DE69810509T2

DE69810509T2 - Vorrichtung und Verfahren zur räumlichen Aufspaltung der Frequenzkomponenten einfallender optischer Strahlung

Info

Publication number: DE69810509T2
Application number: DE69810509T
Authority: DE
Inventors: Michael Boyne; Michael Heaton; Robert Wight
Original assignee: Qinetiq Ltd
Current assignee: Qinetiq Ltd
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: GB2346219B; CN1138167C; CA2307669A1; WO1999022265A1; EP1027628A1; HK1034777A1; RU2200970C2; ES2186234T3; US6385353B1; AU9549498A; JP2001521206A; KR100589515B1; JP4205856B2; GB2346219A; CN1283281A; DE69810509D1; GB0009312D0; KR20010031596A; ATE230497T1; EP1027628B1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch einstellbares optisches Filter, das insbesondere zur räumlichen Trennung von Frequenzkomponenten eines einfallenden Strahls mit Mikrowellen- oder optischen Frequenzen eingesetzt werden kann. Genauer kann die Vorrichtung als Staring-Spektrumanalysator oder Wellenlängenteilungsmultiplexer und -demultiplexer verwendet werden.
Es gibt zwei Ansätze zur Herstellung eines Spektrumanalysators. In einem Fall kann das zu analysierende Eingangssignal durch ein einstellbares Filter geleitet werden, das über den benötigten Frequenzbereich abgetastet wird. Die Übertragung gegen die Übertragungsfrequenz des Filters wird dann gemessen, um das Spektrum zu ermitteln. Derartige Systeme sind als Abtast-Spektrumanalysatoren bekannt. Alternativ kann das Eingangssignal in eine Reihe identischer Signale mit geringerer Leistung aufgeteilt werden, von denen dann jedes durch ein anderes Filter eines Satzes gleichmäßig beabstandeter Filter geleitet wird. Die Ausgangsleistungen des Filtersatzes ergeben das erforderliche Spektrum. Derartige Systeme sind als Staring-Spektrumanalysatoren bekannt.
In Laboratorien verwendete herkömmliche Hochfrequenz- Spektrumanalysatoren sind Abtast-Spektrumanalysatoren. Der Grund hierfür ist, daß ein Abtast-Spektrumanalysator einen breiten Frequenzbereich mit hoher Auflösung abdecken und leicht den Erfordernissen entsprechend neu konfiguriert werden kann. Ein Abtast- Spektrumanalysator ist jedoch nur zum Messen von Eingangssignalen geeignet, die sich nicht rasch ändern, da sie nur eine Frequenz gleichzeitig "betrachten" können. Wenn die Eingangssignale beispielsweise rasche Impulse enthalten, können dem Abtast-Spektrumanalysator leicht Impulse mit einigen Frequenzen entgehen, wenn er nicht die richtige Frequenz betrachtet, wenn der Impuls ankommt.
Ein Staring-Spektrumanalysator löst dieses Problem. Die Herstellung von Staring-Spektrumanalysatoren ist jedoch schwieriger, besonders wenn die Anzahl der Frequenzkanäle hoch ist. Da Strahlenteiler normalerweise Schmalbandbauteile sind, ist es schwierig, ein hochfrequentes elektrisches Breitbandsignal ohne erhebliche Verzerrung mehrfach zu teilen. Ebenso müssen Hochfrequenzfilter das Signal um eine zur Umkehrung der Filterbandbreite proportionale Zeitspanne verzögern, wodurch derartige Bauteile sehr groß werden und unter Verwendung herkömmlicher Techniken schwer mit einem zum Erhalt einer Auflösung von weniger als ca. 100 MHz ausreichend geringem Verlust herzustellen sind.
Zur Herstellung sowohl von Abtast-Spektrumanalysatoren als auch von Staring-Spektrumanalysatoren können optische Verfahren verwendet werden. Ein Beispiel eines optischen Abtast- Spektrumanalysators ist ein Fabry-Perot-Abtastinterferometer mit zwei parallelen (oder konfokalen) Platten, die (normalerweise unter Verwendung einer Sägezahnantriebsspannung) aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden. Die in bezug auf die Zeit dargestellte Ausgangsintensität ergibt das optische Spektrum ["Introduction to Optical Electronics", A. Yariv (Holt Reinhart and Winston, 1976)].
Ein Beispiel für einen optischen Staring-Spektrumanalysator ist ein Gitterspektrometer. Es arbeitet durch Teilen des einfallenden Strahls in viele hundert Strahlen, Verändern der Phase jedes Strahls (unter Verwendung des Gitters) um einen Betrag, der linear von seiner Position abhängt, und Neukombinieren sämtlicher phasenverschobener Strahlen auf einer Ausgangsdetektoranordnung. Aufgrund der Phasenverschiebungen werden die Phasen unterschiedlicher optischer Frequenzen an unterschiedlichen Stellen auf der Detektoranordnung neu kombiniert.
Ein weiterer Typ von Staring-Spektrumanalysatoren ist eine akustisch-optische Vorrichtung, bei der das zu analysierende Signal zum Antreiben eines akustisch-optischen Meßwandlers verwendet wird, der eine akustische Welle in ein transparentes, piezoelektrisches und elektro-optisches Material (beispielsweise Lithiumniobat) sendet. Die akustischen Wellen können Brechungsindexwellen in Materialien erzeugen, die einen durch sie geleiteten Lichtstrahl um einen Betrag beugen können, der direkt proportional zu der Hochfrequenz ist. In der Praxis kann dieser Typ von Spektrumanalysator eine sehr hohe Auflösung liefern, hauptsächlich, weil sich akustische Wellen erheblich langsamer als elektromagnetische Wellen bewegen, was das Erzielen längerer Verzögerungen in einer kurzen Vorrichtung ermöglicht. Er hat jedoch die Tendenz, aufgrund akustischer Verluste auf Frequenzen unter wenigen GHz beschränkt zu sein.
Verschiedene Versionen optischer Wellenleiter optischer Spektrometer mit geringer Auflösung wurden vorgestellt, normalerweise zum Kombinieren (Multiplexen) oder Teilen (Demultiplexen) einer Reihe unterschiedlicher Wellenlängen auf einer Faser. Es handelt sich dabei jedoch um passive Vorrichtungen und nicht um aktive Vorrichtungen, die durch eine akkurate Lithographie und eine Konstruktion zur Steuerung der optischen Phasenverschiebungen hergestellt werden. Ungenauigkeiten bei der Lithographie sind jedoch unvermeidlich, wodurch die mit solchen Systemen erzielbare Auflösung begrenzt wird.
Die UK 2 269 678 A betrifft den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung. Sie beschreibt ein interferometrisches einstellbares Filter, das auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, auf dem ein Wellenleiter in mehrere Zweige gleicher Länge unterteilt ist. Jeder Zweig weist eine elektrisch steuerbare Amplituden- und Phasensteue rungselemente zum Modulieren der Amplitude und Phase des durch die Zweige übertragenen Lichts auf. Das Filter dient der Auswahl eines Lichtsignals mit vorgegebener Wellenlänge aus mehreren gebündelten Lichtsignalen. Das durch jeden Zweig übertragene Licht wird neu kombiniert, um einen einzigen Ausgang der Vorrichtung zu erzeugen. Die in der UK 2 269 678 A beschriebene Vorrichtung hat daher den Nachteil, daß sie nur eine Wellenlänge ausgibt, während die anderen in dem Substrat verloren gehen. Die Vorrichtung ist daher nicht zur Verwendung als Spektrumanalysator oder für Anwendungen geeignet, bei denen mehrere Ausgänge mit unterschiedlichen Wellenlängen erforderlich sind.
Auch die US 5 559 906 betrifft den technischen Bereich der Erfindung und beschreibt eine einstellbare optische Wellenleitervorrichtung, die für Anwendungen zum Wellenlängenmultiplexen und -demultiplexen, zur Wellenlängenumschaltung, zur Wellenlängenumwandlung und für optische Filteranwendungen geeignet ist. Genauer umfaßt die in der US 5 559 906 beschriebene Vorrichtung eine Anordnung aus zwei oder mehr streifenförmigen optischen Wellenleitern, die einen optischen Eingangsanschluß und einen optischen Ausgangsanschluß optisch verbinden. Die Längen der optischen Pfade von mindestens zwei Wellenleitern sind unterschiedlich eingestellt, und die Ausgänge von mindestens zwei Wellenleitern sind so aufgebaut, daß sie einander einheitlich überlagern. Zumindest einer der Wellenleiter enthält auch eine steuerbare Phasenverschiebungseinrichtung zur Erzeugung einer Phasenverschiebung in einer in den. Wellenleiter geleiteten optischen Welle. Obwohl die in der US 5 559 906 beschriebene Wellenleitervorrichtung als einstellbares optisches Filter arbeiten kann, ist sie zur Verwendung als Hochfrequenz- Spektrumanalysator ungeeignet.
In Patent Abstracts of Japan, Bd. 15, Nr. 420 (S. 1267), 24.10.1991 und in der JP 03 171 115, 24.7.1991 ist eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 offenbart, die zur Verwendung als Hochfrequenz-Spektrumanalysator geeignet ist.
Erfindungsgemäß weist eine Vorrichtung zum Empfangen eines Primärstrahls und zur räumlichen Trennung von Frequenzkomponenten des Primärstrahls die in Anspruch 1 definierten Merkmale auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung einen Staring-Spektrumanalysator zur Analyse von Mikrowellenstrahlung bilden.
Die Vorrichtung kann daher als optischer Staring- Spektrumanalysator oder Hochfrequenz-Spektrumanalysator verwendet werden und ist vorteilhaft im Vergleich zu Abtast- Spektrumanalysatoren, bei denen Signale mit einigen Frequenzen verloren gehen, wenn die Vorrichtung bei der Ankunft eines Strahlungsimpulses nicht mit der richtigen Frequenz abtastet. Überdies kann die Vorrichtung durch die Verwendung der Hochfrequenzmodulationseinrichtung zum Abtasten von sowohl optischen als auch Mikrowellenfrequenzen verwendet und beim Betrieb durch Verändern der über einen oder mehrere der elektrisch vorspannbaren Wellenleiter angelegten elektrischen Felder aktiv gesteuert werden. Die Phase der durch jeden der Wellenleiter übertragenen Strahlung, die durch Ungenauigkeiten der Konstruktion verändert werden kann, kann beim Betrieb durch Verändern der angelegten elektrischen Felder korrigiert werden. Dies ist gegenüber zum Multiplexen und Demultiplexen von Strahlen verwendeten passiven Vorrichtungen ein Vorteil.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes nebeneinander liegende Paar von Wellenleiterausgängen räumlich um eine zur Diffe renz zwischen den optischen Zeitverzögerungen der beiden entsprechenden nebeneinander liegenden Wellenleiter proportionale Strecke voneinander getrennt. Dies hat den Vorteil, daß unterschiedlichen optischen Frequenzen entsprechende unterschiedliche Intensitätsmaxima in gut definierten Winkeln im Ausbreitungsbereich auftreten und die Winkeldifferenz zwischen den Maxima zweier unterschiedlicher Frequenzkomponenten im wesentlichen proportional zur Differenz zwischen den Frequenzen der beiden Frequenzkomponenten ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Wellenleiter eine im wesentlichen lineare Veränderung der optischen Zeitverzögerung über die Wellenleiteranordnung erzeugen.
Typischer Weise beträgt die Differenz der optischen Zeitverzögerungen über die Wellenleiteranordnung mindestens 100 Pikosekunden und kann mindestens 10 Nanosekunden betragen.
Der Ausbreitungsbereich kann ein freier Raum oder ein Platten- Wellenleiter sein. Die Verwendung eines Platten-Wellenleiters kann vorteilhaft sein, da er die Sekundärstrahlen beispielsweise auf einen Chip beschränkt.
Die elektrisch vorspannbaren Wellenleiter können Halbleiter- Wellenleiter der Gruppe III-V sein. Es können beispielsweise GaAs- oder InP/InGaAsP-Wellenleiter verwendet werden.
Die elektrisch vorspannbaren Wellenleiter können einstückig mit den optischen Verzögerungsleitungen ausgebildet sein, und die Vorrichtung kann auf einem einzigen Chip ausgebildet sein. Alternativ kann jeder der elektrisch vorspannbaren Wellenleiter einen elektrisch vorspannbaren Wellenleiter und eine Verzögerungslänge einer optischen Faser umfassen.
Die Einrichtung zur Trennung des Primärstrahls in mehrere Sekundärstrahlen kann ein Interferenz-Strahlenteiler mit mehreren Modi sein.
Jeder der elektrisch vorspannbaren Wellenleiter kann eine unabhängige Einrichtung zum Verändern des elektrischen Felds über dem elektrisch vorspannbaren Wellenenleiterabschnitt aufweisen. Jeder elektrisch vorspannbare Wellenleiter kann beispielsweise eine unabhängige, verstellbare Spannungsquelle aufweisen.
Die Vorrichtung kann auch zwei oder mehrere Ausgangswellenleiter aufweisen, die so im Ausbreitungsbereich angeordnet sind, daß jeder Ausgangswellenleiter einen von einem oder mehreren Wellenleitern ausgegebenen Sekundärstrahl mit einer ausgewählten Frequenz empfangen kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur räumlichen Trennung von Frequenzkomponenten eines Primärstrahls die folgenden Schritte:
(i) Hochfrequenzmodulieren des Primärstrahls,
(ii) Trennen des Primärstrahls in mehrere Sekundärstrahlen mit einer jeweiligen Phase θi,
(iii) Senden jedes der Sekundärstrahlen durch einen von mehreren elektrisch vorspannbaren Wellenleitern, die eine Wellenleiteranordnung bilden, wobei jedem Wellenleiter eine optische Verzögerungsleitung mit einer entsprechenden optischen Verzögerungszeit zugeordnet ist und jede der optischen Verzögerungszeiten sich von den anderen unterscheidet,
(iv) Anlegen eines veränderlichen elektrischen Felds an jeden der Wellenleiter,
(v) derartiges Verändern des elektrischen Felds über jeden der Wellenleiter, daß die jeweiligen Phasen θi der durch jeden der Wellenleiter gesendeten Sekundärstrahlen verändert werden, und
(vi) Ausgeben der Sekundärstrahlen in einen inneren Ausbreitungsbereich, so daß sie einen oder mehrere der weiteren Sekundärstrahlen beeinflussen können, wodurch im Ausbreitungsbereich ein Fernfeldinterferenzmuster erzeugt wird, das eines oder mehrere Maxima an verschiedenen Positionen aufweist.
Das Verfahren kann dem weiteren Schritt
(vii) der Ableitung der Frequenzkomponenten im eingegebenen Primärstrahlen anhand der Positionen des oder jedes Maximums im Ausbreitungsbereich umfassen.
Die Erfindung wird nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer bekannten elektro-optischen Wellenleitervorrichtung zeigt;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm der Erfindung zeigt;
Fig. 3 ein Maskendiagramm einer GaAs-Wellenleiteranordnungsvorrichtung auf einem einzigen Chip mit verstellbarer optischer Verzögerung über die Anordnung zeigt;
Fig. 4(a) eine Infrarotfotografie des von dem in Fig. 3 gezeigten elektro-optischen Wellenleiter erhaltenen Fernfelddiffraktionsmusters eines eingegebenen Laserstrahls ohne Eingangsmodulation zeigt;
die Fig. 4(b) und 4(c) Infrarotfotografien des von der in Fig. 3 gezeigten elektro-optischen Wellenleitervorrichtung erhaltenen Fernfelddiffraktionsmusters für einen eingegebenen, hochfrequenzmodulierten Laserstrahl zeigen;
Fig. 5 Zeilenabtastungen des Fernfelddiffraktionsmusters eines eingegebenen, nicht modulierten Laserstrahls zeigt, die die Auswirkungen einer Veränderung der Wellenlänge des eingegebenen Laserstrahls zeigen;
Fig. 6 Zeilenabtastungen des Fernfeldintensitätsmusters bei ausgeblendetem, nicht modulierten, eingegebenen Strahl und die für drei unterschiedliche Frequenzen vorhandenen Modulationsseitenbänder zeigt; und
Fig. 7 die in Fig. 6 gezeigten Zeilenabtastungen in vergrößertem Maß stab zeigt, um die Auswirkungen der Diffraktionsseitenbänder zu entfernen.
In Fig. 1 zeigt einen Teil einer elektro-optischen Wellenleiter- Vorrichtung, die für die Erfindung verwendet werden kann. Die elektro-optische Wellenleitervorrichtung und ihre Funktionsweise sind in dem US-Patent 5 239 598 beschrieben. Zusammenfassend umfaßt die allgemein durch 1 bezeichnete Vorrichtung ein stark dotiertes GaAs-Substrat 2 des n-Typs (n+), das typischer Weise eine Dotierungskonzentration von 1·10¹&sup8; cm&supmin;³ aufweist. Die Schicht 2 ist mit einer Überzugsschicht 3 aus nGaxAl1-xAs mit der gleichen Dotierung in der gleichen Konzentration überzogen.
Über der Überzugsschicht 3 liegt eine Wellenleiterkernschicht 4. Diese Schicht 4 besteht aus n&supmin;-GaAs (nicht dotiert, Rest: Typ n). Sämtliche Schichten können als dem GaxAl1-xAs-System zugehörig betrachtet werden. Die Schicht 4 weist Rillen 5 auf, die sich von der Vorderseite der Vorrichtung 1 über einen Großteil aber nicht die gesamte Strecke zu einer (nicht dargestellten) parallelen Rückseite mit horizontalen und vertikalen Kanten (jeweils 7 und 8) in ihre obere Oberfläche 6 erstrecken. Zwischen den Rillen 5 befinden sich Rippenwellenleiter 9. Typischer Weise sind die Wellenleiter 9 2,6 um breit und 3 mm lang. Fig. 1 zeigt zwei Wellenleiter 9 (drei Rillen 5), obwohl in der Praxis eine erheblich größere Anzahl an Wellenleitern in der gesamten Vorrichtung enthalten ist.
Jeder der Wellenleiter 9 ist mit einer Aluminiumschicht 10 und einem mit einer Gleichstrom-Vorspannungsquelle 12 verbunden Verbindungsplättchen überzogen. Jeder Wellenleiter 9 wird daher einzeln angesteuert. Die Vorderseite 13 und die Hinterseite 7/8 der Vorrichtung werden sorgfältig geschnitten, um Oberflächen in optischer Qualität zu erzeugen.
Beim Betrieb kann die Vorrichtung 1 mit (durch eine Linie 20 dargestellter) Strahlung belichtet werden, die auf einen kleinen Punkt (mit einem Durchmesser von beispielsweise 2 um) auf einem Bereich der Wellenleiterschicht 4 der Rückseite 7/8 fokussiert ist. Typischer Weise liegt dieser Bereich 500 um von den Enden des Wellenleiters entfernt. Das Licht divergiert dann von dem Punkt zu den Wellenleitern 9. Von den Wellenleitern 9 ausgehende Lichtstrahlen sind durch divergierende Pfeile 21 dargestellt. Die abgestrahlten Lichtstrahlen 21 bilden kombiniert ein gemeinsames Fernfelddifiraktionsmuster mit einem zentralen Intensitätsmaximum 22 an einer Position 24 und zwei oder mehr zusätzlichen Maxima 23, wie in Fig. 1 unten dargestellt.
Jeder Wellenleiter 9 kann horizontale und vertikale Lichtausbreitungsmodi unterstützen. Die Wellenleiter 9 erzeugen eine Lichtabgabeintensität, die im wesentlichen auf die horizontalen und vertikalen Modi niedrigster Ordnung beschränkt ist, und die Ausgabe der horizontalen und vertikalen Modi höherer Ordnung wird verhindert. Das Ergebnis ist, daß die Wellenleiter 9 kombiniert ein im wesentli chen aus räumlichen Modi niedrigster Ordnung entstehendes Fernfelddiffraktionsmuster erzeugen. Eine weitere Beschreibung des Verhaltens von Licht, das sich durch die Vorrichtung ausbreitet, ist in der US 5 239 598 zu finden.
Der Refraktionsindex und die Länge des optischen Pfads jedes Wellenleiters 9 hängen von dem von der Spannungsquelle 12 zugeführten elektrischen Feld ab, da das Material 4 der Kernschicht des Wellenleiters elektro-optische (d. h. elektrisch-lichtbrechende) Eigenschaften hat. Eine Veränderung der an die Aluminiumschicht 10 eines Wellenleiters 9 angelegten Spannung ändert dementsprechend die Phase seines Lichtausgangs. Das Fernfelddiffraktionsmuster ist eine Vektorensumme der Phasen- und Amplitudenbeiträge von den Wellenleitern 9, und die Position des Hauptmaximums 24 kann durch Verändern der Wellenleiterspannungen verändert werden. Durch Steuern der an die Elektroden jedes der Wellenleiter angelegten Spannungen kann der Strahl in dem Fernfelddiffraktionsmuster daher erzeugt und abgetastet oder elektronisch fokussiert werden. Das von der Vorrichtung 1 erzeugte Fernfelddiffraktionsmuster wird in Luft in einem Bereich von weniger als 0,5 mm bzw. in einem GaAs- Medium auf weniger als 1,8 mm vollständig erzeugt. Mit Wellenleiterspannungen im Bereich von 20 V kann eine Strahlensteuerung über bis zu 20º erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung zur räumlichen Trennung von Komponenten eines eingegebenen Strahls mit verschiedenen Frequenzen und umfaßt eine Anordnung elektrooptischer Wellenleiter, die jeweils eine zugehörige optische Verzögerungsleitung mit einer anderen optischen Verzögerung aufweisen, Typischer Weise haben die elektro-optischen Wellenleiter den Aufbau der in Fig. 1 gezeigten elektro-optischen Wellenleiteranordnung mit einer zusätzlichen oberen Überzugsschicht aus n&supmin;-GaxAl1-xAs (1·10¹&sup5; cm&supmin;³) zur Verringerung optischer Verluste durch Fernhalten des Lichts von dem Elektrodenmaterial. Bei der in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung kann der Fernfeldstrahl durch Verändern der an jeden einzelnen Wellenleiter angelegten Spannungen gesteuert werden. Daher ist das Fernfelddiffraktionsmuster elektronisch steuerbar. Bei der vorliegenden Erfindung ist das Fernfelddiffraktionsmuster aufgrund der unterschiedlichen Verzögerungslängen der einzelnen Wellenleiter sowohl über die Frequenz als auch elektronisch steuerbar. Daher kann die Vorrichtung bei kurzen Verzögerungslängen von beispielsweise 500 um als optischer Spektrumanalysator und bei langen Verzögerungsleitungen von beispielsweise 10 cm als Mikrowellen-Spektrumanalysator verwendet werden.
Ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 ist in Fig. 2 gezeigt. Die Vorrichtung umfaßt eine n-fache Strahlenteilervorrichtung 31 und n optische Phasenschieber 32. Die optischen Phasenschieber können beispielsweise die in Fig. 1 gezeigte elektro-optische Wellenleiter-Vorrichtung sein. Die Vorrichtung 30 umfaßt auch eine Anordnung n optischer Verzögerungsleitungen 33 mit einer linearen Änderung der Verzögerungslänge über die Anordnung und eine lineare Ausgabephasenanordnung 34. Das Ausgangsspektrum der Vorrichtung 30 kann zur Aufzeichnung, Verarbeitung, Anzeige oder Speicherung des Ausgangsspektrums auf einer Fernsehkamera oder einer linearen Staring-Detektoranordnung 37 betrachtet werden. Ein abzutastender Strahl 35 kann direkt in die Vorrichtung 30 eingegeben werden. Alternativ kann der Strahl 35 durch einen elektro-optischen Intensitätsmodulator 36 moduliert werden. Die Funktionsweise des elektrooptischen Intensitätsmodulators 36 wird später genauer beschrieben.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die in Fig. 2 schematisch dargestellte Vorrichtung 30 auf einem einzigen Chip ausgebildet. Es folgt nun eine Beschreibung eines Wellenleiters 16, einer GaAs-Vorrichtung auf einem einzigen Chip, die als Beispiel für eine Vorrichtung auf einem einzigen Chip herangezogen wird.
In Fig. 3 ist ein Maskendiagramm einer elektro-optischen GaAs-Wellenleiterkanalvorrichtung auf einem einzigen Chip 16 gezeigt. Die Vorrichtung 30 umfaßt einen Eingangswellenleiter 39, in den der Strahl 35 eingegeben wird, und einen 1- bis 16-fachen Interferenz-Strahlenteiler 40 mit mehreren Modi zum Teilen des eingegebenen Strahls 35 in n unterschiedliche Ausgänge. Dieser kann beispielsweise ein Interferenz-Strahlenteiler mit mehreren Modi sein, wie im US-Patent 5 410 625 beschrieben. Die Vorrichtung 30 umfaßt auch 16 elektro-optische Wellenleiter 41 zur optischen Phasensteuerung, von denen jeder eine Elektrode 42 zum Anlegen eines elektrischen Felds an jeden Wellenleiter 41 aufweist. Dadurch kann jeder Wellenleiter 41 einzeln angesteuert werden.
Jedem elektro-optischen Wellenleiter 41 ist eine optische Verzögerungsleitung 43 mit einer anderen Länge zugeordnet. Vorzugsweise liegt eine im wesentlichen lineare Veränderung der Verzögerungslänge über die elektro-optische Wellenleiteranordnung vor. Am Ausgang der Verzögerungsleitungen 43 befindet sich eine nahe beieinander liegende Ausgangswellenleiteranordnung 44. Die Ausgangswellenleiteranordnung ist in der Figur als Anordnung horizontaler schwarzer Leitungen 44 dargestellt, von denen jede eine mit einer Verzögerungsleitung 43 verbundene Ausgangsposition 46 aufweist.
In der Praxis und zur Vereinfachung der Konstruktion können jeder elektro-optische Wellenleiter, die zugehörige Verzögerungsleitung 43 und der zugehörige Ausgangswellenleiter 44 als ein Wellen leiter ausgebildet sein, so daß die Vorrichtung eine Anordnung elektro-optischer Wellenleiter mit einer jeweils anderen Länge (d. h. einer anderen Verzögerung) ist. Eine Anordnung elektro-optischer Wellenleiter mit einer jeweils unterschiedlichen optischen Länge wird hier als Anordnung elektro-optischer Wellenleiterverzögerungsleitungen bezeichnet. Es ist auch möglich, die Vorrichtung so zu konstruieren, daß die Komponenten 41, 43 und 44 getrennt auf einem einzigen Chip angeordnet sind. Typischer Weise haben die elektro-optischen Wellenleiter 41 die Form der in Fig. 1 gezeigten Struktur und sind in der Figur als horizontale schwarze Leitungen dargestellt, die sich von dem optischen Strahlenteiler 40 erstrecken.
Beim Betrieb kann eine kontinuierliche Welle 35 von einem (nicht dargestellten) Eingangslaser an dem Interferenz-Strahlenteiler 40 mit mehreren Modi, durch den der eingegebene Strahl in 16 Kanäle geteilt wird, in die Vorrichtung 30 eingegeben werden. Jedes der 16 geteilten Signale wird durch einen der elektro-optischen Wellenleiter (oder Phasenschieber) 41 in die zugehörige Verzögerungsleitung 43 und dann zu den Ausgangswellenleitern 44 geleitet, die eine Ausgangswellenleiteranordnung bilden. Daher gelangt an der Positionen 46 ein Satz von 16 Ausgangsstrahlen 45 aus den Ausgangswellenleitern 44 in einen Bereich, in dem sie einander beeinflussen und der hier als Ausbreitungsbereich bezeichnet wird. Typischer Weise ist der Ausbreitungsbereich ein (nicht dargestellter) Plattenwellenleiter, so daß die abgegebenen Strahlen 45 auf den Chip begrenzt sind, sich jedoch ausbreiten, wie im leeren Raum. Alternativ kann der Ausbreitungsbereich ein leerer Bereich sein.
Die von jedem der Ausgangswellenleiter 44 an den Positionen 46 ausgegebenen Strahlen 45 beeinflussen im Ausbreitungsbereich die meisten oder jeden der ausgegebenen Strahlen 45 von den ande ren Ausgangswellenleitern 44 so, daß die unterschiedlichen Frequenzkomponenten an unterschiedlichen Stellen im Ausbreitungsbereich Intensitätsmaxima erzeugen. Das Interferenz- oder Fernfelddiffraktionsmuster in einem Abstand von typischer Weise wenigen Millimetern kann dann unter Verwendung einer für die bestimmte Wellenlänge des Lichts empfindliche Kamera betrachtet werden.
Die Ausgangswellenleiter 44 liegen nahe beieinander, typischer Weise in einem Abstand von weniger als 100 um, vorzugsweise noch näher, beispielsweise mit einem Abstand von 5-20 um zwischen den nebeneinander liegenden Ausgangspositionen 46. Die Ausgangspositionen 46 jedes Ausgangswellenleiters 44 sind so angeordnet, daß sie entlang einer im wesentlichen geraden Linie L angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Ausgangswellenleiter 44 so voneinander beabstandet, daß der Abstand zwischen den Mitten von jeweils zwei nebeneinander liegenden Ausgangspositionen 46 direkt proportional zur Differenz zwischen den Zeitverzögerungen der nebeneinander liegenden Ausgangswellenleiter ist. Dadurch wird sichergestellt, daß unterschiedlichen optischen Frequenzen entsprechende Intensitätsmaxima in gut definierten Winkeln im Ausbreitungsbereich auftreten und daß die Winkeldifferenz zwischen den zwischen den Maxima zweier optischer Strahlen mit unterschiedlichen Frequenzen direkt proportional zur Differenz zwischen den Frequenzen der beiden Strahlen ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Ausgangspositionen 46 gleichmäßig voneinander beabstandet und jedes Paar nebeneinander liegender Wellenleiterverzögerungsleitungen, die ebenfalls gleichmäßig voneinander beabstandet sind, hat entsprechend unterschiedliche optische Zeitverzögerungen, so daß die optischen Verzögerungsleitungen 43 über die Anordnung eine im wesentlichen lineare Veränderung der Verzögerungslänge aufweisen. Typi scher Weise kann dies einer Streuung von Zeitverzögerungen zwischen 0 und 1 Nanosekunden entsprechen (d. h. die relative Verzögerung des n-ten Wellenleiters beträgt n/16 Nanosekunden, wobei n = 1 bis 16 gilt). Gemäß dieser Ausführungsform kann die Vorrichtung 30 als 16-Kanal-Spektrumanalysator mit einer Kanaltrennung von 1 GHz betrieben werden. Wenn die Differenz zwischen den optischen Zeitverzögerungen nebeneinander liegender Verzögerungsleitungen im Bereich von 100 ps liegt, ergibt dies einen freien Spektralbereich (maximalen Betriebsfrequenzbereich) von 10 GHz und eine Auflösung von 10 GHz/N, wobei N die Anzahl der Verzögerungsleitungen ist. Die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Verzögerungsleitungslänge bestimmt daher die mit der Vorrichtung erzielbare Frequenzauflösung.
Für eine Vorrichtung in Form der in Fig. 3 gezeigten GaAs- Chipvorrichtung für einen eingegebenen diodengepumpten Nd-YAG- Laserstrahl von 1,064 um wurden Ergebnisse ermittelt. Wenn die an die elektro-optischen Wellenleiter 41 angelegten Spannungen ursprünglich so eingestellt werden, daß alle 16 Ausgangsstrahlen 45 in Phase sind, ergeben sich ein einziger Hauptstrahl im Fernfelddiffraktionsmuster und (aufgrund der Periodizität des ausgegebenen Intensitätsmusters) zwei Seitenzipfel. Dies ist in Fig. 4(a) dargestellt, die einen einzigen Hauptstrahl 47a und zwei Seitenzipfel 47b zeigt. Der Hauptstrahl 47a und die Seitenzipfel 47b können dann durch Verändern der Phase der 16 Ausgangsstrahlen linear über die Anordnung abgetastet werden.
Würden die Phasen (aus dem gleichmäßigen Anfangszustand) beispielsweise über die Anordnung um 360º/16 (also 22,5º) abgestuft, würde der Strahl um 1/16 des Abstands zwischen dem Hauptstrahl und dem ersten Seitenzipfel gesteuert. Allgemeiner würde der Strahl bei einer Abstufung um n·22,5º um n/16 des Abstands zwischen dem Hauptstrahl und dem ersten Seitenzipfel gesteuert, bis bei n = 16 das ursprüngliche Muster erzeugt würde, da die von der Anordnung ausgegebenen Strahlen (wie im Anfangszustand) wieder in Phase wären.
In der Praxis könnten die Phasen durch eine geeignete Auswahl der an die Elektrode jedes Wellenleiters angelegte Spannung stets auf Werte im Bereich von 0 bis 360º eingestellt werden. Die Wirkung der Verwendung verlängerter Verzögerungsleitungen anstelle von gleichlangen Verzögerungsleitungen ist, daß der Strahl auch gesteuert werden kann, wenn die eingegebene optische Wellenlänge oder Frequenz verändert wird. Dies kann nicht durch einen herkömmlichen elektro-optischen Wellenleiter erreicht werden, ist mit der vorliegenden Vorrichtung jedoch möglich, da sich die ausgegebenen Phasen bei einer Veränderung der eingegebenen Wellenlänge wie bei einem elektronisch abgetasteten Hauptstrahl linear über die Anordnung verändern. Bei einer Vorrichtung, für die die Wellenleiterverzögerungsleitungen linear auf 0 bis 1 Nanosekunde eingestellt ist, steuert eine Änderung der Frequenz der eingegebenen optischen Strahlen von 1 GHz den Strahl beispielsweise über 1/16 des Abstands zwischen dem Hauptstrahl und dem ersten Seitenzipfel, da eine Veränderung der optischen Frequenz von 1 GHz bei einer um eine Nanosekunde verzögernden Leitung einer Veränderung von genau einem Zyklus pro Nanosekunde oder einer Phasenverschiebung von 360º entspricht.
Die Verzögerung des n-ten Wellenleiters ergibt eine entsprechende Phasenverschiebung von n·22,5º, d. h. den zur Steuerung des Strahls um 1/16 des Abstands zwischen dem Hauptstrahl und dem ersten Seitenzipfel erforderlichen Satz von Phasen. Daher bietet die Vorrichtung eine frequenzabhängige Strahlenabtastung, was gegenüber der elektronischen Abtastung in vieler Hinsicht vorteilhaft ist. Überdies ergeben sich durch die kombinierte Implementierung der beiden Arten von Abtastung weitere Vorteile der Vorrichtung. Obwohl die Vorrichtung als Vorrichtung mit 16 Kanälen beschrieben wurde, kann in der Praxis eine größere oder eine geringere Anzahl am Kanälen verwendet werden.
Eine besonders nützliche Anwendung der Vorrichtung ist ein Staring-Spektrumanalysator. Die Vorrichtung kann als optischer Spektrumanalysator oder Hochfrequenz-Spektrumanalysator verwendet werden. Gemäß Fig. 2 wird für die Hochfrequenzspektrumanalyse der zu analysierende eingegebene Strahl 20 durch einen elektro-optischen Frequenzmodulator 36 geleitet, bevor er in die Vorrichtung 30 eintritt. Ein an den Modulator 36 angelegtes Mikrowellensignal 50 fügt daher Frequenzkomponenten zu der eingegebenen Welle 20 hinzu, die durch die Verzögerungsleitungs- Phasenanordnung 41/43 (proportional zur Modulationsfrequenz) um unterschiedliche Winkel abgelenkt werden.
Um das Hinzufügen höherer Harmonien zu verhindern und eine Entfernung der Frequenz des eingegebenen Strahls aus dem Fernfelddifiraktionsmusters zu ermöglichen, ist es wesentlich, einen elektro-optischen Gegentaktmodulator 36 zu verwenden. Durch Einstellen des Intensitätsmodulators auf Null kann verhindert werden, daß der eingegebene Strahl nur die Modulationsseitenbänder aufweist. Dies ist durch die in den Fig. 4(b) und 4(c) gezeigten Spektren dargestellt, gemäß denen die Frequenz des eingegebenen Strahls aus den Spektren entfernt wurde.
Fig. 5 zeigt die Intensität der Ausgangswellenleiteranordnung als Funktion des Abstands über das Fernfelddiffraktionsmuster für einen eingegebenen Laser bei drei verschiedenen Frequenzen (Kurven 48, 49, 50). Sie stellt die zusätzliche Wirkung der kombinierten Verwendung von Verzögerungsleitungen und elektro-optischen Wellenleitern dar. Dies bedeutet, daß der Strahl sowohl durch Verändern der eingegebenen optischen Wellenlänge oder Frequenz als auch durch Verändern der an die Wellenleiter angelegten Spannungen gesteuert werden kann.
Fig. 6 zeigt (jeweils mittels der Kurven 51, 52, 53) die Intensitätsabtastung des Fernfelddiffraktionsmusters für drei verschiedene Hochfrequenzen, nämlich 2 GHz, 3 GHz und 5 GHz, wobei der Intensitätsmodulator 36 auf Null eingestellt ist. Der Trägerstrahl wird unterdrückt, und nur die Modulationsseitenbänder sind in der Abtastung vorhanden. Fig. 7 zeigt die in den Fig. 6 gezeigten Intensitätsabtastungen in vergrößerten Maßstab (beliebige Einheiten), wobei auch die Intensitätsabtastung bei fehlendem Modulationssignal (Spitze 54) gezeigt ist. Wenn eine Anzahl verschiedener Frequenzen zur Modulation des eingegebenen Strahls verwendet wird, sind alle gleichzeitig in dem Diffraktionsmuster zu beobachten. Die Vorrichtung tastet daher nicht den Frequenzbereich ab, wie bei einem herkömmlichen Abtast-Spektrumanalysator.
Ohne den optischen Modulator 36 gemäß Fig. 2 arbeitet die Vorrichtung im wesentlichen als elektrisch einstellbares optisches Spektrometer. Sie kann eine beliebig hohe optische Auflösung liefern, die besser als die bei der Verwendung optischer Gitterspektrometer erzielbare ist, deren Auflösungsleistung durch Gitterweite und -abstände begrenzt ist. Ihre Leistung stimmt auch mit der von interferometrischen Fabry-Perot-Etalon-Abtastspektrometern überein, sie hat jedoch den Vorteil, daß sie zur Analyse optischer Spektren mit einer beliebigen Anzahl von Ausgangskanälen geeignet ist, von denen jeder beobachtend ist und zur Messung des Spektrums keine Abtastung erfordert.
Eine weitere Anwendung der Vorrichtung ist als elektrisch steuerbarer Wellenlängenteilungsmultiplexer/-demultiplexer. Dieser ist im Bereich der Optikfasertelekommunikation besonders nützlich. Das Wellenlängenteilungsmultiplexen/-demultiplexen wird zum Kombinieren mehrerer Laserstrahlen mit nahe beieinander liegenden Wellenlängen auf einer optischen Faser und zu ihrer Trennung am anderen Ende verwendet. Bei herkömmlichen Wellenlängenteilungsmultiplexern/-demultiplexern wird dies passiv erreicht, was bedeutet, daß die Vorrichtung mit hoher Genauigkeit gefertigt werden muß, um die erforderliche Frequenz einzustellen [Y. Inoue, Integrated Photonic Research 1996, Conference Proceedings, April 1996, Boston, USA, Druckschrift IMC1, S. 32-35; C. von Dam et al., Integrated Photonies Research 1996, Conference Proceedings, April 1996, Boston, USA, Druckschrift IMC6, S. 52-55].
Die vorliegende Vorrichtung kann als Wellenlängenteilungsmultiplexer/-demultiplexer verwendet werden und bietet gegenüber bekannten Multiplexem den Vorteil, daß durch eine Feineinstellung der an die Elektroden der elektro-optischen Wellenleiter angelegten Spannungen eine aktive Ausrichtung möglich ist. Eine aktive Steuerung der zentralen Wellenlänge und eine Feinsteuerung der Phasenverschiebungen der einzelnen Wellenleiter sind beim Wellenlängenteilungsmultiplexen wesentlich, da es in der Praxis schwierig ist, passive Vorrichtungen mit ausreichender Genauigkeit herzustellen.
In der Praxis muß beim Wellenlängenteilungsmultiplexen/demultiplexen die Frequenztrennung anders als bei den bei einem Spektrumanalysator typischer Weise erforderlichen Werten von ca. 1 GHz nicht allzu groß sein, typischer Weise um 50-100 GHz. Das be deutet, daß die optischen Verzögerungslängen nicht so lang sein müssen, wie bei der Anwendung als Spektrumanalysator. Bei einer Auflösung von 100 GHz würde die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Verzögerungslänge beispielsweise 800 um betragen.
Die Vorrichtung kann auch verwendet werden, um die Wellenlänge eines auf einem Chip angeordneten Lasers zu steuern. Versionen derartiger Vorrichtungen, für die eine Anordnung passiver Wellenleiterverzögerungen verwendet wird, wurden von M. Zirngibl et al., Integrated Photonics Research 1996, Conference Proceedings, April 1996, Boston, USA, Druckschrift IMC6, S. 52-55 und in L. H. Spiekman et al., Integrated Photonics Research 1996, Conference Proceedings, April 1996, Boston, USA, Druckschrift IMC3, S. 136-139 beschrieben. Diese Vorrichtungen sind jedoch schwierig genau genug zu konstruieren und herzustellen, um die Wellenlänge auf jeden erforderlichen Wert einzustellen.
Im vorliegenden Fall kann die Vorrichtung als Teil des Laserhohlraums verwendet werden, wodurch sie als Wellenlängenfilter fungiert. Gemäß Fig. 3 kann beispielsweise vor dem n-fachen Strahlenteiler 40 ein Verstärkungsbereich in dem Eingangswellenleiter 60 angeordnet werden, und ein nicht dargestellter Reflektor kann im Ausbreitungsbereich angeordnet sein. Der Reflektor ist so angeordnet, daß er nur Licht mit einer bestimmten Frequenz zurück in die Anordnung der Verzögerungsleitungen 43 reflektiert, so daß die Hohlraumverstärkung für die ausgewählte Frequenz maximal ist, und die Vorrichtung strahlt daher eine Wellenlänge ab, die unter der Voraussetzung, daß die Hohlraumverstärkung groß genug ist, der reflektierten optischen Frequenz entspricht. Durch die Verwendung, einer erfindungsgemäßen Anordnung elektrisch einstellbarer Vorrichtungen anstelle einer passiven Anordnung kann die tungen anstelle einer passiven Anordnung kann die Laserfrequenz mit einer Genauigkeit innerhalb der Auflösungsgrenzen der Anordnung genau auf jeden erforderlichen Wert eingestellt werden. Typischer Weise liegt dieser bei < 100 MHz. Die Laserwellenlänge kann konstant gehalten oder durch Einstellen der an die Elektroden der elektro-optischen Wellenleiter angelegten Spannungen elektronisch eingestellt werden, wodurch eine Rückführung in den Laserhohlraum mit nur einer Wellenlänge erzeugt wird. Die Vorrichtung kann besonders bei der Erzeugung von Mikrowellenfrequenzen nützlich sein, die eine Ferneinstellung von zwei eingegebenen Laserfrequenzen erfordert.
Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform der Erfindung wird für eine GaAs-Vorrichtung auf einem einzigen Chip beschrieben. Obwohl es in der Praxis günstiger sein kann, die Vorrichtung auf einem einzigen Chip herzustellen, könnte die Verzögerungsleitungsanordnung alternativ auf einem von der elektrisch vorspannbaren Wellenleiteranordnung getrennten Chip vorgesehen sein. Auch sonstige III-V- Halbleiterwellenleitertechnologie kann verwendet werden, beispiels-Weise InP/InGaAsP.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung eine Vorrichtung auf Faserbasis sein, bei der die elektrooptischen Wellenleiter kombiniert mit den Bauteilen auf Faserbasis verwendet werden. Gemäß Fig. 2 können die optischen Verzögerungsleitungen 32 beispielsweise optische Fasern von unterschiedlicher Länge sein. Ähnlich kann der n-fache Strahlenteiler 31 eine Faserkomponente oder ein Glasblock sein. Wenn optische Fasern verwendet werden, kann es günstiger sein, auf einem Lithiumniobat- Chip statt auf einem GaAs-Chipausgebildete elektro-optische Wellenleiter zu verwenden.
Gemäß Fig. 2 ist die Vorrichtung so beschaffen, daß die geteilten Eingangsstrahlen elektrisch vorspannbare Wellenleiter durchlaufen, bevor sie durch die Verzögerungsleitungen 33 geleitet werden. Die Vorrichtung kann jedoch auch so aufgebaut sein, daß die Reihenfolge, mit der die Phasensteuerung und die Verzögerungsfunktionen implementiert werden, umgekehrt wird, so daß die Verzögerungsfunktion vor der Phasensteuerung implementiert wird. Bei einer Vorrichtung auf Faserbasis kann dies beispielsweise erreicht werden, indem die Optikfaser-Verzögerungsleitungen 33 zwischen dem n-fachen Strahlenteiler 31 und den elektrisch vorspannbaren Wellenleitern 32 angeordnet werden. Ähnlich können die verschiedenen Verzögerungslängen 43 bei einer Vorrichtung auf einem einzigen Chip vor den Elektroden 42 zur Implementierung der Phasensteuerung angeordnet sein.
Der Eingangslaser, durch den der eingegebene Strahl erzeugt wird, der elektro-optische Modulator und der n-fache Strahlenteiler sowie die Phasen Schieberanordnung können auf einem einzigen Chip implementiert werden. Dies ermöglicht die Konstruktion einer kleinen, leichten und haltbaren Vorrichtung, deren Abmessungen kaum von der Anzahl der erforderlichen Kanäle abhängen.
Die Vorrichtung kann leicht über einen weiten Bereich von Spektren betrieben werden, der durch die Transparenz des elektrooptischen Materials und ebenso durch jedes externe Verzögerungsleitungsmedium begrenzt wird. Die gegenwärtige GaAlAs-Technologie ermöglicht eine Abdeckung des Wellenlängenbereichs zwischen 0,7 und 10 um. Mit der Vorrichtung kann auch eine Hochfrequenzspektrumanalyse ausgeführt werden, wenn sie mit einer optischen Modulatorvorrichtung am Eingang verwendet wird.
Wenn die Vorrichtung mit einem einstellbaren Dauerstrichlaser als Eingang verwendet wird, erfolgen sowohl eine elektronische Abtastung als auch eine Abtastung mit kleinen Veränderungen der Wellenlänge ohne eine Einstellung der in der Vorrichtung verwendeten Phasenschieber. Überdies kann, wenn lineare Anordnung an die Ausgangsfasern angeschlossen ist und diese Fasern in eine zweidimensionale Anordnung gebracht werden, die Möglichkeit einer x-/y- Abtastung geschaffen werden, indem kurze Verzögerungen zwischen den Eingängen jeder der linearen Anordnung erzeugt werden. Die linearen Anordnungen müßten (durch die Verwendung langer Verzögerungen) eine sehr hohe Wellenlängenempfindlichkeit aufweisen, so daß bei einer Erweiterung des freien Spektrumbereichs (oder des geplanten Abtastwinkels) die nächste Abtastung zur ersten Abtastachse um einen kleinen Betrag normalisiert erfolgt.

Claims

1. Vorrichtung zum Empfangen eines Primärstrahls (35) optischer Strahlung und zum räumlichen Trennen der Frequenzkomponenten des Primärstrahls (35) mit

einer Einrichtung (31; 40) zum Trennen des Primärstrahls in mehrere Sekundärstrahlen, von denen jeder eine jeweilige Phase θi aufweist,

mehreren elektrisch vorspannbaren Wellenleitern (32; 41), die eine Wellenleiteranordnung bilden und von denen jeder einen Sekundärstrahl an einen Ausgang überträgt, wobei jedem Wellenleiter (32; 41) eine optische Verzögerungsleitung (33; 43) mit einer entsprechenden optischen Verzögerungszeit zugeordnet ist und sich jede der optischen Verzögerungszeiten von den anderen unterscheidet,

einer Einrichtung (42) zum derartigen Anlegen eines verstellbaren elektrischen Felds an jeden der Wellenleiter (32; 41), daß die Phase θi jedes der durch den entsprechenden Wellenleiter (32; 41) übertragenen Sekundärstrahlen durch Verändern des elektrischen Felds verändert werden kann, wobei die Wellenleiter (32; 41) so angeordnet sind, daß die von jedem der Wellenleiter (32; 41) ausgegebenen Sekundär strahlen die von mindestens einem der anderen Wellenleiter ausgegebenen Sekundärstrahlen so beeinflussen, daß in einem Ausbreitungsbereich ein Fernfeldinterferenzmuster erzeugt wird, das Fernfeldinterferenzmuster eines oder mehrere Maxima an verschiedenen Positionen im Ausbreitungsbereich aufweist und das Fernfeldinterferenzmuster an mindestens zwei Positionen im Ausbreitungsbereich erfaßt werden kann,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner eine Einrichtung (36, 50) zum Anlegen einer Hochfrequenzmodulation an den Primärstrahl der optischen Strahlung (35) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die einen Staring- Spektrumanalysator zur Analyse von Mikrowellenstrahlung bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jedes nebeneinander liegende Paar von Wellenleiterausgängen um einen zur Differenz zwischen den optischen Zeitverzögerungen der beiden entsprechenden, nebeneinander liegenden Wellenleiter proportionalen Betrag voneinander beabstandet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Wellenleiter (32; 41) über die Wellenleiteranordnung eine im wesentlichen lineare Veränderung der optischen Zeitverzögerung bewirken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Differenz zwischen den optischen Zeitverzögerungen über die Wellenleiteranordnung mindestens 100 Pikosekunden beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Differenz zwischen den optischen Zeitverzögerungen über die Wellenleiteranordnung mindestens 10 Nanosekunden beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Ausbreitungsbereich ein leerer Raum ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Ausbreitungsbereich ein Plattenwellenleiter ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die elektrisch vorspannbaren Wellenleiter (32; 41) Halbleiterwellenleiter der Gruppe III -V sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die elektrisch vorspannbaren Wellenleiter GaAs-Wellenleiter sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die elektrisch vorspannbaren Wellenleiter InP/InGaAsP-Wellenleiter sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die elektrisch vorspannbaren Wellenleiter und die zugehörigen optischen Verzögerungsleitungen einstückig ausgebildet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, die auf einem einzigen Chip ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Wellenleiteranordnung eine Anordnung elektrisch vorspannbarer Wellenleiter (32; 41) umfaßt, von denen jeder eine zugehörige Optikfaser- Verzögerungsleitung (33, 43) aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zur Trennung des Primärstrahls in mehrere Sekundärstrahlen ein Interferenz-Strahlenteiler (40) mit mehreren Modi ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder der elektrisch vorspannbaren Wellenleiter (32; 41) eine unabhängige Einrichtung (42) zum Verstellen des elektrischen Felds über den jeweiligen elektrisch vorspannbaren Wellenleiter (32; 41) aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der jeder elektrisch vorspannbare Wellenleiter (32; 41) eine unabhängige verstellbare Spannungsquelle aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner zwei oder mehr so in dem Ausbreitungsbereich angeordnete Ausgangswellenleiter (44) umfaßt, daß jeder Ausgangswellenleiter einen von einem oder mehren Wellenleitern (32; 41) ausgegebenen Sekundärstrahl mit einer ausgewählten Frequenz empfangen kann.

19. Verfahren zur räumlichen Trennung von Frequenzkomponenten eines Primärstrahls (35) optischer Strahlung mit den Schritten

(i) Hochfrequenzmodulation des Primärstrahls (35) optischer Strahlung,

(ii) Trennung des Primärstrahls (35) in mehrere Sekundärstrahlen mit einer jeweiligen Phase θ&sub1;,

(iii) Übertragung jedes der Sekundärstrahlen durch einen von mehreren elektrisch vorspannbaren Wellenleitern (32; 41), die eine Wellenleiteranordnung bilden, wobei jeder Wellenleiter eine zugehörige optische Verzögerungsleitung (33; 43) mit einer entsprechenden optischen Verzögerungszeit aufweist und sich jede der optischen Verzögerungszeiten von den anderen unterscheidet,

(iv) Anlegen eines verstellbaren elektrischen Felds an jeden der Wellenleiter (32; 41),

(v) derartiges Verstellen des an jeden der Wellenleiter (32; 41) angelegten elektrischen Felds, daß die jeweilige Phase θ&sub1; der durch jeden der Wellenleiter (32; 41) übertragenen Sekundärstrahlen verändert wird, und

(vi) derartige Ausgabe der Sekundärstrahlen in einen Ausbreitungsbereich, daß sie einen oder mehrere der anderen Sekundärstrahlen beeinflussen, so daß im Ausbreitungsbereich ein Fernfeldinterferenzmuster mit einem oder mehreren Maxima an verschiedenen Positionen erzeugt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, das ferner den folgenden Schritt umfaßt:

(vii) Ableiten der Frequenzkomponenten des Primärstrahls optischer Strahlung anhand der Positionen des oder jedes Maximums im Ausbreitungsbereich.