DE60123632T2

DE60123632T2 - Optisches umordnungssystem

Info

Publication number: DE60123632T2
Application number: DE60123632T
Authority: DE
Inventors: James Trevor HALL
Original assignee: University of Ottawa
Current assignee: University of Ottawa
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2021-08-15
Also published as: GB0020046D0; CA2419815A1; EP1310134A2; WO2002015633A3; US20040013341A1; WO2002015633A2; ATE341917T1; EP1310134B1; US6898013B2; CA2419815C; DE60123632D1; AU2001278605A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optischen Transponieren von Signalen, das heißt zur optischen Umordnung von Signalen.
In einem mehrstufigen Verbindungsnetzwerk, das optische Verbindungen zur Verwendung in einer Mehrprozessor-Computerarchitektur verwendet, ist das Vorsehen eines optischen Transponiersystems notwendig. Diese optischen Verbindungstechniken bieten grundsätzlich mehrere Vorteile gegenüber elektrischen Systemen. Verbindungen können mit höheren Geschwindigkeiten mit weniger Nebensignaleffekten und weniger Leistungsaufnahme als elektrische Kanäle hergestellt werden. Die erforderliche Leistung ist im Wesentlichen unabhängig von der Länge der Verbindung, zumindest über die Länge von in einer Parallelanordnung verwendeten Verbindungen.
1 zeigt ein typisches Elektronikteilsystem bestehend aus N Modulen in einer ersten Stufe verbunden mit M Modulen in einer zweiten Stufe. Wenn ein Signalweg zwischen jedem Modul der ersten Stufe und jedem Modul der zweiten Stufe vorhanden sein soll, benötigt jedes erste Stufen Modul M Ausgabeports, von denen jeder mit einem entsprechenden Eingabeport von jedem der Module der zweiten Stufe verbunden ist. Umgekehrt und entsprechend, benötigt jedes Modul der zweiten Stufe N Eingabeports, von denen jeder mit einem entsprechenden Ausgabeport von jedem Module N der ersten Stufe verbunden ist. In dem gezeigten Teilsystem ist N = 4 und M = 3, wobei eingeschätzt wird, dass diese Zahlen in unterschiedlichen Anwendungen verschieden sein können.
Angenommen das Formelzeichen n entspricht Modulen der ersten Stufe sowie den Eingabeports von jedem Modul der zweiten Stufe und das Formelzeichen m entspricht Modulen in der zweiten Stufe und den Ausgabeports von jedem Modul in der ersten Stufe. Die Verbindung ist dann beschrieben durch die Transposition:
(n, m) → (m, n)
das heißt, der Port m des Moduls n in der ersten Stufe ist verbunden mit dem Port n des Moduls m in der zweiten Stufe.
Es gibt Vorteile bei der optischen Verbindungsumsetzung. 1 zeigt graphisch, dass die transponierte Verbindung eine große Anzahl von Kreuzungen mit sich bringt. Dies bringt Probleme für eine Planartechnik-Implementierung, aber keine Probleme für eine Freiraumoptik-Implementierung. Es ist dann besser, die Ports jedes Moduls zu gruppieren und die Module zusammen in zweidimensionalen Anordnungen im Wesentlichen in einer Ebene anzuordnen.
Ein optisches Transponiersystem ist in einem Artikel in „Optics Letters", 18 Seiten 1083–1085 (1993) von G C Marchand, P Harvey und S C Essener mit dem Titel „The Optical Transpose Interconnection System Architectures" beschrieben. Dieses optische System hat zwei Stufen, jede besteht aus einer Anordnung von Mesolinsen, die das Licht von einer Anordnung von Lichtquellen auf einer Eingabeebene auf eine Anordnung von Empfangsvorrichtung auf einer Ausgabeebene abbilden. Das optische System leidet aufgrund der außeraxial liegenden Abbildungsanordnung von ähnlich großen Mesolinsen unter schweren Abbildungsfehlern. Wie beschrieben, fängt die Mesolinse nur einen Bruchteil des von einer divergierenden Quelle, wie zum Beispiel einer lichtemittierenden Diode (LED) abgestrahlten Lichts auf. Dies führt zu einem großen Einbringungsverlust und der Möglichkeit von Nebensignaleffekten, wenn das nicht erfasste Licht nicht vollständig geblockt ist. Räumlich-kohärente Quellen, die jeweils in eine entsprechende Mesolinse gerichtet sind, könnten dieses Problem überwinden, würden aber Strahlsteuerungskomponenten in der Eingabeebene und ebenfalls im Fall einer Monomode-Empfangsvorrichtung, in der Ausgabeebene, benötigen.
Es ist bekannt (aus White HJ et al: „An Optically Connected Parallel Machine: Design, Performance and Application" : IEE Proceedings: Optoelectronics, Institute of Electrical Engineers, Stevenage, GB, Vol. 146, No. 3, 18. Juni 1999, Seiten 125–136), eine räumliche Umordnung von optischen Signalen in einem optisch verbundenen Parallelmaschinencrossbarsystem durch eine Ausstrahlungs- und Auswahlarchitektur vorzusehen. Jede Eingabe ist unter Benützung eines Mehrfach-Strahl-Verteilers, der die gewünschten Strahlen durchlässt und den Rest blockiert, zu einer Blendenanordnung ausgangsgefächert. Die optischen Strahlen, die die Blendenanordnung verlassen, werden dann von entsprechenden Optiken gesammelt, die zur Eingangsfächerung geeignet sind, wodurch alle Strahlen durch räumliches Überlagern so kombiniert sind, dass diese wenn sie nicht blockiert sind, zu dem selben Ausgang gehen. Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass ein Ausgangsfächerungsverlust und ein Eingangsfächerungsverlust auftritt und eine Notwendigkeit zur Verwendung von Multimode-Ausgangsfaserm besteht.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Form eines optischen Transpositionssystems bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur optischen räumlichen Umordnung von Signalen bereit, die Vorrichtung weist auf:

a) ein Eingabemittel gebildet von einer ersten Vielzahl von Eingabequellen, von denen jede von einer zweiten Vielzahl von Lichtquellen gebildet ist;
b) einer Anordnung von ersten optischen Systemen, von denen jedes den Lichtquellen einer entsprechenden Eingabequelle zugeordnet ist und diesen entspricht;
c) einem zweiten optischen System;
d) einer Anordnung von dritten optischen Systemen und
e) einem Ausgabemittel, gebildet von einer dritten Vielzahl von Ausgabevorrichtungen, von denen jede durch eine vierte Vielzahl von Lichtsenken gebildet ist, wobei

Vorteilhafterweise ist die gleiche Anzahl von Lichtsenken wie Lichtquellen vorgesehen.
Vorzugsweise sind die Lichtquellen, die Anordnung der ersten optischen Systeme, das zweite optische System, die Anordnung der dritten optischen Systeme und die Lichtsenken in im Wesentlichen parallelen Ebenen angeordnet und die optische Achse des zweiten optischen Systems verläuft im Wesentlichen rechtwinklig zu diesen Ebenen.
Geeigneterweise bildet das zweite optische System in seiner Austrittsöffnung im Wesentlichen die Fourier-Transformation des Lichtfelds an seiner Eintrittsöffnung.
Vorzugsweise weist das zweite optische System eine Makrolinsen-Linse mit ihrer vorderen Brennebene im Wesentlichen in Ausrichtung mit ihrer Eintrittsöffnung und mit ihrer hinteren Brennebene im Wesentlichen in Ausrichtung ihrer Austrittsöffnung auf. Die Makrolinse kann eine Fourier-Linse sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform formatiert die Anordnung der ersten optischen Systeme die Strahlen an ihrem Eingang in einer Form an ihrem Ausgang passend zur Darstellung gegenüber dem zweiten optischen System und die Anordnung der dritten optischen Systeme formatiert die Strahlen an ihrem Eingang erneut derart um, dass diese an ihrem Ausgang passend zur Darstellung gegenüber dem Ausgabemittel sind. Vorzugsweise führen die optischen Systeme in der ersten Anordnung und in der dritten Anordnung an ihren einzelnen Austrittsöffnungen der optischen Felder an ihren einzelnen Eintrittsöffnungen im Wesentlichen die Fourier-Transformation durch. Die Anordnung von ersten optischen Systemen kann eine Anordnung von ersten Mesolinsen aufweisen, von denen jede ihre vordere Brennebene im Wesentlichen in Ausrichtung mit ihrer Eintrittsöffnung und ihre hintere Brennebene im Wesentlichen in Ausrichtung mit ihrer Austrittsöffnung hat. In ähnlicher Weise kann die Anordnung von dritten optischen Systemen eine Anordnung von zweiten Mesolinsen aufweisen, von denen jede ihre vordere Brennebene im Wesentlichen in Ausrichtung mit ihrer Austrittsöffnung und ihre hintere Brennebene im Wesentlichen in Ausrichtung mit ihrer Eintrittsöffnung hat.
Vorteilhafterweise weisen die Mesolinsen in jeder Anordnung dieselbe Brennweite auf. Vorzugsweise sind die Mesolinsen in jeder Anordnung Fourier-Linsen.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den ersten Mesolinsen und den Lichtquellen die Brennweite der ersten Mesolinsen, so dass parallel einfallende Strahlen auf den Brennpunkt jeder ersten Mesolinse fokussiert sind, der Abstand zwischen den ersten Mesolinsen und der Makrolinse die Summe der Brennweiten der ersten Mesolinsen und der Brennweite der Makrolinse ist und der Abstand zwischen den zweiten Mesolinsen und der Makrolinse die Summe der Brennweiten der zweiten Mesolinsen und der Makrolinse ist und der Abstand zwischen den zweiten Mesolinsen und den Lichtsenken die Brennweite der zweiten Mesolinsen ist.
Die Anzahl der Lichtquellen kann zwischen 16 und 65536 betragen, grundsätzlich ist jedoch keine Einschränkung der Obergrenze vorhanden. 256 Lichtquellen können eine typische Anzahl und 65536 eine praktische Grenze sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lichtquellen Vertikal-Hohlraum-Halbleiterlaser, lichtemittierende Dioden oder andere optoelektronische Vorrichtungen, die Licht emittieren und direkt durch elektrische Signale moduliert werden können, oder Flüssigkristallzellen, Multiple-Quantenquellenvorrichtungen, elektro-optische Kristalle oder andere optoelektronische Vorrichtungen, die auf diese von einer anderen Lichtquelle einfallendes Licht in Abhängigkeit von elektrischen Signalen modulieren, oder Monomode- bzw. Multimode-Wellenleiter oder Lichtleitfasern, oder andere optoelektronische Bauelemente, die Licht von passend modulierten Lichtquellen an Plätze, die von der Vorrichtung entfernt sein können, transportieren.
Die Lichtsenken können Lichtempfänger oder andere optoelektronische Bauelemente sein, die absorbiertes Licht in elektrische Ausgangssignale umwandeln, oder Monomode- bzw. Multimode-Fasern, oder andere optoelektronische Bauelemente, die Licht zu Empfängern transportieren, die an von der Vorrichtung entfernten Plätzen angeordnet sein können.
Vorteilhafterweise sind die Lichtquellen und die Lichtsenken eine geeignete Distanz vor den und hinter den entsprechenden Front- und Rückbrennpunktebenen der ersten bzw. zweiten Mesolinsen versetzt, um Abbildungen zwischen den Lichtquellen und den Lichtsenken zu erreichen.
Die Vorrichtung kann weiterhin erste und zweite Mikrolinsen-Anordnungen aufweisen, die jeweils zwischen den ersten Mesolinsen und den Lichtquellen und zwischen den zweiten Mesolinsen und den Lichtsenken angeordnet sind, mit einer Mikrolinse der ersten Anordnung pro Lichtquelle und einer Mikrolinse der zweiten Anordnung pro Lichtsenke. Dies ermöglicht die Benutzung der Vorrichtung mit Lichtquellen deren Strahlgröße sehr klein ist. In diesem Fall sind die Lichtquellen Vertikal-Hohlraum-Halbleiterlaser oder Lichtleitfasern.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lichtquellen auf Punkte in einer Ebene zentriert, wobei Punkte die durch Kopieren eines ersten Punktmusters an jeden eines zweiten Punktmusters konstruiert sind, so dass jede Kopie eine einfache Translation des ersten Punktmusters mit seinem Ursprung mit dem zugeordneten Punkt des zweiten Musters ausgerichtet ist, wobei die einer bestimmten Eingabequelle zugeordneten Lichtquellen an Punkten innerhalb einer Kopie angeordnet sind und nicht mehr als eine Lichtquelle an einem Punkt angeordnet ist und nicht mehr als eine Eingabequelle an jeder Kopie angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen den Punkten des ersten Musters ausreicht, um die Lichtquellen zu trennen, und der Abstand zwischen den Punkten des zweiten Musters ausreicht, um sicherzustellen, dass die Eingabequellen getrennt sind. In diesem Fall können die Lichtsenken auf Punkte in einer Ebene zentriert sein, wobei die Punkte durch Kopieren eines dritten Punktmusters an jeden Punkt eines vierten Punktmusters konstruiert sind, so dass jede Abbildung eine einfache Translation des dritten Punktmusters mit seinem Ursprung mit dem zugeordneten Punkt des vierten Musters ausgerichtet ist, wobei die einer bestimmten Ausgabequelle zugeordneten Lichtsenken an Punkte in einer Kopie angeordnet sind, wobei nicht mehr als eine Lichtsenke an einem Punkt angeordnet ist und nicht mehr als eine Ausgabevorrichtung in jeder Kopie angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen den Punkten des dritten Musters ausreicht, um die Lichtsenken zu trennen und der Abstand zwischen den Punkten des vierten Musters ausreicht, um sicherzustellen, dass die Ausgabequellen getrennt sind.
Vorzugsweise ist das vierte Punktmuster eine Vergrößerung des ersten Punktmusters und das zweite Punktmuster eine Vergrößerung des dritten Punktmusters.
Wenn die Anordnungen der ersten und dritten optischen Systeme Mesolinsen sind, entspricht jede erste Mesolinse und ist dieser zugeordnet einer entsprechenden Eingabequelle und ihre optische Achse mit den zugeordneten Punkten des zweiten Punktmusters im Wesentlichen ausgerichtet ist und jede zweite Mesolinse entspricht und ist einer entsprechenden Ausgabevorrichtung zugeordnet und ihre optische Achse ist mit dem zugeordneten Punkt der vierten Punktmuster im Wesentlichen ausgerichtet, wobei die Ursprünge der zweiten und vierten Punktmuster im Wesentlichen mit der optischen Achse der Makrolinse ausgerichtet sind.
In diesem Fall ist das Verhältnis der Brennweite der Makrolinse zu der Brennweite der ersten Mesolinsen im Wesentlichen gleich der Vergrößerung zwischen dem vierten Punktmuster und dem ersten Punktmuster und das Verhältnis der Brennweite der Makrolinse zu der Brennweite der zweiten Mesolinsen im Wesentlichen gleich der Vergrößerung zwischen dem zweiten Punktmuster und dem dritten Punktmuster.
Vorteilhafterweise bildet eine entsprechende Vielzahl von dicht beabstandeten, aber getrennten Quellen jede Lichtquelle aus und eine Vielzahl von dicht beabstandeten, aber getrennten Senken jede Lichtsenke aus, so dass jede der dicht benachbarten Quellen auf eine korrespondierende Senke abgebildet wird. Jede Lichtquelle hat effektiv eine Vielzahl wirksamer Kanäle, die auf die entsprechende Lichtsenke (eine Vielzahl von getrennten Senken aufweisend) in der Art einer Sammelleitung gerichtet sind.
Geeigneter Weise sind die Lichtsenken und die Lichtquellen zusammengestellt, um einen bidirektionalen Betrieb zu ermöglichen. In diesem Fall kann eine jeweilige optoelektronische Vorrichtung eine jeweilige Lichtquelle bilden und eine jeweilige optoelektronische Vorrichtung jede Lichtsenke bilden, wobei jede optoelektronische Vorrichtung zum bidirektionalen Betrieb geeignet ist. Vorteilhafterweise ist jede optoelektronische Vorrichtung eine Lichtleitfaser oder eine in einem Laser- oder Empfängermodus arbeitende Ping-Pong-Vorrichtung.
Alternativ ist jede optoelektronische Vorrichtung von benachbart zueinander angeordneten Übertragungs- und Empfangsvorrichtungen gebildet.
In einer geänderten Form der Vorrichtung entspricht die Anzahl der Eingabequellen der Anzahl der Ausgangsvorrichtungen und ein ebener Spiegel oder ein entsprechend gekrümmter Spiegel ist hinter der Makrolinse angeordnet.
Die Vorrichtung kann weiterhin Spiegel aufweisen, um das Licht zu reflektieren, und das System ist in eine flache Z-Form gefaltet. Diese Spiegel können mit den Mesolinsen kombiniert sein oder äquivalent gekrümmte Spiegelanordnungen die Mesolinsen-Anordnungen ersetzen.
Ein optisches Transponiersystem ausgebildet gemäß der Erfindung wird nun ausführlich als Beispiel, mit Bezug zu den 2 bis 5 der Zeichnungen beschrieben, in denen:
2 eine schematische Darstellung des Systems zeigt;
3 eine Abbildung, wie eine optische Transposition stattfindet, zeigt;
4 eine Anordnung von einer Matrix von Mesolinsen, die einen Teil des Systems aus 2 ausbilden, zeigt und
5 eine perspektivische Darstellung des Systems zeigt.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, die 2 und 5 zeigen ein optisches Transponiersystem mit einem regelmäßigen Raster von sechzehn Eingabequellen 1, von denen jede aus einem regelmäßigen Raster aus sechzehn einzelnen Lichtquellen 2 gebildet ist. Die Lichtquellen 2 übertragen Signale in Form von geeignet modulierten Lichtstrahlen an ein regelmäßiges Raster aus sechzehn Mesolinsen 3. Die Lichtquellen 2 können Vertikal-Hohlraum-Halbleiterlaser, LEDs, andere optoelektronische Vorrichtungen, die Licht emittieren und direkt durch elektrische Signale modulierbar sein können, Flüssigkristallzellen, Multiple-Quantenquellen, elektro-optische Kristalle oder andere optoelektronische Vorrichtungen, die auf diese einfallendes Licht von einer anderen Lichtquelle in Abhängigkeit von elektrischen Signalen modulieren, sein. Die Lichtquellen 2 können weiterhin Monomode- bzw. Multimode-Wellenleiter oder Lichtleitfasern sein, oder andere optoelektronische Bauelemente, die Licht von passend modulierten Lichtquellen an Plätze, die vom System entfernt sein können, transportieren.
Die Lichtquellen 2 sind auf Punkte in einer Ebene zentriert. Diese Punkte sind durch Kopieren eines ersten Punktmusters (ein regelmäßiges Raster aus sechzehn Punkten) an jeden Punkt eines zweiten Punktmusters (ebenfalls ein regelmäßiges Raster aus sechzehn Punkten – diese Punkte sind die Mittelpunkte der Eingabequellen 1) konstruiert, so dass jede Kopie eine einfache Translation des ersten Punktmusters mit seinem Ursprung mit dem entsprechenden Punkt des zweiten Musters ausgerichtet ist. Die Lichtquellen 2, die mit einer Gruppe von Quellen (das heißt einer gegebenen Eingabequelle 1) zusammenwirken, sind an Punkten innerhalb einer Kopie angeordnet. Nicht mehr als eine Lichtquelle 2 ist an einem Punkt angeordnet und nicht mehr als eine Gruppe von Quellen ist an jeder Kopie angeordnet. Der Abstand zwischen den Punkten des ersten Musters reicht aus, um die Lichtquellen 2 zu trennen und der Abstand zwischen den Punkten des zweiten Musters reicht aus, um sicherzustellen, dass die Gruppen (die Eingabequellen 1) getrennt sind.
Jede Mesolinse 3 kommuniziert mit und ist zugeordnet einer Gruppe 1 von Lichtquellen 2 und ihre optische Achse ist mit den zugeordneten zweiten Punktmustern im Wesentlichen ausgerichtet. Die optischen Strahlen von den Lichtquellen 2 von jeder Eingabequelle 1 verlaufen daher durch die zugeordnete Mesolinse 3, wo sie umgelenkt werden. Die umgelenkten Strahlen durchtreten dann eine Makrolinse 4, wo die Strahlen von jeder Eingabequelle 1 umgeordnet werden. Die jeder Eingabequelle 1 zugeordneten, umgeordneten Strahlen laufen dann zu entsprechenden, sechzehn Mesolinsen 5 eines regelmäßigen Rasters, wo sie umgelenkt in ein regelmäßiges Raster aus sechzehn Ausgabevorrichtungen 6 werden, von denen jede aus einem entsprechenden regelmäßigen Raster aus sechzehn Lichtsenken 7 gebildet ist. Die Anordnung ist derart, dass jede der Lichtquellen 2 einer bestimmten Eingabequelle 1 zu einer entsprechenden Lichtsenke 7 einer anderen Ausgabequellen 6 gerichtet ist. Dies ist teilweise in 2 dargestellt, die eine Spalte der Lichtquellen 2 der untersten Eingabequelle 1 gerichtet auf die jeweiligen obersten Lichtsenken 7 der entsprechenden Spalten der Lichtsenken in einer Spalte der Ausgabevorrichtungen 6 zeigt, diese Quellen und Senken sind gekennzeichnet durch die Bezugszeichen 2,1, 2,2, 2,3, und 2,4 bzw. 7,1, 7,2, 7,3 und 7,4. Das System erlaubt es damit, jede Lichtquelle 2 auf jede Lichtsenke 7 zu richten.
Die Lichtsenken 7 empfangen die Lichtstrahlen und demodulieren die Signale. Diese Lichtsenken 7 können Lichtempfänger oder andere optoelektronische Bauelemente sein, die absorbiertes Licht in elektrische Ausgangssignale umwandeln. Oder sie können Monomode- bzw. Multimode-Fasern, oder andere optoelektronische Bauelemente sein, die Licht zu Empfängern transportieren, die an von der Vorrichtung entfernten Plätzen angeordnet sein können.
Die Lichtsenken 7 sind, wie die Lichtquellen 2, auf Punkte in einer Ebene zentriert. Diese Punkte sind durch Kopieren eines dritten Punktmusters (ein regelmäßiges Raster aus sechzehn Punkten) auf jeden Punkt eines vierten Punktmusters (ebenfalls ein regelmäßiges Raster aus sechzehn Punkten – diese Punkte sind die Mittelpunkte der Ausgabevorrichtungen 6) konstruiert, so dass jede Abbildung eine einfache Translation der dritten Punktmuster mit ihrem Ursprung mit dem zugeordneten Punkt des vierten Punktmusters ausgerichtet ist. Die Lichtsenken 7, die mit einer Gruppe von Lichtsenken (das heißt, einer gegebenen Ausgabevorrichtung 6) zusammenwirken, sind um Punkte in einer Kopie angeordnet. Nicht mehr als eine Lichtsenke 7 ist an einem Punkt angeordnet und nicht mehr als eine Ausgabevorrichtung 6 ist in jeder Kopie angeordnet. Der Abstand zwischen den Punkten des dritten Musters reicht aus, um die Lichtsenken 7 zu trennen und der Abstand zwischen dem vierten Punktmuster reicht aus, um sicherzustellen, dass die Ausgabevorrichtungen 6 getrennt sind.
Jede Mesolinse 5 kommuniziert und ist verbunden mit den Lichtsenken 7 einer entsprechenden Ausgabevorrichtung 6 und ihre optische Achse ist im Wesentlichen mit dem entsprechenden Punkt des vierten Punktmusters ausgerichtet. Die Ursprünge der zweiten und vierten Punktmuster sind im Wesentlichen in einer Linie mit der optischen Achse der Makrolinse 4 ausgerichtet.
Jede der Mesolinsen 3 und 5 hat eine Brennweite f und die Makrolinse 4 hat eine Brennweite F. Die Mesolinsen 3 sind um den Betrag der Brennweite f von der Eingabequelle 1 beabstandet, so dass parallel einfallende Strahlen von der Lichtquelle 2 auf den Brennpunkt jeder Mesolinse fokussiert sind. Der Abstand zwischen der Anordnung der Mesolinsen 3 und der Makrolinse 4 ist die Summe der Brennweiten der Mesolinsen und der Makrolinse (f + F). In ähnlicher Weise ist der Abstand zwischen den Mesolinsen 5 und den Ausgabequellen 6 die Brennweite f der Mesolinsen und die Mesolinsen sind von der Makrolinse um die Summe der Brennweite der Mesolinsen und der Makrolinse (f + F) beabstandet.
Die Makrolinse 4 und jede der Makrolinsen 3 und 5 sind eine Fourier-Linse, das heißt eine reversible Linse mit einer Spiegelebene mit Symmetrie senkrecht zu ihrer optischen Achse, die aber entsprechend ausgebildet ist, um in ihrer Rückbrennpunktebene eine stigmatische Abbildung der Ebene in der Unendlichkeit auszubilden. Diese Eigenschaft ist nicht abhängig von einer Paraxial-Annäherung. Eine gut gestaltete Fourier-Transformations-Linse kann eine Verbundlinse sein, die viele Bestandteile aufweist, sie kann reflektierende oder beugende Bestandteile verwenden und sie kann eine Weiterleitung oder Reflektion bewirken. Innerhalb der Paraxial-Annäherung kann jede Linse in Betracht kommen, eine Fourier-Transformation durchzuführen. Als Folge und lediglich zur Vereinfachung der Darstellung sind die Fourier-Linsen hier als einzelne, dünne Linsen dargestellt.
Das Verhältnis der Brennweite F der Makrolinse 4 zu der Brennweite f von jeder der Mesolinsen 3 ist im Wesentlichen der Vergrößerung zwischen dem vierten Punktmuster und dem ersten Punktmuster gleichgesetzt. In ähnlicher Weise ist das Verhältnis der Brennweite F der Makrolinse 4 zu der Brennweite f der Mesolinsen 5 im Wesentlichen der Vergrößerung zwischen dem zweiten Punktmuster und dem dritten Punktmuster gleichgesetzt.
Jede Mesolinse 3, 5 hat einen ausreichenden seitlichen Abstand, um die Fourier-Transformation mit genügender Genauigkeit durchzuführen und dadurch Licht effektiv von ihrer entsprechenden Eingabequelle 1 aufzufangen oder Licht zu ihrer entsprechenden Ausgabevorrichtung 6 zu übertragen. Der Abstand der Punkte in den zweiten und vierten Punktmustern ist ausreichend, um die körperliche Beeinträchtigung jeder der Mesolinsen 3, 5 durch benachbarte Mesolinsen zu verhindern.
Der Betrieb des optischen Transpositionssystems kann wie folgt verstanden werden. Bis zur Inversion ist die Fourier-Transformation ihre eigene Umkehrfunktion. Eine Kaskade aus zwei Fourier-Linsen mit einer gemeinsamen optischen Achse bildet damit ein Abbildungssystem zwischen der vorderen Brennebene der ersten Linse und der hinteren Brennebene der zweiten Linse. Dies ist die klassische Teleskopanordnung mit einer Vergrößerung festgelegt durch das Verhältnis der beiden Brennweiten. Wenn die optische Achse der ersten Linse in dem „Teleskop" senkrecht zu der optischen Achse der zweiten Linse versetzt ist, resultiert die Verschiebungsinvarianz der Fourier-Transformation in keiner Änderung der Abbildung, ausgenommen einer Multiplikation mit einem Linear-Phasen-Faktor. Physikalisch ist die Abbildung an der gleichen Position in der hinteren Brennebene der zweiten Linse in dem „Teleskop" ausgebildet, verbreitet sich aber in einem durch den Abstand der Achse der ersten Linse des „Teleskops" bestimmten Winkel.
Jede Mesolinse 3 in Kombination mit der Makrolinse 4 bildet ein derartiges „Teleskop" und zeigt eine vergrößerte Abbildung ihrer entsprechenden Eingabequelle 1 (die zugeordneten sechzehn Lichtquellen 2) in der hinteren Brennebene der Makrolinse. Die Abbildungen jeder Gruppe von Eingabequellen 2 sind überlagert aber aufgrund ihrer unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen weg von der hinteren Brennebene der Makrolinse 4 unterscheidbar. Die Vergrößerung ist derart, dass die Mesolinsen 5 das Licht kommend von Quellen, die eine gemeinsame Position innerhalb ihrer Gruppe teilen, auffangen. Die Mesolinsen 5 bringen die unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen zurück in räumlich-getrennte Strahlen in der Ausgabeebene der Lichtsenken 7.
In ähnlicher Weise bildet jede Mesolinse 5 in Kombination mit der Makrolinse 4 ein derartiges „Teleskop" aus und erzeugt eine vergrößerte Abbildung von der entsprechenden Gruppe von Lichtsenken 7 in der vorderen Brennebene der Makrolinse. Die Abbildungen jeder Gruppe von Senken 7 sind überlagert, aber aufgrund der unterschiedlichen Ausbreitung der einfallenden Strahlen unterscheidbar, um eine bestimmte Senke zu erreichen. Die Vergrößerung ist derart, dass die Mesolinsen 3 ihr Licht zu der Abbildung jeder Senke 7 bringen, die eine gemeinsame Position innerhalb ihrer Gruppen teilen. Diese Mesolinsen 3 erzeugen unterschiedliche akzeptierbare Ausbreitungsrichtungen, so dass die Strahlen, die in der Lage sind, eine bestimmte Senke 7 zu erreichen, in der Eingabeebene der Quellen räumlich getrennt sind.
Dadurch kann jede Gruppe von Lichtquellen 2 eine Senke 7 in derselben Relativposition innerhalb jeder Ausgabevorrichtung 6 (Gruppe von Senken 7) sehen. Umgekehrt kann jede Gruppe von Senken 7 eine Lichtquelle 2 in derselben Relativposition innerhalb jeder Gruppe von Lichtquellen sehen. Damit ist jede Lichtquelle 2 verbunden mit einer Senke 7 und umgekehrt und das gegenseitige Verbindungsmuster entspricht einer Transposition.
2 und 3 veranschaulichen wie die optische Transposition stattfindet und zeigen einige der beteiligten Lichtstrahlen. Demnach zeigt 3 beide regelmäßigen Raster der Mesolinsen 3 und 5 und veranschaulicht diese, wie die Lichtstrahlen von den sechzehn Lichtquellen 2 einer bestimmten Eingabequelle 1 über die Mesolinsen 3, die Macrolinse 4 (nicht dargestellt in 3) und die Mesolinsen 5 zu den zugeordneten Lichtsenken 7 transponiert werden. Es ist ersichtlich, dass jede der Lichtquellen 2 einer bestimmten Eingabequelle 1 zu einer entsprechenden Lichtsenke 7 innerhalb jeder der sechzehn Ausgabevorrichtungen 6 transponiert ist, jede der Lichtsenken ist in derselben Rasterposition. Auf ähnliche Weise zeigt 2 wie die Lichtstrahlen von vier der Lichtquellen 2 einer bestimmten Eingabequelle 1 durch die korrespondierende Mesolinse 3, die Makrolinse 4 und jede der vier Mesolinsen 5 und eine zugeordnete Ausgabesenke 7 treten. Es ist daher ersichtlich, dass folglich jede der 256 Lichtquellen 2 auf eine jeweilige der Lichtsenken 7 abgebildet ist.
Ein Merkmal der Vorrichtung ist, dass keine Abbildungsrelation zwischen den Lichtquellen 2 und den Lichtsenken 7 vorhanden ist. Die Relation ist eine optische Fourier-Transformation mit einer effektiven Brennweite f_e bestimmt durch die allgemeine Formel
wobei f₁, f₂, f₃ die Brennweiten der Mesolinsen 3, der Makrolinse 4 und der Mesolinsen 5 sind.
Der Einfachheithalber kreisförmige Symmetrie um eine Achse eines einzelnen Strahls angenommen, bleibt das Produkt eines Einzelstrahlradius Δq und seiner numerischen Öffnung Δp (Δp = nsin(Δθ)) erhalten, wenn der Strahl das optische System durchläuft:
wobei n der örtliche Brechungsindex und Δθ der Strahlenwinkel in Bezug zu der optischen Achse ist.
Die Grundunschärferelation ΔqΔp ≥ λ/π ist ebenfalls mit Gleichwertigkeit durch Gauß'sche Strahlen erreicht, die exakt Strahlen beschreiben, die von Strukturen ausgesendet werden, die einen Einzel-Transversal-Modus unterstützen, zum Beispiel Monomodefasern und Laser:
wobei λ die Wellenlänge des Lichts ist.
Die Eingabestrahlparameter (Δq₁, Δp₁) und die Ausgabestrahlparameter (Δq₃, Δp₃) sind damit abhängig von: Δq1Δp1 = Δq3Δp3 ≥ λ/πaber: Δp3 = feΔq1
Die Strahlgröße am Ausgang ist bestimmt von der Winkeldivergenz des Strahls am Eingang. Der Abstand der Eingangsstrahlen gemäß dem ersten Muster δ₁, der Abstand der Ausgangsstrahlen entsprechend dem dritten Punktmuster δ₃ und die effektive Brennweite f können daher derart ausgewählt sein, um sicherzustellen, dass kein Überschneiden der Strahlen am Eingang und Ausgang auftritt.
Die Parameter δ₁, δ₃, f_e, N und M bestimmen die Brennweiten der Linsen: f1 = η1√N(δ1/δ3)fe f2 = η1η2√N√Mfe f3 = η2√M(δ3/δ1)fe wobei N die Anzahl der Mesolinsen 3 ist, M die Anzahl der Mesolinsen 5 ist und die numerischen Faktoren η₁, η₂ aus der Ordnung der einheitlichen Zahlen bzw. in der Größenordnung von Eins sind und in einer genauen Gestaltung aufgrund der Anforderung, dass die Mesolinsen 3, 5 alles auf sie einfallende Licht erfassen und sich nicht körperlich gegenseitig behindern, festgelegt sind.
Demnach ist für das oben beschriebene optische Transpositionssystem f₁ = f₂ = f, f₂ = F, N = 16 und M = 16, so dass die Formeln resultieren: fe = f2/F f = f1 = η1√16(δ1/δ3)fe = 4η1(δ1/δ3)fe f = f2 = η2√16(δ3/δ1)fe = 4η2(δ1/δ3)fe mit f₁ = f₂, δ₁ ≓ δ₃ und η₂ ≓ 1 ∴ f ≓ 4fe F = η1η2√16√16fe ∴ F = 16fe
Die entsprechend erforderlichen f-Zahlen f#₁, f#₃ für die Mesolinsen 3, 5 und die eingehenden und ausgehenden Feldwinkel α, β, bei denen die Makrolinse 4 tatsächlich arbeiten muss, können abgeschätzt werden mit: f#1 = δ3/fe f#2 = δ1/fe tanα = 1/η2·δ1/fe tanβ = 1/η1·δ3/fe
Diese Linsenparameter können alle durch geeignete Wahl der effektiven Brennweite innerhalb praktischer Grenzen gehalten werden, um die Abbildungsfehler zu beherrschen. Die Wahl der effektiven Brennweite bestimmt weiterhin die Anordnungstoleranzen am Eingang und Ausgang. Diese sind genauer je kleiner die effektive Brennweite ist.
Die Öffnung der Makrolinse 4 bestimmt die Querabmessungen des (ungefalteten) Systems. Für eine bestimmte f-Zahl ist diese proportional zu der Brennweite. Die Länge der Vorrichtung ist ebenfalls näherungsweise proportional zu der Brennweite der Makrolinse 4, welche die Länge der Vorrichtung bestimmt. Für eine symmetrische Transposition sind die linearen Abmessungen der Vorrichtung daher im Maßstab N und das Volumen im Maßstab N³ während die Anzahl der Zwischenverbindungswege N² entspricht.
Es ist daher ein besonderes Merkmal der Vorrichtung, dass ihre Volumenzunahme mit der Anzahl der unterstützten Zwischenverbindungen mäßig ist und diese mit entsprechender Anordnung und Feinmechanik äußerst kompakt sein kann.
Die kompakteste Vorrichtung ist erreicht, wenn δ₁, δ₃ in Abhängigkeit von Nebensignaleffekteinschränkungen angepasst werden, so dass die Strahlgröße vergleichbar ist mit dem Strahlabstand. Dies erlaubt eine kleine effektive Brennweite. Die ultimative Kompaktheit ist dann durch Verwendung der Gauß'sche Strahlen erreicht.
Wenn erforderlich, können zusätzliche Mikrolinsen-Anordnungen am Eingang und Ausgang des optischen Systems, eine Mikrolinse pro Lichtquelle 2 und Lichtsenke 7, angeordnet werden, um die Quelle und Senke-Charakteristika besser an die Vorrichtung anzupassen.
Abbildungen zwischen den Quellen 2 und den Senken 7 können einerseits durch Verschieben der Quellen und der Senken um einen geeigneten Abstand vor die und hinter die entsprechenden vorderen und hinteren Brennebenen der entsprechenden Mesolinsen-Anordnungen 3 und 5 oder durch die Verwendung zusätzlicher Mesolinsen-Anordnungen mit einer Mesolinse pro Quelle erreicht werden.
Ein Merkmal des Abbildungssystems ist, dass mehrere dicht beabstandete aber getrennte Lichtquellen 2 durch eine einzelne Quelle gemäß dem Stand der Technik ersetzt werden können. Mehrere dicht beabstandete aber getrennte Senken 7 ersetzen auf ähnliche Weise die einzelnen Senken, so dass jede der dicht beabstandeten Quellen 2 auf eine korrespondierende Senke 7 abgebildet wird. Die Transposition wird dann eine Transposition von Sammelleitungen. Entsprechend ist jede Verbindung der Transposition durch Vorsehen von zusätzlichen räumlichen Kanälen für jede Verbindung beschleunigt. Dies ist bei Schaltanwendungen nützlich.
Ein Merkmal der Vorrichtung ist, dass diese umkehrbar ist, so dass die Vorrichtung in der umgekehrten Richtung betrieben werden kann, wenn Senken 7 und Quellen 2 ausgetauscht werden. Bidirektionaler Betrieb ist ebenfalls durch zusammenstellen von Senken 7 und Quellen 2 möglich. Dies kann entweder durch die Verwendung von optoelektronischen Vorrichtungen, die für bidirektionalen Betrieb geeignet sind, wie beispielsweise optische Fasern oder Ping-Pong-Vorrichtung die in einem Laser- oder Empfängermode arbeiten, oder durch zueinander benachbartes Anordnen von übertragenden und empfangenden Vorrichtungen erreicht werden.
In einem vollständig symmetrischen Fall, in dem die Anzahl der Gruppen am Eingang und Ausgang die gleiche ist, kann die Umkehrbarkeit durch Betrieb der Makrolinse 4 in Reflektion ausgenutzt werden, um die Länge der Vorrichtung zu halbieren. Dies kann durch Anordnen einer Spiegelebene hinter der Makrolinse 4 mit doppelter Brennweite, oder durch Verwendung eines entsprechend gekrümmten Spiegels erreicht werden.
Bei Gestaltung, die eine Makrolinse 4 mit großer Brennweite verwenden, kann die Vorrichtung durch Verwendung von Spiegeln und Falten des Systems kompakter ausgeführt werden. Diese Spiegel können mit den Linsen kombiniert sein, oder entsprechend gekrümmte Spiegel ersetzen die Linsen.
Das System kann weiterhin noch kompakter ausgeführt werden, wenn die konvexen Mesolinsen-Anordnungen 3, 5 durch konkave Mesolinsen ersetzt werden, die innerhalb der Brennebenen der Makrolinse 4 mit einer Brennweite von den Brennebenen angeordnet sind.
Es ist weiterhin eine Eigenschaft, dass die Vorrichtung über einen breiten Bereich optischer Wellenlängen betrieben werden kann. Sie ist insbesondere unempfindlich bezüglich der Wellenlänge, wenn kein beugendes optisches Element verwendet wird. Dies erlaubt Anwendungen bei Wellenlängenmultiplexierungs-Systemen, bei denen zahlreiche Signale durch Licht unterschiedlicher Wellenlängen über einen gemeinsamen räumlichen Kanal übertragen werden. Entsprechend wird jede Verbindung der Transposition durch das Vorsehen von zusätzlichen Wellenlänge-Kanälen für jede Verbindung beschleunigt. Dies ist bei Schaltanwendungen nützlich.

Claims

Vorrichtung zur optischen räumlichen Umordnung von Signalen, mit: – einem Eingabemittel gebildet von einer ersten Vielzahl von Eingabequellen (1), von denen jede von einer zweiten Vielzahl von Lichtquellen (2) gebildet ist; – einer Anordnung von ersten optischen Systemen (3), von denen jedes mit einer der Lichtquellen einer entsprechenden Eingabequelle in Verbindung steht und korrespondiert; – einem zweiten optischen System (4); – einer Anordnung von dritten optischen Systemen (5) und – einem Ausgabemittel, gebildet von einer dritten Vielzahl von Ausgabevorrichtungen (6), von denen jede von einer vierten Vielzahl von Lichtsenken (7) gebildet ist, wobei jedes der dritten optischen Systeme in Verbindung steht und korrespondiert mit den Lichtsenken einer entsprechenden Ausgabevorrichtung, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass die optischen Strahlen von den Lichtquellen jeder Eingabequelle durch das zugeordnete erste optische System hindurchtreten, wo sie umgelenkt werden, wobei die umgelenkten Strahlen dann durch das zweite optische System hindurchtreten, wo die Strahlen jeder Eingabequelle umgeordnet werden, wobei jeder der umgeordneten, von einer Strahlenquelle kommenden Strahlen dann in ein entsprechendes drittes optisches System eintritt und jedes der dritten optischen Systeme alle darauf einfallenden Strahlen zu den Lichtsenken der zugeordneten Ausgabevorrichtung umlenkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die gleiche Anzahl Lichtsenken (7) wie Lichtquellen (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtquellen (2), die Anordnung der ersten optischen Systeme (3), das zweite optische System (4), die Anordnung der dritten optischen Systeme (5) und die Lichtsenken (7) in im Wesentlichen parallelen Ebenen angeordnet sind und wobei die optische Achse des zweiten optischen Systems im Wesentlichen rechtwinklig zu diesen Ebenen verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite optische System (4) in seiner Austrittsöffnung im Wesentlichen die Fourier-Transformation des Lichtfelds an seiner Eintrittsöffnung bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zweite optische System (4) eine Makrolinse mit ihrer vorderen Brennebene im Wesentlichen in Ausrichtung ihrer Eintrittsöffnung und mit ihrer hinteren Brennebene im Wesentlichen in Ausrichtung mit ihrer Austrittsöffnung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Makrolinse (4) eine Fourier-Linse ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung der ersten optischen Systeme (3) die Strahlen an ihrem Eingang an ihrem Ausgang passend zur Bereitstellung an das zweite optische System (4) formt und die Anordnung der dritten optischen Systeme (5) die Strahlen an ihrem Eingang derart umwandelt, dass diese an ihrem Ausgang geeignet für die Bereitstellung an die Ausgabemittel sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die optischen Systeme (3, 5) in der ersten Anordnung und in der dritten Anordnung an ihren Austrittsöffnungen im Wesentlichen die Fourier-Transformation der optischen Felder an ihren Eintrittsöffnungen durchführen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Anordnung von dritten optischen Systemen eine Anordnung von ersten Mesolinsen (3) aufweist, von denen jede ihre vordere Brennebene im Wesentlichen in Ausrichtung ihrer Eintrittsöffnung und ihre hinteren Brennebene im Wesentlichen in Ausrichtung ihrer Austrittsöffnung hat.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Anordnung von dritten optischen Systemen eine Anordnung von zweiten Mesolinsen (5) aufweist, von denen jede ihre vordere Brennebene im Wesentlichen in Ausrichtung ihrer Austrittsöffnung und ihre hintere Brennebene im Wesentlichen in Ausrichtung ihrer Eintrittsöffnung hat.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Mesolinsen (3, 5) in jeder Anordnung die selbe Brennweite aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Mesolinsen (3, 5) in jeder Anordnung Fourier-Linsen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Abstand zwischen den ersten Mesolinsen (3) und den Lichtquellen (2) der Brennweite der ersten Mesolinsen entspricht, so dass parallel einfallende Strahlen auf den Brennpunkt jeder ersten Mesolinse fokussiert sind, wobei der Abstand zwischen den ersten Mesolinsen und der Makrolinse (4) der Summe der Brennweiten der ersten Mesolinsen und der Brennweite der Makrolinse entspricht und wobei der Abstand zwischen den zweiten Mesolinsen (5) und der Makrolinse (4) der Summe der Brennweiten der zweiten Mesolinsen und der Makrolinse entspricht und der Abstand zwischen den zweiten Mesolinsen und den Lichtsenken (7) der Brennweite der zweiten Mesolinsen entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Anzahl der Lichtquellen (2) zwischen 16 und 65536 beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Anzahl der Lichtquellen (2) zwischen 16 und 256 beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Lichtquellen (2) Vertikal-Hohlraum-Halbleiterlaser, lichtemittierende Dioden oder andere optoelektronische Vorrichtungen sind, die Licht emittieren und direkt durch elektrische Signale modulierbar sind, oder Flüssigkristallzellen, Multiple-Quantenquellen, elektro-optische Kristalle oder andere optoelektronische Vorrichtungen, die auf diese einfallendes Licht von einer anderen Lichtquelle in Abhängigkeit von elektrischen Signalen modulieren, oder Monomode- bzw. Multimode-Wellenleiter oder Lichtleitfasern, oder andere optoelektronische Bauelemente, die Licht passend modulierter Lichtquellen von Plätzen die von der Vorrichtung entfernt sein können transportieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Lichtsenken (7) Lichtempfänger oder andere optoelektronische Bauelemente sind, die absorbiertes Licht in elektrische Ausgangssignale umwandeln, oder Monomode- bzw. Multimode-Fasern, oder andere optoelektronische Bauelemente, die Licht zu Empfängern transportieren, die an von der Vorrichtung entfernten Plätzen angeordneten sein können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die Lichtquellen (2) und die Lichtsenken (7) eine geeignete Distanz vor der und hinter der entsprechenden Front- und Rückbrennpunktebene der ersten und zweiten Mesolinsen (3, 5) versetzt sind, um Abbildungen zwischen den Lichtquellen und den Lichtsenken zu erreichen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, mit ersten und zweiten Mikrolinsen-Anordnungen, die zwischen den ersten Mikrolinsen (3) und den Lichtquellen (2) und zwischen den zweiten Mikrolinsen (5) und den Lichtsenken (7) angeordnet sind, mit einer Mikrolinse der ersten Anordnung pro Lichtquelle und einer Mikrolinse der zweiten Anordnung pro Lichtsenke.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Lichtquellen (2) Vertikal-Hohlraum-Halbleiterlaser oder Lichtleitfasern sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Lichtquellen (2) auf Punkte in einer Ebene zentriert sind, die durch Kopieren eines ersten Punktmusters an jeden Punkt eines zweiten Punktmusters konstruiert sind, so dass jede Kopie eine einfache Translation des ersten Punktmusters mit seinem Ursprung in einer Linie mit dem entsprechenden Punkt des zweiten Musters ist, wobei die mit einer bestimmten Eingabequelle (1) zusammenwirkenden Lichtquellen an Punkten innerhalb einer der Kopien angeordnet sind, wobei nicht mehr als eine Lichtquelle an einem Punkt angeordnet ist und nicht mehr als eine Eingabequelle an jeder Kopie angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen den Punkten des ersten Musters ausreicht, um die Lichtquellen zu trennen und der Abstand zwischen den Punkten des zweiten Musters ausreicht, um sicherzustellen, dass die Eingabequellen getrennt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Lichtsenken (7) auf Punkte in einer Ebene zentriert sind, die durch Abbilden eines dritten Punktmusters auf jeden Punkt eines vierten Punktmusters konstruiert sind, so dass jede Abbildung eine einfache Translation des dritten Punktmusters mit seinem Ursprung in einer Linie mit dem entsprechenden Punkt des vierten Musters ist, wobei die mit einer bestimmten Ausgabequelle (6) zusammenwirkenden Lichtsenken um Punkte einer der Abbildungen angeordnet sind, wobei nicht mehr als eine Lichtsenke an einem Punkt angeordnet ist und nicht mehr als eine Ausgabequelle in jeder Abbildung angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen den Punkten des dritten Musters ausreicht, um die Lichtsenken zu trennen und der Abstand zwischen den Punkten des vierten Musters ausreicht, um sicherzustellen, dass die Ausgabequellen getrennt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei das vierte Punktmuster eine Vergrößerung des ersten Punktmusters und das zweite Punktmuster eine Vergrößerung des dritten Punktmusters ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wenn abhängig von Anspruch 10, wobei jede erste Mesolinse (3) mit einer entsprechenden Eingabequelle (1) kommuniziert und verbunden ist und ihre optische Achse im Wesentlichen in einer Linie mit den entsprechenden zweiten Punktmustern verläuft und jede der zweiten Mesolinsen (5) mit einer entsprechenden Ausgabevorrichtung (6) verbunden ist und kommuniziert und ihre optische Achse im Wesentlichen in einer Linie mit dem entsprechenden Punkt der vierten Punktmuster verläuft, wobei die Ursprünge der ersten und zweiten Punktmuster im Wesentlichen mit der optischen Achse der Makrolinse (4) zusammenfallen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei das Verhältnis der Brennweite der Makrolinse (4) zu der Brennweite der ersten Mesolinsen (3) im Wesentlichen der Vergrößerung zwischen dem vierten Punktmuster und dem ersten Punktmuster entspricht und das Verhältnis der Brennweite der Makrolinse zu der Brennweite der zweiten Mesolinsen (5) im Wesentlichen der Vergrößerung zwischen dem zweiten Punktmuster und dem dritten Punktmuster entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei eine entsprechende Vielzahl von dicht beabstandeten, aber getrennten Quellen jede Lichtquelle ausbildet und eine Vielzahl von dicht beabstandeten, aber getrennten Senken jede Lichtsenke ausbildet, so dass jede der dicht benachbarten Quellen auf eine korrespondierende Senke abgebildet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei die Lichtsenken (7) und die Lichtquellen (2) derart angeordnet sind, um einen bidirektionalen Betrieb zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei eine optoelektronische Vorrichtung eine Lichtquelle (2) und eine optoelektronische Vorrichtung jeweils eine Lichtsenke (7) aufweist und wobei jede optoelektronische Vorrichtung zum bidirektionalen Betrieb geeignet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei jede optoelektronische Vorrichtung eine Lichtleitfaser oder eine in einem Laser- oder Empfängermodus arbeitende Ping-Pong-Vorrichtung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei jede optoelektronische Vorrichtung benachbart angeordnete Übertragungs- und Empfangsvorrichtungen aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei die Anzahl der Eingabequellen (1) der Anzahl der Ausgangsvorrichtungen (6) entspricht und ein ebener Spiegel oder ein entsprechend kurvenförmiger Spiegel hinter der Makrolinse (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, mit Spiegeln um das Licht zu reflektieren, wobei das System in eine flache Z-Form gefaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei die Spiegel mit den Mesolinsen (3, 5) kombiniert sind oder entsprechende kurvenförmige Spiegelanordnungen die Mesolinsen-Anordnungen ersetzen.