DE60304592T2

DE60304592T2 - Optische filterkomponente mit flacher oberseite

Info

Publication number: DE60304592T2
Application number: DE60304592T
Authority: DE
Inventors: Thales Intellectual Property Romain RAMEL; Thales Intellectual Property Sylvie JARJAYES; Thales Intellectual Property Stephane GLUCK
Original assignee: Atmel Grenoble SA
Current assignee: Teledyne e2v Semiconductors SAS
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: ES2263035T3; FR2844602B1; EP1546770A1; FR2844602A1; US7394986B2; CA2498349A1; EP1546770B1; WO2004025336A1; US20060120663A1; AU2003278290A1; JP4316504B2; JP2006510040A; DE60304592D1

Description

Die Erfindung betrifft die wellenlängenselektiven optischen Filter, die es erlauben, das Licht eines um eine Wellenlänge zentrierten, schmalen optischen Spektralbands durchzulassen und die außerhalb dieses Bands liegenden Wellenlängen zu reflektieren. Man kann die Anpassung der zentralen Wellenlänge des schmalen Spektralbands durch elektrische Mittel vorsehen.
Das Wort Licht wird im weiten Sinne verstanden und schließt insbesondere Infrarot-Spektralbänder ein, wie man nachfolgend sehen wird, wobei eine Hauptanwendung der Erfindung das Filtern von Licht in den verschiedenen Bandbreiten von Lichtwellenleiter-Telekommunikationen ist, die zwischen 1,3 und 1,61 Mikrometern liegen.
Der Vorteil dieser Bandbreiten von 1,3 bis 1,61 Mikrometer beruht darauf, dass die heutigen Lichtleitfasern aus Glas, die in den Telekommunikationsnetzen verwendet werden, eine geringe Dämpfung aufweisen, und dass die optischen Signale folglich über sehr große Entfernungen übertragen werden können. Nachfolgend wird die Erfindung anhand dieses Spektralbands erläutert, wobei klar ist, dass die Erfindung, wenn nötig, auf andere Bandbreiten übertragen werden kann, indem die für diese anderen Bandbreiten geeigneten Materialien verwendet werden. Es ist auch klar, dass die Erfindung nicht auf das Gebiet der Telekommunikationen beschränkt ist, und dass sie auf jedem Gebiet angewendet werden kann, wo eine Spektralanalyse erforderlich ist, wie zum Beispiel in der Petrochemie (als Kohlenwasserstoffdetektor) oder in der Biologie (bei der Blutanalyse).
In einem Lichtleitfaser-Telekommunikationsnetz kann man ein Kabel aus mehreren Lichtleitfasern verwenden, um mehrere unterschiedliche Übertragungskanäle herzustellen; man kann auch ein Zeitmultiplex der Informationen durchführen, um das gleiche Ziel zu erreichen; aber die momentane Tendenz mit dem Ziel einer stärkeren Erhöhung des Informationsdurchsatzvermögens des Netzes ist es, gleichzeitig auf der gleichen Lichtleitfaser mehrere unabhängig voneinander modulierte und je einen Informationskanal definierende Lichtwellenlängen zu übertragen. Die Norm ITU (International Telecommunications Union) 692 schlägt vor, benachbarte Kanäle einer optischen Spektralbandbreite von 100 GHz zu definieren, die auf N benachbarte normalisierte optische Frequenzen zentriert sind, deren Werte 200 Terahertz, 199,9 Terahertz, 199,8 Terahertz, usw. sind, entsprechend N Wellenlängen von 1,52 bis 1,61 Mikrometer. Auf einem Kanal dieser Bandbreite kann man eine Lichtmodulation von 10 bis 40 Gigabits pro Sekunde durchführen, ohne zu große Gefahren der Interferenz mit den Kanälen von direkt benachbarten Spektralbändern (indem man gausssche Modulationsimpulse verwendet, um das von dieser Modulation besetzte Durchlassband zu minimieren). Diese Technik des Frequenzmultiplex wird DWDM genannt, aus dem Englischen "Dense Wavelength Division Multiplexing".
In einem Telekommunikationsnetz besteht das Problem also darin, das einem bestimmten Kanal entsprechende Licht empfangen zu können, ohne das Licht der benachbarten Kanäle zu stören. An einem Übertragungsknoten des Netzes, der dem Senden und dem Empfang von Informationen des Kanals i zugeteilt ist, muss man zum Beispiel das Licht mit einer zentralen Frequenz F_i (Wellenlänge λ_i) empfangen können, ohne die Übertragung des Lichts zu stören, das die zentralen Frequenzen F₁ bis F_N moduliert, obwohl diese optischen Frequenzen sehr nahe beieinander liegen.
Hierzu muss man stark lichtwellenlängenselektive optische Filterbauteile herstellen, die fähig sind, die zentrale optische Frequenz F_i und die in einem schmalen Bandbereich von weniger als 50 GHz zu beiden Seiten dieser Frequenz befindlichen Frequenzen durchzulassen und die anderen Bandbereiche zu blockieren. Am Ausgang eines solchen Filters fängt man nur das Licht des Kanals i auf, und man kann es demodulieren, um die Nutzinformation zu entnehmen, oder es in einen anderen Zweig des Netzes senden.
Um in einem optischen Telekommunikationsnetz verwendbar zu sein, muss ein Filterbauteil genauer gesagt zwei Hauptkriterien erfüllen:

– eine maximale Modulation innerhalb eines Kanals, wobei die Modulation in der Praxis maximal in der Größenordnung von 0,5 dB liegen muss; die in der englischen Literatur unter der Bezeichnung "ripple" allgemein bekannte Modulation ist die maximale Amplitudenabweichung des Signals am Ausgang des Filterbauteils über den Spektralbereich des betrachteten Kanals;
– eine minimale Isolierung zwischen zwei benachbarten Kanälen, die in der Praxis mindestens in der Größenordnung von 20 dB liegen muss. Die Isolierung wird als die gemessene Abweichung zwischen der minimalen Amplitude des Signals am Ausgang des Filterbauteils im Inneren des betrachteten Kanals und der maximalen Amplitude im Inneren eines benachbarten Kanals definiert.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Filterbauteile herzustellen, die nach dem Prinzip der Fabry-Perot-Interferometer arbeiten, die durch Aufbringen von Halbleiterschichten hergestellt werden, die durch Luftspalte mit im Verhältnis zur auszuwählenden Wellenlänge λ_i kalibrierten Stärken voneinander getrennt sind. Ein Interferometer enthält in der Praxis zwei Spiegel mit übereinander liegenden dielektrischen Schichten (Bragg-Spiegel) mit hohem Reflexionskoeffizient, die durch eine transparente Lamelle einer optischen Stärke k·λ_i/2 (reale Stärke k·λ_i/2, wenn die Lamelle ein Luftspalt ist) getrennt sind, wobei k eine ganze Zahl ist, die die Ordnung des interferometrischen Filters definiert. Die Spiegel und der sie trennende Raum werden Hohlraum genannt. Indiumphosphid (InP) ist für diese Ausführungsformen gut geeignet, insbesondere aufgrund seiner Transparenz für die betrachteten Wellenlängen, seines sehr hohen Brechungsindex, der Möglichkeit, Schichten gut kontrollierter Stärke wachsen zu lassen, und der Möglichkeit, die Technik der selektiven Mikrobearbeitung zwischen Schichten von InP und Schichten von InGaAs zu verwenden.
Wenn die Schichtstärken und die Zwischenräume zwischen Schichten sehr genau geregelt werden, und wenn die Werkstoffe eine hohe Brechungsindexabweichung haben, ist ein solches Filter sehr selektiv mit wenig Schichten oder einer abwechselnden Anordnung von InP und Luft.
Eine solche Ausführungsform ist im Artikel von A. Spisser et al., "Highly Selective 1.55 micrometer InP/airgap micromachined Fabry-Perot filter for optical communications" in Electronics Letters, Nr. 34(5), Seiten 453–454, 1998 beschrieben. Andere Ausführungen wurden aus mikrobearbeitetem Silicium und in Legierungen auf der Basis von Galliumarsenid vorgeschlagen. Ein weiteres bekanntes Filter ist in EP 0 903 615 beschrieben.
Eine intrinsische Beschränkung tritt auf, wenn man ein einfaches Fabry-Perot-Interferometer als Filterbauteil verwendet. Ein solches Bauteil ermöglicht es nicht, gleichzeitig eine minimale Modulation innerhalb eines Kanals und eine ausreichende Isolierung zwischen zwei benachbarten Kanälen für eine Verwendung in einem optischen Telekommunikationsnetz zu erhalten, das ein Multiplex vom Typ DWDM verwendet. Diese Einschränkung wird besser verstanden werden anhand der 1, in der zwei Spiegel a und b mit einem Reflexionsvermögen von Ra bzw. Rb einen Fabry-Perot-Hohlraum begrenzen. Die beiden Spiegel a und b werden in einem Abstand d voneinander gehalten. Ein Lichtstrahl dringt in das Filterbauteil mit einem Einfallwinkel θ ein. Um die Argumentation zu vereinfachen, wird angenommen, dass die Spiegel a und b unendlich sind. Im besonderen Fall eines symmetrischen Hohlraums (R_a = R_b = R) stellen die Parameter Λ und θ die Wellenlänge bzw. den Einfallwinkel der Strahlung ins Innere des Hohlraums dar. Die Übertragungskurve T(Λ) in Abhängigkeit von ihrer Wellenlänge λ ist eine Airy-Funktion und wird folgendermaßen ausgedrückt:
wobei gilt
und wobei n der optische Index der Mitte des Hohlraums ist.
Nachfolgend wird ein Lufthohlraum betrachtet, um die Anmerkungen nicht schwerfälliger zu machen. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf einen Lufthohlraum beschränkt, und jedes andere optische Material mit einem Index n anders als 1 kann verwendet werden.
Wenn die Resonanzbedingung erfüllt ist, d.h. für eine derartige Wellenlänge λ_P, dass
(wobei p eine ganze Zahl ist, die die Interferenzordnung repräsentiert), ist die Übertragung maximal und beträgt 100 %.
Im Fall eines als Filter verwendeten Fabry-Perot-Hohlraums kann man die feste Ordnung beibehalten, was es ermöglicht, einen Wellenlängen-Abstimmbarkeitsbereich zu erhalten, der von dem Intervall begrenzt wird, der 2 aufeinanderfolgenden Übertragungsspitzen trennt und freier Spektralintervall (ISL) genannt wird. Die Abstimmbarkeit wird durch Veränderung der Größe des Hohlraums d erhalten.
Um die Beschränkungen eines einfachen Fabry-Perot-Hohlraums darzustellen, wird das folgende Zahlenbeispiel gewählt:

• Wellenlänge Λ mit normalem Einfallwinkel (θ = 0): Λo=1550 nm
• Interferenzordnung p = 4
• Größe des Hohlraums d_o = 2Λo = 2 × 1550 nm
• R = 99,6%

Man möchte ein Filter für die optischen Telekommunikationen mit um 100 GHz beabstandeten Kanälen und einem Durchsatz von 10 Gb/s erhalten, was einem Kanaldurchlassband von 0,2 nm (25 GHz) entspricht, wie es zum Beispiel im vorhergehenden Absatz beschrieben wurde.
Die Form der spektralen Empfindlichkeit des Filters mit normalem Einfallwinkel ist in 2 dargestellt. Sie ist auf Λo = 1550 nm zentriert. Vom Lorentz-Typ, unterscheidet sie sich ziemlich von der Form eines idealen Filters, das es erlauben würde, das ganze Durchlassband des Signals durchzulassen und den ganzen Rest zu blockieren. In diesem Fall beträgt die erhaltene Modulation etwa 0,7 dB und erfüllt kaum das geforderte Kriterium von 0,5 dB, aber die Unterdrückung auf den benachbarten Kanälen liegt in der Größenordnung von –10 dB und ist folglich nicht ausreichend in Betracht der geforderten –20 dB. Die Form der Spitze entsprechend einer Airy-Funktion ist für die beabsichtigte Anwendung also nicht zufrieden stellend.
Die Erfindung hat zum Ziel, dieses Problem zu lösen, indem sie ein Filterbauteil vorschlägt, das einen Fabry-Perot-Hohlraum verwendet und in einem optischen Telekommunikationsnetz verwendbar ist, das die Frequenzmultiplex-Technik DWDM verwendet. Das Prinzip der Erfindung beruht auf der Wirkung der Multiplikation von zwei spektral verschobenen Transferfunktionen von Fabry-Perot-Filtern.
Genauer gesagt, hat die Erfindung wellenlängenselektives optisches Filterbauteil zum Gegenstand, das in der Lage ist, das Licht eines um eine gegebene Wellenlänge zentrierten schmalen optischen Spektralbands zu übertragen, und in der Lage ist, das Licht, dessen Wellenlänge sich außerhalb des Bands befindet, zu reflektieren, wobei die Transferfunktion des Bauteils durch die Multiplikation von zwei Transferfunktionen von spektral verschobenen Filtern vom Fabry-Perot-Typ definiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil einen Fabry-Perot-Hohlraum, einen Eingangsleiter, der eine Lichtstrahlung gemäß einem ersten Einfallwinkel zum Hohlraum führt, um dort einen ersten Durchgang durchzuführen, und Mittel zum Umlenken der Lichtstrahlung, die den Hohlraum beim ersten Durchgang durchquert hat, aufweist, um einen zweiten Durchgang durch den Hohlraum gemäß einem zweiten Einfallwinkel durchzuführen, und dass der zweite Einfallwinkel sich vom ersten Einfallwinkel unterscheidet.
Ein erfindungsgemäßes Filterbauteil ermöglicht es, ein optisches Filter herzustellen, dessen Übertragungskurve in Abhängigkeit von der Wellenlänge eine Form mit abgeflachter Spitze hat, die das schmale optische Spektralband bedeckt. Diese Filterform ist in der englischen Literatur unter der Bezeichnung "flat top" allgemein bekannt. Die Erfindung ermöglicht es, dieses Filter besonders einfach und wirtschaftlich herzustellen.
Die Erfindung wird besser verstanden und weitere Vorteile gehen aus der ausführlichen Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung hervor, die als Beispiel dient, wobei die Beschreibung durch die beiliegende Zeichnung veranschaulicht wird, in der:
1 einen Fabry-Perot-Hohlraum darstellt, der von einer Strahlung mit dem Einfallwinkel θ bezüglich einer senkrechten Richtung zu den Spiegeln des Hohlraums beleuchtet wird;
2 die Wellenlängen-Übertragungskurve des in 1 dargestellten Hohlraums darstellt;
3 schematisch die optische Bahn einer Strahlung zeigt, die ein erfindungsgemäßes optisches Bauteil durchquert;
4 eine Übertragungskurve des in 3 gezeigten optischen Bauteils zeigt;
5 ein Ausführungsbeispiel eines Bereichs eines in 3 gezeigten optischen Bauteils zeigt;
Die 1 und 2 wurden weiter oben beschrieben, um die von der Erfindung gelöste Aufgabe zu erklären.
Erfindungsgemäß wird ein optisches Filterbauteil hergestellt, dessen Transferfunktion durch die Multiplikation von zwei Transferfunktionen von spektral verschobenen Filtern vom Fabry-Perot-Typ definiert wird. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine Ausführungsform dargestellt, die es ermöglicht, diesen spektrale Verschiebung unter Verwendung nur eines einzigen Fabry-Perot-Hohlraums zu erhalten.
In 3 besitzt das optische Bauteil einen Fabry-Perot-Hohlraum 1, der von zwei Spiegeln a und b begrenzt wird, einen Eingangsleiter, der eine Lichtstrahlung 2 gemäß einem ersten Einfallwinkel θ₁ zum Hohlraum 1 leitet, um dort einen ersten Durchgang durchzuführen, Umlenkmittel 3 der Lichtstrahlung, die den Hohlraum 1 beim ersten Durchgang durchquert hat, um einen zweiten Durchgang durch den Hohlraum 1 gemäß einem zweiten Einfallwinkel θ₂ durchzuführen. Der zweite Einfallwinkel θ₂ unterscheidet sich vom ersten Einfallwinkel θ₁.
Vorteilhafterweise weisen die Umlenkmittel einen optischen Isolator 4 auf, um jede Störreflexion zu vermeiden, die in den Umlenkmitteln 3 mehr oder weniger stark gekoppelt ist. Es ist jedoch anzumerken, dass die Tatsache, dass es zwei verschiedene Einfallwinkel θ₁ und θ₂ gibt, vorteilhafterweise diese Störreflexion umso mehr minimiert, je größer der Unterschied zwischen den Winkeln θ₁ und θ₂ ist.
Um die Erfindung besser zu verstehen, wird nachfolgend zunächst die Wirkung eines Einfallwinkels auf einen Hohlraum 1 entwickelt. Gemäß der Formel (1) lautet die Wellenlänge λ(θ) der für einen Einfallwinkel θ erhaltenen Übertragungsspitze folgendermaßen: λ(θ) = λo × cos θ (2)mit λ_o = 2·d/p, wobei λ_o die Wellenlänge der Übertragungsspitze für einen Einfallwinkel Null θ₀ ist,
p die Ordnung des Hohlraums ist, und d der Abstand zwischen den beiden Spiegeln ist.
Von der Formel (2) wird abgeleitet, dass, wenn der Einfallwinkel θ zunimmt, die Übertragungskurve des Filters zu kürzeren Wellenlängen hin verschoben wird. Folglich erhält man mittels Durchführung von zwei Durchgängen durch den Hohlraum 1 mit unterschiedlichen Einfallwinkeln sehr wohl die Multiplikation von zwei Transferfunktionen von spektral verschobenen Filtern vom Fabry-Perot-Typ.
Genauer gesagt, können die mit T₁(Λ) für den ersten Durchgang und mit T₂(Λ) für den zweiten Durchgang bezeichneten Übertragungen ausgehend von der Formel (2) bestimmt werden. Diese Übertragungen sind auf Λ₁ bzw. Λ₂ zentriert, so dass: Λ1 = Λo·cos θ1 Λ2 = Λo·cos θ2 mit λ0 = 2·d/p (p = Ordnung des Hohlraums).
Die globale Übertragung, die mit T_1,2(Λ) für die beiden Durchgänge bezeichnet ist, kann dann folgendermaßen ausgedrückt werden:
Ein Beispiel dieser globalen Übertragung T_1,2(Λ) ist in 4 dargestellt. Die zentrale Wellenlänge Λ_c entspricht der Wellenlänge, bei der T₁(λ) und T₂(λ) sich schneiden.
Wenn der Unterschied zwischen θ₁ und θ₂ abnimmt, nähern die Kurven sich einander an, und der Wert von T_1,2(Λ) für die zentrale Wellenlänge nimmt zu, indem er sich demjenigen der Maxima jeder Übertragung T₁(Λ) und T₂(Λλ) annähert. Für einen gegebenen Fabry-Perot-Hohlraum (gegebene Ordnung und Reflexionskoeffizient) wählt man die beiden Einfallwinkel θ₁ und θ₂ so, dass man eine im Wesentlichen flache Reaktion T_1,2(λ) im Inneren eines Übertragungskanals erhält, um eine Kurve zu erhalten, deren Form sich einer abgeflachten Spitze so weit wie möglich annähert.
Vorteilhafterweise besitzt das Bauteil eine Linse 7, die es ermöglicht, eine Lichtstrahlung in den Hohlraum 1 zu fokussieren. Eine erste Lichtstrahlung tritt aus dem Eingangsleiter in Richtung der Linse 7, und eine zweite Lichtstrahlung tritt aus den Umlenkmitteln in Richtung der Linse 7 aus. Die erste und die zweite Lichtstrahlung sind im Wesentlichen parallel zu einer optischen Achse 8 der Linse 7 und quer zur optischen Achse 8 der Linse 7 verschoben. Die Verschiebung der ersten Lichtstrahlung unterscheidet sich von der Verschiebung der zweiten Lichtstrahlung. Diese unterschiedliche Verschiebung ermöglicht es, die verschiedenen Einfallwinkel θ₁ und θ₂ zu erhalten.
Genauer gesagt, zeigt 5 eine Ausführungsform, die es ermöglicht, Eingangsleiter 5 und 6 herzustellen, die je eine Strahlung zum Hohlraum 1 führen. Der Leiter 5 ermöglicht es, den ersten Durchgang durch den Hohlraum 1 mit einem Einfallwinkel θ₁ durchzuführen, und der zweite Leiter 6 ermöglicht es, den zweiten Durchgang durch den Hohlraum 1 mit einem Einfallwinkel θ₂ durchzuführen. Man kann für die Lichtleitfasern gut geeignete Wellenleiter für Wellenlängen in der Größenordnung von 1500 nm durch Mittel zur Fotolithographie auf einer Glas- oder Siliciumplatte herstellen, die eine Positionierpräzision, die wesentlich besser als ein Mikron ist, und einen Ionenaustausch gewährleisten, um den Brechungsindex lokal zu verändern. Es können auch andere Techniken zur Herstellung der Leiter 5 und 6 in Betracht gezogen werden. Man kann zum Beispiel zwei Lichtleitfasern in Längsrichtung polieren, um den ihre Kerne trennenden Abstand zu regeln.
Die Einfallwinkel θ₁ und θ₂ werden in der in 5 gezeigten Ausführungsform erhalten, indem die Leiter 5 und 6 um x₁ und x₂ vor optischen Fokussierungsmitteln 7 mit einer Brennweite f quer verschoben werden. Die Verschiebung erfolgt quer zur optischen Achse 8 der optischen Fokussierungsmittel 7. Die optischen Fokussierungsmittel 7 werden bezüglich des Hohlraums 1 derart positioniert, dass der Brennpunkt F der optischen Fokussierungsmittel 7 sich im Wesentlichen in der Mitte des Hohlraums 1 befindet. Die Querverschiebung kann mit einer großen Präzision (in der Größenordnung von hundert Nanometer) zum Beispiel mit Hilfe der Technologie der so genannten "planaren" oder "geführten Optik" erhalten werden.
Wenn die Winkel θ₁ und θ₂ klein sind, kann man ihre Tangenten den Winkeln selbst gleichsetzen. Dann hat man:
Um eine Isolierung von mehr als 70 dB zwischen den Leitern zu haben, ist der Mindestwert von (x₁ + x₂) etwa fünf mal der Taillenradius des vom Leiter übertragenen Lichtstrahls, nämlich 25 μm im Fall von planaren Leitern mit einem Taillenradius von 5 μm. Der Taillenradius des Strahls ist in der englischen Literatur unter dem Namen "Waist"-Radius bekannt.
Es ist anzumerken, dass aufgrund der geringen geforderten Querverschiebung (in der Größenordnung von 20 bis 30 μm) die Feld-Aberrationen der Linse 7 (Brennweite in der Größenordnung eines Millimeters) vernachlässigbar sind.
Das hier beschriebene Betriebsprinzip erfordert eine Präzision bei den Einfallwinkeln θ₁ und θ₂. Man muss also die Herstellungsunsicherheit der Einfallwinkel θ₁ und θ₂ in praktischer Weise quantifizieren. Hierzu wird angenommen:

• eine Linse einer Brennweite von 1 mm mit einer Unsicherheit über die mit der Herstellung der Linse verbundenen Brennweitenentfernung Δf/f von 2 %;
• ein Querabstand x₁ von 18 μm (um etwa einen Einfallwinkel θ₁ der Größenordnung von 1° des Leiters 5 mit einer Positioniergenauigkeit von 0,1 μm zu erhalten).

Gemäß der Gleichung (4) beträgt die Unsicherheit der Herstellung des Einfallwinkels für einen einzigen Leiter:
nämlich Δθ = 0,026° ≅ 0,03°
Außerdem stellt man fest, dass die Veränderung des Einfallwinkels innerhalb eines gegebenen Toleranzintervalls die Qualität des optischen Bauteils umso mehr beeinflusst, je größer der Einfallwinkel θ ist. Für einen Einfallwinkel von mehr als 2° erreicht zum Beispiel die Bandbreitenvariation bei –0,5 dB mehr als 0,1 nm (für beabsichtigte 0,2 nm), wenn die Einfallwinkel um 0,03° variieren, während bei einem Einfallwinkel von 1° die Bandbreitenvariation bei –0,5 dB weniger als 0,05 nm erreicht.
Es muss noch ein weiterer Parameter bei der Anwendung der Erfindung berücksichtigt werden. Es handelt sich um den Taillenradius des Lichtstrahls, der aus den Leitern 5 und 6 austritt. Der Taillenradius des Strahls ist in der englischen Literatur unter der Bezeichnung "Waist"-Radius allgemein bekannt. Man hat nämlich festgestellt, dass die Übertragungsverluste bei gegebenem Einfallwinkel umso höher werden, je weiter der Taillenradius des Strahls abnimmt. Je weiter der Taillenradius des Strahls abnimmt, desto weiter verschiebt sich außerdem die Übertragungsspitze des Filters spektral zu den kurzen Wellenlängen; diese Verschiebung sollte also bei der Gestaltung des optischen Bauteils berücksichtigt werden.
Man tendiert also dazu, die Einfallwinkel θ₁ und θ₂ zu begrenzen (dies wurde bereits bezüglich der Herstellungstoleranzen der Einfallwinkel festgestellt), aber auch den Taillenradius der von den Leitern 5 und 6 kommenden Strahlen maximal zu vergrößern.
Es ist anzumerken, dass hier eine Ausführungsvariante zu sehen ist: Die Spektralverschiebung, die durch einen Unterschied des Einfallwinkels auf den Hohlraum erhalten wird, kann nämlich auch durch Veränderung des Taillenradius erhalten werden. Diese Wirkung führt aber zu einer intrinsischen Verschlechterung der eingeführten Verluste, die mit der Spektralverschiebung zusammenhängen.
Es wurde außerdem der Einfluss der Vorspannung der von den Leitern 5 und 6 kommenden Strahlen auf die Eigenschaften des optischen Bauteils untersucht. In einem Ausführungsbeispiel (Ra = Rb = 0,996, Ordnung p = 4, Λo = 1550 nm, θ₁ = 0,6° und θ₂ = 1,35°) lag der gemessene Einfluss der Vorspannung in der Größenordnung von 0,05 nm auf die Breite bei –0,05 dB. Dieser Einfluss ist bei einer Anwendung in der optischen Telekommunikation durchaus akzeptabel. Die Leistungen des optischen Bauteils werden durch eine beliebige Vorspannung der Strahlen nicht wesentlich verändert.
Es wurde auch der Einfluss der Einfügungsverluste zwischen den beiden Durchgängen durch den Hohlraum 1 untersucht. Auch hier wurde selbst bei hohen Verlusten, zum Beispiel von 3 dB zwischen den beiden Durchgängen, kein Einfluss auf die Breite bei –0,5 dB festgestellt.
Außerdem wurde die Unterdrückung des Bauteils um 3 dB verbessert. Die Leistungen des optischen Bauteils werden also durch Einfügungsverluste zwischen den beiden Durchgängen durch den Hohlraum 1 nicht verändert.
Vorteilhafterweise ist das optische Bauteil abstimmbar. Genauer gesagt, weist es Mittel auf, um seine zentrale Wellenlänge λ_c zu regeln. Diese Mittel werden zu Beispiel hergestellt, indem die beiden Spiegel a und b des Hohlraums 1 elektrostatisch geladen werden. Durch Veränderung der zwischen den beiden Spiegeln angelegten elektrischen Spannung verändert man die von den Ladungen erzeugten Kräfte, was zur Folge hat, den Abstand d des Hohlraums und somit die Wellenlänge λ_c zu verändern.

Claims

Wellenlängenselektives optisches Filterbauteil, das in der Lage ist, das Licht eines um eine gegebene Wellenlänge (λ_c) zentrierten schmalen optischen Spektralbands zu übertragen und in der Lage ist, das Licht, dessen Wellenlänge sich außerhalb des Bands befindet, zu reflektieren, wobei die Transferfunktion (T_1,2(λ)) des Bauteils durch die Multiplikation von zwei Transferfunktionen von spektral verschobenen Filtern vom Fabry-Perot-Typ definiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil einen Fabry-Perot-Hohlraum (1), einen Eingangsleiter (5), der eine Lichtstrahlung gemäß einem ersten Einfallwinkel (θ₁) zum Hohlraum (1) führt, um dort einen ersten Durchgang durchzuführen, und Mittel zum Umlenken (3) der Lichtstrahlung, die den Hohlraum (1) beim ersten Durchgang durchquert hat, aufweist, um einen zweiten Durchgang durch den Hohlraum (1) gemäß einem zweiten Einfallwinkel (θ₂) durchzuführen, und dass der zweite Einfallwinkel (θ₂) sich vom ersten Einfallwinkel (θ₁) unterscheidet.
Optisches Filterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkmittel (3) einen optischen Isolator (4) aufweisen.
Optisches Filterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Linse (7) aufweist, die es ermöglicht, eine Lichtstrahlung in dem Hohlraum (1) zu fokussieren, dass eine erste Lichtstrahlung aus dem Eingangsleiter (5) in Richtung der Linse (7) austritt, dass eine zweite Lichtstrahlung aus den Umlenkmitteln (3) in Richtung der Linse (7) austritt, dass die erste und die zweite Lichtstrahlung im Wesentlichen parallel zur optischen Achse (8) der Linse (7) und quer zur optischen Achse (8) der Linse verschoben sind, und dass die Verschiebung (x₁) der ersten Lichtstrahlung sich von der Verschiebung (x₂) der zweiten Lichtstrahlung unterscheidet.
Filterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Filterbauteil abstimmbar ist.