DE69825549T2

DE69825549T2 - Temperaturkompensierter optischer Multiplexer/Demultiplexer

Info

Publication number: DE69825549T2
Application number: DE69825549T
Authority: DE
Inventors: Vincent Ottawa Delisle; Neil Ottawa Teitelbaum
Original assignee: JDS Fitel Inc
Current assignee: JDS Fitel Inc
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2018-12-09
Also published as: JP2000241656A; EP0922973B1; EP0922973A2; CA2255386A1; DE69825549D1; US5905824A; EP0922973A3; CA2255386C

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ganz allgemein planare Wellenleiter, die zur Übertragung optischer Signale zwischen optischen Vorrichtungen verwendet werden, und insbesondere betrifft diese Erfindung eine optische Wellenleiter-Vorrichtung, bei der passive Komponenten zur Lenkung und Verteiler optischer Übertragungen verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
In optischen WDM-Kommunikationssystemen ermöglichen viele unterschiedliche optische Wellenlängenträger unabhängige Kommunikationskanäle in einer einzigen optischen Faser. Zukünftige Rechen- und Kommunikationssysteme stellen stetig steigende Anforderungen an die Bandbreite der Kommunikationsverbindung. Es ist allgemein bekannt, daß optische Fasern eine sehr viel höhere Bandbreite als konventionelle koaxiale Verbindungen ermöglichen; zudem nutzt ein einziger optischer Kanal in einem Faserwellenleiter einen mikroskopisch kleinen Teil der verfügbaren Wellenlänge der Faser (typischerweise einige wenige GHz aus mehreren zig THz). Durch Senden mehrerer Kanäle mit unterschiedlichen optischen Wellenlängen über eine Faser (d. h. wavelength division multiplexing, oder WDM), kann diese Bandbreite sehr viel effizienter genutzt werden.
Es hat bislang viele Versuche gegeben, einen kompakten und hochauflösenden Wellenleiter-Demultiplexer oder -Spektrometer zur Anwendung in Gebieten wie etwa Spektroskopie, optische Netzwerke, optische Verbindungen und insbesondere optische Kommunikationssysteme zu entwickeln. Ein derartiger Demultiplexer kann äußerst kritisch in WDM-Verbindungen sein. Bei diesen Verbindungen oder Netzwerken wird jedem Kanal eine getrennte und nur einmal vergebene Wellenlänge für die Datenübertragung zugewiesen. Die optische Faser, die Kanäle in einem WDM-Netzwerk verbindet, überträgt somit viele verschiedene Wellenlängenkanäle, und eine bestimmte Wellenlänge wird ausgewählt, bevor die Daten empfangen werden. Der Datenempfang wird dann erreicht durch Kombinieren eines Wellenlängen-Demultiplexers, eines Fotodetektors und elektronischer Selektierschaltkreise. Bei WDM-Verbindungen werden viele Wellenlängen gemultiplext und über eine einzige optische Faser übertragen, um die Kapazität der Faser zu erhöhen. Der Empfänger muß die vielen Wellenlängen demultiplexen und den richtigen Kanal für den Empfang auswählen. Bei derartigen Anwendungen sind die Anforderungen an den Wellenlängen-Demultiplexer typischerweise: eine optische Bandbreite > 30 nm, eine Wellenlängenauflösung von einigen wenigen Ångström, Polarisationsunabhängkeit, Kompaktheit, geringer Verlust, geringes Übersprechen und geringe Herstellungskosten.
Zur Zeit gibt es zahlreiche bekannte Verfahren zur Auswahl bestimmter Wellenlängen, jedoch ist keines davon ideal für die oben beschriebenen Anwendungen.
Techniken zum Multiplexen und Demultiplexen zwischen einer einzelnen optischen Faser, die den gemultiplexten Kanal enthält, und mehreren optischen Fasern, welche die zahlreichen demultiplexten Kanäle enthalten, sind in unterschiedlichen US-Patenten beschrieben. So ist beispielsweise ein Multiplexen/Demultiplexen mit doppelbrechenden Elementen in den US-Patenten 4,744,075 und 4,745,991 offenbart. Multiplexen/Demultiplexen unter Verwendung optischer Bandpaß-Filter (wie etwa eines Resonanzhohlraums) ist in den US-Patenten 4,707,064 und 5,111,519 offenbart. Multiplexen/Demultiplexen mit Interferenzfiltern ist in den US-Patenten 4,474,424 und 4,630,255 und 4,735,478 offenbart. Multiplexen/Demultiplexen unter Verwendung eines Prismas ist in dem US-Patent 4,335,933 offenbart. Das US-Patent 4,740,951 lehrt eine komplexe Abfolge kaskadierter Gitter, um mehrere optische Signale zu demultiplexen. Die US-Patente 4,756,587 und 4,989,937 und 4,690,489 offenbaren eine optische Kopplung zwischen benachbarten Wellenleitern, um eine Demultiplexfunktion zu erzielen. Eine ähnliche Technik ist im US-Patent 4,900,118 offenbart. Obgleich einige dieser Techniken besser als andere sind, besteht ein Bedarf nach einem System, das kompakt ist, das nicht auf sperrigen Gitterelementen beruht, das ver gleichsweise kostengünstig herzustellen ist und das eine ausreichend hohe Präzision gewährleistet.
Optisches Schalten, Multiplexen und Demultiplexen wird seit annähernd einem Jahrzehnt durch Verwendung eines Verbindungsgerätes erzielt, das mehrere dicht voneinander beabstandete Wellenleiter hat, die mit einem Eingangs-Sternkoppler kommunizieren. Der Ausgang des Sternkopplers kommuniziert mit einem zweiten Sternkoppler über ein optisches Gitter, das aus einer Anordnung von optischen Wellenleitern besteht. Jeder Wellenleiter unterscheidet sich hinsichtlich der Länge von seinem nächsten Nachbarn um einen vorgegebenen festen Betrag. Die Ausgänge des zweiten Sternkopplers bilden die Ausgänge des Schalt-, Multiplex und Demultiplexgeräts. Siehe hierzu beispielsweise das US-Patent 5,002,350, das am 25. März 1991 für Dragone erteilt wurde.
Wenn beim Betrieb jede von mehreren getrennten und unterschiedlichen Wellenlängen in unterschiedliche und getrennte Eingangsanschlüsse des Geräts eingespeist werden, überlagern sie sich alle und erscheinen auf einem vorgegebenen Ausgangsanschluß. Auf diese Weise erfüllt das Gerät eine Multiplexfunktion. Dasselbe Gerät kann auch eine Demultiplexfunktion erfüllen. In diesem Fall werden mehrere Eingangswellenlängen auf einen vorgegebenen Eingangsanschluß des Geräts gerichtet. Jede der Eingangswellenlängen wird von den anderen getrennt und auf einen vorgegebenen Ausgangsanschluß des Gerätes gerichtet. Eine geeignete Auswahl der Eingangswellenlänge ermöglicht ferner ein Schalten zwischen jedem beliebigen ausgewählten Eingangsanschluß und jedem beliebigen ausgewählten Ausgangsanschluß.
Das zwischen den zwei Sternkopplern angeordnete Gitter besteht im wesentlichen aus einer Anordnung gekrümmter Wellenleiter unterschiedlicher Längen. Die Wellenleiter sind an ihren Enden dicht voneinander beabstandet, wohingegen sie im Mittenbereich weit voneinander beabstandet und stark gekrümmt sind. Die Ordnung des Gitters ist durch die Weglängendifferenz zwischen benachbarten Wellenleitern bestimmt. Das US-Patent 5,243,672, das am 7. September 1993 für Dragone erteilt wurde, beschreibt ein verbessertes Verfahren, wie man ein solches Gitter mit einem verbesserten Krümmungsradius herstellen kann. Cohen et al. beschreibt im US-Patent 5,440,416 ein ähnliches Gitter, bei dem Reflexion verwendet wird und die Struktur halbiert ist.
Obwohl jedes dieser Patente seine Vorzüge hat und funktionierende Vorrichtungen beschreibt, ist die Funktion all dieser Vorrichtungen empfindlich gegenüber Temperaturveränderungen. Ein Standardmittel zur Stabilisierung des Ausgangs derartiger Vorrichtungen besteht darin, die Temperatur um diese Vorrichtungen herum aktiv zu steuern. Zu diesem Zweck sind Steuerungsschaltkreise mit Heizelementen vorgesehen, um eine konstante Umgebungstemperatur zu gewährleisten. Selbstverständlich gibt es Grenzen für eine solche Steuerung; und überdies verbrauchen diese Vorrichtungen im allgemeinen eine beträchtliche Energie.
Zur Zeit werden diese Phased Array Wavelength Division Multiplexer auf einer monolithischen Glasplatte hergestellt, wobei die Wellenleiter und ein Umwandlungsbereich innerhalb des Glases angeordnet sind. Ein bekanntes Problem bei diesen Vorrichtungen besteht jedoch darin, daß es zu einer Wellenlängenverschiebung bei einer Temperaturveränderung kommt und Wellenleiter, die mit bestimmten Wellenlängen koppeln und diese empfangen sollen, können mit anderen Wellenlängen koppeln oder können nicht effizient mit der gewünschten Wellenlänge koppeln.
In dem Dokument "Athermal silica-based arrayed-waveguide grating multiplexer", Electronics Letters, Vol. 33., Nr. 23, S. 1945–47, 1997 von Y. Inoue et al. wird ein Verfahren zur Temperaturkompensation eines Arrayed Waveguide Gratings (AWG) beschrieben, bei dem dreieckige Rillen in ein siliziumbasiertes Arrayed Waveguide Grating geätzt und diese Rillen dann mit Silikon gefüllt werden. Auf diese Weise wird die temperaturabhängige optische Wegdifferenz in dem siliziumbasierten Wellenleiter infolge der Dimension der Gräben und der Differenz der thermischen Koeffizienten der zwei Materialien kompensiert.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Verschiebungen in der Wellenlänge zu kompensieren, die durch eine Temperaturveränderung verursacht sind. Diese Lösung soll wenig oder keine externe Energie benötigen. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung wie in Anspruch 1 angegeben bereitgestellt.
Die Vorrichtung enthält einen ersten monolithischen Wellenleiterblock und einen zweiten, von dem ersten Block beabstandeten Wellenleiterblock, um optische Signale von diesem zu empfangen, wobei der erste monolithische Wellenleiterblock enthält:
darin integrierte Mittel zum Aufteilen eines Eingangsstrahls in Teilstrahlen, die unterschiedliche Mittenwellenlängen haben;
wobei der zweite monolithische Wellenleiterblock mehrere dicht voneinander beabstandete Wellenleiter zum Empfangen von vorgegebenen Lichtwellenlängen hat, die mit wenigstens einem der Teilstrahlen des Lichts korrespondieren, und wobei der zweite monolithische Wellenleiterblock und/oder der erste Block damit gekoppelte Temperatur-Kompensierungs-Mittel hat zum Koppeln der vorgegebenen und durch den ersten Block bereitgestellten Lichtwellenlängen mit vorgegebenen Wellenleitern der dicht voneinander beabstandeten Wellenleiter, so daß vorgegebene Wellenleiter vorgesehen sind zum Empfang vorgegebener Lichtwellenlängen, und wobei die Temperatur-Kompensierungs-Mittel vorgesehen sind zum Bewirken einer relativen Verlagerung zwischen dicht voneinander beabstandeten Wellenleitern und der Position der Teilstrahlen, die mit vorge gebenen Lichtwellenlängen korrespondieren, und wobei die Position der Teilstrahlen, die mit den vorgegebenen Lichtwellenlängen korrespondieren, sich bei einer Temperaturveränderung ändert, um effizienter die vorgegebenen Lichtwellenlängen mit den vorgegebenen Wellenleitern zu koppeln.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine optische Lichtkopplung innerhalb eines Freiraumbereichs eines Phased Array Demultiplexers mit einem oder mehreren Wellenleitern verbessert werden kann, und zwar ohne einen nennenswerten Energiebedarf für die Temperatursteuerung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Kopplung durch Verwendung eines passiven Systems verbessert werden kann, das keine zusätzliche Energie benötigt.
Weitere Vorteile ergeben sich für den Fachmann durch Bezug auf die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und auf die Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert, in denen:
1 eine schematische Zeichnung eines mehrkanaligen WDMs ist, der gemäß Techniken nach dem Stand der Technik gefertigt ist, die auf einer siliziumbasierten optischen Bank beruhen;
2 eine schematische Zeichnung eines mehrkanaligen WDMs ist, der erfindungsgemäß hergestellt ist;
3 eine schematische Zeichnung eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist, die eine bewegliche Linse zur Erzeugung einer Temperaturkompensation innerhalb des Demultiplexers zeigt; und
4 ist eine schematische Zeichnung eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Gleich Ziffern werden durchgängig zur Bezeichnung gleichartiger Elemente verwendet.
Ausführliche Beschreibung
1 zeigt einen mehrkanaligen dichten 1 × n WDM, der gemäß siliziumbasierter Optischer-Bank-Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt ist. Komponenten dieser Art sind beispielsweise beschrieben in C. Dragone et al., "Efficient Multichannel Integrated Optics Star Coupler on Silicon", IEEE Photon. Technol. Lett. 3 (1991) 896–899. Freiraum N × N-Sternkoppler, die unter Verwendung einer ähnlichen Technologie hergestellt sind, sind beschrieben in C. Dragone, "Efficient N × N Star Couplers Using Fourier Optics", IEEE J. Lightwave Technol. 7 (1989) 479–489. Zusammengefaßt handelt es sich bei dem WDM der 1 um eine interferometrische Vorrichtung. Im wesentlichen sind zwei N × N Koppler durch mehrere Wellenleiter 100 unterschiedlicher Länge miteinander verbunden. Infolgedessen werden Signale unterschiedlicher Wellenlängen, die dem WDM auf einem Wellenleiter 110 zugeführt werden, so auf Ausgangswellenleiter 120 verteilt, daß Signale, die in unterschiedliche Wellenlängenbänder fallen, auf unterschiedliche Ausgangswellenleiter verteilt werden. Anschaulich gesprochen kann eine solche Komponente dazu verwendet werden, Signale in 16 oder mehr Wellenlängen-Unterkanäle zu multiplexen, und zwar mit einem Unterkanal-Abstand von 1–2 nm, einem Übersprechpegel von etwa –20 bis –40 dB, und einem Einfügeverlust von etwa 2.5 dB. Bei den Ausgangs-Wellenlängenbändern geht man davon aus, daß diese einen gewissen Temperaturgradienten aufweisen.
Wenn die Vorrichtung ungünstig durch eine Temperaturveränderung beeinflußt wird, dann verschieben sich die Mittenwellenlängen, die über einem Aufnahmebereich eines Freiraumbereichs 170 getrennt und verteilt sind, derart, daß λ1, λ2, ... λ16 nicht mit den vorgesehenen Aufnahme- oder Ausgangswellenleitern 120 ausgerichtet sind. In diesem Fall können Wellenleiter, die dazu ausgelegt sind, mit bestimmten Wellenlängen zu koppeln und diese zu empfangen, mit anderen Wellenlängen koppeln, oder können nicht effizient mit einer gewünschten Wellenlänge koppeln. Oder falls die unerwünschte Wellenlängenverschiebung geringfügig ist, können Übersprechpegel maximal zulässige Pegel überschreiten.
Die WDM-Vorrichtung, wie sie in 1 gezeigt ist, ist eine monolithische Konstruktion vom Eingangsanschluß 110 zu den Ausgangsanschlüssen oder -orten 120. Eine Veränderung des auf dem Weg sich ausbreitenden Lichts mit Hilfe optischer Elemente, z. B. Linsen, Gittern, Filtern etc., ist nicht praktikabel.
2, auf die nun Bezug genommen wird, zeigt einen ähnlichen mehrkanaligen dichten 1 × n WDM, wobei der monolithische Wellenleiterblock der 1 in zwei Wellenleiterblöcke 200 und 202 aufgeteilt ist. Der Block 202 weist einen Wellenleiter-Konzentrator 204 auf, der dicht voneinander beabstandete Wellenleiter 206 an einem Koppelende 208 hat, um getrennte Teilstrahlen in unterschiedliche vorbestimmte Wellenleiter 206 von einem Phased Array Demultiplexewer (PAD) eines Wellenleiterblocks 200 zu empfangen/aufzunehmen. Der Wellenleiter-Konzentrator 204 führt die dicht voneinander beabstandeten und getrennten Teilstrahlen zu voneinander beabstandeten Orten, um sie an einem Ausgangsende 210 in einzelne Fasern einzukoppeln. Ein Abstand 201 zwischen dem Block 200 und dem Block 202 ermöglicht es dem Wellenlängen-Konzentrator 204, die durch eine Temperaturveränderung verursachte Wellenlängenverschiebung durch eine Verschiebung des Ortes der Teilstrahlen oder durch eine Verschiebung der Koppelenden des Wellenlängen-Konzentrators 204 anzupassen. Diese relative Verschiebung zwischen den Blöcken 200 und 202 stellt die physikalische Ausrichtung der getrennten Teilstrahlen und des Wellenlängen Konzentrators 204 ein, um eine Anpassung der physikalischen Verschiebung der den Freiraumbereich 170 verlassen den Teilstrahlen in Abhängigkeit von einer Temperaturveränderung zu erzielen. Der Abstand 201 kann gerade ausreichend sein, um ein Kopplungsmedium aufzunehmen, das für eine Bewegung zwischen den beiden Blöcken 200, 202 geeignet ist, oder er kann so dimensioniert sein, daß zusätzliche optische Elemente aufgenommen werden können. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann etwa eine Sammellinse in Form einer GRIN-Linse in dem Zwischenraum zwischen den beiden Blöcken angeordnet sein, die an den Block 200 angekoppelt ist, um beispielsweise Koppelverluste zwischen den Wellenleitern zu verringen, wenn sich das Licht über den Spalt hinweg ausbreitet.
Die Temperaturkompensation wird bei diesem Ausführungsbeispiel erzielt, indem der Block 202 auf einem Träger 212 aus einem anderen Material befestigt ist, das einen ausgewählten Ausdehnungskoeffizienten zur Erzielung einer Relativbewegung gegenüber dem anderen Block 200 in den Richtungen der Phasenveränderung hat, wie dies durch einen Pfeil A angedeutet ist. Einer der beiden Blöcke 200, 202 kann auf dem Ausdehnungsmaterial 212 befestigt sein, um eine Relativbewegung bezüglich des anderen zu ermöglichen, so daß eine Verschiebung hervorgerufen wird, die ausreicht, die Teilstrahlen wieder gegenüber ihren vorgesehenen Wellenleitern 206 zum Zwecke einer guten Kopplung auszurichten. Das Ausdehnungsmaterial 212 ist an einer dem Block 200 oder 202 gegenüberliegenden Seite an einem stabilen Träger 214 befestigt. In gleicher Weise ist der gegenüberliegende Block an dem stabilen Träger 214 befestigt; diese Relativbewegung wird zwischen dem Freiraum 170 und dem Wellenleiter-Konzentrator 204 beobachtet.
Die Blöcke 200, 202 können als einzelner Block ausgebildet und in unterschiedliche Elemente unterteilt sein, um eine Phasenverschiebung zwischen dem Freiraumbereich 170 und dem Wellenleiter-Konzentrator 204 Rechnung zu tragen. Alternativ hierzu können die Blöcke 200, 202 getrennt voneinander hergestellt werden. Eine Aufteilung der vormals monolithischen Struktur bietet die Möglichkeit, zusätzliche optische Elemente einzufügen. Die monolithische Konstruktion der Vorrichtungen nach dem Stand der Technik hat eine solche Art der Korrektur nicht ermöglicht.
Eine Verschiebung der Koppelverbindung zwischen dem Freiraumbereich 170 und dem Wellenleiter-Konzentrator 204 führt zu einer physikalischen Ausrichtung der getrennten Teilstrahlen und der Aufnahme-Wellenleiter 204, die den einzelnen Wellenlängen zugeordnet sind. Die natürliche Wellenlängen-Veränderung kann durch eine Messung der Verschiebung pro Grad qualifiziert werden. Dieser Effekt wird durch eine Veränderung in der vorausgesagten Wellenlänge erkennbar, die von einem bestimmten Wellenleiter 206 aufgenommen wird, oder an einem Übersprechen innerhalb eines Wellenleiters 206. Der Abstand dieser Verschiebung pro Grad gibt die relative Verschiebung wieder, die pro Grad zwischen den zwei Blöcken benötigt wird. Ein Material mit einem hohen Ausdehnungskoeffizienten, z. B. ein Metall, wird wegen seines Ausdehnungskoeffizienten gewählt, und die Dicke wird so festgelegt, daß die Verschiebung pro Grad erzeugt wird, die zur Kompensation des Wellenlängendrifts benötigt wird. Eine Materialkombination kann verwendet werden, um eine Ausdehnung zu erhalten, die an die Wellenlängenverschiebung angepaßt ist. Durch Ausnutzen einer temperaturabhängigen Ausdehnung/Kontraktion wird die Verschiebung automatisch, und das System ist passiv, so daß es keine Energiezufuhr benötigt.
Als Beispiel wird ein WDM zum Aufteilen von Eingangslicht in 16 Kanäle betrachtet, die durch 100 GHz getrennte Mittenwellenlängen oder Kanäle mit einem Zwischenkanalabstand von 20 μm zur Aufnahme durch die Wellenleiter des Wellenleiter-Konzentrators haben. Eine Veränderung von 1,4 GHz/°C benötigt eine gleiche Veränderung von 0,28 μm/°C der Aufnahmewellenleiter. Die Auswahl von Aluminium als Ausdehnungsmaterial mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 2,3 × 10⁵/°C und einer Dichte von 11,2 mm wird benötigt, um die 0,28 μm/°C Verschiebung zu ermöglichen.
Wie in 3 gezeigt, kann eine Temperaturkompensation für die Phasenverschiebung auch durch Verwendung einer beweglichen 1 : 1 Abbildungslinse 230 zwischen den Blöcken 200, 202 erreicht werden, etwa eine GRIN-Linse halber Neigung, um die von dem Freiraumbereich 170 auftreffenden Teilstrahlen zu verschieben und dadurch die Ausrichtung zur Erzielung einer verbesserten Kopplung an den Wellen leiter-Konzentrator 204 zu vereinfachen. Die Bewegung wird auch hier vorzugsweise durch ein passives thermisches Ausdehnungselement 212 erzeugt, das an einem Ende relativ zu den beiden Blockabschnitten 200, 202 fixiert ist. Die Linse 230 liegt am gegenüberliegenden Ende des Ausdehnungselements 212 an und ist für eine seitliche Bewegung ausgelegt, wie dies durch den Pfeil A angedeutet ist. Vorteilhafterweise bleiben beide Wellenleiterabschnitte 200, 202 ortsfest.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Abschnitt des monolithischen Blocks 202 einschließlich des Wellenleiter-Konzentrators 204 aus dem Block 200 mit dem Phased Array herausgeschnitten ist. Das Ausdehnungselement 212 trennt den Block 202 von dem Block 200 ab, um eine Relativbewegung zwischen ihnen zu ermöglichen, ohne daß ein stabiler Ausrichtungsträger wie der 214 in 2 benötigt wird. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel enthält zur Minimierung eines polarisationsabhängigen Verlusts ein anisotropes Material 300, das innerhalb des Zwischenraums 201 zwischen der Kopplung des Freiraumbereichs 170 und dem Wellenleiter-Konzentrator 204 angeordnet ist. Falls dieses anisotrope Material 300 in der Mitte des Wellenleiter-Arrays des WDM vorgesehen ist, so können die Auswirkungen von TE- und TM-Polarisationsverlusten ausgeglichen werden. Andere optische Elemente können in ähnlicher Weise in dem optischen Weg positioniert werden.
Beim Betrieb tritt in den Wellenleiter 110 eingefügtes Licht in einen ersten Freiraumbereich 170 ein, von dem aus es in mehrere Wellenleiter 100 unterschiedlicher Längen eingekoppelt wird. Licht, das in den zweiten Freiraumbereich 170 eindringt, wird durch Interferenz auf Teilstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen aufgeteilt. Einzelne Wellenleiter 206 nehmen die getrennten Teilstrahlen auf und verteilen die einzelnen Kanäle auf voneinander getrennte Ausgangsfasern 220. Wenn Temperaturveränderungen die Transmission und die Aufteilung in dem Phased Array beeinflussen, erfahren die aus dem zweiten Freiraumbereich 170 austretenden Teilstrahlen eine Wellenlängenverschiebung, wodurch die Position der aus dem Freiraumbereich 170 austretenden Teilstrahlen physikalisch verändert wird. Eine Temperaturveränderung beeinflußt außerdem das Ausdehnungselement 212, indem es dieses veranlaßt, sich gleichzeitig auszudehnen oder zusammenzuziehen, wodurch die Position des Wellenleiter-Konzentrators 204 entsprechend verändert wird, um eine perfekte Ausrichtung der Teilstrahlen mit den Wellenleitern 206 zu erzielen.
Selbstverständlich kann der gleiche Phased Array Demultiplexer in der umgekehrten Richtung als Multiplexer arbeiten, wie dies im Stand der Technik wohlbekannt ist.
Eine Translationsbewegung kann außerdem bewirkt werden durch dynamisches Verwenden eines piezo-elektrischen Wandlers für eine diskrete Verschiebung, durch eine indu zierte thermische Ausdehnung für eine schrittweise Reaktion, oder durch andere mechanische oder optische Verschiebemittel, wie dies Fachleuten geläufig ist. Zahlreiche alternative Ausführungsbeispiele ergeben sich für die Fachleute in Kenntnis der in den Ansprüchen definierten Erfindung.

Claims

Optische Vorrichtung mit: a) einem ersten monolithischen Wellenleiterblock (200), der einen Planarwellenleiter-Abschnitt (170) mit darin integrierten Mitteln (100) zum Aufteilen eines Eingangsstrahls in Teilstrahlen hat, die unterschiedliche Mittenwellenlängen haben, b) und einem zweiten monolithischen Wellenleiterblock (202), der von dem ersten monolithischen Wellenleiterblock durch einen Spalt (201) beabstandet ist, um optische Signale von diesem zu empfangen, wobei der zweite monolithische Wellenleiterblock (202) mehrere Wellenleiter (206) zum Empfangen von einzelnen Teilstrahlen unterteilten Lichts hat, und mit c) Temperatur-Kompensierungs-Mitteln (212) zur Verstärkung der Kopplung der optischen Signale mit vorgegebenen Wellenlängen, die von dem Wellenleiter-Abschnitt des ersten monolithischen Wellenleiterblocks (201) bereitgestellt werden, und der Wellenleiter (206) des zweiten monolithischen Wellenleiterblocks (202), und wobei die Temperatur-Kompensierungs-Mittel (212) ausgelegt sind zur Veränderung der Relativpositionen zwischen den Wellenleitern (206) des zweiten monolithischen Wellenleiterblocks (202) und den Orten der Teilstrahlen mit vorgegebenen Wellenlängen, die von dem ersten Block (200) bereitgestellt werden, so daß die Kopplung der vorgegebenen Lichtwellenlängen an Orten des ersten Blocks (200) mit den Wellenleitern (206) und für den Empfang durch die Wellenleiter (206) des zweiten Blocks (202) verstärkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite monolithische Wellenleiterblock (202) einen optischen Konzentrator (204) mit mehreren optischen Wellenleitern enthält, die an einem Ende dichter als an einem anderen Ende voneinander beabstandet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Temperatur-Kompensierungs-Mittel (212) Mittel umfassen, die mit dem ersten oder dem zweiten monolithischen Wellenleiterblock (200, 202) gekoppelt sind, um die Wellenleiter relativ zu dem Ort der Teilstrahlen in eine Richtung zu bewegen, welche die Kopplung der vorgegebenen Wellenlängen des Lichts, das durch den ersten Block (200) bereitgestellt wird, mit vorgegebenen Wellenlängen des zweiten Blocks (202) zu verstärken.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Temperatur-Kompensierungs-Mittel passiv sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Temperatur-Kompensierungs-Mittel einen Materialblock (212) um fassen, der einen Ausdehnungskoeffizienten hat, der bei einer Temperaturveränderung eine seitliche Verlagerung der Wellenleiter bewirkt, so daß die Wellenleiter einer entsprechenden seitlichen Ortsverlagerung der vorgegebenen Wellenlängen aufgrund einer Temperaturschwankung folgen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Materialblock (212) mit dem ersten monolithischen Block (200) verbunden ist, und wobei der erste monolithische Block für eine Bewegung relativ zu dem zweiten monolithischen Block (202) ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Materialblock (212) mit dem zweiten monolithischen Wellenleiterblock (202) verbunden ist, und wobei der zweite monolithische Block für eine Bewegung relativ zu dem ersten monolithischen Block (200) ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Temperatur-Kompensierungs-Mittel einen Block aus einem metallischen Material umfassen, das einen Ausdehnungskoeffizienten hat, der den zweiten monolithischen Wellenleiter (202) bei einer Temperaturveränderung seitlich verlagert, so daß die Wellenleiter einer entsprechenden seitlichen Verlagerung der vorgegebenen Wellenlängen aufgrund einer Temperaturveränderung folgen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Temperatur-Kompensierungs-Mittel optische Mittel in dem Spalt (201) zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenleiterblock (200, 202) umfassen, um die Teilstrahlen mit vorgegebenen Wellenlängen gezielt von dem ersten Wellenleiterblock (200) zur Ausrichtung mit bestimmten Wellenleitern des zweiten Wellenleiterblocks (202) umzulenken.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die optischen Mittel seine verlagerbare Linse (230) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 10 mit passiven Verlagerungsmitteln zur Verlagerung der Linse.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die passiven Verlagerungsmittel einen mit der Linse (230) verbundenen Materialblock (212) umfassen, der einen Ausdehnungskoeffizienten hat, der die Position der Linse (230) relativ zu dem ersten und dem zweiten Wellenleiterblock (200, 202) verlagert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Temperatur-Kompensierungs-Mittel Mittel zum Bewirken einer relativen Verlagerung zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenleiterblock (200, 202) sind, wenn die Position der Teilstrahlen, die vorgegebenen Lichtwellenlängen entsprechen, sich bei einer Temperaturveränderung verändert, um effizienter die vorgegebenen Lichtwellenlängen mit den vorgegebenen Wellenleitern zu koppeln.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Temperatur-Kompensierungs-Mittel mit dem zweiten monolithischen Block (202) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Temperatur-Kompensierungs-Mittel passiv sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Temperatur-Kompensierungs-Mittel zur Erzeugung einer seitlichen Verschiebung der dichter voneinander beabstandeten Wellenleiter bei einer Temperaturveränderung vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der erste monolithische Block (200) einen Phased Array von Wellenleitern und einen Transformationsbereich enthält, in dem eine Interferenz von Licht, das den Phased Array von Wellenleitern verläßt, interferieren kann, um die vorgegebenen Wellenlängen als die Teilstrahlen bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Temperatur-Kompensierungs-Mittel einen Materialblock (212) umfassen, der einen Ausdehnungskoeffizienten hat, der den ersten oder den zweiten Block (200, 202) relativ zu dem jeweils anderen bei einer Temperaturveränderung verlagert, so daß die dichter voneinander beabstandeten Wellenleiter und Teilstrahlen, die vorgegebenen Lichtwellenlängen entsprechen, einer entsprechenden relativen Orts verlagerung aufgrund einer Schwankung der Temperatur folgen, um ihre Ausrichtung zu erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Materialblock (212) zwischen dem ersten und dem zweiten Block (200, 202) zur Bewirkung einer Relativbewegung zwischen diesen angekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die passiven Temperatur-Kompensierungs-Mittel eine bewegliche Linse umfassen, um darauf auftreffende Teilstrahlen an ihrem Ausgang gemäß der Temperaturveränderung zu verlagern.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Linse eine im wesentlichen 1 : 1 Abbildungslinse ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, enthaltend passive Mittel (212) zur Bewegung der Linse (230), wobei die Mittel mit der Linse verbunden sind und einen Ausdehnungskoeffizienten haben, der die damit verbundene Linse (230) bei einer Temperaturveränderung derart verlagert, daß bei einer Temperaturveränderung die Ausrichtung der vorgegebenen Lichtwellenlängen mit vorgegebenen dicht voneinander beabstandeten Wellenleitern verstärkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die zusätzlich eine GRIN-Linse umfaßt, die zwischen dem ersten Block (200) und dem zweiten Block (202) angeordnet ist, um Licht, das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Block ausbreitet, weitgehend zu kollimieren.