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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Strahlteiler und
insbesondere auf optische Strahlteiler, die zwei reflektierte Strahlen
erzeugen können,
wobei der Reflexionswinkel eines der Strahlen variabel ist.
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Die
Ausgabe eines Halbleiterlasers variiert über die Zeit mit sich verändernden
Charakteristika der Vorrichtung und könnte auch ansprechend auf Veränderungen
an Temperatur, usw. variieren. Es ist für Laser, die in optischen Kommunikationssystemen eingesetzt
werden, wichtig, dass die Laserausgabe in Bezug auf die Leistung
und die Wellenlänge
des übertragenen
Lichts stabil ist. Bekannte Systeme, die zur Überwachung von Wellenlänge und
Leistungspegel verwendet werden, verwenden Interferometer, wie z.
B. ein Mach-Zehnder-Interferometer,
und sind folglich teuer und komplex.
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Die
WO 02/090881 offenbart einen Wellenlängenverriegler, der einen ersten
Strahlteiler aufweist, der einen Ausgangsstrahl von einem Laser aufnimmt
und die Ausgabe in einen ersten Strahl und einen zweiten Strahl
aufteilt. Der erste Strahl wird durch ein Interferometerelement
aufgenommen, das ein Etalon sein könnte, das einen dritten Strahl
erzeugt, dessen Leistung mit der Wellenlänge des Laserausgangsstrahls
variiert. Der zweite Strahl wird durch einen zweiten Strahlteiler
aufgenommen, der einen vierten Strahl erzeugt. Die
US 5 105 433 offenbart einen Interferometerhalbleiterlaser,
in dem bei einem Ausführungsbeispiel
der Laser zwei Strahlteiler aufweist, die das in dem Laser erzeugte
Licht aufnehmen und aufteilen, sowie eine Mehrzahl von Überwacherdioden,
die es ermöglichen,
dass die Charakteristika des erzeugten Lichts wie erforderlich überwacht
und gesteuert werden können.
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Eine
Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist die
Bereitstellung einer optischen Strahlteilervorrichtung, die zwei
reflektierte Strahlen erzeugen kann, wobei der Reflexionswinkel eines
der Strahlen variabel ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen optischen Strahlteiler gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Die
Erfindung wird nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die
folgenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Strahlteilervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung einer Strahlteilervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 eine
schematische Darstellung einer Strahlteilervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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4 eine
schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Strahlteilervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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1 zeigt
eine Strahlteilervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Strahlteilervorrichtung 10 weist eine Basis 20,
eine erste Strahlteilerbefestigung 30, eine zweite Strahlteilerbefestigung 40 und
eine verformbare Verbindung 50 auf. Die erste Strahlteilerbefestigung 30 und
die zweite Strahlteilerbefestigung 40 häusen einen ersten Strahlteiler 35 bzw.
einen zweiten Strahlteiler 45. Die Basis 20 könnte angepasst
sein, um eine Lichtquelle 60 und eine Fokussierungseinrichtung 70 aufzunehmen.
Zusätzlich
könnte
eine Verschiebungseinrichtung 80 mit der zweiten Strahlteilerbefestigung 40 verbunden
sein.
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Wenn
die zweite Strahlteilerbefestigung 40 in einer ersten Position
angebracht ist, ist diese im Wesentlichen parallel zu dem ersten
Strahlteiler 60. Die Lichtquelle 60 ist angeordnet,
um Licht, das auf die Fokussierungseinrichtung 70 einfällt und
dann auf den ersten Strahlteiler 30 fokussiert wird, zu
emittieren. Ein Bruchteil des Lichts, das auf den ersten Strahlteiler 30 einfällt, wird
in einem Winkel von dem Einfallslichtweg reflektiert, während der
Rest des Lichts unreflektiert durch den ersten Strahlteiler fortläuft und
auf den zweiten Strahlteiler 40 einfällt. Ähnlich wird ein Bruchteil des
Einfallslichts durch den zweiten Strahlteiler 40 reflektiert
und der Rest des Lichts läuft
durch den zweiten Strahlteiler durch. Wenn der zweite Strahlteiler
in der ersten Position angebracht ist, ist das Licht, das durch
den ersten Strahlteiler reflektiert wird, im Wesentlichen parallel zu
dem Licht, das durch den zweiten Strahlteiler reflektiert wird.
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Der
zweite Strahlteiler 40 ist durch die verformbare Verbindung 50 mit
der Basis 20 gekoppelt. Dies ermöglicht es, dass der zweite
Strahlteiler relativ zu der Basis derart gedreht werden kann, dass
der Einfallswinkel des Lichts, das durch den Laser übertragen
wird, auf den zweiten Strahlteiler variiert werden kann. Dies wiederum
variiert den Winkel, in dem das Licht von dem zweiten Strahlteiler
reflektiert wird, relativ zu dem Licht, das von dem ersten Strahlteiler reflektiert
wird.
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Bezug
nehmend auf 2 divergiert, wenn der zweite
Strahlteiler in einer Richtung entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn
gedreht wird, das von dem zweiten Strahlteiler reflektierte Licht
von dem Licht, das von dem ersten Strahlteiler reflektiert wird.
Umgekehrt konvergiert, wenn der zweite Strahlteiler in einer Richtung
im Uhrzeigersinn gedreht wird, das von dem zweiten Strahlteiler
reflektierte Licht in Richtung des von dem ersten Strahlteiler reflektierten Lichts.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist die Strahlteilvorrichtung aus Kovar, einer Legierung
aus Kobalt, Nickel und Eisen (typischerweise mit 17 % Co, 29 % Ni
und 52 % Fe), gebildet. Kovar wurde bisher verwendet, da es einen geringen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 5,5 ppm/K besitzt. Man glaubt, dass die Obergrenze für den Wäremausdehnungskoeffizienten
für ein
Material, das verwendet werden kann, um eine Strahlteilervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung herzustellen, 8 ppm/K beträgt. Es hat sich herausgestellt,
dass eine Drahtelektroentladungsbearbeitung (WEDM, WEDM = wire electro-discharge
machining) eine Bearbeitungstechnik ist, die für eine Herstellung der Vorrichtung
mit vernünftigen
Kosten ausreichende Abmessungskontrolle liefert. Es hat sich herausgestellt,
dass der WEDM-Vorgang eine Genauigkeit von +/– 2,5 μm erzielen kann, was für die Herstellung einer
Strahlteilervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
mehr als annehmbar ist. Andere Techniken, wie z. B. Metallspritzgießen, Laserschneiden, Elektronenstrahl,
chemische Bearbeitung usw., wären
auch geeignet, wenn sie eine ähnliche
Abmessungskontrolle bereitstellen könnten. Andere Materialien könnten alternativ
verwendet werden, wenn sie geeignete Wärmeeigenschaften besitzen und
mit dem ausgewählten
Herstellungsverfahren kompatibel sind: Beispiele derartiger Materialien
sind Invar, Molybdän,
Kupfer-Wolfram und eine Legierung, die etwa 50 % Eisen und 50 %
Nickel aufweist.
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Die
Verschiebungseinrichtung wirkt auf die zweite Strahlteilerbefestigung 40 derart,
dass das Material, das die verformbare Verbindung aufweist, plastisch
verformt wird. Dies ermöglicht
es, dass die Verschiebungseinrichtung die zweite Strahlteilerbefestigung
derart bewegen kann, dass sie sich relativ zu dem ersten Strahlteiler
dreht. Es hat sich herausgestellt, dass eine Kraft, die äquivalent
zu 400 g (d. h. etwa 4 N) ist, ausreichend ist, um eine plastische
Verformung des Materials zu bewirken. Es hat sich herausgestellt,
dass die Verschiebungseinrichtung 80, die vorzugsweise
ein Mikromanipulierer ist, es ermöglicht, dass die zweite Strahlteilerbefestigung
um bis zu zwei Grad relativ zu dem ersten Strahlteiler gedreht werden
kann, wobei die Bewegung der zweiten Strahlteilerbefestigung mit
einer Auflösung
von 3–4 μm gesteuert
wird. Es wird klar, dass eine größere Drehung
der zweiten Strahlteilerbefestigung abhängig von den Bedürfnissen
der bestimmten Anwendung erhalten werden könnte. Um größere Drehgrade zu erhalten,
z. B. bis zu 10 Grad, könnte
es notwendig sein, die verformbare Verbindung zu verändern, damit
die höheren
Spannungen kein Brechen der Verbindung bewirken.
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Die
Vorrichtung könnte
unter Verwendung einer eines Bereichs von Verbindungstechniken an
einer Oberfläche
angebracht sein, eine bestimmte Form von Schweißen, wie z. B. Laserschweißen, Widerstandsschweißen, Buckelschweißen usw.,
wird jedoch gegenüber
anderen herkömmlichen
Techniken (wie z. B. Löten
oder die Verwendung von Haftmitteln) bevorzugt, da eine wesentlich
reduzierte Kriechwahrscheinlichkeit besteht. Die Lichtquelle 60 und
die Fokussierungseinrichtung 70, die in 1 gezeigt
sind, könnten
an der Oberfläche
vorgesehen sein und die Strahlteilervorrichtung könnte an
der Oberfläche
angebracht sein, um mit der Lichtquelle und der Fokussierungseinrichtung
ausgerichtet zu sein.
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3 zeigt
eine Anwendung, für
die eine Strahlteileranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
besonders geeignet ist. Ein erster Photodetektor 110 ist
angeordnet, um das durch den ersten Strahlteiler reflektierte Licht
aufzunehmen. Ein Etalon 120 und ein zweite Photodetektor 130 sind
derart angeordnet, dass das durch den zweiten Strahlteiler reflektierte
Licht auf eine Oberfläche
des Etalons 120 einfällt
und die Ausgabe des Etalons durch den zweiten Photodetektor 130 aufgenommen
wird. Das elektrische Signal, das durch den ersten Photodetektor erzeugt
wird, zeigt die Leistungsausgabe der Lichtquelle 60 an
und wird an eine Steuereinheit 150 gesendet, um sicherzustellen,
dass die Leistungsausgabe der Lichtquelle innerhalb akzeptabler
Grenzen gehalten wird. Der zweite Photodetektor nimmt ein optisches
Signal, das durch das Etalon gelaufen ist, auf und dieses Signal
besitzt eine allgemein sinusförmige
Form, da die Wellenlänge
des Signals variiert. Die Drehung der zweiten Strahlteilerbefestigung kann
derart gesetzt sein, dass die Übertragung
einer erwünschten
Wellenlänge
mit einem leicht erfassbaren Punkt des Sinussignalverlaufs zusammenfällt, wie
z. B. dem Wendepunkt, an der sich der Signalverlauf von positiv
zu negativ (oder umgekehrt) verändert.
Das elektrische Signal aus dem zweiten Photodetektor könnte an
die Steuereinheit gesendet werden, derart, dass die optische Quelle
gesteuert wird, um bei der erwünschten
Wellenlänge
(oder innerhalb annehmbarer Grenzen dieser Wellenlänge) zu übertragen,
z. B. durch Anlegen von Wärmen
oder Kühlung
an die optische Quelle. Kraftaufnehmer könnten an die Verschiebungseinrichtung
mit einem Rückkopplungsweg
zu der Steuereinheit gesetzt werden, derart, dass die durch die
Verschiebungseinrichtung ausgeübte
Kraft und die Drehung der zweiten Strahlbefestigung überwacht
und gesteuert werden können.
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Die 4a und 4b zeigen
eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung, bei dem die zweite Strahlteilerbefestigung 140 mit
der Basis 120 durch eine verformbare Verbindung 150 verbunden
ist. Die Länge
des Strahlteilers (d. h. die Entfernung von dem Endpunkt des ersten
Strahlteilers 130 zu dem gegenüberliegenden Endpunkt des zweiten
Strahlteilers 140, wie in 4a gezeigt
ist) beträgt
3 mm und die Breite der Strahlteilerbefestigungen 130 und 140 (wie in 4b gezeigt)
beträgt
0,6 mm. Es wird darauf verwiesen, dass diese Abmessungen lediglich
als Beispiel gegeben sind und dass die Strahlteilervorrichtung fast
jede Größe besitzen
könnte,
abhängig von
der Natur der Anwendung, für
die sie verwendet wird.
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Die
Abmessungen der verformbaren Verbindung müssen derart sein, dass die
durch die Verschiebungseinrichtung ausgeübte Kraft eine Spannung an
der verformbaren Verbindung erzeugt, die größer ist als die Streckspannung
des Materials. Für eine
Strahlteilervorrichtung, die aus Kovar hergestellt ist, muss z.
B. die Querschnittsfläche
des verformbaren Abschnitts so dimensioniert sein, dass die angelegte
Last eine Spannung über
340 N/mm2 erzeugt. Typischerweise könnte die
Querschnittsfläche
der verformbaren Verbindung von 0,1–1 mm2 variieren, es
ist jedoch zu erkennen, dass die Querschnittsfläche größer oder kleiner als diese
Grenzen sein könnte,
abhängig
von dem Material, das zur Herstellung der Strahlteilervorrichtung
verwendet wird, und der Natur der Anwendung, in der die Vorrichtung
eingesetzt werden soll.
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4c zeigt
eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden
Erfindung, bei dem Material von der verformbaren Verbindung 250
entfernt wurde, um das Biegen der verformbaren Verbindung zu erleichtern.
Es ist auch möglicht,
Material zu der verformbaren Verbindung hinzuzufügen, um einen größeren Widerstand gegenüber dem
Biegen der verformbaren Verbindung zu schaffen. Die genaue Form
und Größe der verformbaren
Verbindung müssen
ausgewählt
werden, um den erwünschten
Drehbereich und eine geeignete Kraft-Dreh-Charakteristik bereitzustellen.