DE69736322T2

DE69736322T2 - Optische vorrichtung zum verarbeiten einer optischen welle

Info

Publication number: DE69736322T2
Application number: DE1997636322
Authority: DE
Inventors: Ming Ottawa Li; Anders Larsson
Original assignee: Hagberg Mats Santa Clara
Current assignee: Hagberg Mats Santa Clara
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: EP0883837B1; EP0883837A1; US6144480A; JP2000510603A; SE9600758D0; WO1997032243A1; DE69736322D1

Description

Technisches Gebiet:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Phasenmodulationsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des anhängenden Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung:
In vielen Anmeldungen ist es erforderlich, dass eine geführte optischen Welle effizient aus einem optischen Wellenleiter abgestrahlt werden soll und in eine Anzahl optischer Strahlen aufgeteilt werden soll und gleichzeitig an begrenzten Abständen von dem optischen Wellenleiter entfernt gebündelt werden soll. Hier kann die geführte optische Welle durch einen Halbleiter-Diodenlaser erzeugt werden. In einem optischen Verbindungssystem ist es zum Beispiel nicht nur wesentlich, eine Reihe von Punkten gleicher Intensität zu erzeugen, sondern auch notwendig, die meiste optische Wirkung in den gewünschten Punkten zu bündeln, um den Wirkungsverlust zu reduzieren und Streulicht zu unterdrücken. Kurz gesagt, solche optischen Vorrichtungen müssen gleichzeitig die folgenden Funktionen bereitstellen: (1) Abstrahlen der geführten optischen Welle aus dem optischen Wellenleiter heraus; (2) Aufteilen der abgestrahlten optischen Welle in eine Anzahl von optischen Wellen; und (3) Bündelung der abgestrahlten optischen Welle(n) an einem begrenzten Abstand von dem optischen Wellenleiter entfernt.
Es ist gut bekannt, dass ein uniformer Gitterkoppler, der auf der Oberfläche eines oder in einem optischen Wellenleiter erzeugt wird, verwendet werden kann, um Funktion (1), die in dem vorangegangenen Absatz genannt ist, zu erhalten, dass heißt, er ist in der Lage, eine geführte optische Welle aus einem optischen Wellenleiter abzustrahlen. Jedoch fehlt einer solchen einfachen Vorrichtung die Wellenaufteilungs- und Wellenbündelungsfunktion. Es wird zum Beispiel auf Tamir und Peng, Appl. Phys. 14, p.235, 1977 verwiesen.
Ein fokussierender Gitterkoppler wurde zum Beispiel in Ura et al, „Focusing grating for integrated optical-dick pickup device" vorgeschlagen. The Transactions of IECE of Japan, Part C, vol. J68-C, No.10, 1985, Oct., pp 803-810. Anstelle von periodisch angeordneten, rechtwinkligen Gitterrillen wie in einem uniformen Gitterkoppler umfasst ein fokussierender Gitterkoppler eine Gruppe gebogener Gitterrillen, von denen jede durch Interferenzstreifen zwischen einer geführten optischen Welle und einer sphärischen optischen Freiraumwelle eindeutig definiert wird. Solch ein fokussierender Gitterkoppler ermöglicht es, dass eine geführte optische Welle aus einem optischen Wellenleiter abgestrahlt und gleichzeitig in einem einzigen Punkt gebündelt wird, das heißt er besitzt die Funktionen (1) und (3). Er ist jedoch nicht in der Lage, die abgestrahlte optische Welle in eine Anzahl optischer Wellen aufzuteilen. Mit anderen Worten, ein fokussierender Gitterkoppler kann gleichzeitig nicht mehr als einen Fokussierpunkt erzeugen. Dieses Problem bleibt. noch zu lösen.
In einigen anderen Anwendungen, wie zum Beispiel einem computererzeugten Hologramm zur Verwendung in einem optischen phasenangepassten Filter, ist es im allgemeinen vorteilhaft, eine kontinuierlich gestufte Phasenmodulation für eine einfallende optische Welle einzuführen. Bis jetzt konzentrierten sich die meisten Anstrengungen auf das Erzielen verschiedener Phasenstufen unter Verwendung einer stufenartigen Oberflächenreliefstruktur (1), die üblicherweise unter Verwendung einer Standard Lithographie- und Ätztechnik hergestellt wird. Da die Anzahl der erforderlichen Phasenstufen ansteigt, steigt auch die Anzahl der lithographischen Masken und die Anzahl der Ätzschritte. Dies zeigt an, dass es schwierig und kostenaufwändig ist, computererzeugte Hologramme mit einer größeren Anzahl von Phasenstufen zu erzeugen, da jede neue Maske genau mit dem zuvor geätzten Muster ausgerichtet sein muss, und die Höhe jedes Schrittes muss auch genau kontrolliert werden, um die gewünschte Phasenverschiebung bereitzustellen. Daher ist es vorteilhaft, ein Verfahren einzuführen, welches es ermöglicht, mehrstufige oder sogar kontinuierlich gestufte Phasenverschiebungen bereitzustellen, bei denen nur zweistufige (oder binäre) Oberflächenreliefstrukturen verwendet werden.
Auch im Stand der Technik wird eine computererzeugte holografische Struktur für geführte Wellen von Saarinen et al. vorgeschlagen (siehe zum Beispiel Saarinen et al, „Computer-generated guided-wave holography; application to beam splitting", Optics Letters, Vo1.17, No. 4, February 15, 1992). In dieser Vorrichtung werden beide, die einfallende optische Welle und die ausgehende optische Welle, mit dem optischen Wellenleiter begrenzt. Die vorgeschlagene holografische Struktur umfasst ein zweistufiges Oberflächenrelief mit einer mathematisch erzeugten geometrischen Form, die sich entlang der Oberfläche des optischen Wellenleiter ist erstreckt. Die Phasenmodulation wird durch Modulation des effektiven Brechungsindex erreicht, die beispielsweise mittels einer gemusterten Deckschicht mit der mathematischen erzeugten geometrischen Form realisiert wird. Im Ergebnis steht die Phasenverschiebung in direkter Beziehung zu dem Produkt des Werts der effektiven Brechungsindexmodulation und der Pfadlänge, durch die die geführte optische Welle tritt. Unter Verwendung der konventionellen Herstellungstechnologie ist es jedoch sehr schwierig und oft kostspielig, die effektive Brechungsindexmodulation voraus zu berechnen (siehe Saarinen et al, „Computer-generated guided-wave holography; application to beam splitting", Optics Letters, Vo1.17, No. 4, February 15, 1992). Dementsprechend kann die resultierende Phasenmodulation von dem gewünschten Wert abweichen und dabei zur Verringerung der Leistung der Vorrichtung führen. Dieses Problem bleibt noch zu lösen.
Optische Speicheranordnungen, zum Beispiel holografische Tafeln, die vorzugsweise computererzeugt sind, werden heutzutage üblicherweise in verschiedenen Anwendungen verwendet, zum Beispiel in der Datenspeicherung, kohärente Laserstrahladdition, Freiraumverbindungen, Laserstrahlformen usw. Entsprechend dem Unterschied in den Signalverschlüsselungstechniken ist es möglich, die computererzeugten Hologramme zwei Gruppen zu kategorisieren; amplitudenmodulierte Hologramme und phasenmodulierte Hologramme. Das phasenmodulierte Hologramm wird üblicherweise dem amplitudenmodulierten Hologramm vorgezogen, da das Erstere eine höhere Beugungseffizienz bereitstellt. Binärphasenhologramme, das heißt Zwei-Phasenstufen-Hologramme sind relativ leicht herzustellen, aber ihre Anwendung ist begrenzt aufgrund der geringen Beugungseffizienz. Gemäß der skalaren Beugungstheorie können Binärphasenhologramme eine theoretische maximale Beugungseffizienz von 41% aufweisen. Um die Beugungseffizienz anzuheben sind mehrstufige oder kontinuierlich gestufte phasenmodulierte Hologramme oft wünschenswerter.
Außerdem, entsprechend den Eigenschaften der Eingangs- und Ausgangswellen, können computererzeugte Hologramme auch in die folgenden drei Gruppen kategorisiert werden: Freiraum-zu-Freiraum, geführte-Welle-zu-geführte-Welle und geführte-Welle-zu-Freiraum (oder Freiraum-zu-geführte-Welle). Jede der drei Gruppen ist als Beispiel in den 1a–1c gezeigt. 1a zeigt ein Beispiel eines Freiraum computererzeugten Hologramms FS-CGH, das zu der Gruppe Freiraum-zu-Freiraum gehört, die keine geführte Welle umfasst. Die Pfeile repräsentieren eine optische Welle, die durch das Freiraum computererzeugte Hologramm tritt und auf einen Schirm projiziert wird. 1b zeigt ein Beispiel eines in der Ebene computererzeugten Wellenleiter-Hologramms IP-CGWH, das zu der Gruppe der geführte-Welle-zu-geführte-Welle Gruppe gehört. In dem in der Ebene computergenerierten Hologramm werden beide, die Eingangs- und die Ausgangswellen, in einem optischen Wellenleiter OW begrenzt. Die Pfeile repräsentieren eine optische Welle, die durch das in der Ebene computererzeugte Wellenleiter-Hologramm tritt und gegenüber einem Rand des Hologramms projiziert wird. 1c zeigt ein Beispiel eines außerhalb der Ebene computererzeugten Wellenleiter-Hologramms OP-CGWH, welches zu der Gruppe der geführte-Welle-zu-Freiraum Gruppe gehört. In dem außerhalb der Ebene computererzeugten Hologramm werden beide, die Eingangs- und die Ausgangswellen, in einem optischen Wellenleiter OW begrenzt, und eine der zugehörigen Wellen kann von dem Freiraum eingegangen oder an diesen ausgegeben sein. Die Pfeile repräsentieren eine optische Welle, die durch das außerhalb der Ebene computererzeugte Wellenleiter-Hologramm tritt und im Freiraum projiziert wird.
Freiraum computererzeugte Hologramme sind weit verbreitet in Anwendungen wie zum Beispiel kohärente Laserstrahladdition, Matrizenerzeugung, Laserstrahlumformen usw.. Jedoch fehlt derzeit ein allgemein anwendbares System, das verwendet werden kann, um solche Hologramme zu entwerfen und herzustellen. Dasselbe Problem wie beim Freiraum computererzeugten Hologramm kann auch bei den anderen beiden Typen von Hologrammen auftreten, das heißt bei in der Ebene und außerhalb der Ebene computererzeugten Wellenleiter-Hologrammen.
Es ist gut bekannt, dass eine optische Speicheranordnung aus einer Matrix rechtwinkliger Zellen zusammengesetzt sein kann, die die Amplituden- und/oder Phasenmodulation auf eine einfallende optische Welle einbringt. Die meisten Anstrengungen sind auf das Erzielen verschiedener Phasenstufen unter Verwendung von stufenartigen Oberflächenrelief-Strukturen konzentriert worden, die üblicherweise unter Verwendung einer Standard Lithographie- und Ätztechnik erzeugt werden. Die Anzahl der erhältlichen Phasenstufen ist üblicherweise gleich der Anzahl der Oberflächenreliefstufen. Der jedoch die Anzahl der gewünschten Phasenstufen ansteigt, steigt auch die Anzahl der lithographischen Masken und die Anzahl der Ätzschritte. Dies ist schwierig und kostspielig, wenn zum Beispiel ein Hologramm mit einer großen Anzahl von Phasenstufen erzeugt wird, da jede neue Maske genau mit dem (den) zuvor geätzten Muster(n) ausgerichtet werden sollte und die Höhe jeder Stufe auch genau kontrolliert werden muss, um die gewünschte Phasenverschiebung bereitzustellen. Des Weiteren ist es schwierig, die üblicherweise verwendeten Ätztechniken in genauer Weise zu kontrollieren. Im Ergebnis können die Form und die Tiefe des Reliefs von dem gewünschten Wert abweichen, was zu einer Reduzierung der Beugungseffizienz und/oder zu schlechter Wiederholbarkeit der Leistung führt.
Außerdem sind viele optische Speicheranordnungen entweder amplitudenmoduliert oder phasenmoduliert, was die Konstruktionsfreiheit der Anordnungen begrenzt. Des Weiteren ist es sehr schwierig, gleichzeitig die Intensität und die Phase des Beugungsraums zu kontrollieren, wodurch die Anwendung der optischen Speicheranordnungen beschränkt wird.
In einigen Anwendungen, wie zum Beispiel der Datenspeicherung, ist es wünschenswert, eine große Anzahl von Bildern in einem üblichen Volumen einer optischen Speicheranordnung, zum Beispiel eines holographischen Materials, um eine gewünschte Speicherkapazität aufzubauen. Eine optische Speicheranordnung, die mehr als ein Bild enthält, wird üblicherweise „Multiplex" genannt. Eine optische Multiplex-Speicheranordnung erhält man zum Beispiel (1) durch Leiten des wiedergegebenen optischen Strahls in einem speziellen Winkel, das heißt „Winkel-Multiplexing"; (2) durch Verwendung der wiedergegebenen Strahlen mit unterschiedlicher räumlicher Phasenmodulation, das heißt „ Phasencodemodulation", oder (3) durch Verwendung der wiedergegebenen Strahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge, das heißt „ Wellenlängen Multiplexing". Im Falle des Multiplexings kann es schwierig sein, durch Verwendung von Wellen, die von unterschiedlichen Orten einfallen, die gespeicherten Bilder unabhängig wiederzugeben, ohne übermäßige Kreuzkopplungen einzuführen.
Zusammenfassung der Erfindung:
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optische Vorrichtung und ein Verfahren zur Verarbeitung eines optischen Signals in einer optischen Anordnung zur Verfügung zu stellen, worin eine optische Welle in Phase und/oder Amplitude moduliert wird, um eine gewünschte optische Wellenfront oder eine gewünschte optische Intensitätsverteilung zu erzeugen, und die oben genannten Nachteile überwindet.
Dieses Ziel wird durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht, wie sie in dem zugehörigen Anspruch 1 definiert ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer optischen Wellenleitervorrichtung, in der eine geführte optische Welle aus einem optischen Wellenleiter unter Verwendung eines speziell konstruierten Gitterkopplers abgestrahlt wird, und wobei es der Gitterkoppler ermöglicht, dass die abgestrahlte optische Welle in eine Anzahl optischer Wellen aufgeteilt werden kann und es gleichzeitig ermöglicht, dass die optischen Wellen an einem begrenzten Abstand weg von dem optischen Wellenleiter gebündelt werden.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die übermäßigen Kreuzkopplungen zu beseitigen, wenn mehrere gespeicherte Bilder aus einer optischen Vorrichtung unabhängig wiedergegeben werden.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Vorrichtung bereitzustellen, in der eine mehrstufige oder kontinuierlich gestufte Phasenmodulation für eine einfallende optische Welle abgerufen unter Verwendung einer zweistufigen (oder binären) Oberflächereliefstruktur, und/oder in der gleichzeitig eine Amplitudenmodulation für die einfallende optische Welle abgerufen wird unter Verwendung der Oberflächenreliefstruktur.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Anordnung und des Verfahrens sind in den entsprechenden abhängigen Ansprüchen detailliert behandelt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen:
Die Erfindung wird nun im Folgenden im Detail nur beispielhaft und mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen
1a–c verschiedenen Typen von computererzeugten Hologrammen zeigt;
1d ein System aus dem Stand der Technik zur Einführung einer Phasenmodulation auf eine optische Welle zeigt;
2a–c ein erstes Ausführungsbeispiel eine Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3a eine schematische Darstellung der Anordnung in 2 zeigt;
3b eine vergrößerte Ansicht der Anordnung in 3a zeigt;
4a eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4b eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine schematischer Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und
7a–b Beispiele von Anwendungen einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele:
1d ist eine Geometrie des Standes der Technik zur Einführung einer Phasenmodulation auf eine optische Welle. Die Geometrie umfasst einen transparenten optischen Träger 10 und eine stufenartige Oberflächenreliefstruktur 11, die auf den Träger geätzt ist. Alternativ dazu kann die stufenartige Struktur durch eine im Wesentlichen flache Oberfläche aber mit einem abrupten Wechsel im Oberflächenbrechungswinkel ersetzt werden. Gemäß der skalaren Beugungstheorie wird eine einfallende ebene optische Welle 13, die den optischen Träger durchquert, in zwei ebene optische Wellen 14 und 14' aufgeteilt mit einer Phasenmodulation δΦ dazwischen, die beschrieben wird als δΦ = 2Π(n – 1)d/λwobei n der Brechungsindex des Trägermaterials ist, d ist die Höhe der Oberflächenreliefstufe 12 und 1 ist die optische Wellenlänge.
Die Anordnung gemäß 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer optischen Anordnung, die mehrere Zellen umfasst, die auf, in oder teilweise in einem optischen Medium angeordnet sind. Das optische Medium kann eine Platte 10 umfassen, zum Beispiel einen holographischen Träger, wobei jede der Zellen 20a, b eine darin ausgebildete Musterstruktur aufweist. Das optische Medium kann mit einer Hochfrequenz-Binär-, das heißt zweistufigen, Struktur versehen sein, und die Musterstruktur jeder Zelle 20a, b umfasst eine Anzahl von Rillen 30a, b. Die Rillen 30a, b sind zumindest in einer der Zellen 20a, b parallel zueinander, und die Rillen bilden ein Gitter 40a, b aus. Die Rillen können eine Breite aufweisen, die kleiner oder gleich einer Periode in einem periodischen Muster ist, das durch die Rillen definiert wird. Die Anzahl der Rillen in mindestens einer der Zellen ist größer als null.
Das Gitter kann ein Beugungsgitter sein. Das Beugungsgitter wiederum kann ein Reflexionsgitter sein, und/oder das optische Medium kann reflektierend sein. Es ist auch möglich, dass das optische Medium transparent ist, und/oder dass das Gitter ein Transmissionsgitter ist.
Die Platte kann aus InGaAsP hergestellt sein, was wiederum ein Substrat 260 aus InP aufweist. Andere Zusammensetzungen sind auch möglich, zum Beispiel ein Substrat aus GaAs mit einer Platte aus AlGaAs.
2a–c stellen die Geometrien gemäß der vorliegenden Erfindung dar zur Einführung einer Phasenmodulation auf eine optische Welle. In 2a kann eine periodische Gitterstruktur 40, die mehrere Gitterrillen 30 enthält, auf, in oder teilweise in einen transparenten Träger 10 geätzt sein. Wenn eine ebene optische Welle durch den Träger 10 tritt, wird sie durch das Gitter 40 gebeugt, wobei eine Anzahl gebeugter optischer Wellen erzeugt wird, von denen jede durch eine ganze Zahl m(=,±1, ±2, ±3, ...) repräsentiert wird, die die Beugungsordnung bezeichnet. Aus Gründen der Klarheit ist nur eine der Beugungsordnungen (mit m = 1) in der Darstellung gezeigt. Im Gegensatz zu der konventionellen Ansicht wie in 1d gezeigt, wo die gewünschte Phasenmodulation durch das räumliche Variieren der Dicke des Trägermaterials eingeführt wird, verwenden wir in unserer Erfindung ein komplett anderes System für denselben Zweck. Wie in 2a gezeigt, ist das Beugungsgitter 40 in zwei Abschnitte 40a und 40b aufgeteilt, von denen ein Abschnitt 40a relativ zu dem anderen Abschnitt 40b mit einem Abstand Δ in einer Richtung quer zu den Gitterrillen 30 versetzt ist. Wir haben unerwartet entdeckt, dass, wenn eine optische Welle durch den Träger 10 tritt, jede der Beugungswellen 50 aus zwei ebenen Wellen 50a und 50b mit einer Phasendifferenz Φ_Δ dazwischen zusammengesetzt ist, die beschrieben ist als ΦΔ = 2mΠΔ/λ,wobei m die Ordnung der Beugung bezeichnet und λ die Gitterperiode repräsentiert. Es ist überraschend, dass die Phasenmodulation Φ_Δ wieder von der optischen Wellenlänge noch von der Gittertiefe abhängt. Außerdem, da die Phasenmodulation nur von der seitlichen Versetzung λ abhängig ist, ist es somit möglich, eine mehrstufige oder sogar kontinuierlich gestufte Phasenmodulation einzuführen, die nur eine zweistufige (oder binäre) Oberflächenreliefstruktur verwendet.
2b illustriert eine optische Wellenleitervorrichtung 300, die einen optischen Wellenleiter 310 umfasst, der auf einem optischen Träger 320 gewachsen ist. Eine periodische Gitterstruktur 330, die auf der Oberfläche des oder in dem optischen Wellenleiter 310 hergestellt ist, koppelt die geführte optische Welle 340 mit einer externen optischen Wellen 350. Für einen uniformen Gitterkoppler 330 sagt die Wellenleiter-Gitterkopplertheorie aus, dass das nahe Feld der externen optischen Welle 350 eine ebene Wellenfront mit einer Amplitude aufweist, die exponentiell entlang der Ausbreitungsrichtung der geführten Welle 340 abklingt. Dies zeigt an, dass solch ein uniformer Gitterkoppler kein Strahlformungsvermögen (das heißt Bündelung und Aufteilung) aufweist. Obwohl ein fokussierender Gitterkoppler verwendet werden kann, um eine geführte optische Welle aus einem optischen Wellenleiter abzustrahlen und gleichzeitig die abgestrahlte Welle in einem einzelnen Fokussierungspunkt zu bündeln, weist er nicht die strahlaufteilende Funktion auf, das heißt, er kann nicht mehr als einen Fokussierungpunkt erzeugen. Um diese vielfältigen Funktionen zu erhalten, dass heißt Strahlaussendung, Bündelung und Aufteilung, ist es daher wesentlich, einen Mechanismus einzuführen, der verwendet werden kann, eine Phasenmodulation auf die abgestrahlte optische Welle einzuführen. Dieses Problem wurde bis jetzt nicht gelöst. Um dieses Problem zu lösen, haben wir daher ein neues Verfahren vorgeschlagen, dass in 2b dargestellt ist. In 2b ist der Gitterkoppler 330 in zwei Abschnitte 331 und 332 aufgeteilt, von denen ein Abschnitt 331 relativ zu dem anderen Abschnitt 332 mit einem Abstand Δ in der Richtung rechtwinklig zu den Gitterrillen 360 versetzt ist. Es wird erwartet, dass beide Abschnitte 331 und 332 unabhängig als ein Gitterkoppler agieren werden. Wir haben jedoch unerwarteter Weise entdeckt, dass die abgestrahlten optischen Wellen (nicht gezeigt), die entsprechend von 331 und 332 abgestrahlt werden, zwischen sich eine Phasendifferenz Φ_Δ aufweisen, die beschrieben wird als ΦΔ = 2mΠΔ/λ,wobei m die Ordnung der Beugung bezeichnet, und λ die Gitterperiode repräsentiert. Es ist überraschend, dass die Phasenmodulation Φ_Δ wieder von der optischen Wellenlänge noch der Gittertiefe abhängt. Außerdem, da die Phasenmodulation nur von der seitlichen Versetzung λ abhängig ist, ist es somit möglich, eine mehrstufige oder sogar kontinuierlich gestufte Phasenmodulation einzuführen, die nur eine zweistufige (oder binäre) Oberflächenreliefstruktur verwendet.
Die in 2c gezeigten Merkmale bilden keinen Teil der Erfindung gemäß dem Anspruch 1. 2c zeigt eine schematische Darstellung der Geometrie zur Einführung einer Phasenmodulation auf eine geführte optische Welle, die durch ein Wellenleiter-Beugungsgitter 400 mit einer Periode von λ gebeugt ist. Die einfallende optische Welle 410 ist auch eine geführte optische Welle, die sich in demselben optischen Wellenleiter ausbreitet. Die austretenden Wellen sind durch 411 beziehungsweise 412 bezeichnet. Ein Bruchteil des Wellenleiter-Beugungsgitters ist absichtlich mit einem Abstand Δ entlang der Oberfläche des Trägers in der Richtung rechtwinklig zu den Gitterrillen versetzt, um die gewünschte Phasenmodulation einzuführen. Nur eine der Beugungsordnungen ist in der Darstellung gezeigt.
Diese Art der Anordnung kann computererzeugt sein. Es ist gut bekannt, wie diese Art von Anordnung hergestellt werden kann, und daher wird sie nicht im Detail beschrieben werden, siehe z.B. IEEE Photonics Technology Letters, Vol.8, No.9, p 1199, 1996.
Die Zellen 20 können so angeordnet sein, dass die Positionen der Rillen 30 relativ seitlich verschoben sind, das heißt, dass die Wellen zwischen den Zellen versetzt sind, und/oder der Arbeitszyklus der Gitter 40 variiert. Dies kann zum Beispiel mittels eines Computerprogramms erreicht werden, das die holographische Struktur erzeugen kann. Daher, wenn die Zellen eine einfallende optische Welle 50 empfangen, ist es möglich, die Phasen- und/oder Amplitudenmodulation der optischen Welle(n) zu steuern. In diesem Fall wird die Phase durch die relative seitliche Verschiebung der binären Rillen gesteuert, wohingegen die Amplitudenmodulation durch die Variierung des Arbeitszyklus des Gitters, das heißt des Zahn-Breite-zu-Periode Verhältnisses, erzielt wird.
Der Abstand zwischen einer Zelle wird mit Δ bezeichnet, und der Abstand über die Breite eines Gitters 40 und einer Rille 30 wird mit λ bezeichnet. In diesem Fall definieren die Rillen ein periodisches Muster, in dem Δ auch als ein Versatz zwischen den Zellen gesehen werden kann, und λ kann auch als eine Gitterperiode gesehen werden. Im Falle einer Phasenmodulation δθ wird dies die Bedingung δθ = 2ΠmΔ/λ erfüllen, wobei m die Ordnung der Beugung ist. Die Oberflächenstruktur der holographischen Platte kann einen beliebigen Querschnitt aufweist. Als eine Alternative ist es auch möglich, die Rillen und/oder den Arbeitszyklus der Gitter 40 unter Verwendung einer Brechungsindexmodulation zu verschieben, wobei es möglich ist, eine Platte ohne Oberflächenrelief zu verwenden, das heißt, in diesem Fall ist es nicht notwendig eine Platte zu verwenden, die mit einer Musterstruktur versehen ist.
Bei Verwendung dieses Typs der Anordnung wird es möglich sein, ein allgemeines Konstruktionswerkzeug für beide, die in der Ebene und außerhalb der Ebene computererzeugten Hologramme, zu erhalten, da die Positionen der Rillen 30 relativ seitlich verschoben werden können, und/oder der Arbeitszyklus der Gitter 40 verschoben werden kann, um dabei die Phase und/oder die Amplitude der optischen Welle zu steuern, wenn die holographische Platte eine einfallende optische Welle 50 empfängt.
Des Weiteren kann diese Anordnung eine optische Wellenleitervorrichtung (nicht gezeigt) zur Führung einer optischen Welle durch die Vorrichtung aufweisen, wobei die Wellenleitervorrichtung einen optischen Wellenleiter umfasst, der eine optische Achse aufweist. Die Platte kann auf der Oberfläche oder in dem optischen Wellenleiter angeordnet sein und koppelt eine geführte optische Welle, die sich in dem optischen Wellenleiter bewegt, mit einer anderen optischen Welle, die sich in dem optischen Wellenleiter bewegt, oder mit einer externen optischen Welle. Die optische Welle kann durch eine Lichtquelle erzeugt werden, zum Beispiel durch einen Halbleiterlaser. Es ist auch möglich, das Gitter als ein Wellenleiter-Gitterkoppler zu verwenden, um eine geführte optische Welle, die sich durch den optischen Wellenleiter bewegt, mit einer externen optischen Welle zu koppeln.
3a und 3b zeigen eine schematische Darstellung einer Matrix mit M·N verschiedenen Zellen 21a–21h, die eine rechteckige oder quadratische Form aufweisen können, die den in der Anordnung in 2 gezeigten Zellen 20 entsprechen. Die verschiedenen Graustufen der Zellen in 3a repräsentieren verschiedene Phasenstufen. Diese verschiedenen Phasenstufen können erzielt werden durch das relative Verschieben der Positionen der Rillen 30 innerhalb der Platte in der Richtung rechtwinklig zu den Rillen, das heißt seitlich, um dabei die Phase des optischen Signals zu steuern, wenn die holographische Platte ein einfallendes optisches Signal empfängt. Als eine Alternative ist es auch möglich, die Rillen und/oder den Arbeitszyklus der Gitter 40 unter Verwendung einer Brechungsindexmodulation zu verschieben, wobei es möglich ist, eine Platte ohne Oberflächenrelief zu verwenden, dass heißt es ist nicht notwendig eine Platte zu verwenden, die mit einer Musterstruktur versehen ist. Das bedeutet auch, dass es nicht notwendig ist, eine zweistufige Struktur zu verwenden, sondern auch eine einstufige oder sogar mehr als zweistufige Struktur kann stattdessen verwendet werden.
Die mit 21 in 3a gekennzeichnete Zelle ist in 3b in einer vergrößerten Ansicht gezeigt. Die Gitterverschiebung in einer Zelle wird in 3b durch Δ_k bezeichnet, und der Abstand über die Breite eines Gitters 40 und einer Rille 30 wird mit λ bezeichnet. Die Ordnung der Zellen wird durch k und l bestimmt, wobei k beziehungsweise l eine ganze Zahl bezeichnen. R repräsentiert die Höhe einer Zelle 21a und S repräsentiert die Breite derselben Zelle 21a. Die Breite einer Rille 30 wird mit W bezeichnet und die Breite eines Gitterzahns 40 wird mit V bezeichnet.
Bezüglich der 1a–c kann die geometrische Struktur der optischen Vorrichtungen wie in den 3a und 3b beschrieben sein. 1 zeigt ein Beispiel eines Freiraum computererzeugten Hologramms FS-CGH, das zu der Gruppe Freiraum-zu-Freiraum gehört, in die keine geführte Welle einbezogen ist, und ermöglicht es, zum Beispiel eine optische Vorrichtung zu erhalten, die eine einheitliche Intensitätsverteilung erzeugt. Daher ist es für das optische Element möglich, eine optische Welle im Freiraum zu empfangen und die optische Welle in den Freiraum zu übertragen. 1b zeigt ein Beispiel eines in der Ebene computererzeugten Wellenleiter-Hologramms IP-CGWH, das zu der Gruppe geführte-Welle-zu-geführte-Welle gehört, dass als eine optische Wellenleitervorrichtung verwendet werden. In diesem Fall sind zum Beispiel eine oder mehrere geführte optische Wellen, die von einer oder mehreren Laserdioden emittiert sind, durch ein Wellenleiter-Beugungsgitter mit einer Anzahl anderer geführter optischer Wellen gekoppelt. Gleichzeitig werden die geführten optischen Wellen durch die Wellenleiter-Beugung gebündelt. Daher kann das optische Element eine geführte optische Welle in einer Ebene empfangen und diese geführte optische Welle in derselben Ebene übertragen. 1c zeigt ein Beispiel eines außerhalb der Ebene computererzeugten Wellenleiter-Hologramms OP-CGWH, das zu der Gruppe geführte-Welle-zu-Freiraum gehört. In diesem Beispiel kann die Vorrichtung als eine optische Wellenleitervorrichtung verwendet werden. Das optische Element kann daher eine geführte optische Welle in einer Ebene empfangen und diese optische Welle von der Ebene in den Freiraum übertragen oder es empfängt eine optische Welle aus dem Freiraum in einer Ebene und überträgt diese optische Welle in derselben Ebene.
Mit dem in 2 und 3 gezeigten Typ der Musterstruktur ist es möglich, eine mehrstufige oder sogar kontinuierlich gestufte Phasen- und Amplitudenmodulation unter Verwendung eines binären, das heißt zweistufigen, Oberflächenreliefgitters zu erhalten. Des Weiteren können Schwierigkeiten in der Maskenausrichtung und der Ätztiefenkontrolle durch Verwendung nur eines Lithographie- und eines Ätzschrittes überwunden werden.
In 4a ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, in dem Zellen 22 in einer ersten u und einer zweiten v Ebene mit den Gittern durch eine Überlagerung der Ebenen u, v, zweidimensionalen Gitter 42 ausbilden, angeordnet werden können, wobei die Rillen in der ersten Ebene u im Wesentlichen rechtwinklig zu den Rillen in der zweiten Ebene v sind dies kann zum Beispiel im Winkelmultiplexing verwendet werden. Es ist auch möglich, weitere Ebenen zu haben. Die Mehrzahl der Rillen in beiden, der ersten und der zweiten Rille, definieren ein periodisches Muster, das aus Gitterrillen 32 besteht, wobei das periodische Muster eine Gitterperiode r, s aufweist. Dieses zweidimensionale Gitter ist in der Lage, geführte Wellen, die aus der u und der v Richtung einfallen, entweder gleichzeitig oder separat auszukoppeln. Um Kreuzkopplungen zu minimieren, müssen die Gitterperioden in der u und v Richtung sorgfältig ausgewählt werden, so dass die Gitterkomponente bei Rillen, die parallel zu der u (oder v) Richtung sind, als ein Gitter nullter Ordnung für eine geführte Welle, die entlang der u (oder v) Richtung einfällt, wirkt. Mit anderen Worten, die Gitterperioden sind in beiden Richtungen klein genug, so dass es in einem Wellenleiter eine Beugung nicht-nullter Ordnung gibt. Die Phasenverschiebungen, die durch eine Zelle in u und v Richtung eingeführt wurden, können durch die Größe der Verlagerungen der Gitterkomponenten in u beziehungsweise v Richtung ermittelt werden. Die Ausrichtung der Rillen 32 in einer Zelle 22, 23 kann mit Bezug auf die Ausrichtung der Rillen 30 in einer angrenzende Zellen 22, 23 willkürlich sein.
4b zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das ein Spezialfall der in 4a gezeigten Anordnung ist, worin jede Zelle 23 im Wesentlichen die gleichen Abmessungen in der Höhe R und in der Breite S in der Zelle 23 wie die Gitterperioden r, s aufweist, oder dass die Gitterperioden r, s in der ersten und zweiten Ebene so klein sind, dass keine Beugung nicht-nullter Ordnung in einem optischen Wellenleiter vorhanden ist.
5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die Zellen in Unterzellen 24 aufgeteilt sind, wobei jede der Unterzellen einen separaten Teil eines Hologramms A, B umfassen kann, wobei ein zugehöriger Teil des Hologramms in einer Unterzelle einer anderen Zelle 24 angeordnet ist. Es ist auch möglich, eine willkürliche Ausrichtung der Rillen 30 in einer Unterzelle 24 mit Bezug auf die Ausrichtung der Rillen 30 in einer angrenzenden Unterzelle 24 auszuwählen. 5 kann entnommen werden, dass eine Zelle 24 in einer Ebene angeordnet ist, das heißt in einem Wellenleiter-Hologramm, in welchem die Rillen in einer Unterzelle 24 im Wesentlichen rechtwinklig zu Zellen in einer angrenzenden Unterzelle 24 sind. In dieser Geometrie kann jede Unterzelle 24 ein Auskopplungs- und/oder Einkopplungsgitter mit einer bestimmten Rillenausrichtung und einer bestimmten Periode enthalten. Daher können diese Unterzellen 241 geführte Welle, die aus der u beziehungsweise v Richtung einfällt, auskoppeln und/oder einkoppeln. Alternativ dazu kann die in 5 gezeigte Struktur auch angesehen werden, als ob sie aus zwei verschachtelten Untermatrizen von Zellen mit rechtwinkligen Rillen besteht. Jede Untermatrix wirkt unabhängig als ein Wellenleiter-Unterhologramm. Außerdem können die Bilder, die in diesen beiden Unterhologrammen gespeichert sind, unabhängig rekonstruiert werden unter Verwendung einer geführten Welle, die sich entweder in der +u oder in der +v Richtung ausbreitet.
Es ist gut bekannt, wie diese Art von Anordnung erzeugt werden kann, und daher wird sie nicht im Detail beschrieben werden, siehe z.B. IEEE Photonics Technology Letters, Vol.8, No.12, p 1653, 1996.
Bezüglich 6 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, in dem eine zweidimensionale Matrix von Zellen 25 in einem optischen Medium wie oben beschrieben in einer ersten und einer zweiten Matrix von Zellen vorgesehen sein kann, wobei die Rillen in der ersten Matrix auf oder über den Rillen in der zweiten Matrix angeordnet sind, so dass eine Zelle eine Verteilung eines oder mehrerer Blöcke 70 ausbildet. In dieser Geometrie können diese Blöcke 70 Streuungszentren ausbilden, die von beliebiger Form sein können. Die Phasenmodulation jeder rechteckigen Zelle 25 wird durch die Position der Blöcke in dieser Zelle bestimmt. Die Blöcke 70 sind vorzugsweise quadratisch. Die in 6 gezeigte zweidimensionale Matrix weist ein periodisches Muster auf, das eine Blockperiode aufweist, wobei jede Zelle 25 im Wesentlichen die gleichen Abmaße in der Länge und/oder Breite wie die Blockperioden aufweist. Dies minimiert die Gesamthologrammgröße für eine vorgegebene Anzahl von Zellen. In jeder Zelle gibt es einen quadratischen Block sich, und die Position des Quadratszentrums bestimmt die Phasenstufe der Zelle 25. Natürlich kann jede Zelle mehr als einen Block aufweisen, aber dann wird die Hologrammgröße ebenfalls ansteigen.
7a zeigt eine erste Anwendung der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung in der zwei Monomode-Fasern SMF-A und SMF-B zwei verschiedene optische Signale in der +u beziehungsweise +v Richtung in eine in 5 gezeigte Anordnung 200 führen. Wenn die Signale durch die Anordnung 100 laufen, können die Bilder A', B', die in diesen beiden in 5 beschriebenen Unterhologrammen A, B gespeichert sind, unabhängig unter Verwendung von zwei geführten Wellen, die sich in der +u und +v Richtung ausdehnen, rekonstruiert werden. Dieses Ausführungsbeispiel kann zum Beispiel als ein Winkelmultiplex-Wellenleiter-Hologramm verwendet werden. Die Strahlungswinkel sind mit θ₁ und θ₂ bezeichnet. Die fokale Länge für das in den Unterzellen A und B präsentierte Bild wird mit f₁ beziehungsweise f₂ bezeichnet.
Es ist gut bekannt, wie diese Art von Anordnung erzeugt werden kann, und daher wird sie nicht im Detail beschrieben werden, siehe z.B. IEEE Photonics Technology Letters, Vol.8, No.12, p 1653, 1996.
Bezüglich 7b ist eine zweite Anwendung der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, in der die Anordnung 200 in einem Sender/Empfänger-Chip 210 angeordnet ist, der ein optisches Signal von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) durch die Anordnung 200 in einen optischen Empfänger 220 senden kann und gleichzeitig ein optisches Signal durch die Anordnung von dem optischen Empfänger empfangen kann. Dieser optische Empfänger kann zum Beispiel eine optische Faser sein. Die Anordnung kann zum Beispiel eins der Ausführungsbeispiele, die in 4-6 beschrieben sind, umfassen. Der Empfänger ist mit 240 bezeichnet, und der Sender ist mit 230 bezeichnet. Bei Verwendung dieses Typs der Anordnung wird es möglich sein, übermäßige Kreuzkopplungen zu vermeiden, wenn die Gitterperioden in der u und in der v Richtung sorgfältig ausgewählt sind, so dass die Gitterkomponente mit Rillen, die parallel zu der u (oder v) Richtung sind, siehe zum Beispiel 4a, als ein Gitter nullter Ordnung für eine geführte Welle, die entlang der u (oder v) Richtung einfällt, wirkt. Mit anderen Worten, die Gitterperioden sind in beiden Richtungen klein genug, so dass es in einem Wellenleiter eine Beugung nullter Ordnung gibt. Die Anordnung kann des Weiteren auf einer optischen Platte 250 aus zum Beispiel InGaAsP angeordnet sein, die wiederum einen Träger 260 aus InP aufweist. Andere Zusammenstellungen sind möglich, zum Beispiel ein Träger aus GaAs mit einer Platte aus AlGaAs.
Eine dritte Anwendung der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, nicht dargestellt, in der die Anordnung in einem Wellenlängen-Multiplexer angeordnet ist, der optische Signale von einer Lichtquelle durch die Anordnung in ein optisches Medium sendet. Dieser optische Empfänger kann zum Beispiel eine optische Faser sein. Es ist auch möglich, dass die Anordnung in einem Wellenlängen-Demultiplexer angeordnet ist, der optische Signale durch die Anordnung von einem optischen Medium empfängt.
Eine vierte Anwendung der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, nicht dargestellt, in der die Anordnung in einem Last-Leistungsteiler angeordnet ist, die ein optisches Signal von einem optischen Medium durch die Anordnung in einen optischen Wellenleiter koppelt und das Signal in verschiedene Richtungen aufteilt. Dieses optische Medium kann zum Beispiel eine optische Faser sein.
Eine fünfte Anwendung der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, nicht gezeigt, in der die Anordnung in einem optischen Polarisationsanalysator angeordnet ist, der ein optisches Signal mit einer beliebigen Polarisation durch die Anordnung in einen optischen Wellenleiter koppelt und gleichzeitig verschiedene Polarisationskomponenten in verschiedene Richtungen lenkt.
Eine sechste Anwendung der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, nicht gezeigt, in der die Anordnung in einem Polarisations-unabhängigen optischen Empfänger angeordnet ist, welche durch die Anordnung ein optisches Signal von einem optischen Medium mit einer beliebigen Polarisation erfasst. Dieses optische Medium kann zum Beispiel eine optische Faser sein.
In den in den 4–7 beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die optischen Wellen von einer oder mehreren Lichtquellen, zum Beispiel von einem Halbleiterlaser, emittiert, und die optischen Wellen können von einem optischen Wellenleiter mittels des Gitters abgestrahlt werden, dass sich die optischen Wellen mit einer externen optischen Welle koppeln können. Des weiteren kann die externe optische Welle in die optischen Wellenleiter durch das Gitter gekoppelt werden, um diese optischen Wellen zu erzeugen, und wobei die optischen Wellen durch Fotodetektoren erfasst werden können, die die optischen Wellen in elektrische Signale umwandeln.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann im Umfang der zugehörigen Ansprüche variiert werden. Zum Beispiel gibt es eine weitere vorteilhafte Möglichkeit, die die Ausführungsbeispielen in den 4-7 vorsehen, eine erste optische Welle, die von einer Lichtquelle, vorzugsweise einem Laser, emittiert wurde, aus einem optischen Wellenleiter durch das Gitter auszukoppeln, wenn sich die erste und eine zweite optische Welle in Richtungen ausbreiten, die im Wesentlichen rechtwinklig zueinander sind. Diese erste optische Welle kann dann ein nach außen gehendes externes Signal erzeugen. Eine einfallende externe optische Welle wird in den optischen Wellenleiter durch das Gitter gekoppelt, um die zweite optische Welle zu erzeugen, und wobei die zweite optische Welle von einem Fotodetektor abgefangen wird, der die optische Welle in ein elektronisches Signal umformen kann.

Claims

Optische Phasenmodulationsvorrichtung zum Einbringen einer mehrstufigen oder kontinuierlich gestuften Phasenmodulation in eine einfallende optische Welle (50), wobei die Vorrichtung umfasst: eine Vielzahl von Zellen (20a, b; 21a–h; 21), die in einer Matrix mit einem M × N – Muster auf, in oder teilweise in einem optischen Medium (10) angeordnet sind, wobei die besagten Zellen (20a, b; 21a–h; 21) eine eingeformte Musterstruktur aufweisen, die besage Musterstruktur in jeder der besagten Zellen (20a, b; 21a–h; 21) eine Vielzahl von Rillen (30a, b) umfasst, die parallel zueinander verlaufen und ein zweistufiges Gitter (40a, b) bilden, benachbarte Gitter (40a, b) der Zellen entlang einer gemeinsamen Richtungslinie angeordnet sind und seitlich um einen vorbestimmten Abstand (Δ) in eine Richtung versetzt sind, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der besagten Rillen (30a, b) erstreckt, die Matrix von Zellen dazu ausgelegt ist, die besagte einfallende optische Welle aus dem freien Raum aufzunehmen und eine Vielzahl von optischen Wellen in den freien Raum abzugeben, wobei jede der Wellen von einer entsprechenden Zelle stammt, die besagen Zelle dadurch zusammen Phasendifferenzen (Φ_Δ) zwischen der besagten Vielzahl der auslaufenden optischen Wellen (50a, 50b) erzeugen, nachdem diese die Matrix von Zellen passiert haben und wobei die Phasendifferenzen (Φ_∆) zwischen den besagten auslaufenden, abgestrahlten optischen Wellen (50a, b) von jedem der besagten Gitter (40a, b) von besagtem Abstand (Δ) abhängen.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Abstand (Δ) zwischen den besagten Gittern (40a, 40b) sich entlang einer Richtung erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung der besagten einfallenden optischen Welle (50) verläuft.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Rillen ein periodisches Muster bilden, wobei das periodische Muster die besagte Verschiebung (Δ) zwischen den Zellen hat und eine Gitterkonstante (Λ) die für den Fall einer Phasenmodulation δθ die Bedingung δθ = 2πmΔ/λ erfüllt, wobei m die Brechungsordnung ist.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Rillen eine Breite haben, die kleiner ist als eine Periode in dem besagten periodischen Muster.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite Ebene mit den besagten Gittern (40, 42) durch eine Überlagerung der besagten Ebenen derart angeordnet sind, dass sie zweidimensionale Gitter (42) bilden.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Ebenen von weiteren Ebenen überlagert sind.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Rillen (30, 32) sowohl in der besagten ersten als auch in der besagten zweiten Ebene ein periodisches Muster bilden, wobei das besagte periodische Muster eine Gitterperiode (r, s) hat, und dass jede Zelle im Wesentlichen die gleichen Dimensionen in der Breite (S) und/oder in der Höhe (R) hat wie die besagten Gitterperioden oder dass die besagten Gitterperioden (r, s) in besagter erster und zweiter Ebene so klein sind, dass innerhalb eines optischen Wellenleiters keine Brechung nullter Ordnung auftritt.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der Rillen (32) in einer Zelle (22, 23) in Bezug auf die Orientierung der Rillen (30) in einer benachbarten Zelle (22, 23) beliebig ist.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Zellen (20, 21) in Unterzellen (24) aufgeteilt sind, wobei jede der besagten Unterzellen einen separaten Teil eines Hologramms (A, B) umfasst, wobei ein damit in Bezug stehender Teil des Hologramms in einer Subzelle einer anderen Zelle (20, 21) angeordnet ist.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der Rillen (30) in einer Unterzelle (20, 21, 24) in Bezug auf die Orientierung der Rillen (30) in einer benachbarten Unterzelle (20, 21, 24) beliebig ist.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der besagten Zellen (20–24) eine rechteckige oder quadratische Form hat.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte optische Medium eine optische Wellenleitervorrichtung zum Durchleiten einer optischen Welle hat, wobei die besagte Wellenleitervorrichtung einen optischen Wellenleiter mit einer optischen Achse umfasst.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Gitter ein Wellenleiter-Gitterkoppler zum Koppeln einer im besagten optischen Wellenleiter laufenden optischen Welle mit einer externen optischen Welle ist.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweidimensionale Matrix von Zellen (20, 21, 25) im besagten optischen Medium durch eine erste und eine zweite Matrix von Zellen (25) gebildet ist, wobei Rillen in besagter erster Matrix auf oder über Rillen in besagter zweiter Matrix angeordnet sind, so dass eine Zelle eine Verteilung von einem oder mehreren Blocks (70) bildet.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte zweidimensionale Matrix ein periodisches Muster von Blocks hat, wobei jede Zelle im Wesentlichen die gleichen Dimensionen in der Länge und/oder in der Breite hat wie besagte Perioden der Blocks.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Gitter ein Brechungsgitter ist.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Brechungsgitter ein Reflexionsgitter ist und/oder dass das besagte optische Medium reflektiv ist.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–16, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte optische Medium transparent ist und/oder dass das besagte Gitter ein Transmissionsgitter ist.
Optische Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die besagte Musterstruktur zwei Ebenen aufweist.
Verwendung einer optischen Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der Anspruche 5–10 oder 14–15 in einem Chip (210) eines Transmitters/Empfängers (230/240), welcher ein optisches Signal von einer Lichtquelle durch die besagte Anordnung zu einem optischen Empfänger (220) überträgt, vorzugsweise zu einer Lichtleitfaser, und gleichzeitig durch die besagte Anordnung ein optisches Signal von dem besagten optischen Empfänger (220) empfängt.
Verwendung einer optischen Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der Anspruche 5–10 oder 14–15 in einem Wellenlängen-Multiplexer, der optische Signale von einer oder mehreren Lichtquellen durch die besagte Vorrichtung an einen optischen Empfänger, vorzugsweise an eine Lichtleitfaser, weiterleitet, und/oder dass die besagte Vorrichtung in einem Wellenlängen-Demultiplexer angeordnet ist, der optische Signale durch die besagte Vorrichtung von einem optischen Empfänger empfängt.
Verwendung einer optischen Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der Anspruche 5–10 oder 14–15 in einer Leistungsanzapfungs-Weiche, die ein optisches Signal von einem optischen Empfänger, vorzugsweise einer Lichtleitfaser, durch die besagte Vorrichtung in einen optischen Wellenleiter einkoppelt und das Signal in verschiedene Richtungen aufteilt.
Verwendung einer optischen Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der Anspruche 5–10 oder 14–15 in einen optischen Polarisations-Analysator, welcher eine optisches Signal mit einer beliebigen Polarisation durch die besagte Vorrichtung in einem optischen Wellenleiter einkoppelt und gleichzeitig verschiedene Polarisationskomponenten in verschiedene Richtungen lenkt.
Verwendung einer optischen Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5–10 oder 14–15 in einem polarisationsunabhängigen optischen Empfänger, welcher mit Hilfe der besagten Vorrichtung ein optisches Signal aus einem optischen Empfänger, vorzugsweise eine Lichtleitfaser, mit einer beliebigen Polarisation detektiert.
Verfahren zum Verarbeiten einer optischen Welle mittels einer optischen Phasenmodulationsvorrichtung nach einem der Anspruche 1–19 zum Einbringen einer mehrstufigen oder kontinuierlich gestuften Phasenmodulation in eine einfallende optische Welle.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Musterstruktur eine Modulation des Brechungsindex verursacht.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Rillen ein periodisches Muster definieren, wobei das periodische Muster eine Verschiebung (Δ) zwischen den Zellen hat und eine Gitterkonstante (Λ), wobei im Fall einer Phasenmodulation δθ diese die Bedingung δθ = 2πmΔ/Λ erfüllt, wobei m die Brechungsordung ist.
Verfahren nach Anspruch 25, 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Zellen eine Oberflächenstruktur mit einem beliebigen Querschnitt haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25–28, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite Ebene mit den besagten Gittern durch eine Überlagerung der besagten Ebenen vorgesehen sind, welche zweidimensionale Gitter (42) bilden.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Ebenen von weiteren Ebenen überlagert sind.
Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Rillen (30, 32) sowohl in der besagten ersten als auch in der besagten zweiten Ebene ein periodisches Muster definieren, wobei das besagte periodische Muster eine Gitterperiode (r, s) hat, und dass jede Zelle im Wesentlichen die gleichen Dimensionen in der Breite (S) und/oder in der Höhe (R) hat wie die besagten Gitterperioden (r, s) hat oder dass die besagten Gitterperioden (r, s) in besagter erster und zweiter Ebene so klein sind, dass innerhalb eines optischen Wellenleiters keine Brechung nullter Ordnung auftritt.
Verfahren nach Anspruch 29, 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der Rillen (32) in einer Zelle (22, 23) in Bezug auf die Orientierung der Rillen (30) in einer benachbarten Zelle (22, 23) beliebig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25–28, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Zellen (20, 21) in Unterzellen (24) aufgeteilt sind, wobei jede der besagten Unterzellen einen separaten Teil eines Hologramms (A, B) umfasst, wobei ein damit in Beziehung stehender Teil des Hologramms in einer Subzelle einer anderen Zelle (20, 21) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der Rillen (30) in einer Unterzelle (20, 21, 24) in Bezug auf die Orientierung der Rillen (30) in einer benachbarten Unterzelle (20, 21, 24) beliebig gewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25–34, dadurch gekennzeichnet, dass jede der besagten Zellen rechteckig oder quadratisch geformt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25–35, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Phasenmodulationsvorrichtung mit einer optischen Wellenleitervorrichtung zum Durchleiten einer optischen Welle ausgestattet ist, die einen optischen Wellenleiter mit einer optischen Achse umfasst, der die besagte optische Welle hindurchleitet.
Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Gitter einen Wellenleiter-Gitterkoppler zum Koppeln einer im besagten optischen Wellenleiter laufenden optischen Welle mit einer externen optischen Welle bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25–28, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweidimensionale Matrix von Zellen (20, 21, 25) im besagten optischen Medium durch eine erste und eine zweite Matrix von Zellen (25) gebildet ist, wobei Rillen in besagter erster Matrix auf oder über Rillen in besagter zweiter Matrix angeordnet sind, so dass eine Zelle eine Verteilung von einem oder mehreren Blocks (70) bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25–28, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte zweidimensionale Matrix ein periodisches Muster hat, das eine Blockperiode bildet, wobei jede Zelle im Wesentlichen die gleichen Dimensionen in der Länge und/oder in der Breite hat wie die besagte Blockperiode.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29–34 oder 38–39, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten optischen Wellen von einer Lichtquelle, vorzugsweise einem Laser, emittiert werden, wobei die besagten optischen Wellen durch das besagte Gitter aus einem optischen Wellenleiter gestrahlt werden und die besagten optischen Wellen mit einer externen optischen Welle koppeln.
Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte externe optische Welle durch das besagte Gitter in den besagten optischen Wellenleiter eingekoppelt ist, wobei die besagten optischen Wellen von Photodetektoren detektiert werden, welche die besagten optischen Wellen in elektrische Signale transformieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29–24 oder 38–39, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite optische Welle in Richtungen propagieren, die im Wesentlichen senkrecht zueinander sind, wobei die besagte erste optische Welle von einer Lichtquelle, vorzugsweise einem Laser emittiert wird und von dem besagten Gitter aus einem optischen Wellenleiter ausgekoppelt wird, wodurch ein ausgehendes externes Signal erzeugt wird, und wobei die besagte zweite optische Welle von einem Photodetektor abgefangen wird, der die optische Welle in ein elektronisches Signal übersetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25–42, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenmodulationsvorrichtung eine optische Well im freien Raum empfängt und die optische Welle in den freien Raum überträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25–42, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Phasenmodulationsvorrichtung eine geleitete optische Welle in einer Ebene empfängt und die besagte optische Welle in der gleichen Ebene überträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25–42, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Phasenmodulationsvorrichtung eine geleitete optische Welle in einer Ebene empfängt und die besagte optische Welle aus der gleichen Ebene in den freien Raum überträgt oder eine optische Welle aus dem freien Raum in einer Ebene empfängt und die besagte optische Welle in der gleichen Ebene überträgt.