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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Filter und
ist anwendbar auf eine Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung
zum Variieren der Mitteltransmissionswellenlänge bei hohen Geschwindigkeiten
in einem optischen Kommunikationssystem, auf eine Referenzwellenlängenlicht-Erzeugungsvorrichtung
zum Erzeugen einmodigen bzw. monomodigen kontinuierlichen Wellenlängenlichts
einer Referenzwellenlänge
auf der Grundlage eines Referenzwellenlängengitters in einem Wellenlängenmultiplex-Netzwerksystem
mit hoher Dichte und auf eine optische Paketerzeugungsvorrichtung zum
Erzeugen einer Zeitabfolge von monochromatischen Pulslichtern bzw.
Helligkeiten von entsprechenden Wellenlängen über eine weite Brandbreite in
einem optischen Netzwerksystem, das Licht von verschiedenen Wellenlängen für verschiedene
Kanäle
verwendet.
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US-A-3
442 572 beschreibt ein scheibenförmiges
Substrat mit einer Mehrschichten- bzw. Mehr-Lagen-Beschichtung mit
einer Dicke, die sich linear entlang einer Linie konzentrisch mit
der Rotationsachse ändert.
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US-A-5
046 162 beschreibt ein scheibenförmiges
Filter, wobei die Oberfläche
desselben aufgeteilt in drei Bereiche ist, denen rote, grüne und blaue Filter
zugeordnet sind.
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Ein
anderes scheibenförmiges
Filter wird in WO 96/41218 beschrieben.
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Ein
Transmissionssystem vom Typ mit Wellenlängenmultiplexern wurde zum Übertragen
einer großen
Kapazität
bzw. Volumens von Signalen vorgeschlagen, unter Verwendung von Licht
von verschiedenen Wellenlängen.
In solch einem System ist es bekannt, dass es ein Bedürfnis für eine Technik gibt,
zum Unterscheiden und Überwachen
jeder Wellenlänge.
Eine typische herkömmliche
Technik zur Wellenlängenunterscheidung
ist eine, die Reflektion durch einen Gitterspiegel verwendet, der
zum Unterscheiden jeder Wellenlänge
bei einer hohen Auflösung
(die minimale Auflösung
aktuell erhältlich
ist ungefähr
0,1 nm) in der Lage ist, abhängig
von einem Einfallswinkel bezüglich
des Gitters, sodass er zur Messung als ein optischer Spektrumsanalysator weitverbreitet
benutzt wird. Weiterhin gibt es als eine Wellenlängeunterscheidungsvorrichtung
mit sogar noch höherer
Auflösung
eine Vorrichtung, die das Michelson Interferometer benutzt, der
kommerziell erhältlich
ist.
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Diese
zwei herkömmlichen
Vorrichtungen sind passend für
eine Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung
für einen
Messzweck, aber sie weisen Größen auf,
die zu groß sind,
um sie als eine Komponente mit einer Funktion zum Unterscheiden
und Überwachen
von Wellenlängen
in einem System zu benutzen, und es gibt ein Bedürfnis für eine Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung
mit einer kompakteren Größe. Als
eine Anordnung, die dieses Erfordernis erfüllen kann, gibt es einen Vorschlag
einer Anordnung (rotierendes abstimmbares optisches Filter), in
welcher eine Mitteltransmissionswellenlänge abstimmbar gemacht werden
kann, durch Rotieren eines dielektrischen Mehrlagenfilters.
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Jedoch
weist diese Anordnung Nachteile dahingehend auf, dass die Polarisationsabhängigkeit der
Transmissionseffizienz stärker
wird, wenn der Einfallswinkel größer wird,
und der Betriebswellenlängenbereich
ist durch die Einfallswinkel begrenzt. Um diese Nachteile zu überwinden,
wurde ein lineares optisches Filter vorgeschlagen, in dem die Mittelwellenlänge entlang
einer geraden Linie variiert. Wenn dieses lineare optische Filter
benutzt wird, kann die Mittelwellenlänge gemäß einer Position, bei der der
optische Strahl hindurchgeht, ausgewählt werden. Zusätzlich gibt
es in diesem linearen optischen Filter keine Änderung in dem Einfallswinkel, selbst
wenn die Transmissionswellenlänge
verändert wird,
sodass es kaum irgendeine Polarisationsabhängigkeit gibt.
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Auch
gibt es, in diesen optischen Filtern, um die Hoch-Geschwindigkeitswellenlängenveränderung
zu realisieren, ein Bedürfnis
einen Hochgeschwindigkeits-Antriebsmechanismus bereitzustellen.
In dieser Hinsicht weist der Rotationsmechanismus im wesentlichen
eine Hochgeschwindigkeitseigenschaft auf, aber das rotierbare abstimmbare
optische Filter benötigt
eine Rotation einer Scheibenplatte, sodass es schwierig ist eine
Balance in einer Rotation zu realisieren, sodass die Rotationsgeschwindigkeit
stark begrenzt ist.
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Auf
der anderen Seite in dem Fall des linearen optischen Filters, gibt
es ein Bedürfnis
für einen Hochgeschwindigkeits-Schnellhinundherfahr-Bewegungsmechanismus
mit einer großen
Amplitude, um eine große
Wellenlängenveränderungsfähigkeit
zur gleichen Zeit zu realisieren. Dieses Erfordernis läuft quantitativ
auf die Beschleunigung von 4 × 104 m/s2 heraus, zum
Beispiel in dem Fall des Realisierens der schnellen Hin- und Herbewegung
mit einer Amplitude von 10cm und einer Frequenz von 100 Hz, und die
Realisierung dieser Beschleunigung durch die aktuelle erhältliche
Technologie würde
ein gigantisches Antriebssystem erfordern.
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In
dem Wellenlängenmultiplexnetzwerksystem
ist es nun wichtig eine Referenzwellenlängen-Lichtquelle mit Bezug
auf Referenzwellenlängengitter
zu stabilisieren, die auf absolute Wellenlängen kalibriert sind. Herkömmlich wurde
eine Distributed Feed-Back Laser Diode (DFB-LD) als die Referenzwellenlängenlichtquelle
vorgeschlagen, die in der Lage ist eine Wellenlängen-steuerbare einmodige Oszillation
zu realisieren, und ein Verfahren, das einen wie in 1 gezeigten
Monochromator verwendet, wurde als ein Verfahren zum Stabilisieren der
Referenzwellenlänge
dieser DFB-LD vorgeschlagen.
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1 zeigt
einen herkömmlichen
Monochromator, in dem ein gewünschtes
Spektrum erhalten wird mit einem Beugungsgitter 4 auf einem
Rotationsabschnitt von einer Lichtquelle in Form einer Photodiode
(PD) 1 durch einen Schlitz 2 und einen Spiegel 3,
und kollimierte Strahlen werden durch einen Spiegel 5,
einen Schlitz 6 und eine Linse 7 erhalten und
in eine optische Faser 9 ausgegeben. Der Monochromator
weist nämlich
eine Wellenlängenunterscheidungsfunktion
mit einer hohen absoluten Präzision
bzw. Genauigkeit auf, wobei das Referenzwellenlängenlicht durch Einstellen
des Monochromators auf die spezifizierte Wellenlänge und Steuern der Laseroszillationswellenlänge erhalten
werden kann, sodass die Intensität
des zu unterscheidenden Laserstrahls maximal wird.
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Jedoch
benötigt
die Vorrichtung zum Stabilisieren der Referenzwellenlänge unter
Verwendung des Monochromators, wie es in 1 gezeigt
ist, ein optisches System mit einem langen optischen Strahlpfad,
weil seine Wellenlängeunterscheidungsfunktion
die Wellenlängenabhängigkeit
von dem Beugungswinkel des Gitters verwendet, sodass die Vorrichtung
groß wird.
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Zusätzlich,
um die Wellenlängenstabilisierung
zu sichern, gibt es ein Bedürfnis
das optische System mechanisch stark bzw. stabil zu machen, und aufgrund
dessen ist es notwendig einen Rahmen mit sehr hoher Steifheit bereitzustellen.
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Auch
wird zu einer Zeit des Steuerns der Oszillationswellenlänge gewöhnlich eine
Differenz zwischen zwei Wellenlängen
aufgenommen und ein Feedback bereitgestellt, sodass diese Differenz
annulliert wird, aber es ist schwierig die Differenz zwischen zwei
Spitzen des Spektrums aufzunehmen, sodass die Oszillationswellenlänge gewöhnlich bei einer
niedrigen Frequenz (5 bis 10 KHz) nahe der spezifizierten Wellenlänge moduliert
wird. Jedoch wird dieser Modulation eine Intensitätsmodulationskomponente übergelagert
und diese Intensitätsmodulation
kann einige Probleme aufgrund von Rauschen zu einer Zeit einer Taktgewinnung
oder ähnlichem
in dem Transmissionssystem hervorgerufen.
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Es
ist zu erwähnen,
dass durch Rotieren des Beugungsgitters bei hoher Geschwindigkeit
in dem oben beschriebenen Monochromator es möglich ist eine abtastservo-artige
Wellenlängen-Kontroll-
bzw. Steuervorrichtung zu konstruieren, zum Erzeugen von guten kontinuierlichen
monochromatischen Lichtern ohne Wellenlängenmodulation, aber solch
eine Vorrichtung weist ein Problem dadurch auf, dass der Abtastservo
nicht richtig funktionieren kann, da eine Grenze in dem Kleinermachen
der Abtastperiode auftritt, weil das Beugungsgitter anders als in
dem Fall der Scheibe, mit einer starken Begrenzung der Anzahl von
Rotationen in Zusammenhang steht.
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Des
weiteren wurde der Beugungsgittermonochromator allgemein zu dem
Zweck eines Ausführens
der Wellenlängenspektrumsanalyse
verwendet, die die grundlegende Technik der optischen Messung darstellt.
In diesem Fall wird die spezifische Wellenlänge durch Beugen nur einer
Wellenlänge
unterschieden, die die Bragg-Bedingung erfüllt, und die zu unterscheidende
Wellenlänge
wird durch Rotieren des Beugungsgitters ausgewählt. Hier wird eine Übereinstimmung
zwischen der Wellenlänge
und dem Rotationswinkel eindeutig definiert, sodass die hohe Präzisionsmessung
durch akkurates Steuern des Rotationswinkels möglich wird. Jedoch verlangt dies
einen langen optischen Strahlpfad, um die hohe Auflösung zu
erhalten, und deshalb ist es schwierig ein Modul zu bilden, das
passend für
eine Einbeziehung in ein System ist, sodass seine Anwendbarkeit begrenzt
wurde.
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Die
herkömmliche
optische Paketerzeugungsvorrichtung erzeugt nun optische Pakete
unter Verwendung eines Wellenlängenschalters
basierend auf einem AOTF, (Akoustooptischen abstimmbares Filter).
Es sei bemerkt, dass sich in der vorliegenden Beschreibung durchgehend
die optischen Pakete auf eine Zeitfolge von monochromatischen Pulslichtern mit
Wellenlängen
beziehen, die sich durch ein konstantes Zeitintervall unterscheiden.
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Dieses
AOTF arbeitet, wie ein Schmalbandbreiten-Wellenlängenauswahlschalter durch Verwenden
von oberflächenelastischen
Wellen auf einem elektrooptischen Kristall, (wie zum Beispiel LiNbO3) als Beugungsgitter und ist in der Lage
eine Wellenlänge
bei hoher Geschwindigkeit umzuschalten. Die Umschaltgeschwindigkeit
ist bis zu 10 μs
schnell oder weniger, weil es sich um elektrisches Umschalten handelt.
Zum Beispiel wurde gezeigt, dass Umschalten von 1560 nm auf 1552
nm in 6 μs
möglich
ist durch Optimieren des Steuersystems des AOTF (siehe M. Misono
et al., "High-speed
wavelength switching and stabilization of an acoustooptic tunable
filter for WDM network in broadcasting stations", IEEE Photonics Technol. Lett., Vol.
4, Seiten 572–574, 1996;
und H. Hermann et al., "Low-Loss
Tunable Integrated Acoustooptical Wavelength Filter in LiNbO3 with Strong Sidelobe Suppression", IEEE Photonics Technology
Letters, Vol. 10, No. 1, Seiten 120–122, Januar 1998).
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Die
Wellenlängenauswahlfunktion
des AOTF verwendet die Wellenlängenabhängigkeit
von dem Beugungsgitter. Aus diesem Grund ergibt sich eine Grenze
für eine
Wellenlänge,
bei der das gebeugte Licht wieder in die optische Faser gekoppelt
werden kann, sodass die betriebsfähige Wellenlängenbandbreite
begrenzt wird. Dieser Bereich ist aktuell ungefähr 10 nm.
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Auf
der anderen Seite benötigt
das Netzwerksystem mit einem großen Umfang, das ein CATV Übertragungssystem
oder ähnliches
enthält, ein
Zuführen
von optischen Paketen durch Umschalten von Wellenlängen über eine
weite Bandbreite. Die tatsächlich
benötigte
Wellenlängenbandbreite hängt von
dem individuellen System ab, aber über 100 nm ist im allgemeinen
erwünscht.
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Daher
war die Bandbreite des aktuell erhältlichen AOTF ungenügend für diesen
Zweck.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein wie in Anspruch 1 definiertes scheibenförmiges optisches
Filter, bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
werden in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
ersichtlich, in welchen:
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1 ein
schematisches Diagramm zeigt, das eine Konfiguration eines herkömmlichen
Monochromators zeigt;
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2 ein
Diagramm zeigt, das eine Grundkonfiguration einer Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung zeigt,
die nicht gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist;
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3 ein
Blockdiagramm zeigt, das eine spezifische Konfiguration einer ersten
Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung
zeigt, die nicht gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist;
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4A ein
Diagramm zeigt, das eine Zeiteinteilungs-Detektionsmarkierung zeigt, die auf
einem scheibenförmigen
optischen Filter in der ersten Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung
nach 3 bereitgestellt ist;
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4B ein
Zeiteinteilungsschaubild zeigt, das ein Verfahren der Startzeiteinteilungsdetektion gemäß der in 4A gezeigten
Zeiteinteilungs-Detektionsmarkierung
zeigt;
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5 ein
Blockdiagramm zeigt, das eine spezifische Konfiguration einer zweiten
Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung
zeigt, die nicht gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist;
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6 ein
Zeiteinteilungsschaubild zeigt, das ein Verfahren der Kalibrierung
basierend auf Referenzwellenlängengitter
zeigt, das in der zweiten Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung
nach 5 benutzt wird;
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7 ein
Blockdiagramm zeigt, das eine spezifische Konfiguration einer dritten
Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ein
Zeiteinteilungsschaubild zeigt, das Start-Zeiteinteilungssignale und Schwankungs-
bzw. Wackelsignale zeigt, die in der dritten Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung nach 7 benutzt
werden.
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Ein
scheibenförmiges
optisches Filter kann umfassen: ein transparentes Substrat in einer
Scheibenform; und eine Filterschicht, die auf einer Oberfläche des
Substrats mit solch einer Filtereigenschaft gebildet ist, dass eine
Mitteltransmissionswellenlänge
entlang einer Umfangsrichtung als eine monotone Funktion des Rotationswinkels
variiert; dadurch gekennzeichnet dass die Filterschicht Schwankungs- bzw. Wobbelmarkierungen
aufweist, die darauf gebildet sind, um beim Steuern der Spur benutzt
zu werden, wenn das scheibenförmige
optische Filter in Rotation versetzt ist.
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Die
Filterschicht kann eine Filtereigenschaft aufweisen, in der die
Mitteltransmissionswellenlänge sich
linear bezüglich
des Rotationswinkels erhöht oder
verringert.
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Die
Filterschicht kann eine Vielzahl von Schichten mit gegenseitig verschiedenen
Filtereigenschaften enthalten, die konzentrisch bezüglich der Rotationsachse
des scheibenförmigen
optischen Filters gebildet sind, oder die Filterschicht kann in
eine Vielzahl von fächerförmigen Bereichen
mit gegenseitig verschiedenen Mitteltransmissionswellenlängen aufgeteilt
werden.
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Die
Filterschicht kann eine Markierung aufweisen, die darauf gebildet
ist, die beim Detektieren einer Startzeiteinteilung eines Filterbereichs
zu benutzen ist, die durch die Filterschicht bereitgestellt wird,
wenn das scheibenförmige
optische Filter in Rotation versetzt ist.
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Die
Filterschicht kann eine Vielzahl von Markierungen aufweisen, die
darauf entlang radialer Richtungen bei vorgeschriebenen Winkelintervallen zwischen
angrenzenden Markierungen bezüglich
der Rotationsachse des scheibenförmigen
optischen Filters gebildet sind und beim Steuern der Anzahl von Rotationen
des scheibenförmigen
optischen Filters zu benutzen sind, wenn das scheibenförmige optische
Filter in Rotation versetzt ist.
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Das
Substrat kann aus Quarz hergestellt sein, die Filterschicht kann
aus einer dielektrischen Mehrlagenschicht hergestellt sein, und
das Substrat kann eine weite Bandbreiten-Antireflektionsbeschichtung
aufweisen, die auf einer Unterfläche
aufgetragen ist.
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Bezugnehmend
auf 2 bis 8 wird nun die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben werden. Die erste
Ausführungsform
richtet sich auf eine Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 zeigt
eine Grundkonfiguration der Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung,
die ein scheibenförmiges
optisches Filter 12 mit solch einer Filtereigenschaft umfasst,
dass die Mitteltransmissionswellenlänge entlang einer Umfangsrichtung
variiert, die auf einem optischen Strahlpfad 11 von kolliminierten
Lichtern positioniert ist, sowie einen variablen Rotationsmechanismus 13 zum
Rotieren des optischen Filters 12 bei einer hohen Geschwindigkeit
synchron mit externen Signalen.
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Ein
Scheibenrotationsmechanismus ist für den variablen Rotationsmechanismus 13 angepasst, um
die mechanische Begrenzung der maximalen Anzahl von Rotationen zu
eliminieren.
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Es
sei bemerkt, dass in 2 das scheibenförmige optische
Filter 12 so angeordnet ist, dass es sich leicht von einer
Richtung rechtwinklig zu einer optischen Achse des optischen Strahlpfads 11 neigt (eine
vertikale Richtung der optischen Achse), aber die vorliegende Erfindung
ist nicht notwendigerweise begrenzt auf diese Anordnung, und es
ist möglich, dass
scheibenförmige
optische Filter 12 entlang der Richtung rechtwinklig zu
der optischen Achse (die vertikale Richtung der optischen Achse)
anzuordnen. Wenn das scheibenförmige
optische Filter 12 so angeordnet ist, dass es leicht von
der vertikalen Richtung der optischen Achse, wie in 2 gezeigt,
angeordnet ist, entsteht ein Vorteil dadurch, dass ein einfallendes
Licht nicht direkt zurück
zu der Einfallsseite reflektiert werden wird. In solch einem Fall,
ist es bevorzugt, diese Neigung so einzustellen, dass es ungefähr mehrere
Radianten sind, hinsichtlich einer Beziehung mit der Filtereigenschaft.
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Es
sei bemerkt, dass die Hochgeschwindigkeitsrotationen einer Scheibe
schon von dem optischen Scheiben- bzw. Plattengerät und dem
Festplattengerät
gezeigt werden und ungefähr
7000 Umdrehungen pro Minute (117 Hz) wird aktuell in der Praxis
erreicht. Des weiteren weist, anders als bei den existierenden Plattengeräten, die
einer Begrenzung aufgrund einer Speicherkapazität ausgesetzt sind, das optische
Filter 12 der vorliegenden Erfindung im wesentlichen keine
Begrenzung eines Scheibendurchmessers auf, sodass es auch möglich ist,
weiterhin die Bedingungen zum Realisieren von Hochgeschwindigkeitsrotationen
zu verfolgen.
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Das
scheibenförmige
optische Filter 12 umfasst ein Substrat 14 in
einer Form einer Quarzscheibe und eine Filterschicht 15 mit
entlang einer Umfangsrichtung variierenden Mitteltransmissionswellenlängen, die
auf dem Substrat 14 bereitgestellt wird, um die Wellenlängenunterscheidung
zu realisieren. Die Filterschicht 15 wird durch die gewöhnliche
dielektrische Mehrlagenschicht gebildet. Der Wellenlängenunterscheidungsbereich
und die Bandbreite werden durch die Konfiguration dieser Filterschicht 15 bestimmt.
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Hier
wird Quarz für
das Substrat 14 benutzt, auf dem die Filterschicht 15 zu
bilden ist, aufgrund seiner hohen Transparenz, seiner hohen Verlässlichkeit
bezüglich
Hochgeschwindigkeitsrotationen basierend auf seiner hohen mechanischen
Stärke
und seiner exzellenten Stabilität
gegenüber
Temperatur. Einer Scheibenoberfläche
des Substrats 14, die der variablen Rotationsmechanismus-l3-Seite
gegenüberliegt,
das heißt
auf der entgegensetzten Seite der Filterschicht 15, wird
eine weite Bandbreiten-Antireflektions-Beschichtung
angelegt.
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In 2 sind
Faserkollimatoren 18 jeder eine optische Faser 16 und
eine kollimierende Linse 17 umfassend, einander gegenüberstehend
angeordnet, und das scheibenförmige
optische Filter 12 wird in den optischen Strahlpfad 11 eingebracht,
der zwischen den Faserkollimatoren 18 gebildet ist, sodass
Lichter durch das scheibenförmige
optische Filter 12 hindurchgehen.
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Es
gibt ein Bedürfnis
den Strahldurchmesser genügend
klein zu machen, sodass die Filtereigenschaft nicht abnimmt, aber
der gewöhnlich
kollimierte Strahl einen Strahldurchmesser von 300 μm aufweist,
der genügend
klein ist bezüglich
einer Scheibe von 2,5 Inch- bzw. Zoll-Durchmesser, sodass diese Bedingung
erfüllt
werden kann. Auch mit diesem Strahldurchmesser ist es möglich den
optischen Strahl durch ungefähr
60 mm Raum unter der Bedingung des Koppelverlustes von 0.5 dB oder
weniger zu propagieren, sodass es ausreicht, die in 2 gezeigte
Konfiguration zu realisieren.
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Unter
Verwendung des in 2 gezeigten scheibenförmigen optischen
Filters 12 ist es möglich eine
Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung
zu realisieren, in der die Mitteltransmissionswellenlänge kontinuierlich über eine
weite Bandbreite variiert. Insbesondere durch Bilden der Filterschicht 15,
sodass die Mitteltransmissionswellenlänge linear entlang der Umfangsrichtung
variiert, ist es möglich,
die Wellenlängenunterscheidung
synchron mit einer Zeiteinteilung bzw. Taktung zu realisieren, die
von einem System mit willkürlicher
Mittelwellenlängenvariationsrate verlangt
wird, unter Verwendung der Steuerung einer Anzahl von Rotationen
und der herkömmlichen
elektrischen Synchronisierungstechnik.
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Zum
Beispiel sind, wenn mehrere optische Strahlen mit kontinuierlichen
Wellenlängen,
die bei gleichen Wellenlängenintervallen
angeordnet sind, auf diese Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung einfallen,
können
die einfallenden Lichter in Ausgabelichter in Form einer Folge von
Pulslichtern angeordnet mit gleichen Intervallen auf einer Zeitachse, umgesetzt
werden. Dies läuft
auf die Umsetzung zwischen der Wellenlängenachse und der Zeitachse heraus,
sodass es möglich
wird, die Messung von absoluten Wellenlängen auf der Zeitachse zu realisieren,
vorausgesetzt, dass absolute Wellenlängen entsprechend der mehreren
Wellenlängen
der einfallenden Lichter kallibriert werden.
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Es
werden nun drei spezifische Konfigurationen einer Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung
beschrieben.
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3 zeigt
eine Konfiguration einer ersten Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung,
die ein scheibenförmiges
optisches Filter 12 umfasst, das aus einer Quarzscheibe 14 und
aus einer Filterschicht gebildet wird, die in einen optischen Strahlpfad 11 platziert
wird, sowie einen mit dem scheibenförmigen optischen Filter 12 verbundenen
variablen Rotationsmechanismus 13, eine Rotationssteuereinheit 19 zum
Steuern des variablen Rotationsmechanismus 13 gemäß einer
Synchronisierungssignaleingabe 27, Faserkollimatoren 18,
wobei jeder durch eine optische Faser 16 und eine kollimierende
Linse 17 gebildet wird zwischen denen der optische Strahlpfad 11 gebildet
wird, WDM (Wellenlängenmultiplexen) – Koppler 20 zum
Koppeln eines Eingabetaktsignallichts 26 und eines Eingabesignallichts 25 in
eine Eingangsseite des Faserkollimators 18 und Auskoppeln
eines Ausgabesignallichts 25 und eines Ausgabetaktsignallichts 26 aus
einer Ausgangsseite des Faserkollimators 18, ein Splitter
bzw. Verteiler 21 zum Verteilen des Ausgabesignallichts 25,
Fotodetektoren (PD) 22 zum Umsetzen des Ausgabetaktsignallichts 26 von
dem WDM-Koppler 20 und
dem Ausgabesignallicht 25 von dem Splitter 21 in
elektrische Signale und ein Synchronoskop 23, das elektrische
Signale von den Fotodioden 22 mit einem von dem Ausgabetaktsignallicht 26 erhaltenen
Triggersignal 28 empfängt
und Spiegel 31 zum Bilden des optischen Strahlpfads 11, der
durch das scheibenförmige
optische Filter 12 von seiner Oberseite zu seiner Unterseite
hindurch geht.
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In
der Konfiguration nach 3 weist das scheibenförmige optische
Filter 12 die Mitteltransmissionswellenlängen auf,
die linear entlang der Umfangsrichtung so variieren, dass die Wellenlängenachse
direkt in die Zeitachse umgesetzt werden kann, unter der Bedingung
konstanter Rotationen, die durch den Phasenvergleich unter Verwendung
einer Ausgabe eines Rotationskodierers oder ähnlichem realisiert werden
können,
wobei er die Anzahl von Rotationen und eine Master-Zeitgeber oder ähnliches überwacht.
Folglich wird die Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidung ermöglicht durch
Bereitstellen des Master-Zeitgebers und Synchronisieren des Rotationssystems
und des Messsystems (Fotodioden 22 und des Synchroskop 23) mit
dem Master-Zeitgeber. Die Zeitachse wird sofort in die Wellenlängenachse
umgesetzt gemäß einer Mittelwellenlängenverschiebung
pro Rotationswinkeleinheit, die vorher in einem stationären System gemessen
wurde.
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Hier
ist die Detektion eines Taktens bzw. Zeiteinteilens eines Filterschichtstartabschnitts
das Schlüsselproblem
weil die Umsetzung der Wellenlängenachse
in die Zeitachse unmöglich
wird sofern nicht diese Zeiteinteilung detektiert wird. Um diese Zeiteinteilungsdetektion
möglich
zu machen, wird eine Zeiteinteilungsdetektionsmarkierung (Header) 30 an
die Startposition der Filterschicht 15 angebracht, wie
in 4A gezeigt, sodass die Startzeiteinteilung durch
Detektieren einer Zeiteinteilung detektiert werden kann, bei welcher
der kollimierte Strahl durch diesen Header 30 hindurchgeht,
wie in 4B gekennzeichnet.
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In
der Konfiguration nach 3 wird das Taktsignallicht 26,
mit einer Wellenlänge
unterschiedlich von der des Signallichtes 25, an der Eingangsseite
des WDM-Kopplers 20 eingegeben und wird an der Ausgangsseite
des WDM-Kopplers 20 extrahiert nachdem es durch das Filter
hindurch gegangen ist, sodass die Zeiteinteilungsextrahierung ohne
ein Beeinflussen des Signallichts 25 realisiert werden
kann.
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Es
sei bemerkt, dass in der Konfiguration nach 3 eine kompakte
Konfiguration durch Anpassen eines kollimierenden Systems realisiert
wird, in welchem die optische Achse durch die Spiegel 31 verändert wird.
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5 zeigt
eine Konfiguration einer zweiten Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidungsvorrichtung,
in welcher die Konfiguration ähnlich
zu der von der oben beschriebenen 3, als ein Kanal-1
(CH1) bereitgestellt wird. Zusätzlich
enthält die
Konfiguration nach 5 weiterhin einen Kanal-2 (CH2),
der durch eine Mehrfachwellenlängen-Referenzlichtquelle 32 gebildet
wird, sowie eine Zeiteinteilungs-Detektionslichtquelle 24,
einen Kombinierer 33 zum Kombinieren der Mehrfachwellenlängen-Referenzlichter von
der Mehrfachwellenlängen-Referenzlichtquelle 32 und
ein Zeiteinteilungsdetektionslicht von der Zeiteinteilungsdetektionslichtquelle 24,
Faserkollimatoren 38, wobei jeder durch eine optische Faser 36 und
eine kollimierende Linse 37 gebildet wird zwischen welchen
ein optischer Strahlpfad 41 gebildet wird, Spiegel 39 zum
Bilden des optischen Strahlpfads 41, der durch das scheibenförmige optische
Filter von seiner Oberseite zu seiner Unterseite hindurch geht und
ein anderer Fotodetektor (PD) 22 zum Umsetzen des CH2 Ausgabelichts
in elektrische Signale und Zuführen
der erhaltenen elektrischen Signale an das Synchroskop 23.
Hier wird das kollimierende System des Kanals-2 parallel zu dem
kollimierenden System des Kanals-1 bereitgestellt.
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In
der Konfiguration nach 5 weist das scheibenförmige optische
Filter 12 die Mitteltransmissionswellenlängen auf,
die nicht-linear entlang der Umfangsrichtung variieren. Hier jedoch
wird vermutet, dass die Mitteltransmissionswellenlängen nicht
zufällig,
aber gemäß einer
glatten monotonen Funktion variieren.
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Wenn
solch eine Filtereigenschaft benutzt wird, ist es unmöglich die
Wellenlängenachse
in die Zeitachse durch einfaches Detektieren der Startzeiteinteilung
umzusetzen, sodass es unmöglich
ist eine gute Wellenlängenunterscheidungseigenschaft
zu realisieren. Aus diesem Grund wird in der Konfiguration nach 5 der
Kanal-2 bereitgestellt, um Referenzgitter 34 auf der in 6 gezeigten
Zeitachse zu bilden und die Wellenlängen werden gemäß den Referenzgittern 34 kalibriert.
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Noch
genauer gesagt, werden die Mehrfachwellenlängenreferenzlichter in den
Kanal-2 eingegeben, und das übertragene
Lichtintensitätssignal
wird durch den Fotodetektor 22 detektiert. Dann werden Intensitätsspitzen
entsprechend zu den Referenzlichtern mit Wellenlängen λ1, λ2, λ3,... zu Zeiten t1, t2, t3,...
detektiert. Dann wird, unter Verwendung dieser detektierten Spitzen
als die Referenzgitter 34, das Verhältnis zwischen der Wellenlänge und
den Zeiten durch Interpolation erhalten. Mit dieser Kalibrierung kann
die Mitteltransmissionswellenlänge
in Abhängigkeit
der Zeit durch die folgende Gleichung (1) erhalten werden: λc = λ(t) (1)wobei t eine
relative Zeit innerhalb einer Periode der Scheibenrotation ist,
die durch Einstellen einer Zeit entsprechend zu der Markierung auf
der Scheibe als Ursprung erhalten wird.
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Wenn
die für
die Markierung auf der zu rotierenden Scheibe verlangte Zeit von
dem Strahl, der eine Position des Kanals-2 passiert, zu dem Strahl, der
eine Position des Kanals-1 passiert, Δτ ist (in diesem Fall wird der
Blickwinkel zwischen dem Kanal-1 und dem Kanal-2 ωΔτ, wobei ω eine Winkelgeschwindigkeit
ist), wird die Mitteltransmissionswellenlänge des Signallichts, das durch
den Kanal-1 hindurch geht, durch die folgende Gleichung (2) gegeben
sein. λc = λ(t – Δτ) (2)
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7 zeigt
eine Konfiguration einer dritten Hochgeschwindigkeits-Wellenunterscheidungsvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die dem Fall eines Realisierens der
Wellenlängenunterscheidung
durch Verändern
der Filtereigenschaft entspricht, wie zum Beispiel einer Bandbreite
und dem Wellenlängenbereich.
Es ist möglich
das Gleiche durch Auswechseln von Scheiben zu realisieren, aber
die Konfiguration nach 7 ist praktisch ziemlich nützlich,
weil es möglich
ist die Funktion des optischen Spektrumanalysators zu realisieren,
zum Realisieren von Messungen während
die Auflösung
verändert
wird.
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In
der Konfiguration nach 7 weist das scheibenförmige optische
Filter 12 eine erste Filterschicht 15A und eine
zweite Filterschicht 15B auf, die gegenseitig verschieden
sind und konzentrisch auf dem Substrat angeordnet sind.
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Als
ein Mechanismus zum Auswählen
einer dieser zwei Filterschichten kann der in der herkömmlichen
optischen Scheibe benutzte Spur- und Servomechanismus verwendet
werden. Der Such- und Spurbetrieb wird nämlich durch ein Spursteuerantriebssystem 41 ausgeführt, das
in einer radialen Richtung steuerbar ist, zu welchem die Faserkollimatoren 18 ähnlich zu
denen der Konfiguration nach 3, angebracht
sind. Um die Spur zu halten, kann die herkömmlich bekannte Abtast- und
Servotechnik verwendet werden. Dadurch ist es möglich, die Spurführung ohne
ein Anbringen einer Spurführungskerbe
auf der Filterschicht zu realisieren, sodass es möglich ist,
die Verschlechterung der Wellenlängenunterscheidungseigenschaft
zu verhindern.
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Auch
wird in der Konfiguration nach 7 das scheibenförmige optische
Filter 12 mit vier Spursteuer-Schwankungsmarkierungen 42 bereitgestellt. Hier
ist die Spurbreite von mehreren zehn Mikrometern ausreichend und
die Hochgeschwindigkeitssteuerung des Antriebssystems ist unnötig. Wenn
ein Spur- und Taktsteuerlicht 43 an der Eingangsseite des
WDM-Kopplers 20 eingegeben wird, weist das Spur- und Taktsignal 44 von
der Ausgangsseite des WDM-Kopplers 20 eine
in 8 gezeigte beispielhafte Wellenform auf, die Startzeiteinteilungssignale 45 bzw.
Starttaktsignale aufgrund der Zeiteinteilungs-Detektionsmarkierung 30 und
Schwankungssignale 46 aufgrund der Spursteuerungsschwankungsmarkierungen 42 enthält.
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Wie
beschrieben, ist es gemäß der ersten Ausführungsform
möglich
die Hochgeschwindigkeits-Wellenlängenunterscheidung
durch eine sehr einfache Konfiguration zu realisieren. Dieser Wellenlängenunterscheidungsmechanismus
kann beim beträchtlichen
Verringern der Größe und Kosten
des herkömmlichen
optischen Spektrumsanalysators oder beim Realisieren von einer Unterscheidung
von Wellenlängenmultiplexlichtern
synchronisiert mit einem System verwendet werden.
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Es
ist auch zu bemerken, dass das scheibenförmige optische Filter gemäß der vorliegenden
Erfindung auf solch eine Art und Weise verwendet werden kann, dass
die gewünschte
Mitteltransmissionswellenlänge
von außerhalb
alleine in Abhängigkeit
der Zeit spezifiziert werden kann, zum Beispiel unter Verwendung
des Takts einer Referenz.
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Es
ist auch zu bemerken, dass in der vorliegenden Erfindung eine Kombination
des Photokopplers und der Markierungen, die auf dem scheibenförmigen optischen
Filter bereitgestellt werden, wie zum Beispiel entlang des Umfangs
des scheibenförmigen optischen
Filters effektiv wie ein Hochpräzisionskodierer
arbeiten kann.
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Es
ist auch zu bemerken, dass neben dem oben bereits genannten viele
Modifikationen und Variationen der oberen Ausführungsformen durchgeführt werden
können
ohne die neuen und vorteilhaften Merkmale der vorliegenden Erfindung
zu verlassen. Dem gemäß sind alle
solche Modifikationen und Variationen beabsichtigt, innerhalb des
Umfangs der anhängenden
Ansprüche
enthalten zu sein.