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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Filter und
dessen Anwendung auf eine optische Paketerzeugungsvorrichtung zum
Erzeugen einer Zeitabfolge von monochromatischen Pulslichtern von
entsprechenden Wellenlängen über eine weite
Brandbreite in einem optischen Netzwerksystem, das Licht von verschiedenen
Wellenlängen
für verschiedene
Kanäle
verwendet.
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Es
gab einen Vorschlag eines Transmissionssystems vom Typ mit Wellenlängenmultiplexern zum Übertragen
einer großen
Kapazität
bzw. Volumens von Signalen, 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, (Akousto-optischen 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.
Daher war die Bandbreite des aktuell erhältlichen AOTF ungenügend für diesen
Zweck.
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In
EP-A-0615146 ist ein Farbrad offenbart, das ausgebildet ist, um
hauptsächlich
in einem optischen Projektionssystem verwendet zu werden.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optische Paketerzeugungsvorrichtung
bereitzustellen, die geeignet ist, optische Pakete über eine sehr
breite Wellenlängenbandbreite
bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine optische Paketerzeugungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend:
ein
scheibenförmiges
optisches Filter, das Filterschichten von gegenseitig verschiedenen
Transmissionswellenlängen
aufweist, die auf einer Vielzahl von fächerförmigen Regionen gebildet sind,
die unter vorgeschriebenen Zentralwinkeln aufgeteilt sind;
ein
Rotationsantriebsmechanismus zum Rotieren des scheibenförmigen optischen
Filters;
eine Lichtquelle zum Ausgeben von optischen Strahlen
mit einer Vielzahl von Wellenlängen,
die mit den Transmissionswellenlängen
der Filterschichten übereinstimmen;
eine optische Strahleneingabeeinheit zum Einstellen der optischen
Strahlen von der Lichtquelle einfallend auf das scheibenförmige optische Filter
als kollimierte optische Strahlen im Wesentlichen senkrecht zu einer
Rotationsebene des scheibenförmigen
optischen Filters; und eine optische Strahlenausgabeeinheit zum
Sammeln der kollimierten optischen Strahlen, die durch das scheibenförmige optische
Filter laufen; dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsantriebsmechanismus
angepasst ist, das scheibenförmige
optische Filter mit einer vorgeschriebenen, konstanten Geschwindigkeit
zu rotieren; wobei die Strahlenausgabeeinheit angepasst ist, um
monochromatische optische Pakete mit Wellenlängen auszugeben, die den Transmissionswellenlängen der
Filterschichten entsprechen, in Zeitserien als Zeitmultiplexte optische
Pulse, die von den optischen Strahlen mit der Vielzahl von Wellenlängen gewonnen
wurden in Übereinstimmung
mit Rotationen des scheibenförmigen
optischen Filters; und die Lichtquelle ist zusammengesetzt aus mehreren
Lasern mit entsprechenden Wellenlängen und einem Multiplexer
in Kombination mit optischen Fasern zur Eingabe in den. und zur
Ausgabe aus dem optischen Filter.
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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 aber für
deren Verständnis
nützlich
ist;
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3 ein
Diagramm, das ein scheibenförmiges
optisches Filter zeigt, das in einer optischen Paketerzeugungsvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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4 ein
Diagramm, das optische Pakete zeigt, das durch die optische Paketerzeugungsvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde;
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5 ein
Blockdiagramm zeigt, das eine spezifische Konfiguration einer ersten
optischen Paketerzeugungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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6 ein
Diagramm zeigt, das Übertragungspositionen
von kollimierten optischen Strahlen und optische Strahlen für einen
Photokoppler auf dem scheibenförmigen
optischen Filter in der ersten optischen Paketerzeugungsvorrichtung
aus 5 zeigt; und
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7 ein
Diagramm zeigt, das Markierungen, die auf dem scheibenförmigen optischen
Filter in der ersten optischen Paketerzeugungsvorrichtung aus 5 bereitgestellt
sind, zeigt.
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Bezug
nehmend auf 2 wird nun ein einfaches scheibenförmiges optisches
Filter, das nicht der Erfindung entspricht, zuerst beschrieben,
um das Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
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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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In
dieser Vorrichtung ist ein Scheibenrotationsmechanismus 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 es 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 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-13-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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Bezug
nehmend auf 3 bis 7 wird nun
die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben, die sich auf
eine optische Paketerzeugungsvorrichtung bezieht.
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Die
optische Paketerzeugungsvorrichtung verwendet ein scheibenförmiges optisches
Filter, in dem dielektrische Mehrlagen optische Filterlagen mit vorgeschriebenen
Transmissionswellenlängen
auf einer Vielzahl fächerförmiger Regionen
gebildet sind, die die Scheibe mit vorgeschriebenen Zentralwinkeln wie
in 3 gezeigt aufteilt. Hier wird angenommen, dass
die Transmissionswellenlängen
der dielektrischen Mehrlagen optischen Filterlagen der entsprechenden
Regionen λ1 bis λN sind. Dieses optische Filter wird rotiert,
während
kontinuierliche Lichter mit einer Vielzahl von Wellenlängen auf
die Scheibe einfallen. Dann durchlaufen die Transmissionspositionen der
einfallenden optischen Strahlen sequentiell Regionen mit unterschiedlichen
Transmissionswellenlängen
entlang einer Spur, die durch eine gestrichelte Linie in 3 angezeigt
ist. Andererseits stimmen die Wellenlängen der einfallenden optischen
Strahlen mit den Transmissionswellenlängen überein, so dass lediglich der
optische Strahl einer einzelnen Wellenlänge selektiv an jeder Region
durchgelassen wird. Auf diese Weise werden die monochromatischen
Pulslichter mit Wellenlängen,
die mit den Transmissionswellenlängen
der entsprechenden Regionen übereinstimmen,
in Zeitreihen ausgegeben, die mit den Rotationen des optischen Filters
wie in 4 dargestellt verbunden sind. Es werden nämlich die
N Kanal optischen Pulse mit unterschiedlichen Wellenlängen für unterschiedliche
Kanäle
in zeitmultiplexter Form ausgegeben. Es werden auch, wie in 3 gezeigt,
eine Vielzahl von Markierungen bei konstanten Zentralwinkeln radial
von der Zentralposition dieses scheibenförmigen optischen Filters gebildet.
Durch Detektieren dieser Markierungen und Bereitstellen einer Rückkopplung
zu dem Rotationsantriebsabschnitt des optischen Filters ist es möglich, die
Anzahl von Rotationen des optischen Filters zu steuern. Es sei angemerkt,
dass in 3 die Markierungen an Grenzen
zwischen den Regionen mit unterschiedlichen Transmissionswellenlängen gebildet
sind, dass deren Anzahl und Positionen aber beliebig ist, so lange der
Zentralwinkel zwischen jeder angrenzenden Markierung konstant ist.
Es sei jedoch angemerkt, dass es möglich ist, die Anzahl von Rotationen
des optischen Filters mit einer größeren Genauigkeit durch Vergrößerung der
Anzahl von Markierungen zu steuern.
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Es
ist auch durch Verriegeln der Phasen der Detektionssignale, die
erzeugt werden, wenn die Markierungen auf dem rotierenden optischen
Filter detektiert werden, mit den Phasen von externen Steuerungssignalen
möglich,
die optischen Pakete mit einer konstanten Pulsbreite synchron mit
den externen Signalen zu erzeugen.
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Zusätzlich ist
es möglich,
durch Detektieren einer Rotation des optischen Filters oder der
Regionen mit unterschiedlichen Transmissionswellenlängen unter
Verwendung der vorgeschriebenen Markierungen, die Wellenlängen (Kanäle) der
monochromatischen Pulslichter (optische Pakete), die in Zeitreihen
ausgegeben werden, zu identifizieren.
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Nun
werden die spezifischen Konfigurationen einer optischen Paketerzeugungsvorrichtung
beschrieben.
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5 zeigt
eine Konfiguration einer ersten optischen Paketerzeugungsvorrichtung,
die ein scheibenförmiges
Filter 211 verwendet, das durch eine Glas- (Quarz) Scheibe
gebildet ist, das in eine Vielzahl von fächerförmigen Regionen bei vorgeschriebenen
Zentralwinkeln aufgeteilt ist, auf dem dielektrische Mehrlagen optische
Filter mit gegenseitig unterschiedlichen Transmissionswellenlängen λ1 bis λN gebildet
sind. Dieses optische Filter 211 wird durch einen Gleichstrom-Servo-Motor 212 in
Rotation versetzt. Ein Photokoppler 213 ist quer zur Scheibenebene
des optischen Filters 211 bereitgestellt, um die auf dem
optischen Filter 211 bereitgestellten Markierungen zu detektieren.
Ein phasenverriegelter Schleifenschaltkreis 214 (PLL, Engl.
Pahse locked loop circuit), der durch einen Phasenvergleicher 215,
einen Tiefpassfilter (LPF) 216, einen Schleifenfilter 217 und einen
Differenzverstärker 218 gebildet
ist, ist bereitgestellt, um die Anzahl von Rotationen des Gleichstrom-Servo-Motors 212 entsprechend
einer Phasendifferenz zwischen dem Detektionssignal des Photokopplers 213 und
einem externen Taktsignal 219 zu steuern.
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In
anderen Worten wird das optische Filter 211 auf die Anzahl
von Rotationen gesteuert, die mit dem externen Takt 219 synchronisiert
sind.
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Es
werden auch eine Vielzahl von Halbleiterlaser 220-1 bis 220-N bereitgestellt,
die optische Strahlen mit Wellenlängen ausgeben, die jeweils
mit den Transmissionswellenlängen λ1 bis λN übereinstimmen.
Diese optischen Strahlen werden in einen Multiplexer 222 durch
Isolatoren 211 eingegeben und werden dort Wellenlängen gemultiplext.
Die Wellenlängen
gemultiplexten optischen Strahlen fallen auf das optische Filter 211 annähernd senkrecht
als kollimierte optische Strahlen durch eine optische Faser 223 und
eine Kollimationslinse 224 und transmittierte optische
Strahlen vom optischen Filter 211 werden durch die Kollimationslinse 225 kollimiert
und in eine optische Faser 226 eingegeben.
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Genauer
kann diese optische Paketerzeugungsvorrichtung aus 5 in
der Praxis wie folgt aufgebaut werden. Die Größe des Glasscheibensubstrats
des optischen Filters 211 ist beliebig, und es ist möglich ein
Substrat mit einem Außendurchmesser von
2,5 Zoll, einen Innendurchmesser von 15 mm und einer Dicke von 2
mm zu verwenden, das kompatibel ist mit der magneto-optischen Scheibe.
Die Transmissionscharakteristik des optischen Filters 211 ist
trapezoid, und es ist möglich,
einen Doppel-Kavität-Filter
mit dem Extinktions-Verhältnis
von 60 dB und mehr zu verwenden. Es ist zu berücksichtigen, dass die Transmissionsbandbreite
beliebig eingestellt werden kann. Auf der Grundfläche des
Scheibensubstrats ist eine Breitband-Antireflexschicht gebildet.
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Das
optische Filter 211 ist annähernd senkrecht in einem optischen
Strahl-Pfad der kollimierten Strahlen zwischen den Kollimationslinsen 224 und 225 angeordnet.
Das optische Filter ist hier vorzugsweise bezüglich des optischen Strahl-Pfads
etwas zu neigen, um den Einfluss von Reflektion zu beseitigen, das
optische Filter 211 ist aber wegen des Einflusses des Einfallswinkels
der optischen Strahlen auf die Polarisationsabhängigkeit und die Transmissionswellenlänge vorzugsweise
nicht mehr als notwendig zu neigen. Auch wird der Einfallswinkel
nur schwer geändert
durch Rotationen zum Einstellen und wird lediglich beeinflusst durch
die Scheibenflächenvibration
zuzeiten von Rotationen. Jedoch ist die Scheibenflächenvibration
normalerweise etwas 10 μm
bezüglich
des Durchmessers von 2,5 Zoll, so dass die Änderung des Einfallswinkels
aufgrund dieses Faktors ignoriert werden kann.
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Es
ist möglich
für Halbleiterlaser 220 den DBR-(Distributed Bragg-Reflector)
Laser, in dem die Wellenlänge
festgelegt werden kann, einen Laser mit externer Kavität oder eine
SSG- (Super Structure Grating) Laser, in dem die Wellenlänge durchstimmbar
ist, zu verwenden.
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Die
optischen Strahlen, die von diesen individuellen Halbleiterlaser
ausgegeben werden, werden durch den Multiplexer 222 gemultiplext,
und das verlustarme Multiplexen kann hier realisiert werden durch
Verwenden eines angeordneten (Engl.: arrayed) Wellenleiterbeugungsgitters
als den Multiplexer 222, der bereitgestellt ist, damit
die Wellenlängen
genügend
gesteuert sind. Außer
diesen individuellen Halbleiterasern ist es auch möglich, einen
modenverriegelten (Engl.: mode locked) Halbleiterlaser zu verwenden,
der optische Strahlen mit multiplen Wellenlängen durch ein einzelnen Element
ausgeben kann.
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Ein
Vielzahl von Markierungen, die an den vorgeschriebenen Zentralwinkeln
des optischen Filters 211 zu bilden sind, können durch
den Transfer unter Verwendung der Fotolithoraphie Technik auf dem
Glassubstrat genau gebildet werden. Diese Markierungen werden optische
durch den Photokoppler 213 detektiert. Die Transmissionsposition
der durch den optischen Filter 211 zu transmittierenden kollimierten
optischen Strahlen und die Transmissionsposition der optischen Strahlen
für den
Photokoppler sind in dem gleichen Winkel wie in 6 gezeigt
angeordnet.
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Wie
in 7 gezeigt ist es auch möglich durch Bereitstellen einer
Vielzahl von Markierungen 231, die bei konstanten Zentralwinkeln
zum Zweck der Steuerung der Anzahl der Rotationen des optischen
Filters 211 angeordnet sind, und einer Markierung 232 einer
unterschiedlichen Länge
zum Zweck der Bestimmung einer Rotation des optischen Filters 211,
so dass eine Hälfte
der Transmissionsposition des optischen Strahls für den Photokoppler
durch die Spitze der Markierung 231 geht, eine Periode
einer Rotation des optischen Filters 211 durch Detektieren der
Markierung 232 bezüglich
des Pegels des Detektionssignals des Photokopplers zu detektieren.
Hier können
die Markierungen 231 so gebildet sein, dass Regionen mit
unterschiedlichen Transmissionswellenlängen bezüglich der Markierung 231 erkannt
werden können.
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Durch
Verriegeln der Phasen des Detektionssignals des Photokopplers 213 und
des externen Takts 219 ist es auch möglich, die Zeitbreite der optischen
Pakete zu steuern, so dass es möglich
wird, Daten in den optischen Paketen zu lesen oder zu schreiben.
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Die
Schaltzeit der optischen Pakete hängt von der Rotationsgeschwindigkeit
des optischen Filters 211 und dem Strahldurchmesser des
einfallenden optischen Strahls auf dem optischen Filter 211 ab.
Wenn der Strahldurchmesser 100 μm
ist, ist die Rotationsgeschwindigkeit 10000 Upm, und der Rotations-Spur-Radius ist 25
mm, und die Schaltzeit wird näherungsweise
1 μs.
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Der
optische Strahl fällt
während
des Schaltens zwischen quer zu zwei angrenzenden Regionen, so dass
sich zwei optische Pakete wie in 4 gezeigt überlappen.
Auf diese Weise wird die Variation der Lichtintensität während des
Schaltens klein, so dass möglich
ist, die Häufung
bzw. den Burst aufgrund der Verstärkungsfluktuation oder Signallicht Eingang
zu einer Zeit des Verstärkens
der in Zeitreihen ausgegebenen optischen Pulse durch den optischen
Faserverstärker
oder dergleichen zu verhindern.
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Wie
beschrieben ist es möglich,
optische Pakete über
eine sehr breite Wellenlängenbandbreite zu
erzeugen durch Rotieren des scheibenförmigen optischen Filters, der
in Regionen mit unterschiedlichen Transmissionswellenlängen aufgeteilt
ist, und Ausgeben der monochromatischen Lichtpulse der Wellenlängen, die mit
den Transmissionswellenlängen
der jeweiligen Regionen gekoppelt sind.
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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.