durchläuft einen unabhängig kontrollierten Pixel der Flüssigkristallanordnung 130. Insbesondere durchläuft der Unterlichtstrahl mit der zentralen Wellenlänge λ3 eine Flüssigkristallzelle in einem „AUS"-Zustand, und jede der anderen 7 Kanäle mit den Wellenlängen λ1–λ2 und λ4–λ8 durchlaufen eine Flüssigkristallzelle in einem „AN"-Zustand. Wenn der Unterlichtstrahl mit der Wellenlänge λ3 den Flüssigkristall in dem „AUS"-Zustand durchläuft, wird dessen Polarisation um 90° rotiert, er wird durch den Polarisationsstrahlteiler 144 in Richtung eines zweiten Strahlteilers 146 reflektiert, und wird zurück zur Öffnung 102b reflektiert, wie in 3b gezeigt ist. Wenn die anderen 7 Kanäle mit den zentralen Wellenlängen λ1–λ2 und λ4–λ8 die Flüssigkristallzellen in einem „AN"-Zustand durchlaufen, verbleibt die Polarisation hiervon unverändert und diese werden durch den Polarisationsstrahlteiler 144 gesendet und von der reflektiven Oberfläche 142 zurück zu der Öffnung 102a reflektiert. Zusammenfassend wird der ursprünglich von Öffnung 102a gesendete Lichtstrahl zurückgeführt, wobei dieser um einen Kanal (z. B. mit der zentralen Wellenlänge λ3) reduziert und der Unterlichtstrahl entsprechend des Kanals mit der Wellenlänge λ3 wird zu der Öffnung 102b umgeleitet.
  • Gleichzeitig wird ein zweiter Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Polarisation und anderen optischen Signalen tragend mit einer Wellenlänge λ3 von der Öffnung 102b zu einer nachrangigen Region von Linsen 110a gesendet. Dieser wird von dem Beugungsgitter 120 reflektiert und durch die Linsen 110b gesendet, wo dieser kolliminiert wird und in die Modifizierungsmittel 150 einfällt. Der zweite Lichtstrahl läuft durch die Flüssigkristallzelle in einem „AUS"-Zustand, die Polarisation hiervon wird um 90° rotiert, dieser wird durch den zweiten Polarisationsstrahlteiler 146 in Richtung des ersten Strahlteilers 144 reflektiert, und zurück zu der Öffnung 102a reflektiert, wie in 3b gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass die 7 Expresskanäle und der hinzugefügte Kanal entschachtelt sind, wenn diese über das Dispersionsgitter 120 zurückgeführt werden.
  • Da jeder Spektralkanal einen unabhängig kontrollierten Pixel durchläuft bevor dieser entlang eines der beiden möglichen optischen Wege reflektiert wird, ist eine totale Rekonfigurabilität einer Vielzahl von Kanälen erreicht.
  • Es ist zu beachten, dass die Wahl der 8 Kanäle als Beispiel willkürlich vorgenommen worden ist. Mehr oder weniger Kanäle sind ebenso innerhalb der vorliegenden Erfindung zu sehen.
  • Wieder bezugnehmend auf 1 ist der Betrieb des optischen Gerätes, das als ein DGE betrieben wird, durch das nachfolgende Beispiel beschrieben. Ein kolliminierter Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Polarisation und Kanäle λ1, λ2, ... λ8 tragend, wird von der Öffnung 102a durch die Linse 110a gesendet, wo dieser zum Beugungsgitter 120 umgeleitet wird. Der Lichtstrahl ist räumlich entsprechend der Wellenlänge in senkrechter Richtung zu der Ebene des Papiers aufgeteilt. Der räumlich aufgeteilte Lichtstrahl wird als 8 Unterlichtstrahlen entsprechend der 8 verschiedenen spektralen Kanäle mit den zentralen Wellenlängen λ1, λ2, ... λ8 durch die Linse 110b gesendet, wo dieser kolliminiert wird und in die Modifizierungsmittel 150 einfällt, so dass jeder Unterlichtstrahl einen unabhängig kontrollierten Pixel in der Flüssigkristallanordnung 130 durchläuft, wobei die Polarisation jedes Unterlichstrahls wahlweise justiert wird. Insbesondere durchläuft der Unterlichtstrahl mit der zentralen Wellenlänge λ3 eine Flüssigkristallzelle in einem „AN"-Zustand, die Polarisation von diesem wird nicht eingestellt, dieser durchläuft den Strahlteiler 144 und wird zurück zur Öffnung 102a ohne Dämpfung reflektiert, wie in 3a gezeigt ist.
  • Gleichzeitig durchläuft ein Unterlichtstrahl mit der zentralen Wellenlänge λ4 eine Flüssigkristallzelle in einem „AUS"-Zustand, die Polarisation von diesem wird um 90° rotiert, dieser wird von den Strahlteilern 144, 146 und in Richtung der Öffnung 102b gelenkt. 100% Dämpfung wird im Hinblick auf den Unterlichtstrahl, der zur Öffnung 102a zurückläuft, erreicht. Gleichzeitig durchläuft ein Unterlichtstrahl mit der Wellenlänge λ5 eine Flüssigkristallzelle, die eine Phasenverschiebung zwischen 0° und 180° ermöglicht, dieser wird teilweise durch den Strahlteiler 144 gesendet und kehrt zu der Öffnung 102a als gedämpftes Signal zurück. Der Grad der Dämpfung ist abhängig von der Phasenverschiebung.
  • Wahlweise kann ein zweiter Lichtstrahl gleichzeitig von der Öffnung 102b in das optische Gerät für entsprechende Dämpfung gesendet werden. Vielmehr bietet diese optische Anordnung ein einzelnes optisches System, das es ermöglicht gleichzeitige Dämpfung für eine Vielzahl von Eingangsöffnungen, z. B. 102c, 102d, 102e, etc.... (nicht gezeigt) bereitzustellen.
  • Alternativ wird das gedämpfte Licht von der Öffnung 102b erhalten, folglich um die Verwendung eines Zirkulators zu verhindern. In diesem Fall, wenn die Polarisation des Lichtstrahles mit der zentralen Wellenlänge λ3 um 90° rotiert ist (z. B. die Flüssigkristallanordnung stellt eine 180° Phasenverschiebung bereit), wird dieser von dem Strahlteiler 144 zu einem zweiten Strahlteiler 146 (in 3a gezeigt) reflektiert und wird ohne Dämpfung zu der Öffnung 102b geführt. Genauso, wenn die Polarisation dieses Lichtstrahls nicht angepasst wird (z. B. die Flüssigkristallanordnung stellt keine Phasenverschiebung bereit), durchläuft dieser den Strahlteiler 144 (in 3a gezeigt) und wird zu der Öffnung 102a zurück reflektiert. 100% Dämpfung bezüglich dieses Unterlichtstrahls, der die Öffnung 102b erreicht, ist gegeben. Variable Dämpfung wird erreicht, wenn die Flüssigkristallzelle wahlweise Phasenverschiebungen zwischen 0° und 180° ermöglicht.
  • Zukehrend zu 6a ist eine weitere Ausgestaltung der DEG/COADM gezeigt, das gegenüber der Ausgestaltung in 1 bevorzugt ist. Zur Klarheit ist lediglich ein Strahl gezeigt, der die Front-End-Einheit 605 verlässt, jedoch wenigstens ein weiterer Strahl (nicht gezeigt) ist hinter diesem Strahl angeordnet, wie durch die isometrische Darstellung in 6b offensichtlich ist.
  • In 6a ist ein einzelnes Element mit optischer Stärke in der Form eines sphärischen Reflektors 610 verwendet, um einen kulliminierten Lichtstrahl von der Front-End-Einheit 605 zu erhalten und um die Lichtstrahlen zu und von dem Beugungsgitter 620 und dem Modifizierungsmittel zu erhalten und zu reflektieren 650. Die Front-End-Einheit 605, das Beugungsgitter 620 und die Modifizierungsmittel 650 sind identische Teile wie 105, 120, und 150 wie oben beschrieben. In dieser Ausgestaltung ist jedoch die Front-End-Einheit 605, das Beugungsgitter 620 und die Modifizierungsmittel jeweils um die einzelne Brennebene des sphärischen Reflektors 610 angeordnet. Vorzugsweise ist das Beugungsgitter zudem um die optische Achse des sphärischen Reflektors 610 angeordnet. Im Allgemeinen sind zwei Zirkulatoren (nicht gezeigt) optisch mit der Front-End-Einheit gekoppelt, um Eingangs-/Ausgangs- und Einfüge/Ausblendesignale in den Öffnungen 102a und 102b wie oben beschrieben zu separieren.
  • Vorzugsweise sind das Beugungsgitter 620, der sphärische Reflektor 640 und die Modifizierungsmittel 650 jeweils aus gegossenem Quarz hergestellt und mit einem strahlfaltendem Spiegel oder Prisma 660 zusammen auf einer Stützplatte 670, die aus demselben hergestellt ist, befestigt, wie in 6b dargestellt ist. Der strahlfaltende Spiegel oder das Prisma 660 ist aus räumlichen Gesichtspunkten vorgesehen. Diese Anordnung ermöglicht vorteilhafte Stabilität im Hinblick auf kleine Temperaturschwankungen. Zudem ist diese Anordnung defokusierend frei, da sich der Radius der Krümmung des sphärischen Reflektors 610 proportional zu der sphärischen Ausbreitung oder Schrumpfung in jeder anderen linearen Dimension ändert. Der sphärische Spiegel 610 weist vorteilhaft im Wesentlichen keine chromatischen Krümmungen auf.
  • Wenn das optische Gerät als ein DEG betrieben wird, ist wahlweise eine Detektoranordnung 657 hinter dem strahlfaltenden Spiegel 660 vorgesehen, um Anteile der Wellenlänge, die von dem Lichtstrahl separiert werden, aufzufangen. Diese Anordnung ermöglicht dem Signal, angezapft zu werden, während das Erfordernis für eine externe Rückkopplung eliminiert ist.
  • Bevorzugt sind das Beugungsgitter 620 und das modifizierende Mittel 650 im Wesentlichen eine optische Länge von dem sphärischen Spiegel 610 oder im Wesentlichen in der Brennebene des sphärischen Reflektors 610 angeordnet, wie oben erläutert. Z. B. ist bei einer COADM Anwendung bevorzugt, dass das modifizierende Mittel 650 im Wesentlichen in der Brennebene mit bis zu 10% der optischen Länge vorgesehen ist. Bei DGE Anwendungen ist es bevorzugt, dass das modifizierende Mittel 650 im Wesentlichen in der Brennebene mit bis zu 10% der optischen Länge vorgesehen ist, wenn eine höhere spektrale Auflösung gewünscht ist, jedoch dieselbe Genauigkeit ist nicht für geringere Auflösungsanwendungen notwendig.
  • Im Betrieb wird ein entschachtelter Lichtstrahl in die Front-End-Einheit 605 gesendet. Die Polarisationsmehrfachanordnung 105 stellt zwei im Wesentlichen kulliminierte Unterlichtstrahlen bereit, die dieselbe Polarisation (z. B. horizontal) wie oben erläutert ist, aufweisen. Die zwei Lichtstrahlen werden zu dem sphärischen Reflektor 610 gesendet und von dort in Richtung des Beugungsgitters 620 reflektiert. Das Beugungsgitter 620 separiert jeden der beiden Unterlichtstrahlen in eine Vielzahl von Unterlichtstrahlen mit verschiedenen zentralen Wellenlängen. Die Vielzahl der Unterlichtstrahlen wird zu dem sphärischen Reflektor 610 gesendet, wo diese kolliminiert und zu den modifizierenden Mitteln 150 gesendet werden, wo diese darauf einlaufend als räumlich getrennte Punkte entsprechend zu den individuellen spektralen Kanälen erscheinen. Jeder Unterlichtstrahl entsprechend zu einem individuellen spektralen Kanal wird modifiziert und wird entweder entlang desselben optischen Weges oder entlang eines anderen optischen Weges entsprechend seines Polarisationszustands zurück reflektiert, wie oben beschrieben ist. Die Unterlichtstrahlen werden zu dem sphärischen Reflektor 610 zurückgesendet und zu dem dispersiven Element umgeleitet, wo diese neu kombiniert und zurück zu dem sphärischen Element gesendet werden, um zu dem vorbestimmten Eingangs/Ausgangsöffnung gesendet zu werden.
  • Wahlweise können auch zweite, dritte, vierte, ... etc. entschachtelte Lichtstrahlen in die Front-End-Einheit 605 gesendet werden. In der Tat ist die optische Anwendung insbesondere verwendbar für Anwendungen, welche die Manipulation von zwei Bändern (z. B. C und L Bändern) gleichzeitig verlangt, wobei jedes Band seine eigenen entsprechendes Ein-/Aus-/Einfüge/Ausblendeöffnungen aufweist.
  • Vorteilhaft weist die in 6a und 6b gezeigte optische Anordnung ein symmetrisches 4-f optisches System mit weniger Ausrichtungsproblemen und weniger Verlust als die Systeme nach dem Stand der Technik auf. Tatsächlich sind viele Vorteile dieser Anordnung im Gegensatz zu einem konventionellen 4f-System, das separat Linsen verwendet, gegeben, aufgrund der Tatsache, dass die kritische Abstimmung von Komponenten vermieden ist. Ein besonderer Vorteil bezieht sich auf die Tatsache, dass der Einfallswinkel auf dem Gitter in dem ersten und zweiten Durchlauf schon an sich mit der optischen Anordnung übereinstimmt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein optisches Gerät zum Umleiten und Modifizieren eines optischen Signal bereit, das im Wesentlichen kompakter ist und das im Wesentlichen weniger Komponenten aufweist als die Geräte, die beim Stand der Technik verwendet werden.
  • 7 zeigt eine alternative Anwendung von 6a und 6b, die insbesondere kompakt ist. In dieser Ausgestaltung ist das sperrige, dispersive Element 620 und das modifizierende Mittel 650 außerhalb der engeren Front-End-Einheit 605 angeordnet.
  • 8 zeigt ein DGE, das einen gewöhnlichen optischen Zirkulator mit drei Ausgängen umfasst und insbesondere eine symmetrische Anordnung aufweist. Ein Lichtstrahl wird in eine erste Öffnung 882 des Zirkulators 880 gesendet, wo dieser umläuft und durch die Öffnung 884 austritt. Der die Öffnung 884 verlassende Lichtstrahl durchläuft die Front-End-Einheit 805, die zwei kolliminierte Unterstrahlen produziert, die dieselbe Polarisation haben und zu einer oberen Region des sphärischen Reflektors 810 einer parallelen Ausrichtung zu der optischen Achse OA gesendet werden. Die einlaufenden kolliminierten Unterlichtstrahlen auf dem sphärischen Reflektor 810 werden reflektiert und in Richtung des Beugungsgitters 820 mit einem Einfallswinkel β gelenkt. Die Unterlichtstrahlen werden räumlich entsprechend der Wellenlänge aufgeteilt und zu einer unteren Region des sphärischen Reflektors 810 gelenkt. Die räumlich aufgeteilten, einfallenden Unterlichtstrahlen auf der unteren Region des sphärischen Reflektors werden reflektiert und zu den modifizierenden Mitteln 850 in einer parallelen Ausrichtung zu der optischen Achse des sphärischen Reflektors 810 gesendet. Einmal gedämpft werden die Unterlichtstrahlen zurück zu dem sphärischen Reflektor 810, dem Beugungsgitter 820 und der Front-End-Einheit 805 entlang desselben optischen Weges reflektiert. Die Front-End-Einheit 805 rekombiniert die beiden Unterlichtstrahlen zu einem einzelnen Lichtstrahl, der zu dem Zirkulator 880 gesendet wird, wo dieser zu der Ausgangsöffnung 886 zirkuliert. Die Front-End-Einheit 805, das Beugungsgitter 820 und das modifizierende Mittel 850, welche gleich den Komponenten 105, 120, und 150 wie oben beschrieben sind, sind jeweils um die Brennebene 825 des sphärischen Reflektors angeordnet. Insbesondere ist das Beugungsgitter 820 in der Brennebene des sphärischen Reflektors 810 und der modifizierenden Mittel 850 und die Front-End-Einheit symmetrisch um das Beugungsgitter angeordnet. Das modifizierende Mittel 850 umfasst bevorzugter Weise eine Flüssigkristallanordnung 830 und einen flachen Reflektor 840 oder eine MEMS Anordnung (nicht gezeigt).
  • Es ist ein wichtiger Aspekt der hier beschriebenen Anordnung zu beachten, der zu der Symmetrie und der Anordnung der optischen Komponente Bezug nimmt. Insbesondere die Tatsache, dass die Front-End-Einheit, das Element mit optischer Stärke, das dispersive Element und das modifizierende Mittel um eine optische Länge (des Elementes mit optischer Stärke) entfernt von einander angeordnet sind, ist insbesondere im Hinblick auf die ungefähre Gaussische Natur der einfallenden Lichtstrahlen vorteilhaft.
  • Wiederum bezugnehmend auf 8, tritt der Eingangslichtstrahl aus der Front-End-Einheit 805 heraus, wird im Wesentlichen kolliminiert und wird über das Element mit optischer Stärke 810 zu dem Beugungsgitter 820 gelenkt. Da das Beugungsgitter 820 in dem Fokus des Elementes mit optischer Stärke 810 angeordnet ist und der Eingangslichtstrahl kolliminiert ist, wird der Lichtstrahl im Wesentlichen auf dem Beugungsgitter 820 fokusiert, wie oben erläutert. Die Punktgröße 1/e2 an dem Gitter, 2ω1, und die 1/e2 Durchmesser 2ω2 an der Front-End-Einheit 805 sind einander zugeordnet durch: ω1·ω2= λ·f/π wobei λ die Wellenlänge ist und f die optische Länge des Elementes mit optischer Stärke. Dementsprechend kann ein Fachmann die Punktgröße auf dem Beugungsgitter 820 und die resultierende spektrale Auflösung durch Verändern der Spektralgröße an der Front-End-Einheit 805 einstellen.
  • Zudem ermöglicht die vorliegende Erfindung von der Front-End-Einheit 805 gesendete Lichtstrahlen in die Flüssigkristallstruktur 830 mit einem kleinen oder gar keiner Punktexpansion zu verbreiten, da durch die Symmetrie die Punktgröße in der Flüssigkristallanordnung dieselbe ist wie die Punktgröße an der Front-End-Einheit. Dementsprechend kann die Größe eines von der Front-End-Einheit 805 gesendeten Lichtstrahls derart geändert werden, dass dieser der Zellengröße der Flüssigkristallanordung angepasst ist und/oder umgekehrt. Alternativ kann die Größe des Lichtstrahls eingestellt werden, um die Punktgröße auf dem Beugungsgitter 820 einzustellen, wie oben erläutert ist. Offensichtlich kann dasselbe Einstellen durch die optischen Anordnungen wie in 1 und in 6a, 6b erreicht werden.
  • 9 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung, wobei eine einzelne kolliminierende/fokusierende Linse 990 den optischen Zirkulator 884 in dem in 8 gezeigten DGE ersetzt. Die Linse 990 ist bevorzugt eine kolliminierende/fokusierende Linse, wie eine Graded Index oder GRIN Linse. Die GRIN Linse 990 ist derart vorgesehen, so dass eine Stirnfläche 994 davon mit der Brennebene 925 des sphärischen Reflektors 910 übereinstimmt. Die GRIN Linse 990 ist derart orientiert, das die optische Achse (OA2) parallel jedoch nicht koaxial mit der optischen Achse OA des sphärischen Reflektors 990 ausgerichtet ist. Die Eingangsöffnung 985 und die Ausgangsöffnung 987 sind an einer entgegengesetzten Stirnfläche 993 der Linse 990 außerhalb der optischen Achse OA2 angeordnet, diese sind optisch mit dem optischen Eingangswellenleiter 999 und dem optischen Ausgangswellenleiter 998 entsprechend gekoppelt. Bevorzugt sind der Eingangswellenleiter 999 und der Ausgangswellenleiter 998 durch optische Fasern gegeben, die durch doppelte Faserröhren unterstützt sind, so dass das ein Doppel-Bohrungsrohr oder ein Doppel-V-Nutrohr gegeben ist. Eine einzelne Eingangs-/Ausgangsöffnung 992 ist an einer Stirnfläche 994 in Übereinstimmung mit der optischen Achse OA2 angeordnet. Das gezeigte modifizierende Mittel 950 umfasst eine Flüssigkristallanordnung 930 und einen flachen Spiegel 940 senkrecht zu der optischen Achse OA des sphärischen Reflektors 910. Alternativ umfasst das modifizierende Mittel eine MEMS Anordnung (nicht gezeigt ). Alle weiteren optischen Komponenten sind identisch mit denen die im Bezug auf 8 beschrieben sind.
  • Im Betrieb wird ein Lichtstrahl von dem Eingangswellenleiter 999 in die Öffnung 985 in eine im Wesentlichen parallele Ausrichtung zu der optischen Achse (OA2) der Linse 990 gesendet. Der Lichtstrahl durchläuft die GRIN Linse 990 und breitet sich von der Öffnung 992 in einem Winkel α in Bezug auf die optische Achse aus. Der Winkel α ist abhängig von der Verschiebung der Öffnung 985 von der optischen Achse (OA2) d. Der Lichtstrahl wird zu einem oberen Ende des sphärischen Reflektors 910 imitiert, wo dieser auf das Beugungsgitter 920 mit einem Einfallswinkel β gelenkt wird. Der resultierende räumlich, aufgeteilte Lichtstrahl wird zu dem sphärischen Reflektor gesendet, wird reflektiert und zu dem modifizierenden Mittel 950 gesendet. Wenn das Beugungsgitter 920 parallel zu der Brennebene 925, wie in 9 gezeigt ist, ausgerichtet ist, hat der einlaufende Lichtstrahl an dem modifizierenden Mittel einen Einfallswinkel im Wesentlichen nahe α. Jeder Unterlichtstrahl des räumlich aufgeteilten Lichtstrahls wird wahlweise zurück zu dem sphärischen Reflektor 910 in einem bestimmten Winkel, im Allgemeinen entlang von unterschiedlichen optischen Wegen, von denen diese kommen, reflektiert. Verschiedene Dämpfungen sind durch das Modifizierungsmittel 950 vorgesehen. Der sphärische Reflektor 910 leitet die modifizierten, räumlich aufgeteilten Lichtstrahlen zurück zu dem Beugungsgitter 920, so dass dieser rekombiniert wird, um einen einzelnen modifizierten Ausgangslichtstrahl zu formen, der an der einzelnen Öffnung 992 mit einem Einfallswinkel ungefähr -α einlaufend ist. Der gedämpfte Ausgangslichtstrahl durchläuft die Linse 990 und wird in Richtung der Ausgangsöffnung 987 gelenkt, wo dieser zu der optischen Ausgangsfaser 998 gelenkt wird.
  • Vorteilhaft ist dieses einfache Gerät, das es dem Licht ermöglicht ist, durch zwei unterschiedliche Öffnungen, die an einem Ende des Gerätes angeordnet sind einzutreten und auszutreten, einfach, kompakt und einfach herzustellen im Vergleich mit den modifizierenden und umlenkenden Geräten nach dem Stand der Technik.
  • Zudem verhindert die vorliegende Anordnung den Gebrauch von sperrigen und Kosten aufwendigen optischen Zirkulatoren, während gleichzeitig ein zusätzlicher Freiheitsgrad zum Einstellen der Modengröße gegeben ist, der teilweise die Auflösung des Gerätes definiert (z. B. kann die optische Länge der GRIN Linse 990 eingestellt werden).
  • Vorzugsweise wird Licht zu und von den Ausgangswellenleitern 998 und Eingangswellenleitern 999 fokusiert/kolliminiert z. B. durch die Verwendung von Mikrokolliminatoren, thermisch expandierenden Kernfasern oder Linsen. Wahlweise koppelt eine Front-End-Einheit (wie in 2a oder 2b gezeigt), die in Form einer Matrix vorgesehen ist, Eingangs-/Ausgangswellenleiter 999/998 mit der Stirnfläche 993. 9a–9d zeigen verschiedene optische Eingangsanordnungen, welche zu beispielhaften Zwecken mit derselben wie in 2a gezeigten Anordnung dargestellt ist.
  • In 9a sind die optischen Eingangsfasern 999 und optischen Ausgangsfasern 998 mit der GRIN Linse 990 über eine Linsenmatrix 912 gekoppelt. Ein Distanzstück 913 ist in Übereinstimmung mit der bevorzugten telezentrischen Konfiguration vorgesehen. Diese optische Anordnung, die keine Polarisationsvielfalt ermöglicht, ist geeignet für Anwendungen, die keine polarisationssensitiven Komponenten umfasst.
  • 9b und 9c stellen eine Drauf- und Seitenansicht der Ausgestaltung dar, bei der eine Front-End-Einheit (z. B. wie in 2a gezeigt) die Eingangs/Ausgangswelllenleiter 999/998 mit der GRIN Linse 990 koppelt. Insbesondere umfasst die Front-End-Einheit eine Buchse 996, eine Linsenmatrix 912, ein doppelbrechendes Element 914, eine Halbwellenplatte 916, Glasplatten oder eine zweite Wellenplatte 918 und eine GRIN Linse 990.
  • In 9d und 9e ist eine Drauf- und Seitenansicht einer Anordnung gezeigt, wobei das doppelbrechende Element 914, die Halbwellenplatte 916 und die Glasplatte 918, welche die Polarisationsvielfalt ermöglicht, an einer Stirnfläche der GRIN Linse 990 angeordnet sind und ein Abstandsstück 913, die Linsenmatrix 112 sind an der Stirnfläche 993 angeordnet.
  • 9f zeigt eine Ausgestaltung, wobei der optische Eingangswellenleiter 999 und optische Ausgangswellenleiter 998 nicht symmetrisch um die optische Achse OA2 der GRIN Linse 990 angeordnet sind. In diesem Beispiel, ist es zweckmäßiger den fixen Abstand zwischen dem Eingangswellenleiter 999 und dem Ausgangswellenleiter 998 (D = 2d) mit dem Gesamtwinkel zwischen dem optischen Ausgangs- und Eingangsweg (2α) zu vergleichen. Ganz speziell ist das Verhältnis ungefähr gegeben durch D/F = 2αwobei F die optische Länge der GRIN Linse 990 ist.
  • Sicherlich sind auch andere Variationen der optischen Anordnung möglich. Zum Beispiel ist es bei einigen Beispielen bevorzugt, dass das Beugungsgitter 920 in einem Winkel zu der Brennebene 925 angeordnet ist. Zusätzlich kann die Anordnung der Front-End-Einheit/Linse 990, dem Beugungsgitter 920 und dem modifizierenden Mittel 950 gewählt werden, um Abweichungen zu minimieren, die durch die Peripherie des Elementes mit optischer Stärke 910 gegeben ist. In 10 ist eine alternative Anordnung von 9 gezeigt, wobei das Element mit optischer Stärke eine Linse 910 ist, die zwei Brennebenen 925a und 925b aufweist. Das Beugungsgitter 920 fällt mit der Brennebene 925b zusammen und der Reflektor 940 fällt mit der Brennebene 925a zusammen. Der Betrieb ist identisch zu dem in Bezug auf 9 diskutierten.
  • Ein Vorteil der Ausgestaltungen, die eine GRIN Linse 990 umfassen, wie z. B. in 9 bis 9d gezeigt, ist, dass diese kompatibel mit dem Modifizierungsmittel basierend auf MEMS Technologie für beide COADM und DGE Anwendungen sind. Dies ist im Gegensatz zu den optischen Anordnungen wie in 1 und 6 bis 8 beschrieben nach dem Stand der Technik zu sehen, wobei die MEMS basierten Modifizierungsmittel 950 bevorzugt für die DGE Anwendungen im Bezug auf die COADM Anwendungen vorgesehen sind.
  • Insbesondere wenn die einzelne kolliminierende/fokusierende Linse 990 den Eingangslichtstrahl bereitstellt und den modifizierten Ausgangslichtstrahl erhält, ergänzt die winkelmäßige, durch jeden einzelnen MEMS Reflektor gegebene Verschiebung die winkelmäßige Verschiebung, die durch die Verwendung der außerhalb der Achsen angeordneten Eingangs-/Ausgangsöffnungen auf der GRIN Linse 990 gegeben ist. Insbesondere ist die winkelförmige Verschiebung, die durch die Linse 990 gegeben ist, z. B. α, in Abhängigkeit der winkelförmigen des MEMS Gerätes, z. B. ein 1°, gewählt.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in 11 dargestellt, wobei eine Anordnung identisch zu der in 9 gezeigt ist, die zum Betrieb eines COADM vorgesehen ist. Optische Zirkulatoren 80a und 80b sind jeweils mit einem optischen Wellenleiter 99a und 99b zur Separierung von optischen Eingangs/Ausgangs- und Einfüge-/Aufblendesignalen gekoppelt. Optische Wellenleiter 99a und 99b sind optisch mit Mikrolinsen 12a und 12b gekoppelt, die auf einer Seite der Linse angeordnet sind. Die Linse 90 ist derart vorgesehen, dass ein Ende von dieser in der Brennebene 25 des sphärischen Reflektors 10 liegt. Ebenso ist das dispersive Element 20 und das modifizierende Mittel 50, wie oben beschrieben in der Brennebene vorgesehen. In dieser Ausgestaltung jedoch ist das modifizierenden Mittel vorzugsweise durch eine MEMS Anordnung 50 gegeben. Insbesondere stellt die MEMS Anordnung eine 2 × 2 Beipasskonfiguration bereit, wobei ein Expresssignal, das in Öffnung 1 des Zirkulators 80a gesendet ist, zu der Öffnung 3 desselben Zirkulators 80a in einem ersten Betriebsmodus verbreitet und ein abgekoppeltes Signal, das sich in die Öffnung 1 des Zirkulators 80a fortpflanzt, zu der Öffnung 3 in einem zweiten Zirkulatior 80b in einem zweiten Betriebsmodus verbreitet. In gleicher Weise pflanzt sich ein Signal, das in der Öffnung 1 des zweiten Zirkulatorgerätes in Öffnung 3 des zweiten Zirkulators in dem zweiten Operationsmodus addiert wird und nicht in dem ersten Betriebsmodus eingesammelt worden ist, fort. Zur beispielhaften Darstellung wird angenommen, dass der Lichtstrahl zwei Wellenlängen λ1 und λ2 umfasst, wobei in der Praxis jedoch typischerweise mehr Wellenlängen verwendet werden.
  • Im Betrieb wird der Lichtstrahl, der die Wellenlängen λ1 und λ2 trägt, in die Öffnung 1 des ersten optischen Zirkulators 80a gesendet und zu dem optischen Wellenleiter 99a zirkuliert, der durch eine Buchse 96 getragen ist. Der Lichtstrahl wird durch die Mikrolinse 12a zu der Linse 90 gesendet, in einer im Wesentlichen zu der optischen Achse (OA2) der Linse 90 parallelen Richtung. Der Lichtstrahl dringt in die Linse durch Öffnung 85, die außerhalb der optischen Achse (OA2) angeordnet ist und tritt aus der Öffnung 92, die mit der optischen Achse (OA2) in einem Winkel zu der optischen Achse (OA2) zusammenfällt. Der auftretende Lichtstrahl λ1, λ2 wird zu einem höheren Teil des sphärischen Reflektors 10 gesendet, wird reflektiert und fällt auf das Beugungsgitter 20, wo dieser in zwei Unterlichtstrahlen räumlich aufgeteilt wird, welche die Wellenlängen λ1 und λ2 tragen. Jeder Unterlichtstrahl wird zu einem unteren Teil des sphärischen Reflektors 10 gesendet, wird reflektiert und zu separaten Reflektoren 51 und 52 der MEMS Anordnung 50 gesendet. Bezugnehmend auf 11 ist der Reflektor 51 derart orientiert, so dass der Unterlichtstrahl entsprechend zu λ1 hierauf einfällt, entlang desselben optischen Weges zu der Linse 90 reflektiert wird, durch die Öffnung 85 wiederum durchtritt und sich zur Öffnung 2 des Zirkulators 80a fortpflanzt, wo dieser zu der Öffnung 3 zirkuliert. Der Reflektor 52 ist jedoch derart orientiert, dass der Unterlichtstrahl entsprechend zu λ2 entlang eines unterschiedlichen optischen Weges zurück reflektiert wird. Entsprechend wird das entkoppelte Signal entsprechend zu der Wellenlänge λ2 zu der Linse 90 zurückgeführt, durch die Öffnung 87 geführt, pflanzt sich zu der Öffnung 2 des zweiten Zirkulators 80b fort und zirkuliert zur Öffnung 3.
  • Gleichzeitig wir ein zweiter Lichtstrahl mit der zentralen Wellenlänge λ2 in der Öffnung 1 des zweiten optischen Zirkulators 80b geführt und zirkuliert zu dem optischen Welllenleiter 99b. Der zweite Lichtstrahl λ2 wird durch die Mikrolinse 12b zu der Linse 90 gelenkt, in einer im Wesentlichen parallelen Richtung zu der optischen Achse (OA2) der Linse 90. Dieser tritt in die Linse 90 durch die Öffnung 87 ein, die außerhalb der optischen Achse (OA2) angeordnet ist und tritt durch die Öffnung 92 zusammenfallend mit der optischen Achse (OA2) in einem Winkel zu der optischen Achse aus. Der ausfallende Lichtstrahl wird zu einem oberen Teil des sphärischen Reflektors 10 gelenkt, wird reflektiert, und wird auf das Beugungsgitter 20 einfallend gelenkt, wo dieser zu dem Reflektor 52 der MEMS Anordnung 50 reflektiert wird. Der Reflektor 52 ist derart orientiert, dass der zweite Lichtstrahl entsprechend zu λ2 entlang eines unterschiedlichen optischen Weges zu dem sphärischen Reflektor 10 zurück reflektiert wird, wo dieser zu dem Beugungsgitter gelenkt wird. An dem Beugungsgitter wird das hinzugefügte optische Signal entsprechend zu λ2 mit dem Expresssignal entsprechend zu λ1 kombiniert. Das entschachtelte Signal wird zu der Linse 90 zurückgeführt, wird durch die Öffnung 85 gelenkt und zu der Öffnung 2 des ersten Zirkulators 80a zurück geführt, wo dieser durch die Öffnung 3 aus dem Gerät zirkuliert.
  • Sicherlich können eine Vielzahl von weiteren Ausgestaltungen vorgesehen sein. Zum Beispiel ist es in der Praxis bevorzugt, dass jeder Reflektor der MEMS Anordnung zwischen Positionen, die nicht-parallel zu der Brennebene 25, z. B. die Ablenkung ist nicht gleich zu einer 45° und 0° Ablenkung, wie zuvor beschrieben, ausgerichtet sind, abgelenkt wird. In diesen Fällen ist es bevorzugt, dass die optischen Wellenleiter , die mit der Linse 90 gekoppelt sind, asymmetrisch um die optische Achse (OA2) angeordnet sind, wie in 9d dargestellt ist. Zum Beispiel illustriert 12, wie strategische Anordnungen der optischen Wellenleiter 99 und 98 die durch den MEMS Reflektor 51 gegebene Winkelverschiebung ergänzen können. Zudem liegt es ebenso im Umfang der vorliegenden Erfindung für die MEMS Anordnungen sowohl in einer horizontalen als auch vertikalen Richtung zu spiegeln relativ zu der Dispersionsebene.

Claims (13)

  1. Ein optisches Gerät, das aus Folgendem besteht: Einer ersten Öffnung (102a) zum Senden eines Eingangsstrahls und zum Empfangen einer Vielzahl von Hilfsstrahlen, wobei sich die erste Öffnung auf einer ersten Seite des Gerätes befindet; einem Konkavspiegel (610) zum Sammeln und Umleiten des Eingangsstrahls, wobei der Konkavspiegel auf einer zweiten Seite des optischen Gerätes gegenüber der ersten Seite effektiv eine Brennweite von der ersten Öffnung entfernt angeordnet ist; einem Reflexionsgitter (620), das auf der ersten Seite effektiv eine Brennweite vom Konkavspiegel (610) und neben der ersten Öffnung zum Zerstreuen des Eingangsstrahls in eine Vielzahl von Hilfsstrahlen und zum Zurückleiten der Hilfsstrahlen zum Konkavspiegel (610) angeordnet ist; insofem charakterisiert, dass die erste Öffnung (102a) zum Senden eines Eingangsstrahls an einem ersten Pfad entlang angepasst ist, und insofern, dass das optische Gerät ein modifizierendes Mittel (650) hat, das auf der ersten Seite effektiv eine Brennweite vom Konkavspiegel (610) entfernt und neben dem Reflexionsgitter zur selektiven Modifizierung eines jeden Hilfsstrahls und zum Zurückreflektieren von zumindest einem Teil eines jeden Hilfsstrahls am ersten Pfad entlang oder an einem zweiten Pfad entlang zur Rekombination der Lichtstrahlen am Reflexionsgitter und zum Ausgang über den Konkavspiegel an der ersten Öffnung angeordnet ist.
  2. Ein optisches Gerät, wie in Anspruch 1 definiert, insofern charakterisiert, dass das Reflexionsgitter (620), der Konkavspiegel (610) und das modifizierende Mittel (650) alle aus synthetischem Quarzglas hergestellt sind. Sie sind zusammen mit einem strahlfaltenden Spiegel oder Prisma (660) zum Umleiten der Hilfsstrahlen zwischen dem modifizierenden Mittel (650) und dem Konkavspiegel (610) auf derselben Stütze (670) montiert, um eine Temperaturstabilität auf einer Brennebene des Konkavspiegels (610) effektiv sicherzustellen.
  3. Ein optisches Gerät, wie in Anspruch 1 definiert, das darüber hinaus aus einer Fronteinheit (605) besteht, die an der ersten Öffnung (102a) optisch angekoppelt ist und aus Folgendem besteht: einer Mikrolinse (12a, 12b) zum Sammeln des Eingangsstrahls; einem doppelbrechenden (152) Kristall, von dem ein Ende an der Mikrolinse (12a, 12b) zur Aufteilung des Eingangsstrahls in zwei orthogonal polarisierte Lichtstrahlen angekoppelt ist; und einer Halbwellenplatte (153), die ungefähr an einem gegenüber liegenden Ende des doppelbrechenden Kristalls (152) zur Rotation der Polarisation einer der beiden orthogonal polarisierten Lichtstrahlen um 90° angeordnet ist, damit beide dieselbe Polarisation haben.
  4. Ein optisches Gerät, wie in Anspruch 1 definiert, das darüber hinaus aus einer Fronteinheit (605) besteht, die an der ersten Öffnung optisch angekoppelt ist und aus Folgendem besteht: einer Mikrolinse (12a, 12b) zum Sammeln des Eingangsstrahls; einem ersten doppelbrechenden Kristall (152), dessen erstes Ende an der Mikrolinse zur Aufteilung des Eingangsstrahls in einen ersten und zweiten orthogonal polarisierten Lichtstrahl angekoppelt ist; einer Halbwellenplatte (153), deren erstes Ende an einem zweiten Ende des ersten doppelbrechenden Kristalls zur Rotation der Polarisation sowohl des ersten als auch des zweiten orthogonal polarisierten Lichtstrahls um 90° angekoppelt ist; und einem zweiten doppelbrechenden Kristall, das an einem zweiten Ende der Halbwellenplatte zum Umleiten des ersten und zweiten Lichtstrahls angekoppelt ist, damit sie die gleiche Pfadlänge haben.
  5. Ein optisches Gerät, wie in Anspruch 2 definiert, wobei der strahlfaltende Spiegel (660) die Vielzahl von Hilfsstrahlen vom Konkavspiegel (610) zum modifizierenden Mittel (650) umleitet, und eine Reihe von Detektoren (657) hinter dem strahlfaltenden Spiegel (660) zum Abfangen und Detektieren zumindest eines Teils der Vielzahl von Hilfsstrahlen angeordnet sind.
  6. Ein optisches Gerät, wie in den Ansprüchen 1 und 5 definiert, dessen erste Öffnung (102a) aus einer Linse (990) besteht, die effektiv eine Brennweite vom Konkavspiegel (610) entfernt angeordnet ist, wobei die Linse ein erstes Ende zum Ankoppeln an der Eingangs- (102c) und Ausgangsöffnung (102b) sowie ein zweites Ende mit einer einzelnen Eingangs-/Ausgangsöffnung zum Senden und Empfangen von Licht hat, das am ersten und zweiten Pfad entlang im ersten und zweiten Winkel verläuft.
  7. Ein optisches Gerät, wie in Anspruch 6 definiert, das insofern charakterisiert ist, dass das modifizierende Mittel (650) aus einem MEMS-Array von Spiegeln zum Zurückleiten von zumindest einem der Hilfsstrahlen am ersten Pfad entlang zur Rekombination durch das Reflexionsgitter in einen Expressstrahl zum Ausgang durch die erste Öffnung (102a) im ersten Winkel und zum Zurückleiten von zumindest einem der Hilfsstrahlen am zweiten Pfad entlang zur Rekombination durch das Reflexionsgitter in einen Abfallstrahl zum Ausgang durch die erste Öffnung (102a) in einem zweiten Winkel besteht.
  8. Ein optisches Gerät, wie in Anspruch 7 definiert, das darüber hinaus aus Folgendem besteht: Einem ersten Zirkulator, der an der Eingangsöffnung (102a) zum Leiten des Eingangsstrahls an die Eingangsöffnung und zum Leiten des Expressstrahls an eine erste Remote-Öffnung optisch angekoppelt ist; und einem zweitem Zirkulator, der an der Ausgangsöffnung zum Leiten des Abfallstrahls an eine zweite Remote-Öffnung und zum Leiten zusätzlicher Hilfsstrahlen an die Ausgangsöffnung optisch angekoppelt ist, wobei die zusätzlichen Hilfsstrahlen am zweiten Pfad entlang zum modifizierenden Mittel verlaufen, das die zusätzlichen Hilfsstrahlen am ersten Pfad entlang zur Kombination mit dem Expressstrahl leitet.
  9. Ein optisches Gerät, wie in Anspruch 6 definiert, insofern charakterisiert, dass das modifizierende Mittel (650) aus Folgendem besteht: Einem Array von Flüssigkristallzellen (830, 930) zur selektiven und unabhängigen Rotation der Polarisation eines jeden Hilfsstrahls um den gewünschten Grad; und einem Reflektor (810, 910) zum Zurückleiten von zumindest einem Teil eines jeden Hilfsstrahls am zweiten Pfad entlang zur Rekombination durch das Reflexionsgitter in einen Ausgangsstrahl zum Ausgang durch die erste Öffnung.
  10. Ein optisches Gerät, wie in den Ansprüchen 1 und 6 definiert, insofern charakterisiert, dass das modifizierende Mittel (650) aus Folgendem besteht: Einem Array von Flüssigkristallzellen (830, 930) zur selektiven und unabhängigen Rotation der Polarisation eines jeden Hilfsstrahls um den gewünschten Grad; und einem Reflektor (810, 910) zum Zurückleiten von zumindest einem Teil eines jeden Hilfsstrahls am ersten Pfad entlang zum Rekombination durch das Reflexionsgitter in einen Ausgangsstrahl zum Ausgang durch die erste Öffnung.
  11. Ein optisches Gerät, wie in Anspruch 10 definiert, das darüber hinaus aus einem Zirkulator (880) besteht, der an der ersten Öffnung (102a) zum Leiten des Eingangsstrahls an die erste Öffnung und zum Leiten des Ausgangsstrahls an einer Remote-Öffnung optisch angekoppelt ist.
  12. Ein optisches Gerät, wie in den Ansprüchen 1 bis 5 definiert, insofern charakterisiert, dass das Reflexionsgitter (620) an einer optischen Achse des Konkavspiegels (610) entlang angeordnet ist, und insofern, dass die erste Öffnung (102a) und das modifizierende Mittel (650) auf einer Seite davon angeordnet sind, wobei die Hilfsstrahlen an das modifizierende Mittel (650) parallel zur optischen Achse des Konkavspiegels geleitet werden.
  13. Ein optisches Gerät, wie in den Ansprüchen 1 bis 5 definiert, insofern charakterisiert, dass das Reflexionsgitter (620) an einer optischen Achse des Konkavspiegels (650) entlang angeordnet ist; und insofern, dass die erste Öffnung (102a) und das modifizierende Mittel (650) symmetrisch auf einer Seite davon angeordnet sind.
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