EP1561140A1 - Trägerelement zur aufnahme von optischen elementen sowie verfahren zur herstellung eines solchen trägerelementes - Google Patents

Trägerelement zur aufnahme von optischen elementen sowie verfahren zur herstellung eines solchen trägerelementes

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EP1561140A1
EP1561140A1 EP02798243A EP02798243A EP1561140A1 EP 1561140 A1 EP1561140 A1 EP 1561140A1 EP 02798243 A EP02798243 A EP 02798243A EP 02798243 A EP02798243 A EP 02798243A EP 1561140 A1 EP1561140 A1 EP 1561140A1
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EP
European Patent Office
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support
carrier part
part according
modifying
wave
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Ceased
Application number
EP02798243A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Popp
Ingo Smaglinski
Jens Haase
Gerhard Himmelsbach
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Huber and Suhner Cube Optics AG
Original Assignee
Cube Optics AG
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Filing date
Publication date
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    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device

Definitions

  • Carrier element for receiving optical elements and method for producing such a carrier element
  • the present invention relates to a carrier element for receiving at least two shaft-modifying elements and a corresponding production method.
  • the present invention further relates to an optical modifier, e.g. B. for coupling and decoupling signals of one or more wavelength channels in or from waveguides with such a carrier element.
  • an optical modifier e.g. B. for coupling and decoupling signals of one or more wavelength channels in or from waveguides with such a carrier element.
  • a wave-modifying element is understood to mean any element which, when placed in the beam path, influences one, several or even all wavelength channels of the optical channel. Influencing is understood to mean, for example, reflecting, absorbing, amplifying, weakening, interrupting or polarizing.
  • Light guides are generally thin fibers made of highly transparent optical materials, which guide light in its longitudinal direction through multiple total reflection. The light generally entering through a smooth entrance surface follows all bends in the fibers and ultimately emerges from a generally also smooth end surface.
  • the electrical signals that are to be transmitted are converted by an electro-optical converter into light signals - mostly in the infrared range -, coupled into the optical waveguide, transmitted by the optical waveguide and finally converted back into electrical signals by an opto-electrical converter.
  • an electro-optical converter converts signals - mostly in the infrared range -
  • the message signals are modulated. Different carrier frequencies, which are also referred to as channels, are used for the different message signals.
  • the individual signals After the transmission of the individual message signals or wavelength channels via the optical waveguide, the individual signals must be separated and demodulated.
  • Devices are therefore known in the art for adding and selecting wavelength-coded signals (light of a specific wavelength or specific wavelengths), so-called multiplexer or demultiplexer arrangements. Such devices use optical fibers that have a high information carrier density.
  • the purpose of the devices is, inter alia, to separate corresponding information or a corresponding wavelength channel from the large number of transmitted information.
  • narrow-band mirrors for example, are suitable, which allow certain frequencies of light to pass almost unhindered, while selected frequencies are reflected.
  • the wave-modifying elements are placed on both sides of a glass plate and optionally fixed. It is thereby achieved that the wave-modifying elements are arranged essentially on two planes running parallel to one another, so that a multiplexer-demultiplexer can be realized by suitable positioning of the wave-modifying elements.
  • the use of the glass plate has the disadvantage that the signal is attenuated in the glass, that reflections can occur at the interfaces of the glass plate, and that it is not possible between two wave-modifying elements mounted on opposite sides of the glass plate insert another wave modifying element.
  • the embodiment with the glass plate also has the disadvantage that the parallel surfaces of the glass plate are often not completely plane-parallel to one another, which may require complex readjustment of the individual filters on the glass plate.
  • the support levels each have at least one opening, the openings being connected to one another via at least one through hole.
  • the wave-modifying elements can be positioned on the carrier element in such a way that the beam path runs through the at least one through hole and not through the carrier element. This in turn means that there is no loss of intensity between the individual wave-modifying elements and, moreover, that there are no disturbing reflections at the interface with, for example, a glass plate.
  • the carrier element it is not necessary in the device according to the invention for the carrier element to be produced from a material which is transparent to the corresponding frequencies of the individual wavelength channels.
  • the openings do not have to be connected directly to one another through the at least one through-hole, but rather, for example, can each have a through-hole to a channel or a recess, so that the beam path from a through-hole of one support plane through the channel or the recess in another through hole of the other support level runs.
  • a through hole need not necessarily be made with a drill. Rather, any recess that is suitable for connecting the openings of the support planes to one another is possible.
  • the carrier part is formed in one piece.
  • the wave-modifying elements can simply be placed on the corresponding support planes of the carrier part and, if necessary, fixed. At least one, preferably each, wave-modifying element advantageously lies on the support plane in such a way that a corresponding opening is at least partially, preferably completely, covered by one or more wave-modifying elements.
  • a complete covering of the opening makes it easier to fix the shaft-modifying elements on the support level, since the shaft-modifying elements can be arranged to cover an opening completely on the support level and in this position with an adhesive, eg. As adhesive, can be fixed without a significant amount of the adhesive flowing into the through hole and possibly getting into the beam path.
  • At least one support plane has an opening for coupling in and / or out a light signal.
  • an opening is not provided with a wave-modifying element, so that the light can penetrate unchanged into a corresponding through hole in the carrier part.
  • At least one support level has at least two openings and that an opening of the other support level lies on the central perpendicular to the connecting line between the two openings of the first support level.
  • the openings of the individual support planes are offset from one another, so that a zigzag-shaped beam path results.
  • openings and the through bores can in principle be of any design. Circular bores, elongated holes or recesses are advantageously used.
  • the carrier part is made of a plastically and / or elastically deformable material.
  • the carrier part is made of a ductile and / or elastically deformable material
  • a suitable pressure can be applied to the shaft-modifying element in the direction of the support plane during the passive adjustment of the wave-modifying element on the support plane, so that any punctiform increase that may be present pushing itself into the ductile material.
  • the passive adjustment method described according to the invention in which a wave-modifying element is pressed against a plastically and / or elastically deformable support plane, is not restricted to the adjustment of wave-modifying elements on support parts, but rather in general in the adjustment of any optical elements , such as B.
  • any support or support elements can advantageously be used on any support or support elements. It is only essential that the material from which the support element or the support element is made is elastically and / or plastically, preferably plastically deformable and that the optical element is pressed onto the support surface on the support or support element during the adjustment. It goes without saying that the entire support or support element does not necessarily have to consist of elastically and / or plastically deformable material, but it is entirely sufficient if the corresponding support surface has at least one layer of an elastically and / or plastically deformable material.
  • the carrier part advantageously consists of a material which has a lower hardness than the material from which the wave-modifying elements are made (generally quartz glass or a glass ceramic).
  • the material of the carrier element advantageously has a Knoop hardness (according to ISO 9385) of less than 400 HK, particularly preferably less than 300 HK, at least in the area of the support planes.
  • the material of the carrier element is selected so that the maximum compressive strength is less than 1500 MPa, preferably less than 800 MPa, particularly preferably less than 450 MPa.
  • the carrier part is advantageously made of brass, steel, iron, copper, nickel silver, silver, gold or plastic, preferably POM or PEEK. It has been shown that these materials Lien are particularly advantageous for the manufacture of the carrier part according to the invention in terms of their processing and at least partially also in terms of their ductile behavior.
  • At least one support plane has a spacer element on the side facing away from the other support plane.
  • This spacer element which preferably has two stop surfaces running parallel to one another, serves to provide an adaptation surface for a beam shaping element or a corresponding coupling device.
  • a light beam emerging, for example, from a glass fiber 0 is converted in the coupling device or in the beam shaping element into parallel light, which then passes through the wave-modifying elements applied to the carrier part according to the invention.
  • the spacer element could also consist of one or more screws or pins which, for example, are screwed into the support planes and whose head serves as a stop surface for the coupling device.
  • the spacer element advantageously has a passage on the side facing the support plane, in which the optical element is arranged.
  • the spacer element surrounds the optical element or the wave-modifying element on the sides, so that it is protected against external interference.
  • the spacer element preferably consists of a precision film.
  • the spacer element consists of at least one pin, which extends through both support levels.
  • a spacer element can thus be made available on both support levels by means of a single spacer pin.
  • the spacer element and carrier part are formed in one piece. This has the advantage that it is not necessary to adjust and, if necessary, fix the distance element with respect to the carrier part.
  • at least three support planes parallel to one another are provided. This measure makes it possible to implement significantly more complex structures with wave-modifying elements, which in the prior art could only be achieved with great adjustment effort.
  • Narrow-band mirrors are advantageously used as wave-modifying elements.
  • the carrier part according to the invention is used in a multiplexer / demultiplexer device or in a beam splitter.
  • the method according to the invention for producing a carrier part for receiving at least two wave-modifying elements has the following steps:
  • Support level is arranged on the upper surface and the other support level on the lower surface.
  • the openings or the through bores are arranged in such a way that in the case of wave-modifying elements arranged on the support planes, the beam path does not run through the material block.
  • the support levels are advantageously produced after the passage has been made. This has the advantage that the surface quality of the support levels is not reduced again by the introduction of the passages.
  • the support planes are produced with an average roughness depth R z (according to DIN 4768) of less than 100 nm, preferably less than 50 nm, particularly preferably less than 20 nm.
  • a particularly expedient method provides that the support levels are produced using a machining process, preferably by diamond turning or diamond milling. This enables a very high surface accuracy to be achieved. It has been shown that the parallelism of the support planes is particularly good if the support planes are produced by a turning process, the block of material being clamped on the circumference of a rotating device in such a way that the supporting planes to be produced are oriented perpendicular to the axis of rotation of the rotating device , This means that all support levels can be produced in a single setup. This avoids deviations in parallelism due to adjustment errors when re-clamping the tool in the tool holder.
  • the through holes do not have to directly establish a connection between the openings of the two support levels. Rather, it is provided in a further particularly preferred method that a channel, which preferably runs approximately parallel to the support planes, is introduced.
  • This channel can consist, for example, of a recess or a milling pocket.
  • the through bores can be aligned essentially perpendicular to the support planes, which facilitates the introduction of the through bores and thus the openings of the support planes.
  • the beam path then runs, for example, from the first support level through a first through hole into the channel and from there via a second through hole to the second support level.
  • At least one wave-modifying element is advantageously placed on a support plane of the carrier part and this is then fixed in this position in order to produce an optical modifier.
  • the fixation is carried out with an adhesive, preferably with adhesive.
  • the material block is selected from an elastically and / or plastically deformable material.
  • the wave-modifying elements are then advantageously fixed under a certain contact pressure on the support planes of the carrier part. This has the advantage that any essentially point-like bumps in the support planes and / or the surface of the wave-modifying elements are pressed into the plastically and / or elastically deformable material, and thus a higher angular accuracy can be achieved. Further advantages, features and possible uses of the present invention will become clear from the following description of preferred embodiments and the associated figures.
  • 8a and 8b is a schematic representation of the adjustment process of a wave-modifying element on the support plane
  • 9a to 9c a further schematic representation of the adjustment of a wave-modifying element on a support plane, the support plane being formed by support elements,
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of a fourth application of the invention
  • FIG. 15 shows a schematic illustration of a fifth application of the invention.
  • FIG. 1a A first embodiment of the carrier part 1 according to the invention is shown in FIG. 1a.
  • the carrier part 1 has an upper support level 2 and a lower support level 2 '.
  • the two support levels 2, 2 ' are connected to one another by the side surfaces of the carrier part 1.
  • the carrier part 1 has a channel or a recess 4 on one side, which here has the shape of a milling pocket.
  • the two support levels 2, 2 'each have three through bores 3, which extend from the support level 2 or 2' into the channel 4. While the channel 4 is essentially parallel to the support levels 2, 2 ' runs, the through holes 3 are arranged substantially perpendicular to the support planes 2 and 2 '.
  • the openings formed by the through holes 3 in the support levels 2 and 2 ' are provided for shaft-modifying elements 5 to be placed on the support level 2 or 2' such that they at least partially and preferably cover completely.
  • the wave-modifying element can be, for example, a narrow-band mirror which reflects all wavelengths, apart from a narrow band, which comprises at least one wavelength channel, but possibly also a plurality of wavelength channels. The wavelengths in the narrow band, however, can transmit.
  • the arrangement of FIG. 1b could be used to couple four channels out of one signal.
  • the light signal could be irradiated through the upper support level through the upper left opening so that it passes through the milling pocket 4 and the lower left opening and meets the left-hand shaft-modifying element 5 attached to the lower support level 2 '. If this is a narrow band mirror, only one wavelength channel transmits here, while all other wavelength channels are reflected back through the lower left opening upwards through the milling pocket 4 and through the middle upper through hole 3 onto the left upper wave-modifying element 5. Again, only one wavelength channel is passed through, while all other wavelengths are reflected downwards in the direction of the lower right wave-modifying element. This process continues until all remaining wavelength channels leave the device through the lower right opening.
  • the inventive arrangement of the through holes 3 in combination with the milling pocket 4 ensures here that the beam path is free of material, i.e. that there is no attenuation of the signal or wavelength-dependent effects.
  • the adjustment is therefore passive, i.e. simply by appropriate arrangement of the openings formed by the through holes 3 on the plane-parallel support levels 2 and 2 '.
  • the device is adjusted after the wave-modifying elements 5 have been applied to the support plane 2 or 2 ', a corresponding pressing force possibly being advantageous.
  • a spacer element 6 is positioned on the support levels 2 and 2 ', which has a recess in which the wave-modifying E- Find 5 items.
  • This spacer element 6 also has two plane-parallel contact surfaces and serves as an adaptation surface for the adjustment of a corresponding coupling device.
  • the spacer elements 6 preferably have a thickness which exceeds the height of the wave-modifying elements 5, so that if a flat element were placed on the spacer element 6, this would not engage the shaft-modifying elements 5.
  • 1d and 1e show further views of the carrier part 1 according to the invention with shaft-modifying elements 5 and spacer elements 6.
  • 1f and 1g show an exploded view and a perspective view of the carrier part 1 according to the invention together with two coupling devices 7.
  • the coupling devices 7 serve to couple light signals, which are made available, for example, via glass fiber 8, as parallel light into the carrier part 1 such that the beam path runs over the individual wave-modifying elements 5.
  • the coupling device 7 can be of any design.
  • coupling devices with lens systems e.g. B. with gradient index lenses
  • a coupling device as is already known from WO 02/21733, is particularly preferably used here.
  • Such a coupling device has a curved reflecting surface, so that the beam expansion occurring at the end of a glass fiber due to the reflection on the curved surface, which has the shape of a section of a rotation paraboloid, a rotation ellipsoid or a rotation hyperboloide, for example, means that this at least is partially compensated.
  • the spacer 6 serves to provide an adaptation surface for corresponding stop surfaces of the coupling device 7, so that here too a passive adjustment, i.e. an adjustment can only be made by applying and possibly pressing the coupling device onto the spacer element 6.
  • 1g shows in a perspective view how, for example, a demultiplexer / multiplexer system can be implemented in a very small space. A complex adjustment is not necessary due to the inventive design of the carrier part 1 and the distance elements 6.
  • FIGS. 2a and 2b An alternative embodiment is shown in FIGS. 2a and 2b.
  • the through hole 3 is realized here as an elongated hole.
  • the shaft-modifying elements 5 are provided with a corresponding support area on the support level 2 or 2 ', so that the wave-modifying elements 5 can only be positioned by placing or placing them on the support levels 2 or 2'.
  • the wave-modifying elements 5 do not necessarily have to be attached to the outer support levels 2 and 2 '. It would be conceivable, for example, that the wave-modifying elements 5 could be mounted on the upper and lower side surface of the recess 4, which would then have to be designed as parallel support planes.
  • a channel 4 running parallel to the support levels 2 or 2 ' is provided. It would be entirely sufficient if only obliquely extending through bores 3 were arranged through the carrier part 1 in such a way that they connect the two support planes 2 and 2 'in a suitable manner in such a way that the beam path can take place completely in the material-free space.
  • the embodiment with channel 4 and through bores 3 oriented essentially perpendicular to the support planes has manufacturing advantages.
  • FIGS. 3a to 3e A third embodiment of the carrier part 1 is shown in FIGS. 3a to 3e.
  • the carrier part 1 also has through bores 3 here, which extend essentially perpendicular to the support planes 2 and 2 '. Approximately parallel to the support planes 2 and 2 ', there is no channel here in the form of a milling pocket, but only a channel in the form of a connecting bore 4.
  • the sectional view shown in FIG. 3b along line AA of FIG. 3c clearly shows to recognize that the openings formed by the through holes 3 in the upper support plane 2 are offset from the openings formed by the through holes 3 in the lower support plane 2 '.
  • 3i and 3k again show an exploded view and a perspective view of a demultiplexer / multiplexer system with the carrier part 1 according to the invention of the third embodiment.
  • an essentially plate-shaped or foil-shaped spacer 6 was used.
  • the spacer element 6 from a precision film by means of laser cutting.
  • the spacer element can also be constructed completely differently, as can be seen by way of example from the fourth embodiment shown in FIGS. 4a to 4g. 4a to 4d it can be clearly seen that the carrier part 1 differs from the carrier part of the embodiments of FIGS. 3a to 3k only in that bores 10 are provided which are perpendicular to the support planes 2, 2 ' extend the support part 1.
  • the spacer element 6 here consists of four pins which are inserted through the additional bores 10.
  • the pins have a narrow section 11, the outer diameter of which corresponds approximately to the drilling diameter of the bores 10.
  • the pins have a thicker head 12, which is designed so that this part can not slip through the holes 10.
  • the elongated section 11 and the head 12 are designed such that in the state inserted into the bore 10, as is shown in particular in FIGS. 4b and 4e, the elongated part 11 or the head 12 over the support planes 2 and 2 'each survives so far that the wave-modifying elements 5 do not protrude beyond the spacer 6.
  • the pins 6 are positioned such that they offer a corresponding contact surface for the coupling device 7.
  • the pins can have a different length. This can be particularly advantageous if the coupling device 7 and the carrier part 1 are made of a different material and therefore have a different coefficient of thermal expansion. Since the coupling device 7 is fixed on the pins serving as spacing elements 6, the coupling device 7 may bend due to temperature changes if the carrier part 1 and Expand or contract the coupling device 7 to different extents, for example in the horizontal direction in FIG. 4g. This bending can lead to a misalignment of the coupling device 7 and of the carrier part 1, so that the parallel light which leaves the coupling device 7 is no longer optimally aligned. By suitable selection of the lengths of the pins, this misalignment can be compensated for in the vertical direction due to the different expansion behavior. Alternatively, the pins could also be made from different materials, so that the different coefficients of expansion of the different materials compensate for the expansion effect.
  • the carrier part 1 also has an upper and a lower surface, which, however, do not serve as support levels 2, 2 ', but as a spacer element.
  • the millings or recesses are shaped according to a segment of a circle, which has manufacturing advantages, as will be explained below.
  • the wave-modifying elements are, as can be seen in the illustrations in FIG. 5b, inserted into the milled portions.
  • the millings are dimensioned such that when wave-modifying elements 5 are applied to the support plane 2 or 2 ', they do not protrude above the upper or lower surface of the carrier part 1.
  • carrier part 1 and spacer 6 are thus made in one piece.
  • 5c shows two perspective views of a multiplexer / demultiplexer system with such a carrier part 1.
  • the carrier part 1 was designed in such a way that only two support levels 2 and 2 'running parallel to one another were provided. However, it is possible to further develop the inventive concept in such a way that more than two support levels 2, 2 'are made available.
  • FIG. 6a a first embodiment is shown in which three support levels are realized.
  • the carrier part 1 consists of an upper carrier part and a lower carrier part.
  • the upper support part is essentially identical to the support parts described in connection with FIGS. 1 to 5.
  • the lower support part here also has a recess 13, which allows one on the fixed shaft-modifying element 5 'immersed in the lower support plane of the upper support part in the body of the lower support part. This can be seen particularly well in the sectional drawing of FIG. 6d or the perspective sectional view of FIG. 6e.
  • the first support level is thus formed by the upper support level of the upper support part, while the second support level is formed by the lower support level of the upper support part and the third support level is formed by the lower support level of the lower support part.
  • the upper and the lower support part each have two mutually parallel support levels, the lower support level of the upper support part resting on the upper support level of the lower support part.
  • the beam path is shown schematically in FIGS. 6g to 6k.
  • a light beam with the wavelength channels ⁇ 1 to ⁇ 10 could be coupled in from the top left. This then meets the wave-modifying element 5 'of the intermediate level. This can be designed so that it passes through the wavelength channels 11 to ⁇ 5, while the wavelength channels ⁇ 6 to / 110 are reflected.
  • the transmitted wavelength channels ⁇ 1 to ⁇ 5 then meet the left-hand wavelength-modifying element 5 of the lowest support level. In the example shown, this is designed in such a way that it passes the wavelength channel alle1, while all other wavelength channels are reflected.
  • the reflected beam (which contains the wavelength channels ⁇ 2 to ⁇ 5) then passes through the upper or lower opening of the lower or upper carrier part 1 and strikes the second wave-modifying element seen from the left on the upper support plane.
  • This wave modifying element is configured such that only the wavelength channel ⁇ 2 is passed, while all other wavelength channels, i.e. the wavelength channels ⁇ 3 to ⁇ 5 are reflected.
  • the exact reflection or transmission conditions can be clarified on the basis of FIG. 6h.
  • any reflection on a narrowband mirror inevitably leads to a certain signal attenuation and - due to the filter's small angular tolerances - also to a small angular error. It is therefore inevitable, in the case of an arrangement with only two planes running parallel to one another, on which the individual wave-modifying elements 5 are arranged, in particular in the case of large numbers of channels, that the signal of the channel which is filtered out last is clearly weakened and - since add the angle errors - has a larger angle error. If, for example, a 10-channel multiplexer / demultiplexer is to be constructed with only two levels, the signal which is separated last must be reflected on nine different filters. In the embodiment shown in FIGS. 6g to 6k, a maximum of five reflections are necessary. agile, so that a higher angular accuracy and less signal attenuation can be achieved.
  • the narrow-band filters are subject to significantly lower quality requirements since only a smaller wavelength range has to be reflected. This can reduce the cost of construction.
  • FIGS. 7a to 7e show a further embodiment of a carrier part 1 which has three support levels 2, 2 ', 2 ".
  • This carrier part 1 is produced in one piece.
  • This carrier part 1 has a type of step on one side, which has a support level 2 "for a further wave-modifying element.
  • In the upper support level 2 and the lower support level 2 'a series of through holes 3 are made. These are connected to the channels 4 running parallel to the support planes 2, 2 ', 2 ".
  • wave-modifying elements 5 which can be narrow-band mirrors, for example, are placed on both the upper support level 2 and the lower support level 2 '.
  • a wave-modifying element 5' is placed on the step which forms the middle support level 2 " , placed.
  • An exemplary beam path is shown schematically in FIGS. 7k to 7o. It can be clearly seen that the third support level 2 "is approximately in the middle between the upper support level 2 and the lower support level 2 '.
  • FIG. 8a A situation is schematically shown in the figures in FIG. 8a, which can occur during passive adjustment, ie when the wave-modifying elements are applied to the carrier part 1.
  • the support planes 2, 2 ', 2 are manufactured as smoothly as possible, it can happen that there is a small unevenness 14 on the surface of the support plane of the carrier part 1 or on the contact surface of the shaft-modifying element 5
  • This unevenness 14 leads, as can be seen in the middle illustration in FIG. 8a, to the fact that the wave-modifying element 5 does not lie flat on the support plane of the carrier part 1, but is slightly tilted relative to the latter is therefore not optimally adjusted. It should be emphasized at this point that this effect is exaggerated in the pictures.
  • the carrier part 1 or at least the support plane 2, 2 ', 2 consists of a ductile material.
  • a type of adjustment pin 15 can be used, which exerts a certain force on the top of the shaft-modifying element 5. Since the carrier part 1 is made of a ductile material, this leads, as in those with X and Magnifications designated Y can be seen clearly, that the local unevenness 14 is pressed into the ductile material by plastic or elastic deformation thereof, which leads to the fact that the wave-modifying element 5 is optimally adjusted.
  • the shaft-modifying element 5 As soon as the shaft-modifying element 5 is correctly positioned, it can be fixed on the carrier part 1 with the aid of an adhesive, in that the adhesive is applied surrounding the shaft-modifying element 5 at the connection point between the shaft-modifying element 5 and the carrier part 1.
  • the pressure applied by the adjustment finger 15 is advantageously maintained during the gluing process in order to prevent glue from flowing between the shaft-modifying element and the carrier part 1 and thereby possibly floating the shaft-modifying element 5, so that the exact adjustment is lost or lies on the filter surface comes, which can adversely affect the passage of rays.
  • FIG. 9a An alternative embodiment of the support plane is shown in the figures in FIG. 9a.
  • a series of support elements 16 are provided around the opening 3 formed by the through-bore 3 in the support plane, as can be seen in particular in the enlargement denoted by Y.
  • the contact area is reduced and the likelihood that contamination located either on the top of the carrier part 1 or on the underside of the shaft-modifying element 5 leads to a tilting of the shaft-modifying element relative to the contact plane of the carrier part 1 is significantly reduced.
  • the support plane is therefore formed only by the support elements 16.
  • the control of the surface of the wave-modifying elements can be restricted to those surface areas which are to come into contact with the support elements. This leads to a shortening of the control process and beyond the proportion of wave-modifying elements that cannot be used due to unevenness is reduced.
  • the support elements 16 are advantageously arranged such that the shaft-modifying element does not rest with one of its edges on the support element 16.
  • the wave-modifying elements often have a sawn substrate, so that burrs or breakouts can occur at the edges, so that the wave-modifying element is often uneven at the edges.
  • a wave-modifying element with burr formation on the edge can be used without disadvantage in the arrangement of the support elements shown.
  • FIG. 9 c A particularly preferred embodiment is shown in FIG. 9 c.
  • the support plane is formed by an essentially annular support element 16 which surrounds the opening in a bead-like manner.
  • the opening 3 is therefore sealed.
  • 10a to 10d show the manufacturing method according to the invention for a carrier part 1.
  • the through holes and optionally the channels running parallel to the support planes, such as. B. introduced a milling pocket.
  • the carrier part 1 is mounted on the circumference of a lathe in such a way that the support planes 2, 2 ', 2 "to be produced run perpendicular to the axis of rotation of the rotating part of the lathe. If the lathe 17 is now set in rotation, the two tool holders 18 are fed to the carrier part 1 in such a way that the plane-parallel support planes 2, 2 ', 2 "can be rotated.
  • the fact that all support levels are produced in a single setup significantly increases the accuracy.
  • At least one stop surface of at least one spacer element is also produced in the same clamping.
  • the pins shown in FIG. 4b could be produced before the stop surface is produced inserted and fixed in the bores 10, for example by means of adhesive or by a press fit.
  • the stop surfaces of the spacer elements can then also be produced in the production of the parallel support planes.
  • the stop surfaces and the support planes can also be produced in one setting. If a flat spacer element is to be used, this may have to be in several parts to ensure that the turning tool can access the support levels.
  • FIG. 11 shows a first exemplary application of the carrier part according to the invention. This application corresponds essentially to the application already explained in connection with FIGS. 6 and 7. An 8-channel multiplexer / demultiplexer system with a band filter is shown.
  • FIG. 1 A second application is shown in FIG.
  • a wave-modifying element 5 "is additionally provided, which already provides for a band separation, so that this system can easily be expanded.
  • FIG. 13 shows a 16-channel multiplexer / demultiplexer system with three band filters. A total of five parallel levels are implemented here.
  • Fig. 14 shows a 4x4 coupler with five 50% filters.
  • the arrangement is made up of five wave-modifying elements 5 '", which are designed here as 50% filters.
  • a 50% filter reflects about 50% of the incident light and allows the remaining 50% to be transmitted.
  • Four input signals are transmitted the four inputs E- ⁇ , E 2 , E 3 and E 4 are coupled into the arrangement.
  • the light beam coupled in at E t first hits the 50% filter arranged at the bottom left in the figure, where 50% of the original intensity is reflected, while transmitting 50% of the signal and leaving the array unused.
  • the reflected beam hits the 50% filter located in the middle, on which again only 50% of the signal transmits, while the other 50% of the signal is reflected.
  • the transmitted beam which has about 25% of the original intensity, now hits the 50% filter arranged at the top right of the figure, where again half of the signal transmits, ie via output A-, the arrangement leaves, and the other half is reflected, ie the arrangement via the output A 4 leaves.
  • the beam reflected on the middle 50% filter strikes the 50% filter located at the bottom right, where half of the signal is transmitted, ie leaves the arrangement via output A 3 , and the other half is reflected, ie arrangement leaves via the output A 2 .
  • the signal that leaves the arrangement at Ei is divided between the four outputs A 1f A 2 , A 3 and A 4 , but half of the intensity is lost as soon as it hits the first 50% filter. It can be seen from the figure that this also applies to signals input via the other inputs.
  • the 4x4 coupler thus initially adds the signals arriving via the 4 inputs and then branches the sum to the 4 outputs with the same intensity (4x4 star coupler).

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trägerelement (1) zur Aufnahme von mindestens zwei wellenmodifizierenden Elementen (5, 5', 5'') mit parallel zueinander angeordneten Auflageebenen (2, 2', 2"). Um ein Trägerelement zur Aufnahme von mindestens zwei wellenmodifizierenden Elementen sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu erhalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Auflageebenen (2, 2', 2") jeweils mindestens eine Öffnung haben, wobei die Öffnungen über mindestens eine Durchgangsbohrung (3) miteinander verbunden sind.

Description

Trägerelement zur Aufnahme von optischen Elementen sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägerelementes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trägerelement zur Aufnahme von mindestens zwei wellenmodifizierenden Elementen sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen optischen Modifizierer, z. B. zum Ein- und Auskoppeln von Signalen einzelner oder mehrerer Wellenlängenkanäle in oder aus Wellenleitern mit einem solchen Trägerelement.
Unter einem wellenmodifizierenden Element wird jegliches Element verstanden, das, in den Strahlengang gestellt, einen, mehrere oder sogar sämtliche Wellenlängenkanäle des optischen Kanals beeinflußt. Unter Beeinflussen wird beispielsweise Reflektieren, Absorbieren, Verstärken, Abschwächen, Unterbrechen oder Polarisieren verstanden.
Insbesondere in der Tele- und Datenkommunikation ist es mittlerweile üblich, Informationen optisch, d.h. z. B. über Lichtleiter, zu übertragen. Lichtleiter sind im allgemeinen dünne Fasern aus hoch transparenten optischen Materialien, die Licht in ihrer Längsrichtung durch vielfache Totalreflexion leiten. Das im allgemeinen über eine glatte Eingangsfläche eintretende Licht folgt allen Biegungen der Fasern und tritt am Ende aus einer im allgemeinen ebenfalls glatten Endfläche wieder aus. Die elektrischen Signale, die übertragen werden sollen, werden nach geeig- neter Modulation durch einen elektrooptischen Wandler in Lichtsignale -meist im Infrarotbereich- umgewandelt, in den Lichtwellenleiter eingekoppelt, vom Lichtwellenleiter übertragen und am Ende durch einen optoelektrischen Wandler in elektrische Signale zurück verwandelt. Um die Übertragungsrate der Lichtwellenleiter zu erhöhen, ist es mittlerweile üblich, mehrere unterschiedliche Nachrichtensignale gleichzeitig über einen Lichtwellenleiter zu übertragen. Dazu werden die Nachrichtensignale moduliert. Für die unterschiedlichen Nachrichtensignale werden jeweils unterschiedliche Trägerfrequenzen verwendet, die auch als Kanäle bezeichnet werden. Nach der Übertragung der einzelnen Nachrichtensignale bzw. Wellenlängenkanäle über den Lichtwellenleiter müssen die einzelnen Signale getrennt und demoduliert werden. ln der Technik sind daher Vorrichtungen zum Addieren und Selektieren von wellenlängencodierten Signalen (Licht einer spezifischen Wellenlänge oder spezifischen Wellenlängen), sogenannte Multiplexer- oder Demultiplexer-Anordnungen, bekannt. Solche Vorrichtungen verwenden optische Fasern, die eine große Informationsträgerdichte aufweisen. Zweck der Vorrichtun- 5 gen ist es u. a., aus der Vielzahl von übertragenen Informationen eine entsprechende Information bzw. einen entsprechenden Wellenlängenkanal abzutrennen. Für diese Abtrennung kommen beispielsweise Schmalbandspiegel in Frage, die bestimmte Frequenzen des Lichts nahezu ungehindert passieren lassen, während ausgewählte Frequenzen reflektiert werden. Beim Austritt des Lichts aus der Glasfaser kommt es zwangsläufig jedoch zu einer Strahlaufweitung, die dazu 0 führt, daß entweder die Intensität am Abbildungspunkt, d.h. an dem Punkt, an dem das gefilterte Licht ausgewertet wird, deutlich reduziert wird, oder die Verwendung von entsprechenden Linsensystemen, z. B. Gradientenindexlinsen (GRIN-Linsen), notwendig ist, um das Licht auf den entsprechenden Abbildungspunkt zu kollimieren. Da die Ausführungsform mit den Linsen jedoch den Nachteil hat, daß diese zum einen recht teuer sind und zum anderen eine sehr ge- 5 naue Justierung erfordern und überdies die abbildenden Eigenschaften auch noch wellenlängenabhängig sind, wurde in der WO 02/21733 bereits eine Koppelvorrichtung mit einer gekrümmten reflektierenden Fläche vorgeschlagen. Diese Koppelvorrichtung dient zum Ein- bzw. Auskoppeln von Signalen beispielsweise in oder aus Glasfasern. Die Verwendung einer reflektierenden Fläche erlaubt es, auf die Linsenoptik zu verzichten, da die am Ende einer Glasfaser 0 zwangsläufig auftretende Strahlaufweitung durch die gekrümmte Fläche zumindest zum Teil kompensiert wird.
Bei der in der WO 02/21733 beschriebenen Ausführungsform werden die wellenmodifizierenden Elemente auf beide Seiten einer Glasplatte aufgelegt und gegebenenfalls fixiert. Dadurch wird .5 erreicht, daß die wellenmodifizierenden Elemente im wesentlichen auf zwei parallel zueinander verlaufenden Ebenen angeordnet sind, so daß durch geeignete Positionierung der wellenmodifizierenden Elemente ein Multiplexer-Demultiplexer verwirklicht werden kann.
Die Verwendung der Glasplatte hat jedoch den Nachteil, daß es im Glas zu einer Abschwä- »0 chung des Signals kommt, daß an den Grenzflächen der Glasplatte Reflexionen auftreten können und daß es nicht möglich ist, zwischen zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Glasplatte montierten wellenmodifizierenden Elementen ein weiteres wellenmodifizierendes Element einzufügen. Die Ausführungsform mit der Glasplatte hat darüber hinaus den Nachteil, daß die parallelen Oberflächen der Glasplatte häufig nicht völlig planparallel zueinander sind, was eine aufwendige Nachjustierung der einzelnen Filter auf der Glasplatte erforderlich machen kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Trägerelement zur Aufnahme von mindestens zwei optischen Elementen mit zwei parallel zueinander angeordneten Auflageebenen zur Verfügung zu stellen, das einfach und kostengünstig herzustellen ist und die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägerelementes anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auflageebenen jeweils mindestens eine Öffnung haben, wobei die Öffnungen über mindestens eine Durchgangsbohrung miteinander verbunden sind. Dies hat zur Folge, daß die wellenmodifizierenden Elemente derart auf dem Trägerelement positioniert werden können, daß der Strahlengang durch die mindes- tens eine Durchgangsbohrung und nicht durch das Trägerelement verläuft. Dies führt wiederum dazu, daß es zwischen den einzelnen wellenmodifizierenden Elementen keinen Intensitätsverlust gibt und zudem keine störende Reflexionen an der Grenzfläche zu beispielsweise einer Glasplatte auftreten. Zudem ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht notwendig, daß das Trägerelement aus einem für die entsprechenden Frequenzen der einzelnen Wellenlän- genkanäle durchsichtigen Material hergestellt wird. Es versteht sich, daß die Öffnungen nicht direkt durch die mindestens eine Durchgangsbohrung miteinander verbunden sein müssen, sondern beispielsweise jeweils eine Durchgangsbohrung zu einem Kanal oder einer Ausnehmung aufweisen können, so daß der Strahlengang von einer Durchgangsbohrung der einen Auflageebene durch den Kanal oder die Ausnehmung in eine andere Durchgangsbohrung der anderen Auflageebene veriäuft.
Weiterhin versteht es sich, daß eine Durchgangsbohrung nicht unbedingt mit einem Bohrer hergestellt sein muß. Es ist vielmehr jegliche Ausnehmung, die geeignet ist, die Öffnungen der Auflageebenen miteinander zu verbinden, möglich.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Trägerteil einstückig ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, daß eine Justierung der einzelnen Auflageebenen zueinander entfällt. Die wellenmodifizierenden Elemente können einfach auf die entsprechenden Auflageebenen des Trägerteils aufgelegt und gegebenenfalls fixiert werden. Mit Vorteil liegt zumindest ein, vorzugsweise jedes wellenmodifizierende Element derart auf der Auflageebene auf, daß eine entsprechende Öffnung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig durch je ein oder mehrere wellenmodifizierendes Element verdeckt ist. Durch eine vollständige Abdeckung der Öffnung ist eine einfachere Fixierung der wellenmodifizierenden Ele- mente auf der Auflageebene möglich, da die wellenmodifizierenden Elemente eine Öffnung vollständig verdeckend auf der Auflageebene angeordnet werden können und in dieser Position mit einem Haftmittel, z. B. Klebstoff, fixiert werden können, ohne daß eine nennenswerte Menge des Klebstoffes in die Durchgangsbohrung fließt und möglicherweise in den Strahlengang gerät.
Weiterhin ist an der bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß zumindest eine Auflageebene eine Öffnung zum Ein- und/oder Auskoppeln eines Lichtsignals aufweist. Mit anderen Worten ist eine Öffnung nicht mit einem wellenmodifizierenden Element versehen, so daß das Licht unverändert in eine entsprechende Durchgangsbohrung des Trägerteils eindringen kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß zumindest eine Auflageebene mindestens zwei Öffnungen aufweist und eine Öffnung der anderen Auflagenebene auf der Mittelsenkrechten auf der Verbindungslinie zwischen den beiden Öffnungen der ersten Auflageebene liegt. Mit anderen Worten sind die Öffnungen der einzelnen Auflageebenen zueinander versetzt angeordnet, so daß sich ein zickzackförmiger Strahlengang ergibt. Bei geeigneter Anordnung der Öffnungen (und der diese verbindenden Durchgangsbohrungen) ist eine Nachjustierung der wellenmodifizierenden Elemente, die auf den Auflageebenen aufliegen, nicht notwendig.
Es versteht sich, daß die Öffnungen sowie die Durchgangsbohrungen prinzipiell beliebig gestal- tet sein können. Mit Vorteil kommen kreisförmige Bohrungen, Langlöcher oder Ausnehmungen zum Einsatz.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Trägerteil aus einem plastisch und/oder elastisch verformbaren Material hergestellt ist. Dies hat den Vor- teil, daß die Justiergenauigkeit bei Auflage eines wellenmodifizierenden Elements auf der Auflageebene erhöht wird. Erfindungsgemäß ist, wie bereits ausgeführt wurde, vorgesehen, daß keinerlei Justage vorgenommen wird, sondern die wellenmodifizierenden Elemente passiv allein durch Auflage der wellenmodifizierenden Elemente auf der Auflageebene justiert werden. Nun kann es jedoch vorkommen, daß die Oberfläche der wellenmodifizierenden Elemente uneben ist, insbesondere kann es passieren, daß auf der Oberfläche des wellenmodifizierenden Elements einzelne kleinere im wesentlichen punktförmige Erhöhungen vorhanden sind. Eine sol- che Erhöhung führt jedoch dazu, daß das entsprechende wellenmodifizierende Element, wenn es auf die Auflageebene aufgelegt wird, nicht völlig parallel zu den anderen wellenmodifizierenden Elementen ausgerichtet ist. Dadurch, daß das Trägerteil aus einem duktilen und/oder elastisch verformbaren Material besteht, kann bei der passiven Justierung des wellenmodifizieren- den Elements auf der Auflageebene ein geeigneter Druck auf das wellenmodifizierenden Element in Richtung der Auflageebene aufgebracht werden, so daß eine eventuell vorhandene punktförmige Erhöhung sich in das duktile Material hineindrückt. Es kommt somit zu einer lokal begrenzten plastischen oder elastischen Verformung der Auflageebene, wodurch die Justierung des wellenmodifizierenden Elements auf der Auflageebene verbessert wird. Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße beschriebene passive Justierungsverfahren, bei dem ein wellenmodifizierendes Element gegen eine plastisch und/oder elastisch verformbare Auflageebene gedrückt wird, nicht auf die Justierung von wellenmodifizierenden Elementen auf Trägerteilen beschränkt ist, sondern ganz allgemein bei der Justierung von irgendwelchen optischen Elementen, wie z. B. Linsen, Filtern, usw., auf irgendwelchen Auflage- oder Trägerelementen mit Vorteil zur Anwendung kommen kann. Wesentlich ist lediglich, daß das Material aus dem das Auflageelement oder das Trägerelement besteht, elastisch und/oder plastisch, vorzugsweise plastisch verformbar ist und bei der Justierung das optische Element auf die Auflagefläche auf dem Auflage- oder Trägerelement aufgedrückt wird. Es versteht sich, daß hierfür nicht notwendigerweise das gesamte Auflage- oder Trägerelement aus elastisch und/oder plastisch verform- baren Material bestehen muß, sondern es völlig ausreicht, wenn die entsprechende Auflagefläche zumindest eine Schicht aus einem elastisch und/oder plastisch verformbaren Material aufweist.
Es hat sich gezeigt, daß das Trägerteil mit Vorteil aus einem Material besteht, das eine geringe- re Härte hat als das Material aus dem die wellenmodifizierenden Elemente bestehen (im allgemeinen Quarzglas oder eine Glaskeramik). In zahlreichen Versuchen wurde nachgewiesen, daß in einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit Vorteil das Material des Trägerelements zumindest im Bereich der Auflageebenen eine Knoop-Härte (nach ISO 9385) kleiner als 400 HK, besonders bevorzugt kleiner als 300 HK hat.
Alternativ oder in Kombination hierzu wird das Material des Trägerelements so ausgewählt, daß die maximale Druckfestigkeit kleiner als 1500 MPa, vorzugsweise kleiner als 800 MPa, besonders bevorzugt kleiner als 450 MPa ist.
Mit Vorteil ist das Trägerteil aus Messing, Stahl, Eisen, Kupfer, Neusilber, Silber, Gold oder Kunststoff, vorzugsweise POM oder PEEK, hergestellt. Es hat sich gezeigt, daß diese Materia- lien hinsichtlich ihrer Bearbeitung und zumindest teilweise auch hinsichtlich ihres duktilen Verhaltens besonders vorteilhaft für die Herstellung des erfindungsgemäßen Trägerteils sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist zumindest eine Auflage- 5 ebene auf der der anderen Auflageebene abgewandten Seite ein Distanzelement auf.
Dieses Distanzelement, das vorzugsweise zwei parallel zueinander verlaufende Anschlagsflächen hat, dient dazu, eine Adaptionsfläche für ein Strahlformungselement bzw. eine entsprechende Kopplungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen. Ein beispielsweise aus einer Glasfaser 0 austretender Lichtstrahl wird in der Kopplungsvorrichtung bzw. in dem Strahlformungselement in paralleles Licht umgewandelt, das dann durch die auf dem erfindungsgemäßen Trägerteil aufgebrachten wellenmodifizierenden Elemente tritt. Es ist dazu im allgemeinen notwendig, die Kopplungsvorrichtung bzw. das Strahlformungselement gegenüber dem erfindungsgemäßen Trägerteil exakt zu positionieren. Dies wird durch das Distanzelement erleichtert, da das Strahl- 5 formungselement einfach, beispielsweise mit entsprechenden Füßen 9, auf die Anschlagsfläche des Distanzelements aufgesetzt und fixiert werden kann und durch geeignete Wahl des Distanzelements dadurch eine passive Justierung des Strahlformungselements gegenüber dem Trägerteil erfolgt. Das Distanzelement könnte auch aus einer oder mehreren Schrauben oder Stiften bestehen, die beispielsweise in die Auflageebenen eingeschraubt werden und deren 0 Kopf als Anschlagsfläche für die Kopplungsvorrichtung dient.
Mit Vorteil hat das Distanzelement einen Durchgang auf der der Auflageebene zugewandten Seite, in dem das optische Element angeordnet ist. Mit anderen Worten umgibt das Distanzelement das optische Element bzw. das wellenmodifizierende Element an den Seiten, so daß '.5 dieses gegenüber äußeren Eingriffen geschützt ist.
Das Distanzelement besteht vorzugsweise aus einer Präzisionsfolie.
In einer anderen alternativen Ausführungsform besteht das Distanzelement aus mindestens i0 einem Stift, der sich durch beide Auflageebenen erstreckt. Somit kann durch einen einzigen Distanzstift auf beiden Auflageebenen ein Distanzelement zur Verfügung gestellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Distanzelement und Trägerteil einstückig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, daß eine Justierung und gegebenenfalls Fixierung des Dis- 5 tanzelements gegenüber dem Trägerteil nicht notwendig ist. Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform sind mindestens drei zueinander parallele Auflageebenen vorgesehen. Durch diese Maßnahme ist es möglich, deutlich komplexere Aufbauten mit wellenmodifizierenden Elementen zu verwirklichen, die im Stand der Technik nur mit großem Justieraufwand verwirklicht werden konnten.
Als wellenmodifizierende Elemente kommen mit Vorteil Schmalbandspiegel zum Einsatz.
Das erfindungsgemäße Trägerteil kommt in einer besonders bevorzugten Ausführungsform in einer Multiplexer-/Demultiplexervorrichtung oder in einem Strahlteiler zum Einsatz.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Trägerteils zur Aufnahme von mindestens zwei wellenmodifizierenden Elementen weist die folgenden Schritte auf:
Auswählen eines Materialblocks mit einer oberen und einer unteren Fläche, Einbringen einer oder mehreren Durchgangsbohrungen bzw. Durchgängen, die in der oberen oder unteren Fläche in Öffnungen münden, so daß die Durchgänge die obere und die untere
Fläche miteinander verbinden, und
Herstellen von zumindest zwei parallel zueinander verlaufenden Auflageebenen, wobei die eine
Auflageebene auf der oberen Fläche und die andere Auflageebene auf der unteren Fläche an- geordnet ist. Die Öffnungen bzw. die Durchgangsbohrungen werden dabei so angeordnet, daß bei auf den Auflageebenen angeordneten wellenmodifizierenden Elementen der Strahlenverlauf nicht durch den Materialblock verläuft.
Mit Vorteil werden die Auflageebenen nach dem Einbringen der Durchgänge hergestellt. Dies hat den Vorteil, daß durch das Einbringen der Durchgänge die Oberflächenqualität der Auflageebenen nicht wieder verschlechtert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Auflageebenen mit einer gemittelten Rauhtiefe Rz (nach DIN 4768) von kleiner als 100 nm, vorzugsweise klei- ner als 50 nm, besonders bevorzugt kleiner als 20 nm, hergestellt.
Ein besonders zweckmäßiges Verfahren sieht vor, daß die Auflageebenen mit einem spanabhebenden Verfahren, vorzugsweise durch Diamantdrehen oder Diamantfräsen hergestellt werden. Dadurch ist eine sehr hohe Oberflächengenauigkeit erzielbar. Es hat sich gezeigt, daß die Parallelität der Auflageebenen besonders gut ist, wenn die Auflageebenen durch ein Drehverfahren hergestellt werden, wobei der Materialblock derart auf dem Umfang einer sich drehenden Vorrichtung eingespannt wird, daß die herzustellenden Auflageebenen senkrecht zur Drehachse der sich drehenden Vorrichtung orientiert sind. Dies hat näm- lieh zur Folge, daß alle Auflageebenen in einer einzigen Aufspannung hergestellt werden können. Abweichungen in der Parallelität aufgrund von Justierungsfehlern beim erneuten Einspannen des Werkzeuges im Werkzeughalter werden dadurch vermieden.
Es versteht sich, daß die Durchgangsbohrungen nicht direkt eine Verbindung zwischen den Öffnungen der beiden Auflageebenen herstellen müssen. Es ist vielmehr bei einem weiteren besonders bevorzugten Verfahren vorgesehen, daß ein Kanal, der vorzugsweise in etwa parallel zu den Auflageebenen verläuft, eingebracht wird. Dieser Kanal kann beispielsweise aus einer Ausnehmung oder einer Frästasche bestehen. Dadurch können die Durchgangsbohrungen im wesentlichen senkrecht zu den Auflageebenen ausgerichtet werden, wodurch das Einbrin- gen der Durchgangsbohrungen und damit der Öffnungen der Auflageebenen erleichtert wird. Der Strahlengang verläuft dann beispielsweise von der ersten Auflageebene durch eine erste Durchgangsbohrung in den Kanal und von dort über eine zweite Durchgangsbohrung zur zweiten Auflageebene.
Mit Vorteil wird zumindest ein wellenmodifizierendes Element auf eine Auflageebene des Trägerteils aufgelegt und dieses anschließend in dieser Position fixiert, um einen optischen Modifizierer herzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Fixierung mit einem Haftmittel, vorzugsweise mit Klebstoff.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Materialblock aus einem elastisch und/oder plastisch verformbaren Material ausgewählt. Die wellenmodifizierenden Elemente werden dann mit Vorteil unter einem bestimmten Anpreßdruck auf den Auflageebenen des Trägerteils fixiert. Dies hat den Vorteil, daß sich gegebenenfalls vorhandene im wesentlichen punktförmige Unebenheiten der Auflageebenen und/oder der Oberfläche der wellenmodifizierenden Elemente in das plastisch und/oder elastisch verformbare Material eindrücken und somit eine höhere Winkelgenauigkeit erzielt werden kann. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie der dazu gehörigen Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1a bis 1g verschiedene Ansichten einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2a und 2b eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3a bis 3k eine dritte Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4a bis 4g eine vierte Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5a bis 5c eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägerteils,
Fig. 6a bis 6k eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägerteils mit drei Auflageebenen,
Fig. 7a bis 7o eine siebte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägerteils mit drei Auflageebenen,
Fig. 8a und 8b eine schematische Darstellung des Justierungsvorgangs eines wellenmodifizierenden Elements auf der Auflageebene,
Fig. 9a bis 9c eine weitere schematische Darstellung der Justierung eines wellenmodifizierenden Elements auf einer Auflageebene, wobei die Auflageebene durch Auflageelemente gebildet wird,
Fig. 10a bis 10d eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer ersten Anwendung der Erfindung,
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer zweiten Anwendung der Erfindung,
Fig. 13 eine schematische Darstellung einer dritten Anwendung der Erfindung,
Fig. 14 eine schematische Darstellung einer vierten Anwendung der Erfindung und Fig. 15 eine schematische Darstellung einer fünften Anwendung der Erfindung.
In Fig. 1a ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägerteils 1 dargestellt. Das Trägerteil 1 hat eine obere Auflageebene 2 und eine untere Auflageebene 2'. Die beiden Auflageebenen 2, 2' werden durch die Seitenflächen des Trägerteils 1 miteinander verbunden. Das Trägerteil 1 weist an einer Seite einen Kanal bzw. eine Ausnehmung 4 auf, die hier die Form einer Frästasche hat. Die beiden Auflageebenen 2, 2' weisen in der gezeigten Ausführungsform jeweils drei Durchgangsbohrungen 3 auf, die sich von der Auflageebene 2 bzw. 2' bis in den Kanal 4 erstrecken. Während der Kanal 4 im wesentlichen parallel zu den Auflageebenen 2, 2' verläuft, sind die Durchgangsbohrungen 3 im wesentlichen senkrecht zu den Auflageebenen 2 und 2' angeordnet.
Wie in Fig. 1b zu sehen ist, sind die durch die Durchgangsbohrungen 3 gebildeten Öffnungen in den Auflageebenen 2 und 2' dafür vorgesehen, daß wellenmodifizierende Elemente 5 derart auf die Auflageebene 2 bzw. 2' aufgelegt werden, daß sie die Öffnungen zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig abdecken. Das wellenmodifizierende Element kann beispielsweise ein Schmalbandspiegel sein, der alle Wellenlängen, abgesehen von einem schmalen Band, das mindestens einen Wellenlängenkanal, gegebenenfalls jedoch auch mehrere Wellenlängenkanä- le, umfaßt, reflektiert. Die Wellenlängen in dem schmalen Band können hingegen transmittieren.
So könnte die Anordnung der Fig. 1b beispielsweise dazu genutzt werden, um aus einem Signal vier Kanäle auszukoppeln. Dazu könnte beispielsweise das Lichtsignal durch die linke obere Öffnung durch die obere Auflageebene hindurch eingestrahlt werden, so daß sie durch die Frästasche 4 und die linke untere Öffnung hindurchtritt und auf das an der unteren Auflagenebene 2' befestigte linke wellenmodifizierende Element 5 trift. Wenn dies ein Schmalbandspiegel ist, transmittiert hier lediglich ein Wellenlängenkanal, während alle anderen Wellenlängenkanäle zurück durch die linke untere Öffnung nach oben durch die Frästasche 4 und durch das mittlere obere Durchgangsbohrung 3 auf das linke obere wellenmodifizierende Element 5 reflek- tiert wird. Auch hier wird wieder lediglich ein Wellenlängenkanal durchgelassen, während alle anderen Wellenlängen nach unten in Richtung des rechten unteren wellenmodifizierenden Elements reflektiert werden. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis alle verbleibenden Wellenlängenkanäle durch die rechte untere Öffnung die Vorrichtung wieder verlassen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Durchgangsbohrungen 3 in Kombination mit der Frästasche 4 wird hier sichergestellt, daß der Strahlengang frei von Material ist, d.h. daß es zu keiner Abschwächung des Signals oder zu wellenlängenabhängigen Effekten kommt. Durch die parallele Anordnung der beiden Ebenen 2 und 2' wird jedoch dennoch sichergestellt, daß die wellenmodifizierenden Elemente 5 einfach auf die Auflageebenen 2 und 2' aufgelegt werden können, ohne daß eine nachträgliche Feinjustierung notwendig ist. Die Justierung erfolgt somit passiv, d.h. einfach durch entsprechende Anordnung der durch die Durchgangsbohrungen 3 gebildeten Öffnungen auf den planparallelen Aufiageebenen 2 und 2'. Die Vorrichtung ist justiert, nachdem die wellenmodifizierenden Elemente 5 auf der Auflageebene 2 bzw. 2' aufgebracht sind, wobei gegebenenfalls eine entsprechende Andrückkraft von Vorteil ist.
In der Fig. 1c ist zu erkennen, daß auf den Auflageebenen 2 und 2' jeweils noch ein Distanzelement 6 positioniert ist, das eine Ausnehmung aufweist, in der die wellenmodifizierenden E- lemente 5 Platz finden. Dieses Distanzelement 6 hat ebenfalls zwei planparallele Auflageflächen und dient als Adaptionsfläche für die Justierung einer entsprechenden Kopplungsvorrichtung. Die Distanzelemente 6 haben vorzugsweise eine Dicke, die die Höhe der wellenmodifizierenden Elemente 5 übersteigt, so daß, wenn auf das Distanzelement 6 ein ebenes Element aufgelegt werden würde, dieses mit den wellenmodifizierenden Elementen 5 nicht in Eingriff tritt.
In der Fig. 1d und 1e sind noch weitere Ansichten des erfindungsgemäßen Trägerteils 1 mit wellenmodifizierenden Elementen 5 und Distanzelementen 6 gezeigt.
In den Fig. 1f und 1g ist eine Explosionsansicht und eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Trägerteils 1 zusammen mit zwei Kopplungsvorrichtungen 7 gezeigt. Die Kopplungsvorrichtungen 7 dienen dazu, Lichtsignale, die beispielsweise über Glasfaser 8 zur Verfügung gestellt werden, als paralleles Licht in das Trägerteil 1 derart einzukoppeln, so daß der Strahlenverlauf über die einzelnen wellenmodifizierenden Elemente 5 verläuft.
Die Kopplungsvorrichtung 7 kann prinzipiell ganz beliebig aufgebaut sein. So sind beispielsweise Kopplungsvorrichtungen mit Linsensystemen, z. B. mit Gradientenindexlinsen, denkbar. Besonders bevorzugt wird hier jedoch eine Kopplungsvorrichtung verwendet, wie sie aus der WO 02/21733 bereits bekannt ist. Eine solche Kopplungsvorrichtung weist eine gekrümmte reflektierende Fläche auf, so daß die am Ende einer Glasfaser auftretende Strahlaufweitung durch die Reflexion an der gekrümmten Fläche, die beispielsweise die Form eines Abschnitts eines Rota- tionsparaboloiden, eines Rotationsellipsoiden oder eines Rotationshyperboloiden hat, dazu, daß diese zumindest zum Teil kompensiert wird. Das Distanzelement 6 dient dazu, für entsprechen- de Anschlagsflächen der Kopplungsvorrichtung 7 eine Adaptionsfläche zur Verfügung zu stellen, so daß auch hier eine passive Justage, d.h. eine Justage lediglich durch Aufbringen und eventuelles Andrücken der Kopplungsvorrichtung auf das Distanzelement 6, erfolgen kann.
In Fig. 1g ist in einer perspektivischen Ansicht dargestellt, wie beispielsweise ein Demultiplexer- /Multiplexersystem auf engstem Raum verwirklicht werden kann. Eine aufwendige Justierung ist aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Trägerteils 1 sowie der Distanzeiemente 6 nicht notwendig.
In den Fig. 2a und 2b ist eine alternative Ausführungsform gezeigt. Der einzige Unterschied zwischen der in den Fig. 2a und 2b gezeigten Ausführungsform gegenüber der in den Fig. 1a bis 1g gezeigten liegt darin, daß die Durchgangsbohrung 3 hier als Langloch verwirklicht ist. Mit anderen Worten steht hier nicht jedem wellenmodifizierenden Element 5 eine eigene Öffnung auf der Auflageebene 2 bzw. 2' zur Verfügung, sondern jedes Wellenlängenelement 5 deckt einen Teil der Öffnung ab. An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Öffnung sowie auch die Durchgangsbohrung 3 im Prinzip jede beliebige Form annehmen kann. Wesentlich ist lediglich, daß den wellenmodifizierenden Elementen 5 ein entsprechender Auflagebereich auf der Auflageebene 2 bzw. 2' zur Verfügung gestellt wird, so daß die wellenmodifizierenden Elemente 5 lediglich durch Auflegen bzw. Aufsetzen auf die Auflageebenen 2 bzw. 2' positioniert werden können.
An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die wellenmodifizierenden Elemente 5 nicht unbedingt auf den außen liegenden Auflageebenen 2 und 2' befestigt werden müssen. Es wäre beispielsweise denkbar, daß die wellenmodifizierenden Elemente 5 an der oberen und unteren Seitenfläche der Ausnehmung 4, die dann als parallele Auflageebenen ausgebildet sein müßten, montiert werden könnten.
Es ist daher beispielsweise nicht unbedingt notwendig, daß eine parallel zu den Auflageebenen 2 bzw. 2' verlaufender Kanal 4 vorgesehen ist. Es würde völlig genügen, wenn lediglich schräg verlaufende Durchgangsbohrungen 3 durch das Trägerteil 1 derart angeordnet wären, daß sie die beiden Auflageebenen 2 und 2' in geeigneter Weise derart verbinden, daß der Strahlenver- lauf vollständig im materialfreien Raum erfolgen kann. Allerdings hat, wie oben bereits ausgeführt wurde, die Ausführungsform mit Kanal 4 und im wesentlichen senkrecht zu den Auflageebenen orientierten Durchgangsbohrungen 3 fertigungstechnischen Vorteile.
In den Fig. 3a bis 3e ist eine dritte Ausführungsform des Trägerteils 1 gezeigt. Wie in der per- spektivischen Ansicht der Fig. 3a zu erkennen ist, hat das Trägerteil 1 auch hier Durchgangsbohrungen 3, die sich im wesentlichen senkrecht zu den Auflageebenen 2 bzw. 2' erstrecken. In etwa parallel zu den Auflageebenen 2 bzw. 2' ist hier nun kein Kanal in Form einer Frästasche vorgesehen, sondern lediglich ein Kanal in Form einer Verbindungsbohrung 4. In der in Fig. 3b gezeigten Schnittansicht entlang der Linie A-A der Fig. 3c ist deutlich zu erkennen, daß die durch die Durchgangsbohrungen 3 gebildeten Öffnungen in der oberen Auflageebene 2 gegenüber den durch die Durchgangsbohrungen 3 gebildeten Öffnungen in der unteren Auflageebene 2' versetzt sind. Dies ist notwendig, so daß ein beispielsweise durch die linke obere Öffnung 3 eintretender Lichtstrahl an einem an der linken unteren Öffnung montierten Schmalbandfilter derart reflektiert wird, daß der reflektierte Lichtstrahl durch die obere mittlere Öffnung hindurch- tritt. ln den Fig. 3f bis 3h sind weitere Ansichten dieser dritten Ausführungsform des Trägerteils 1 gezeigt, wobei hier wieder Distanzelemente 6 aufgesetzt wurden. Mit Blick auf Fig. 3g ist deutlich zu erkennen, daß die Höhe der Distanzelemente 6 so gewählt wurde, daß die wellenmodifizierenden Elemente 5 nicht über die äußere Oberfläche der Distanzelemente 6 hervorstehen.
In den Fig. 3i und 3k ist erneut eine Explosionsansicht sowie eine perspektivische Ansicht eines Demultiplexer-/Multiplexersystems mit dem erfindungsgemäßen Trägerteil 1 der dritten Ausführungsform dargestellt.
Bei den bisher dargestellten Ausführungsformen wurde ein im wesentlichen plattenförmiges bzw. folienförmiges Distanzelement 6 verwendet. So ist es beispielsweise möglich, das Distanzelement 6 aus einer Präzisionsfolie mittels Laserschneiden herzustellen.
Das Distanzelement kann jedoch auch völlig anders aufgebaut sein, wie beispielhaft anhand der in den Fig. 4a bis 4g gezeigten vierten Ausführungsform zu sehen ist. In den Fig. 4a bis 4d ist deutlich zu erkennen, daß sich das Trägerteil 1 hier von dem Trägerteil der Ausführungsformen der Fig. 3a bis 3k nur dadurch unterscheidet, daß Bohrungen 10 vorgesehen sind, die sich senkrecht zu den Auflageebenen 2, 2' durch das Trägerteil 1 hindurch erstrecken. Wie insbesondere in den Fig. 4b bis 4d gut zu erkennen ist, besteht das Distanzelement 6 hier aus vier Stiften, die durch die zusätzlichen Bohrungen 10 gesteckt werden. Die Stifte haben einen schmalen Abschnitt 11 , dessen Außendurchmesser in etwa dem Bohrdurchmesser der Bohrungen 10 entspricht. Die Stifte weisen einen dickeren Kopf 12 auf, der so ausgestaltet ist, daß dieser Teil nicht durch die Bohrungen 10 rutschen kann. Der längliche Abschnitt 11 und der Kopf 12 sind so ausgebildet, daß im in die Bohrung 10 eingesteckten Zustand, wie insbesonde- re in den Fig. 4b und 4e gezeigt ist, das längliche Teil 11 bzw. der Kopf 12 über die Auflageebenen 2 und 2' jeweils so weit übersteht, daß die wellenmodifizierenden Elemente 5 nicht über das Distanzelement 6 hervorstehen. Wie in den Fig. 4f und 4g zu sehen ist, sind die Stifte 6 derart positioniert, daß sie für die Kopplungsvorrichtung 7 eine entsprechende Auflagefläche bieten.
Die Stifte können in einer alternativen Ausführungsform eine unterschiedliche Länge haben. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn Kopplungsvorrichtung 7 und Trägerteil 1 aus einem unterschiedlichem Material hergestellt sind und daher einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zeigen. Da die Kopplungsvorrichtung 7 auf den als Dis- tanzelementen 6 dienenden Stiften fixiert ist, kann es - bedingt durch Temperaturveränderungen - zu einer Verbiegung der Kopplungsvorrichtung 7 kommen, wenn sich Trägerteil 1 und Kopplungsvorrichtung 7 beispielsweise in der in Figur 4g horizontalen Richtung unterschiedlich stark ausdehnen bzw. zusammenziehen. Durch diese Verbiegung kann es zu einer Dejustie- rung der Kopplungsvorrichtung 7 und des Trägerteils 1 kommen, so daß das parallele Licht, das die Kopplungsvorrichtung 7 verläßt nicht mehr optimal ausgerichtet ist. Durch geeignete Wahl der Längen der Stifte kann diese Dejustierung aufgrund des unterschiedlichen Ausdehnungsverhalten - in vertikaler Richtung - ausgeglichen werden. Alternativ dazu könnten die Stifte auch aus unterschiedlichem Material hergestellt werden, so daß die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Materialien für eine Kompensation des Ausdehnungseffektes sorgen.
In den Fig. 5a bis 5c sind verschiedene Ansichten einer weiteren Ausführungsform des Trägerteils 1 gezeigt. Das Trägerteil 1 hat auch hier eine obere und eine untere Fläche, die jedoch nicht als Auflageebenen 2, 2' dienen, sondern als Distanzelement. Die eigentlichen Auflageebenen 2, 2' werden durch zwei Einfräsungen gebildet. Die Auflageebenen 2 und 2' sind somit gegenüber der oberen und der unteren Fläche etwas zurückgesetzt. Die Einfräsungen bzw. Zurücksetzungen sind entsprechend eines Kreisabschnittes geformt, was herstellungstechnische Vorteile mit sich bringt, wie im folgenden noch erläutert werden wird.
Die wellenmodifizierenden Elemente werden, wie in den Abbildungen der Fig. 5b zu sehen ist, in die Einfräsungen eingelegt. Die Einfräsungen sind so bemessen, daß bei aufgebrachten wellenmodifizierenden Elementen 5 auf die Auflageebene 2 bzw. 2' diese nicht über die obere bzw. untere Fläche des Trägerteils 1 hervorstehen. Bei dieser Ausführungsform sind somit Trägerteil 1 und Distanzelement 6 einstückig gefertigt. In den Abbildungen der Fig. 5c sind zwei perspektivische Ansichten eines Multiplexer-/Demultiplexersystems mit einem solchen Trägerteil 1 dar- gestellt.
Bei den bislang gezeigten Ausführungsformen war das Trägerteil 1 jeweils so ausgebildet, daß lediglich zwei parallel zueinander verlaufende Auflageebenen 2 und 2' zur Verfügung gestellt wurden. Es ist jedoch möglich, das erfinderische Konzept derart weiter zu entwickeln, daß mehr als zwei Auflageebenen 2, 2' zur Verfügung gestellt werden.
So ist in den Fig. 6a bis 6k eine erste Ausführungsform gezeigt, bei der drei Auflageebenen verwirklicht werden. Wie insbesondere in Fig. 6a zu sehen ist, besteht hier das Trägerteil 1 aus einem oberen Trägerteil und einem unteren Trägerteil. Das obere Trägerteil ist hier im wesentli- chen identisch zu den im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 5 beschriebenen Trägerteilen. Das untere Trägerteil weist hier zusätzlich eine Ausnehmung 13 auf, die es erlaubt, daß ein an der unteren Auflageebene des oberen Trägerteils befestigtes wellenmodifizierendes Element 5' in den Körper des unteren Trägerteils eintaucht. Dies ist besonders gut in der Schnittzeichnung der Fig. 6d oder der perspektivischen Schnittansicht der Fig. 6e zu sehen. Die erste Auflageebene wird somit von der oberen Auflageebene des oberen Trägerteils gebildet, während die zweite Auflageebene von der unteren Auflageebene des oberen Trägerteils gebildet wird und die dritte Auflageebene von der unteren Auflageebene des unteren Trägerteils gebildet wird. Das obere und das untere Trägerteil weisen jeweils zwei parallel zueinander verlaufende Auflageebenen auf, wobei die untere Auflageebene des oberen Trägerteils auf der oberen Auflageebene des unteren Trägerteils aufliegt.
Um den Anwendungsbereich eines solchen Aufbaus zu verdeutlichen, ist in den Fig. 6g bis 6k der Strahlenverlauf schematisch eingezeichnet. Beispielsweise könnte, wie in Fig. 6h dargestellt ist, von links oben ein Lichtstrahl mit den Wellenlängenkanälen Λ1 bis λ 10 eingekoppelt werden. Dieser trifft dann auf das wellenmodifizierende Element 5' der Zwischenebene. Diese kann so ausgebildet sein, daß es die Wellenlängenkanäle 11 bis Λ5 durchläßt, während die Wellenlängenkanäle Λ6 bis /110 reflektiert werden. Die transmittierten Wellenlängenkanäle Λ1 bis Λ5 treffen dann auf das linke wellenlängenmodifizierende Element 5 der untersten Auflageebene. Dieses ist in dem gezeigten Beispiel derart ausgebildet, daß es den Wellenlängenkanal Λ1 durchläßt, während alle anderen Wellenlängenkanäle reflektiert werden. Der reflektierte Strahl (der die Wellenlängenkanäle Λ2 bis Λ5 enthält) tritt dann durch die obere bzw. untere Öffnung des unteren bzw. oberen Trägerteils 1 und trifft auf das von links gesehen zweite wellenmodifizierende Element auf der oberen Auflageebene. Dieses wellenmodifizierende Element ist derart konfiguriert, daß lediglich der Wellenlängenkanal Λ2 durchgelassen wird, während alle anderen Wellenlängenkanäle, d.h. die Wellenlängenkanäle Λ3 bis Λ5, reflektiert werden. Man kann sich anhand von Fig. 6h die genauen Reflexions- bzw. Transmissionsbedingungen verdeutlichen.
Diese Ausführungsform hat mehrere Vorteile. Zum einen führt jede Reflexion an einem Schmalbandspiegel zwangsläufig zu einer gewissen Signalabschwächung und - aufgrund von geringen Winkeltoleranzen der Filter - auch zu einem kleinen Winkelfehler. Es ist daher bei einer Anord- nung mit lediglich zwei parallel zueinander verlaufenden Ebenen, auf denen die einzelnen wellenmodifizierenden Elemente 5 angeordnet sind, insbesondere bei hohen Kanalzahlen unvermeidlich, daß das Signal desjenigen Kanals, der zuletzt ausgefiltert wird, deutlich abgeschwächt wird und - da sich die Winkelfehler addieren- einen größeren Winkelfehler hat. Soll beispielsweise ein 10-Kanal-Multiplexer-/Demultiplexer mit lediglich zwei Ebenen aufgebaut werden, so muß das Signal, das als letztes separiert wird, an neun verschiedenen Filtern reflektiert werden. Bei der in den Fig. 6g bis 6k gezeigten Ausführungsform sind maximal fünf Reflexionen not- wendig, so daß eine höhere Winkelgenauigkeit und eine geringere Signalabschwächung erzielt werden kann.
Zum anderen werden - wegen der durch das wellenmodifizierende Element bewirkten Fre- quenzaufspaltung - an die Schmalbandfilter deutlich geringere Qualitätsanforderungen gestellt, da nur ein kleinerer Wellenlängenbereich reflektiert werden muß. Dadurch können die Kosten des Aufbaus reduziert werden.
In den Fig. 7a bis 7e ist eine weitere Ausführungsform eines Trägerteils 1 gezeigt, das drei Auf- lageebenen 2, 2', 2" aufweist. Dieses Trägerteil 1 ist einstückig hergestellt. Dieses Trägerteil 1 weist an seiner einen Seite eine Art Stufe auf, die eine Auflageebene 2" für ein weiteres wellenmodifizierendes Element aufweist. In die obere Auflageebene 2 und die untere Auflageebene 2' sind jeweils eine Reihe von Durchgangsbohrungen 3 eingebracht. Diese sind mit den parallel zu den Auflageebenen 2, 2', 2" verlaufenden Kanälen 4 verbunden. Bei der gezeigten Ausfüh- rungsform sind zwei quer zur Strahlrichtung verlaufende Kanäle 4 vorhanden, die über einen Durchbruch miteinander verbunden sind. Wie in den Fig. 7f bis 7i zu erkennen ist, werden sowohl auf die obere Auflageebene 2 als auch auf die untere Auflageebene 2' wellenmodifizierende Elemente 5 aufgelegt, die beispielsweise Schmalbandspiegel sein können. Zusätzlich wird ein wellenmodifizierendes Element 5' auf die Stufe, die die mittlere Auflageebene 2" bildet, ge- legt. Ein beispielhafter Strahlenverlauf ist schematisch in den Fig. 7k bis 7o gezeigt. Deutlich zu erkennen ist, daß sich die dritte Auflageebene 2" in etwa in der Mitte zwischen der oberen Auflageebene 2 und der unteren Auflageebene 2' befindet.
In den Abbildungen der Fig. 8a ist schematisch eine Situation gezeigt, die bei der Passivjustie- rung, d.h. beim Aufbringen der wellenmodifizierenden Elemente auf das Trägerteil 1 auftreten kann. Obgleich, wie im folgenden noch ausführlich beschrieben wird, die Auflageebenen 2, 2',2" möglichst glatt gefertigt werden, kann es passieren, daß sich an der Oberfläche der Auflageebene des Trägerteils 1 oder auf der Auflagefläche des wellenmodifizierenden Elements 5 eine kleine Unebenheit 14 befindet. Diese Unebenheit 14 führt, wie in Fig. 8a in der mittleren Abbil- düng zu erkennen ist, dazu, daß das wellenmodifizierende Element 5 nicht eben auf der Auflageebene des Trägerteils 1 aufliegt, sondern geringfügig gegenüber diesem verkippt ist. Das wellenmodifizierende Element 5 ist somit nicht optimal justiert. Es sei an dieser Stelle betont, daß in den Abbildungen dieser Effekt übertrieben dargestellt ist. Normalerweise ist die Verkippung mit bloßem Auge nicht zu bemerken. Es ist daher in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das Trägerteil 1 bzw. zumindest die Auflageebene 2, 2', 2" aus einem duktilen Material besteht. In diesem Fall kann nämlich, wie in den Abbildungen der Fig. 8b dargestellt ist, für die Passi justage des wellenmodifizierenden Elements 5 auf dem Trägerteil 1 eine Art Justierstift 15 verwendet werden, der auf die Oberseite des wellenmodifizierenden Elements 5 eine gewisse Kraft ausübt. Da das Trägerteil 1 aus einem duktilen Material hergestellt ist, führt dies, wie in den mit X und Y bezeichneten Vergrößerungen deutlich zu erkennen ist, dazu, daß sich die lokale Unebenheit 14 in das duktile Material durch plastische oder elastische Verformung desselben eindrückt. Was dazu führt, daß das wellenmodifizierende Element 5 optimal justiert ist.
Sobald das wellenmodifizierende Element 5 korrekt positioniert ist, kann es mit Hilfe eines Klebstoffes auf dem Trägerteil 1 fixiert werden, indem der Klebstoff das wellenmodifizierende Element 5 umgebend an der Verbindungsstelle zwischen wellenmodifizierendem Element 5 und Trägerteil 1 aufgebracht wird. Dabei wird mit Vorteil während des Klebevorgangs der durch den Justagefinger 15 aufgebrachte Druck beibehalten, um zu verhindern, daß Klebstoff zwischen wellenmodifizierendes Element und Trägerteil 1 fließt und dadurch das wellenmodifizierende Element 5 möglicherweise aufschwemmt, so daß die exakte Justierung verlorengeht oder auf der Filteroberfläche zu liegen kommt, was den Strahlendurchgang in nachteiliger Weise beeinflussen kann.
Eine alternative Ausführungsform der Auflageebene ist in den Abbildungen der Fig. 9a gezeigt. Rund um die durch die Durchgangsbohrungsbohrung 3 gebildete Öffnung 3 in der Auflageebene sind, wie insbesondere in der mit Y bezeichneten Vergrößerung zu erkennen ist, eine Reihe von Auflageelementen 16 vorgesehen. Dadurch wird die Auflagefläche reduziert und die Wahr- scheinlichkeit, daß eine sich entweder an der Oberseite des Trägerteils 1 oder an der Unterseite des wellenmodifizierenden Elements 5 befindliche Verunreinigung zu einer Verkippung des wellenmodifizierenden Elements gegenüber der Auflageebene des Trägerteils 1 führt, wird deutlich herabgesetzt. Bei dieser Ausführungsform wird daher die Auflageebene nur durch die Auflageelemente 16 gebildet.
Um eine optimale Passivjustierung zu ermöglichen, ist es möglich die Auflageflächen der wellenmodifizierenden Elementen vor der Montage zu überprüfen und nur solche wellenmodifizierenden Elemente auszuwählen, die keinerlei Unebenheiten aufweisen. Bei der Ausführungsform mit den Auflageelementen 16 kann die Kontrolle der Oberfläche der wellenmodifizierenden Elemente auf diejenigen Flächenbereiche beschränkt werden, die mit den Auflageelementen in Kontakt treten sollen. Dies führt zu einer Abkürzung des Kontrollvorgangs und darüber hinaus wird der Anteil der aufgrund von Unebenheiten nicht verwendbaren wellenmodifizierenden Elementen reduziert.
Darüber hinaus sind die Auflageelemente 16 mit Vorteil derart angeordnet, daß das wellenmodi- fizierende Element nicht mit einer seiner Kanten auf dem Auflageelement 16 aufliegt. Die wellenmodifizierenden Elemente weisen häufig ein gesägtes Substrat auf, so daß es an den Kanten zu einer Gratbildung oder zu Ausbrüchen kommen kann, so daß das wellenmodifizierende Element häufig gerade an den Kanten uneben ist. Ein wellenmodifizierendes Element mit einer Gratbildung an der Kante kann bei der gezeigten Anordnung der Auflageelemente ohne Nach- teil verwendet werden.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist in der Figur 9 c gezeigt. Hier wird die Auflageebene durch ein im wesentlichen ringförmiges Auflageelement 16 gebildet, welches die Öffnung wulstartig umgibt. Bei aufgesetztem wellenmodifizierenden Element 5 wird daher die Öffnung 3 abgedichtet.
Dadurch wird die Befestigung des wellenmodifizierenden Elements 5 auf den Öffnungen 3 vereinfacht, da Klebstoff verwendet werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß dieser in die Öffnungen 3 fließt und die wellenmodifizierenden Elemente 5 aufschwemmt oder in den Strah- lengang gerät.
In den Fig. 10a bis 10d ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für ein Trägerteil 1 dargestellt. In das Trägerteil 1 werden zunächst die Durchgangsbohrungen und gegebenenfalls die parallel zu den Auflageebenen verlaufenden Kanäle, wie z. B. eine Frästasche, eingebracht. Dann wird das Trägerteil 1 derart am Umfang einer Drehmaschine montiert, daß die herzustellenden Auflageebenen 2, 2', 2" senkrecht zu der Drehachse des rotierenden Teils der Drehmaschine verlaufen. Wird nun die Drehmaschine 17 in Rotation versetzt, so können in einer einzigen Aufspannung die beiden Werkzeughalter 18 derart zu dem Trägerteil 1 zugeführt werden, daß die planparallelen Auflageebenen 2, 2', 2" gedreht werden können. Dadurch, daß alle Auf- lageebenen in einer einzigen Aufspannung hergestellt werden, wird die Genauigkeit deutlich erhöht.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch zumindest eine Anschlagfläche zumindest eines Distanzelementes in der selben Auf- Spannung hergestellt. Dies ist prinzipiell bei allen gezeigten Ausführungsformen möglich. So könnten die beispielsweise in Figur 4 b gezeigten Stifte vor der Herstellung der Anschlagfläche in die Bohrungen 10 eingesetzt und fixiert werden, z.B. mittels Klebstoff oder durch eine Preßpassung. Bei der Herstellung der parallelen Auflageebenen können dann die Anschlagflächen der Distanzelemente ebenfalls hergestellt werden.
Bei der beispielsweise in Figur 5a gezeigten Ausführungsform können ebenfalls die Anschlagflächen und die Auflageebenen in einer Aufspannung hergestellt werden. Soll ein ebenes Distanzelement verwendet werden, so ist dies gegebenenfalls mehrteilig auszubilden um den Zugriff des Drehwerkzeuges auf die Auflageebenen zu gewährleisten.
In der Fig. 11 ist eine erste beispielhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Trägerteils gezeigt. Diese Anwendung entspricht im wesentlichen der bereits in Verbindung mit den Fig. 6 und 7 erläuterten Anwendung. Gezeigt ist ein 8-Kanal-Multiplexer-/Demultiplexer-System mit einem Bandfilter.
In Fig. 12 ist eine zweite Anwendung dargestellt. Hier ist zusätzlich ein wellenmodifizierendes Element 5" vorgesehen, das bereits für eine Bandseparation sorgt, so daß dieses System leicht erweitert werden kann.
In Fig. 13 ist ein 16-Kanal-Multiplexer-/Demultiplexersystem mit drei Bandfiltem dargestellt. Hier werden insgesamt fünf parallele Ebenen verwirklicht.
Fig. 14 zeigt einen 4x4-Koppler mit fünf 50%-Filtem. Die Anordnung ist aus fünf wellenmodifizierenden Elementen 5'", die hier als 50%-Filter ausgebildet sind, aufgebaut. Ein 50%-Filter reflektiert etwa 50% des einfallenden Lichts und läßt die verbleibenden 50% transmittieren. Es wer- den vier Eingangssignale über die vier Eingänge E-ι, E2, E3 und E4 in die Anordnung eingekoppelt. Der bei Et eingekoppelte Lichtstrahl trifft zunächst auf das in der Figur links unten angeordnete 50%-Filter. Dort werden 50% der ursprünglichen Intensität reflektiert, während 50% des Signals transmittieren und die Anordnung ungenutzt verlassen. Der reflektierte Strahl trifft auf den in der Mitte angeordneten 50%-Filter, an dem wieder nur 50 % des Signals transmittieren, während die anderen 50% des Signals reflektiert werden. Der transmittierte Strahl, der etwa 25 % der ursprünglichen Intensität hat, trifft nun auf den rechts oben in der Figur angeordneten 50%-Filter, wo wiederum die Hälfte des Signals transmittiert, d.h. über den Ausgang A-, die Anordnung verläßt, und die andere Hälfte reflektiert wird, d. h. die Anordnung über den Ausgang A4 verläßt. In ähnlicher Weise trifft der an dem mittleren 50%-Filter reflektierte Strahl auf das rechts unten angeordnete 50%-Fillter, wo die Hälfte des Signal transmittiert, d. h. die Anordnung über den Ausgang A3 verläßt, und die andere Hälfe reflektiert wird, d. h. die Anordnung über den Ausgang A2 verläßt. Mit anderen Worten wird das Signal, das bei Ei die Anordnung verläßt auf die die vier Ausgänge A1f A2, A3 und A4 aufgeteilt, wobei jedoch bereits beim Auftreffen auf das erste 50% Filter die Hälfte der Intensität verloren geht. Man kann sich anhand der Figur verdeutlichen, daß dies auch für über die anderen Eingänge eingegebenen Signale gilt. Der 4x4 Koppler addiert somit zunächst die über die 4 Eingänge ankommenden Signale und verzweigt die Summe dann mit jeweils gleicher Intensität auf die 4 Ausgänge (4x4 Stemkopp- ler).
Fig. 15 zeigt schließlich einen 1x8-Verzweiger mit 50%-Filtern. Hier werden insgesamt fünf E- benen benötigt. Dabei wird ein von in der Figur von links unten kommender Lichtstrahl durch die 50%-Filter, die jeweils etwa 50% des Lichts (nahezu wellenlängenunabhängig) reflektieren und die anderen 50 % transmittieren lassen. Dadurch wird das eingestrahlte Licht auf 8 Ausgänge verteilt, die jeweils etwa ein Achtel der eingestrahlten Lichtintensität aufweisen.
Bezugszeichenliste
1 Trägerteil
2, 2', 2" Auflageebenen
3 Durchgangsbohrungen
4 Kanal
5, 5', 5",5'" wellenmodifizierende Elemente
6 Distanzelement
7 Kopplungsvorrichtung
8 Glasfaser
9 Fuß der Kopplungsvorrichtung
10 Bohrungen
11 schmaler Abschnitt
12 Kopf
13 Ausnehmung
14 Unebenheit
15 Justierstift
16 Auflageelemente
17 Drehmaschine
18 Werkzeughalter

Claims

Patentansprüche
1. Trägerelement zur Aufnahme von mindestens zwei wellenmodifizierenden Elementen (5, 5', 5") mit parallel zueinander angeordneten Auflageebenen (2, 2', 2"), dadurch gekenn- zeichnet, daß die Auflageebenen (2, 2', 2") jeweils mindestens eine Öffnung haben, wobei die Öffnungen über mindestens eine Durchgangsbohrung (3) miteinander verbunden sind.
2. Trägerteil (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß es einstückig ausgebildet ist.
3. Trägerteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein, vorzugsweise mehrere wellenmodifizierende Elemente (5, 5') derart auf einer Auflageebene (2, 2', 2") aufliegen, daß eine Öffnung (3) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig durch je ein oder mehrere wellenmodifizierende Elemente verdeckt ist.
4. Trägerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Auflageebene (2, 2', 2") eine Öffnung zum Ein- und/oder Auskoppeln eines Lichtsignals aufweist.
5. Trägerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Auflageebene (2, 2', 2") mindestens zwei Öffnungen aufweist und eine Öffnung der anderen Auflageebene (2') auf der Mittensenkrechten auf der Verbindungslinie zwischen den beiden Öffnungen der ersten Auflageebene (2) liegt.
6. Trägerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen durch kreisförmige Bohrungen, Langlöcher oder Ausnehmungen gebildet sind.
7. Trägerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnun- gen durch im wesentlichen senkrecht zu den Auflageebenen ( 2, 2', 2") verlaufende
Bohrungen (3) gebildet werden, die sich in einen im wesentlichen parallel zu den Auflageebenen verlaufenden Kanal (4) erstrecken, wobei der Kanal (4) vorzugsweise als kreisförmige Bohrung ausgebildet ist.
8. Trägerteil nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das wellenmodifizierende Element (5, 5') mit einem Haftmittel, vorzugsweise Klebstoff, auf der Auflageebene (2, 2', 2") befestigt ist.
9. Trägerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es aus duktilem Material hergestellt ist.
10. Trägerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Stahl, Eisen, Kupfer, Neusilber, Silber, Gold, Messing, Kunststoff, vorzugsweise aus POM oder PEEK, hergestellt ist.
11. Trägerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Auflageebene (2) auf der einer anderen Auflageebene (2') abgewandten Seite ein Distanzelement (6) aufweist.
12. Trägerteil nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzelement (6) zwei parallel zueinander verlaufende Anschlagsflächen hat.
13. Trägerteil nach Anspruch 11 oder 12, soweit von Anspruch 3 oder einem hierauf rückbe- zogenen Anspruch abhängig, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzelement (6) einen Durchgang auf der der Auflageebene (2, 2') zugewandten Seite hat, in dem das wellenmodifizierende Element (5, 5') angeordnet ist.
14. Trägerteil nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Dis- tanzelement (6) aus einer Präzisionsfolie besteht.
15. Trägerteil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzelement (6) aus mindestens einem Stift besteht, der sich durch beide Auflageebenen (2, 2') erstreckt.
16. Trägerteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzelement (6) von zumindest zwei Stiften gebildet wird, wobei die Stifte vorzugsweise eine unterschiedliche Länge haben und/oder aus unterschiedlichem Material bestehen, wobei der Längenunterschied und/oder die Materialauswahl so gewählt ist, daß eine relative Bewegung einer an dem Trägerteil fixierten Kopplungsvorrichtung gegenüber dem Trägerteil in Folge einer Temperaturschwankung zumindest teilweise kompensiert wird.
17. Trägerteil nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Distanzelement (6) und Trägerteil (2) einstückig ausgebildet sind.
18. Trägerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei zueinander parallele Auflageebenen (2, 2', 2") vorgesehen sind.
19. Trägerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein wellenmodifizierendes Element ein Schmalbandspiegel ist.
20. Multiplexer/Demultiplexer mit einem Trägerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
21. Strahlteiler, Verzweiger und/oder Koppler mit einem Trägerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
22. Verfahren zur Herstellung eines Trägerteils zur Aufnahme von mindestens zwei wellenmodifizierenden Elementen, das die Schritte aufweist:
Auswählen eines Materialblocks mit einer ersten und einer zweiten Fläche,
Einbringen eines oder mehrerer Durchgänge bzw. Durchgangsbohrungen, die in Öff- nungen in der ersten und/oder zweiten Fläche münden, so daß die Durchgänge die erste und die zweite Fläche miteinander verbinden, und
Herstellen von zumindest zwei parallel zueinander verlaufenden Auflageebenen, wobei die eine Auflageebene auf der ersten Fläche und die andere Auflageebene auf der zweiten Fläche angeordnet ist.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageebenen nach dem Einbringen der Durchgänge hergestellt werden.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageebenen mit einer einer gemittelten Rauhtiefe Rz (nach DIN 4768) von kleiner als 100 nm, vorzugsweise kleiner als 50 nm, besonders bevorzugt kleiner als 20 nm, hergestellt werden.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageebene mit einem spanabhebenden Verfahren, vorzugsweise durch Ultrapräzisions- bearbeitung, besonders bevorzugt durch Diamantdrehen oder Diamantfräsen hergestellt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageebene durch ein Drehverfahren hergestellt wird, wobei der Materialblock derart auf dem Umfang einer sich drehenden Vorrichtung eingespannt wird, daß die herzustellenden Auflageebenen senkrecht zur Drehachse der sich drehenden Vorrichtung orientiert sind.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß alle Auflageebenen in einer Aufspannung hergestellt werden.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal, der vorzugsweise in etwa parallel zu den Auflageebenen verläuft, eingebracht wird, wobei der Kanal vorzugsweise als Bohrung ausgebildet wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß zumin- dest ein Distanzelement mit zumindest einer Anschlagfläche angebracht wird.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche des Distanzelements in einer Aufspannung zusammen mit den Auflageebenen hergestellt wird.
31. Verfahren zur Herstellung eines optischen Modifizierers, das die Schritte aufweist:
Herstellen eines Trägerteils mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, Auflegen zumindest eines wellenmodifizierenden Elements auf eine Auflageebene, Fixierung des wellenmodifizierenden Elements auf der Auflageebene.
32. Verfahren nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung mit einem Haftmittel, vorzugsweise Klebstoff, erfolgt.
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