WO1999010761A2 - Quasi-rechteck-filter - Google Patents

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WO1999010761A2
WO1999010761A2 PCT/DE1998/002575 DE9802575W WO9910761A2 WO 1999010761 A2 WO1999010761 A2 WO 1999010761A2 DE 9802575 W DE9802575 W DE 9802575W WO 9910761 A2 WO9910761 A2 WO 9910761A2
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Helmut BÜNNING
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Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
    • G02B6/29358—Multiple beam interferometer external to a light guide, e.g. Fabry-Pérot, etalon, VIPA plate, OTDL plate, continuous interferometer, parallel plate resonator

Definitions

  • the invention relates to a quasi-rectangular filter for electromagnetic waves.
  • Such filters can be designed both as optical and as electrical filters.
  • optical filters With optical filters, the intensity (neutral filter such as gray filter, gray wedges), the spectral composition (absorption filter, interference filter such as line filter, edge filter, waveguide filter with reflective fiber grating, AWG - arrayed waveguide grating) or the polarization state (polarization filter) of the light can be changed.
  • These filters are key components in optical transmission systems that use the WDM (wavelength division multiplexing) or OFDM (optical frequency division multiplexing) technology.
  • WDM wavelength division multiplexing
  • OFDM optical frequency division multiplexing
  • WDM filters based on fuse couplers for low-loss separation or merging of WDM signals and in optical direct receivers are tunable filters, such as Fabry-Perot filters, for frequency selection of OFDM signals and for suppression of ASE (amplified spontaneous emission - Light noise) from optical fiber amplifiers.
  • tunable filters such as Fabry-Perot filters, for frequency selection of OFDM signals and for suppression of ASE (amplified spontaneous emission - Light noise) from optical fiber amplifiers.
  • the filters currently available are limited in their selection effect and their filter properties are largely determined by the design principle used.
  • the mirror / resonator surfaces of such filters must be of very good quality, i.e. the power reflection factor must be> 0.95.
  • the implementation of such a power reflection factor and the mechanical structure are associated with high costs.
  • optical quasi-rectangular filters consist of a
  • the transmission properties of the optical resonator are surprisingly influenced to such an extent that a changed, novel transmission behavior results.
  • the function of the optical quasi-rectangular filter according to the invention is a periodic quasi-rectangular filter with a lower equidistant with respect to the optical frequency Pass-through and high blocking attenuation in the adjacent channel with a very flat course of the attenuation in the transmission and reflection range and with a broad quasi-linearly increasing or decreasing attenuation in the frequency range between the extreme values.
  • an optical input signal (complex field size) is fed in, which is divided into two parts that are phase-shifted by 90 degrees and differently damped. These signals pass through the two waveguides of equal length to an optical resonator, which is characterized by the Fabry-Perot transfer function. Each of the two signals leads to a wave reflected by the resonator and transmitted through the resonator. These four waves then run back in pairs over the two waveguides of the same length to the pre-coupler, where they overlap constructively and in phase with the same polarization state, so that complementary power transfer functions with quasi-rectangular characteristics result at the lower and at the upper output.
  • the optical power amplitudes of the quasi-rectangular optical filter depend on the polarization state of the light, on the power losses and the reflectivity of the mirror interfaces, the power losses in the optical resonator and in the pre-coupler and also on the attenuation of the optical fibers and the optical input connectors.
  • the frequency dependence of the power transfer function is determined by the lengths and the refractive index of the optical fibers in the resonance path of the optical resonator.
  • the mirrors are either formed from dielectric layers on the end faces of the substrate (for example by vapor deposition of the end faces of the wafer) or metal mirrors, which are arranged in pre-etched slots at the ends of the resonance path, or are Bragg gratings, which are used for example in the construction of integrated technology into the waveguide.
  • a 3dB coupler with an optical fiber bridge on the output side can also be used. This has two reflective inputs that can be connected either at the ends of the longitudinal or the cross path.
  • the optical resonator with the desired Fabry-Perot transfer function can also be constructed from two 2x2 couplers bridged on the output side, which are connected in series via a bridge on the input side.
  • the last variant for a Fabry-Perot resonator consists of two 2x2 couplers connected in a Mach-Zehnder arrangement with four mirrors on conductors of the same length and a detour line between the two couplers.
  • each of the above-mentioned resonators is preceded by a 2x2 coupler with fixed power coupling factors.
  • These arrangements then form the different embodiments of the quasi-rectangular filter.
  • Two further functions can be implemented by changing the temperature and the associated change in refractive index in the optical waveguide sections: The tuning of the power spectral function as a function of the frequency with constant power amplitudes can be achieved by locally influencing the temperature of the waveguide in the resonance path.
  • the switch from reflection to transmission mode can be achieved by a temperature gradient between the two waveguides between the pre-coupler and the optical resonator with Fabry-Perot transfer function.
  • the filters according to the invention can thus also be used as an active component - and thus even more flexibly.
  • the optical filter according to the invention can be constructed from discrete optical components with extremely short optical fibers and in a compact, encapsulated construction or in an integrated optical construction.
  • a particular advantage of the integrated structure is that the optical waveguide is voltage-free
  • the lengths of the optical fibers can be determined with sufficient accuracy ( ⁇ / 2), so that the conditions of identical lengths of the optical fibers in pairs both between the pre-coupler and the Fabry-Perot coupler and in the resonance path between the Fabry-Perot coupler and the Mirroring or between the Fabry-Perot coupler and the 3dB coupler with optical fiber bridge (mirror coupler) can be fulfilled.
  • optical couplers are replaced by electrical 3 dB or directional couplers.
  • the main difference to the optical field of application is that the transmission properties of the filter due to the complex voltage Transfer function (amount, phase, group term) is given.
  • the problem of maintaining the polarization state of the wave is eliminated in the electrical field. In the optical range, the full functionality of the optical filter is only guaranteed if the interfer
  • FIG. 1 shows a first basic embodiment of the quasi-rectangular filter (QRF) according to the invention as an optical filter.
  • FIG. 2 shows the dependency of the power transmission factor on the optical frequency for a known Fabry-Perot filter and the power transfer functions (LÜF) for the quasi-rectangular filter according to the invention obtained therefrom according to FIG. 1 in comparison;
  • Fig. 3 amount and group delay (dashed) for the field size E at the output of the quasi-rectangular filter over the optical frequency;
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of the quasi-rectangular filter according to the invention with a Fabry-Perot coupler
  • 5 shows a third exemplary embodiment of the quasi-rectangular filter according to the invention with Fabry-Perot coupler and mirror coupler; 6 shows a fourth exemplary embodiment of the quasi-rectangular filter according to the invention with two optical couplers connected in series on the input side and bridged on the output side;
  • Fig. 7 shows a fifth embodiment of a steep quasi-rectangular filter consisting of a pre-coupler and two Mach-Zehnder couplers two mirrors each, over pairs of different lengths
  • Optical fibers are connected to the couplers; Fig. 8 power transmission functions (transmission dashed) in
  • FIG. 10 shows a sixth exemplary embodiment of a quasi-rectangular filter consisting of a pre-coupler and two Mach-Zehnder couplers with a total of four mirrors, which are connected to the two couplers via optical fibers of the same length;
  • Figure 1 1 an optical muxer / demuxer using two quasi-rectangular filters according to the invention.
  • Fig. 12 is an optical circuit with two over an optical fiber bridge in
  • Fig. 13 shows the curve of the power transmission factor of the optical
  • Fig. 15 shows the curve of the power transmission factor of the optical
  • 16 shows an exemplary embodiment of an electrical quasi-rectangular filter analogous to the optical quasi-rectangular filter according to FIG. 4 using microstrip technology;
  • FIG. 17 shows an exemplary embodiment of an electrical quasi-rectangular filter analogous to the optical quasi-rectangular filter according to FIG. 7 in microstrip
  • the filter according to the invention is a periodic quasi-rectangular filter which is equidistant with respect to the optical frequency.
  • the relatively large linear turning point range allows low-distortion FM-AM conversion (frequency modulation, amplitude modulation) of modulated signals.
  • the optical filter according to the invention can be used for the periodic suppression of light noise.
  • FIG. 3 shows the magnitude of the optical field size E and the group delay before the power is formed by a photodiode.
  • the edges of the amount of the field size E do not run as steeply over the optical frequency as those of the optical power.
  • the distortion of the phase curve over the optical frequency leads to distortion of the mean group delay (GLZ), which is decisive for the distortion-free transmission of narrow frequency groups.
  • the mean group delay is determined by the wave velocity in the waveguides and their total length. 4 shows a further embodiment of the optical filter according to the invention.
  • the upstream 2x2 coupler VK responsible for the transformation of the field size transfer functions of the Fabry-Perot coupler FPK must already have the above
  • the refractive index and the length of the waveguides can be influenced by locally heating the waveguides in the resonance path. This allows the power spectral function to be tuned slightly over the wavelength.
  • FIG. 5 shows a variant of the optical filter according to the invention, in which a mirror coupler SK with a right-hand optical fiber bridge B r is arranged instead of the technically complex mirror.
  • the “free spectral range” is reduced by increasing the effective resonator length; this filter is suitable for a “free spectral range” ⁇ 50 GHz.
  • the optical fiber bridge B r can be used to control the "free spectral range” by changing the temperature (changing the optically effective length of the resonance path).
  • FIG. 6 shows an embodiment of the invention, in which the Fabry-Perot filter is replaced by two optical 2x2 couplers Ki and K 2 , the input side with an optical fiber bridge B ⁇ (length b) connected in series and the output side with one Optical fibers are bridged.
  • the upstream 2x2 coupler VK also brings about the transformation of the field sizes and thus the generation of the power spectral function of the quasi-rectangular filter according to the invention.
  • the temperature of the bridges B r and B can be changed, as a result of which the power spectral function can be tuned slightly over the wavelength.
  • the filter consists of four coupled resonators, three of which differ from one another in pairs (pair LA, pair LB) of mirror lines of equal length. The "free spectral range" results from the lengths in the shortest resonance path.
  • FIG. 9 shows the amount and the group delay for the field size E of the quasi-rectangular filter according to FIG. 7 over the optical frequency.
  • the group delay shows distortions that are symmetrical to the center of the transmission range.
  • the filter according to FIG. 10 has the same structure as the filter according to FIG. 7.
  • the power transfer function is identical to that of the filter according to FIG. 4.
  • the "free spectral range" is determined by the identical lengths of the four coupled resonators.
  • the four mirror feed lines are of the same length, they can be guided to one side of the waveguide by means of suitable alignment of the two couplers without curvatures of the conductors, and there at one interface at one interface.
  • the “free spectral range” can be determined by selecting the detour line length LU and, if necessary, fine-tuned by influencing the temperature without affecting the symmetry of the resonators.
  • a disadvantage is the higher effort compared to the structure according to FIG. 4 (one coupler, two mirrors).
  • FIG. 11 Two identical quasi-rectangular filters QRF according to the invention according to FIG. 1 are shown in FIG. 11 as part of a Muxer / Demuxer arrangement.
  • An optical filter QRF is arranged in each case in a connection path between two 3dB couplers K 3d B. If, for example, a wave in the transmission range of the power spectral function T and a wave in the reflection range R are now applied to the upper input shown, the T signal and the R signal appear lossless at separate outputs (demuxers).
  • the Muxer function is implemented by swapping inputs and outputs.
  • the spectral functions for transmission and reflection are identical to those of the quasi-rectangular filter QRF according to the invention.
  • the R component is reflected at the input, the T component reaches the lower output.
  • the described arrangement of two optical filters according to the invention has the property of an optical attenuator when a temperature gradient is generated between the upper and lower connection path and the associated change in refractive index, the T-wave due to the optical path length difference between the upper and lower optical waveguide from the lower transmission output T 1 can be continuously faded to the upper transmission output T 2.
  • the R wave In the event of a corresponding temperature change, this is faded from the lower left output R to input E (mirror function).
  • FIG. 12 shows two identical quasi-rectangular filters QRF according to FIG. 1, which are connected in series on the input side via an optical waveguide bridge Br of length Ib.
  • This bridge Br forms a new resonance circuit via both quasi-rectangular filters QRF, which distorts the QRF power transfer function, in particular on the flanks, so that steeper flanks are created.
  • the curve of the power transmission factor of the optical circuit described as a function of the optical wavelength is shown in FIG. 13 in comparison to that of an individual filter.
  • There are two types of steep wall filters if the condition lb m ⁇ / 4 (m even or odd) is met. This condition can be realized by influencing the temperature of the bridge Br.
  • 14 shows an optical circuit with two quasi-rectangular filters QRF according to the invention connected in series via an optical isolator Iso. This optical isolator Iso, which has increased attenuation, decouples both filters QRF from one another, so that stable filter shapes are formed regardless of the length of the optical waveguide.
  • the curve shown in Fig. 12 optical circuitry also allows the creation of comb filters, but the filter curves on the flanks are distorted.
  • the exemplary embodiments for electrical quasi-rectangular filters described below each have a structure analogous to corresponding optical filters.
  • the two directional couplers are arranged orthogonally in two layers with a “ground plane” in between.
  • k 0.854 or 0.146
  • FIG. 10 Another embodiment (not shown) of an electrical quasi-rectangular filter has a structure analogous to the structure of the optical filter according to FIG. 10.
  • the termination leads of the resonator are of the same length.
  • the voltage transmission properties of the quasi-rectangular filter shown in FIG. 17 are characterized by the amount of the voltage transmission and the group delay over the electrical frequency.
  • the group delay distortions run symmetrically to the center of the transmission area (see Fig. 18).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Quasi-Rechteck-Filter für elektromagnetische Wellen. Ein derartiges Quasi-Rechteck-Filter soll eine flache Durchlaßcharakteristik, steile Filterflanken und eine gute Signalunterdrückung im Nachbarkanal aufweisen. Das erfindungsgemäße Quasi-Rechteck-Filter besteht aus einem Koppelelement mit einem Leistungskoppelfaktor von kV1,2 = (1/2)(1±1/∑2) bzw. von kV = 0,5, das mit einem Resonanzelement über zwei gleichlange Leitungen verbunden ist.

Description

Bezeichnung
Quasi-Rechteck-Filter
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Quasi-Rechteck-Filter für elektromagnetische Wellen. Derartige Filter können sowohl als optische als auch als elektrische Filter ausgebildet sein.
Mit optischen Filtern können die Intensität (Neutralfilter wie z.B. Graufilter, Graukeile), die spektrale Zusammensetzung (Absorptionsfilter, Interferenzfilter wie z.B. Linienfilter, Kantenfilter, Wellenleiterfilter mit reflektierendem Fasergitter, AWG - arrayed waveguide grating) oder der Polarisationszustand (Polarisationsfilter) des Lichtes verändert werden. Diese Filter sind Schlüsselkomponenten in optischen Übertragungssystemen, die die WDM- Technik (wavelength division multiplexing) bzw. OFDM-Technik (optical frequency division multiplexing) anwenden. In optischen Netzen werden z.B. WDM-Filter auf Schmelzkoppler-Basis für die verlustarme Trennung bzw. Zusammenführung von WDM-Signalen und in optischen Direktempfängern werden durchstimmbare Filter, wie Fabry-Perot-Filter, für die Frequenzselektion von OFDM-Signalen und zur Unterdrückung der ASE (amplified spontaneous emission - Lichtrauschen) aus optischen Faserverstärkern eingesetzt.
Die derzeit zur Verfügung stehenden Filter sind in ihrer Selektionswirkung begrenzt und ihre Filtereigenschaften sind durch das verwendete Aufbauprinzip weitgehend festgelegt.
In der „NTZ - Nachrichten Technische Zeitschrift" 47(1994) Juni, No. 6, S. 418- 422, wird über Fabry-Perot-Filter als abstimmbare optische Filter für Direktempfänger berichtet. In „Optical Fiber Communications Systems", Leonid Kazovsky, Sergio Benedetto, Alan Willner, 1996 ARTECH HOUSE, ISBN 0- 89006-765-2, S. 646-648 ist die Funktionsweise eines solchen Fabry-Perot- Filters beschrieben.
Um eine hochselektive Filterung zu gewährleisten, müssen die Spiegel/Resonatorflächen derartiger Filter eine sehr gute Qualität aufweisen, d.h. der Leistungsreflexionsfaktor muß > 0,95 sein. Die Realisierung eines solchen Leistungsreflexionsfaktors und der mechanische Aufbau sind aber mit hohen Kosten verbunden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Quasi-Rechteck-Filter für elektromagnetische Wellen anzugeben, das sowohl kostengünstig herstellbar ist als auch die für ein periodisches Bandpaßfilter gewünschten Eigenschaften, wie flache Durchlaßcharakteristik, steile Filterflanken und eine gute Signalunterdrückung im Nachbarkanal, garantiert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Koppelelement mit
einem Leistungskoppeifaktor von kV1 2 = - ( l ±-τ P= bzw. von kV = 0,5 über
2 i. zwei gleichlange Leiter mit einem Resonanzelement verbunden ist.
Die erfindungsgemäßen optischen Quasi-Rechteck-Filter bestehen aus einem
< 1 Λ optischen 2x2-Koppler mit einem Leistungskoppelfaktor von kVι,2 = — 1 +
S bzw. kV = 0,5, der über zwei gleichlange Lichtwellenleiter mit einem optischen Resonator, der eine Fabry-Perot-Leistungs-Übertragungsfunktion aufweist, verbunden ist.
Durch das Vorschalten eines optischen Kopplers, der im weiteren als Vorkoppler bezeichnet wird, vor den oben genannten optischen Resonator, werden die Übertragungseigenschaften des optischen Resonators überraschenderweise derart positiv beeinflußt, daß sich ein geändertes, neuartiges Übertragungsverhalten ergibt. Das erfindungsgemäße optische Quasi-Rechteck-Filter ist in seiner Funktion ein periodisches, bezüglich der optischen Frequenz, äquidistantes Quasi-Rechteck-Filter mit geringer Durchlaß- und hoher Sperrdämpfung im Nachbarkanal bei sehr flachem Verlauf der Dämpfungen im Transmissions- und Reflexionsbereich und mit einer breiten quasilinear ansteigenden bzw. abfallenden Dämpfung im Frequenzbereich zwischen den Extremwerten.
Am oberen oder unteren Eingang des erfindungsgemäßen Quasi-Rechteck- Filters wird ein optisches Eingangssignal (komplexe Feldgröße) eingespeist, das in zwei um 90 Grad gegeneinander phasenverschobene und unterschiedlich gedämpfte Anteile aufgeteilt wird. Diese Signale gelangen über die beiden gleichlangen Wellenleiter zu einem optischen Resonator, der durch die Fabry-Perot-Übertragungsfunktion charakterisiert ist. Jedes der beiden Signale führt zu einer vom Resonator reflektierten und durch den Resonator transmittierten Welle. Diese vier Wellen laufen anschließend paarweise über die beiden gleichlangen Wellenleiter zum Vorkoppler zurück und überlagern sich dort bei gleichem Polarisationszustand konstruktiv und phasenrichtig, so daß sich am unteren und am oberen Ausgang zueinander komplementäre Leistungs-Übertragungsfunktionen mit Quasi-Rechteck-Charakteristik ergeben.
Die optischen Leistungsamplituden des optischen Quasi-Rechteck-Filters hängen vom Polarisationszustand des Lichtes, von den Leistungsverlusten und der Reflektivität der Spiegelgrenzflächen, den Leistungsverlusten im optischen Resonator und im Vorkoppler und auch von der Dämpfung der Lichtwellenleiter und der optischen Eingangsstecker ab. Die Frequenz-Abhängigkeit der Leistungs-Übertragungsfunktion wird durch die Längen und den Brechungsindex der Lichtwellenleiter im Resonanzpfad des optischen Resonators bestimmt.
In Ausgestaltungen der Erfindung mit eigener schutzwürdiger Bedeutung ist der optische Resonator einmal ein Fabry-Perot-Filter mit einem Leistungsreflexionsfaktor von r = 3 - V8 ≡ 0,172 oder zum anderen ein optischer 2x2-Koppler, im weiteren als Fabry-Perot-Koppler bezeichnet, mit zwei an den Enden des Längs- oder Kreuz-Pfades angeordneten idealen Spiegeln. Bei Anordnung der beiden Spiegel an den Enden des Längs-Pfades des Fabry-Perot-Kopplers weist dieser einen Leistungskoppelfaktor von k = 0,828 auf, sind die beiden Spiegel an den Enden des Kreuz-Pfades des Fabry-Perot-Kopplers angeordnet, beträgt der Leistungskoppelfaktor k = 0,172. Bei Vorgabe einer Mindestsperrdämpfung im Nachbarkanal von -20 dB ergeben sich rechnerisch die folgenden toleranzbehafteten Leistungskoppelfaktoren: k = 0,828 ± 0,045 und kV = 0,854 ± 0,035. Die Spiegel sind entweder aus dielektrischen Schichten an den Endflächen des Substrats gebildet (beispielsweise durch Bedampfung der Endflächen des Wafers) oder Metall-Spiegel, die in vorgeätzten Schlitzen an den Enden des Resonanzpfades angeordnet sind, oder sind Bragg-Gitter, die z.B. beim Aufbau in integrierter Technik in die Wellenleiter eingeschrieben werden.
Anstelle der beiden Spiegel kann auch ein 3dB-Koppler mit einer ausgangsseitigen Lichtwellenleiterbrücke, ein Spiegelkoppler, eingesetzt werden. Dieser weist zwei reflektierende Eingänge auf, die entweder an den Enden des Längs- oder des Kreuzpfades angeschlossen werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der optische Resonator mit der gewünschten Fabry-Perot-Übertragungsfunktion auch aus zwei ausgangsseitig gebrückten 2x2-Kopplem aufgebaut werden, die eingangsseitig über eine Brücke in Reihe geschaltet sind. Die möglichen Leistungs- Koppelfaktoren k1/2 = 0,045 oder 0,955 können den Kopplern in beliebiger Kombination zugewiesen werden.
Die letzte Variante für einen Fabry-Perot-Resonator besteht aus zwei in Mach- Zehnder-Anordnung geschalteten 2x2-Kopplem mit vier Spiegeln an gleichlangen Leitern und einer Umwegleitung zwischen den beiden Kopplern.
Dem erfindungsgemäßen Prinzip zufolge, die hin- und rücklaufenden elektromagnetischen Wellen durch ein vorgeschaltetes Koppelelement geeignet zu transformieren, wird jedem der o.g. Resonatoren ein 2x2-Koppler mit fest vorgegebenen Leistungs-Koppelfaktoren vorgeschaltet. Diese Anordnungen bilden dann die verschiedenen Ausführungsformen des QuasiRechteck-Filters. Zwei weitere Funktionen können durch Temperaturänderung und einer damit verbundenen Brechungsindexänderung in den Lichtwellenleiter-Abschnitten realisiert werden: Die Abstimmung der Leistungsspektralfunktion in Abhängigkeit von der Frequenz bei konstanten Leistungsamplituden kann durch eine lokale Temperaturbeeinflussung der Wellenleiter im Resonanzpfad bewirkt werden. Bei den Filtern mit Vorkoppler kann die Umschaltung aus dem Reflexions- in den Transmissionsmodus, bezogen auf einen bestimmten Eingang und eine bestimmte Frequenz, durch einen Temperaturgradienten zwischen den beiden Wellenleitern zwischen dem Vorkoppler und dem optischen Resonator mit Fabry-Perot-Übertragungsfunktion erreicht werden. Somit sind die erfindungsgemäßen Filter auch als aktive Komponente - und damit noch flexibler - einsetzbar.
Das erfindungsgemäße optische Filter kann in seinen verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung aus diskreten optischen Komponenten mit extrem kurzen Lichtwellenleitern und in kompakter gekapselter Bauweise oder in integriert optischer Bauweise aufgebaut werden. Ein besonderer Vorteil des integrierten Aufbaus liegt darin, daß die Lichtwellenleiter bei spannungsfreiem
Aufbau und geringen Abmessungen polarisationshaltend sind, so daß die Unveränderlichkeit des Polarisationszustandes innerhalb des Filters gewährleistet ist. Außerdem lassen sich die Längen der Lichtwellenleiter hinreichend genau (< λ/2) festlegen, so daß die Bedingungen paarweise gleicher Längen der Lichtwellenleiter sowohl zwischen dem Vorkoppler und dem Fabry-Perot-Koppler als auch im Resonanzpfad zwischen dem Fabry- Perot-Koppler und den Spiegeln bzw. zwischen dem Fabry-Perot-Koppler und dem 3dB-Koppler mit Lichtwellenleiter-Brücke (Spiegelkoppler) erfüllbar sind.
Grundsätzlich können anstelle der optischen gleichartige elektrische Komponenten eingesetzt werden. Die optischen Koppler werden durch elektrische 3 dB- bzw. Richtkoppler ersetzt. An die Stelle der Spiegel treten entweder Kurzschlußkappen („Short" mit einem Spannungs-Reflexionsfaktor r = -1 ) oder offene Ausgänge („open" mit r = +1 ). Der wesentliche Unterschied zum optischen Anwendungsgebiet besteht darin, daß die Übertragungseigenschaften des Filters durch die komplexe Spannungs- Übertragungsfunktion (Betrag, Phase, Gruppenlaufzeit) gegeben ist. Dagegen wird die optische Feldgröße E hinter dem optischen Filter (durch die Fotodiode) in eine optische Leistung umgesetzt (Popt. = E x E konjugiert komplex). Das bewirkt, daß hier die Übertragungseigenschaften des Filters durch die optische Leistungs-Ubertragungsfunktion beschrieben werden müssen. Außerdem entfällt im elektrischen Bereich die Problematik der Aufrechterhaltung des Polarisationszustandes der Welle. Im optischen Bereich wird die volle Funktionsfähigkeit des optischen Filters nur gewährleistet, wenn die interferometrische Überlagerung der Teilwellen nicht durch Polarisationsschwankungen gestört wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben bzw. werden nachfolgend zusammen mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein erstes prinzipielles Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Quasi-Rechteck-Filters (QRF) als optisches Filter; Fig. 2 die Abhängigkeit des Leistungstransmissionsfaktors von der optischen Frequenz für ein bekanntes Fabry-Perot-Filter und die Leistungsübertragungsfunktionen (LÜF) für das daraus gewonnene erfindungsgemäße Quasi-Rechteck-Filter gemäß Fig. 1 im Vergleich;
Fig. 3 Betrag und Gruppenlaufzeit (gestrichelt) für die Feldgröße E am Ausgang des Quasi-Rechteck-Filters über der optischen Frequenz;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Quasi- Rechteck-Filters mit Fabry-Perot-Koppler;
Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Quasi- Rechteck-Filters mit Fabry-Perot-Koppler und Spiegelkoppler; Fig. 6 ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Quasi- Rechteck-Filters mit zwei eingangsseitig in Reihe geschalteten, ausgangsseitig gebrückten optischen Kopplern;
Fig. 7 ein fünftes Ausführungsbeispiel für ein steiles Quasi-Rechteck-Filter bestehend aus einem Vorkoppler und zwei Mach-Zehnder-Kopplem mit je zwei Spiegeln, die über paarweise unterschiedlich lange
Lichtwellenleiter mit den Kopplern verbunden sind; Fig. 8 Leistungsübertragungsfunktionen (Transmission gestrichelt) in
Abhängigkeit von der optischen Frequenz für das Quasi-Rechteck- Filter nach Figur 7;
Fig. 9 Betrag und Gruppenlaufzeit (gestrichelt) für die Feldgröße E am
Ausgang des Quasi-Rechteck-Filters gemäß Figur 7 über der optischen
Frequenz; Fig. 10 ein sechstes Ausführungsbeispiel für ein Quasi-Rechteck-Filter bestehend aus einem Vorkoppler und zwei Mach-Zehnder-Kopplern mit insgesamt vier Spiegeln, die über gleich lange Lichtwellenleiter mit den beiden Kopplern verbunden sind; Fig. 1 1 einen optischen Muxer/Demuxer unter Verwendung von zwei erfindungsgemäßen Quasi-Rechteck-Filtern; Fig. 12 eine optische Schaltung mit zwei über eine Lichtwellenleiterbrücke in
Reihe geschalteten erfindungsgemäßen Quasi-Rechteck-Filtern; Fig. 13 den Kurvenverlauf des Leistungstransmissionsfaktors der optischen
Schaltung gemäß Fig. 12 in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge; Fig. 14 eine optische Schaltung mit zwei über einen optischen Isolator in Reihe geschalteten erfindungsgemäßen Quasi-Rechteck-Filtern;
Fig. 15 den Kurvenverlauf des Leistungstransmissionsfaktors der optischen
Schaltung gemäß Fig. 14 in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge; Fig. 16 ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Quasi-Rechteck-Filters analog zum optischen Quasi-Rechteck-Filter nach Figur 4 in Mikrostrip- Technik;
Fig. 17 ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Quasi-Rechteck-Filters analog zum optischen Quasi-Rechteckfilter nach Figur 7 in Mikrostrip-
Technik; Fig. 18 Betrag der elektrischen Spannungsübertragungsfunktion und Gruppenlaufzeit für das Quasi-Rechteck-Filter analog zu Figur 7 über der elektrischen Frequenz. In Fig. 1 ist ein optisches Quasi-Rechteck-Filter dargestellt, das erfindungsgemäß aus einem 2x2-Koppler VK mit Leistungskoppelfaktoren von 1 f 1 kVι,2 = - l±-/= und einem dem 2x2-Koppler VK nachgeschalteten Fabry-
2 ϊ.
Perot-Filter FPF besteht. Das Fabry-Perot-Filter FPF weist qualitativ eine Fabry-Perot-Übertragungsfunktion und einen technisch ungebräuchlichen Leistungsreflexionsfaktor von r = 3 - δ auf.
Fig. 2 zeigt im Vergleich die Leistungstransmissionsfaktoren eines bekannten Fabry-Perot-Filters (gestrichelte Linie unten) und des daraus abgeleiteten erfindungsgemäßen optischen Filters (durchgezogene Linie für Transmission, gestrichelte Linie oben für Reflexion) in Abhängigkeit von der optischen Frequenz. Deutlich zu erkennen sind die Charakteristika des erfindungsgemäßen Filters, die durch Beeinflussen der ungebräuchlichen Übertragungseigenschaften des optischen Resonators mittels Vorschalten eines 2x2-Kopplers mit ebenfalls ungebräuchlichem Leistungskoppelfaktor verändert werden. Das erfindungsgemäße Filter ist ein periodisches, bezüglich der optischen Frequenz, äquidistantes Quasi-Rechteck-Filter. Der relativ große lineare Wendepunkt-Bereich erlaubt eine verzerrungsarme FM-AM-Umsetzung (Frequenz-Modulation, Amplituden-Modulation) von modulierten Signalen. Außerdem kann das erfindungsgemäße optische Filter zur periodischen Unterdrückung von Lichtrauschen Anwendung finden.
Fig. 3 zeigt den Betrag der optischen Feldgröße E und die Gruppenlaufzeit vor der Leistungsbildung durch eine Fotodiode. Die Flanken des Betrages der Feldgröße E verlaufen über der optischen Frequenz nicht so steil wie die der optischen Leistung. Die steileren Flanken der Leistungsübertragungsfunktion aus Fig. 2 beruhen darauf, daß die Feldgröße durch die Fotodiode quadriert wird (Popt = E x E konjugiert komplex). Die Verzerrungen des Phasenverlaufs über der optischen Frequenz führen zu Verzerrungen der mittleren Gruppenlaufzeit (GLZ), die für die verzerrungsfreie Übertragung von schmalen Frequenzgruppen maßgebend ist. Die mittlere Gruppenlaufzeit wird durch die Wellengeschwindigkeit in den Wellenleitern und deren Gesamtlänge bestimmt. In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Filters dargestellt. Der bereits erwähnte Vorkoppler VK ist hier über zwei gleichlange Lichtwellenleiter LWLι,2 mit dem Fabry-Perot-Koppler FPK verbunden, der aus einem optischen 2x2-Koppler mit einem Leistungskoppelfaktor von k = 1 - (3 - Vδ) und zwei Spiegeln Siund S2 an den Enden des Längs-Pfades besteht. Möglich ist auch eine Anordnung der Spiegel an den Enden des Kreuz-Pfades des Fabry-Perot-Kopplers FPK, der in diesem Fall einen Leistungskoppelfaktor von 3 - δ besitzt. Der für die Transformation der Feldgröße-Übertragungsfunktionen des Fabry-Perot- Kopplers FPK zuständige vorgeschaltete 2x2-Koppler VK muß die bereits oben
erwähnten Werte für den Leistungskoppelfaktor kVι,2 = — 1±- aufweisen.
Ein derartig ausgebildetes Filter ist für einen „freien spektralen Bereich" (fsr) bis 200 GHz geeignet, wenn beispielsweise die Kopplerzone des integrierten Kopplers minimal Ik = 0,5 mm ist und die Gesamtlänge der Wellenleiter zu den Spiegeln I = 0,5 mm beträgt. Der „freie spektrale Bereich" wird berechnet gemäß: fsr = Co / n(lk + I), wobei co die Lichtgeschwindigkeit und n der Brechungsindex der Lichtwellenleiter sind (z.B. für SiO2 ist n = 1 ,5).
Durch eine örtlich gezielte Erwärmung der Wellenleiter im Resonanzpfad können der Brechungsindex und die Länge der Wellenleiter beeinflußt werden. Damit kann die Leistungsspektralfunktion geringfügig über der Wellenlänge abgestimmt werden.
In Fig. 5 ist eine Variante des erfindungsgemäßen optischen Filters dargestellt, in der anstelle der technisch aufwendig herstellbaren Spiegel ein Spiegelkoppler SK mit einer rechtsseitigen Lichtwellenleiter-Brücke Br angeordnet ist. Die beiden linksseitigen Eingänge des Spiegelkopplers SK wirken bei k = 0,5 wie zwei Spiegel. Der „freie spektrale Bereich" wird aber hierbei durch die Vergrößerung der wirksamen Resonatorlänge verkleinert; dieses Filter ist für einen „freien spektralen Bereich" < 50 GHz geeignet. Die Lichtwellenleiter-Brücke Br kann für die Steuerung des „freien spektralen Bereichs" mittels Temperaturänderung (Änderung der optisch wirksamen Länge des Resonanzpfades) genutzt werden. Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Fabry-Perot- Filter durch zwei optische 2x2-Koppler Ki und K2 ersetzt wird, die eingangsseitig mit einer Lichtwellenleiter-Brücke Bι (Länge b) in Reihe geschaltet und ausgangsseitig mit je einem Lichtwellenleiter gebrückt sind. Diese Anordnung wirkt wie ein Fabry-Perot-Filter, wenn die Koppler unterschiedliche oder gleiche Leistungskoppelfaktoren von kι 2 = 0,045 bzw. 0,955 aufweisen. Der vorgeschaltete 2x2-Koppier VK bewirkt auch hierbei die Transformation der Feldgrößen und damit die Generierung der Leistungsspektralfunktion des erfindungsgemäßen Quasi-Rechteck-Filters. Dieser Vorkoppler VK besitzt einen Leistungskoppelfaktor von kι,2V =
Der „freie spektrale Bereich" dieser Ausführungsform der Erfindung
Figure imgf000012_0001
berechnet sich bei einer Länge Ik der Kopplerzone aus fsr = Co / n (l + b + 2-lk) und erreicht Werte von < 50 GHz. Auch in dieser Ausführungsform kann die Temperatur der Brücken Br und B, verändert werden, wodurch die Leistungsspektralfunktion geringfügig über der Wellenlänge abgestimmt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform für ein Quasi-Rechteck-Filter mit noch steileren Flanken als das in Fig. 4 gezeigte besteht aus zwei in Mach-Zehnder- Anordnung geschalteten 2x2-Kopplem K (k = 0,25/0,75) mit vier Spiegeln, einer Umwegleitung LU zwischen den Kopplern K und einem Vorkoppler VK (kV = 0,5) gemäß Fig. 7. Das Filter besteht aus vier gekoppelten Resonatoren, von denen sich drei bei paarweise (Paar LA, Paar LB) gleichlangen Spiegelzuleitungen voneinander unterscheiden. Der „freie spektrale Bereich" ergibt sich aus den Längen im kürzesten Resonanzpfad. Die Längen der Spiegelzuleitungen müssen auf jeder Kopplerseite bei k = 0,25 der folgenden Bedingung genügen: LB/LA = 3 + LU/LA. In diesem Fall verhält sich der „freie spektrale Bereich" des kürzesten Resonanzpfades zu dem des längsten wie 3 : 1 und zu dem des mittleren Resonanzpfades wie 2 : 1. Für k = 0,75 ist LA gegen LB auszutauschen, d.h., daß die längeren die Stelle der kürzeren Spiegelzuleitungen einnehmen und umgekehrt. II
Dieses Filter ist bezüglich Transmissions- und Reflexions-Bereich etwas unsymmetrisch (Fig. 8, Transmission gestrichelt), läßt jedoch eine relativ große Koppelfaktor-Toleranz von beispielsweise k = 0,25 ± 0,06 zu, wenn man von einer gerade noch tolerierbaren Reflexionsdämpfung im Transmissionsbereich von -20 dB ausgeht. Diese Eigenschaft ist für den Fall von Bedeutung, wenn die Leistungs-Koppelfaktoren der optischen Koppler eine Frequenzabhängigkeit aufweisen sollten. Bei Wegfall des Vorkopplers wird aus der breiteren Transmissions-Übertragungsfunktion (Fig. 8) die komplementäre genauso breite Reflexions-Übertragungsfunktion (durchgezogene Linie).
In Figur 9 wird der Betrag und die Gruppenlaufzeit für die Feldgröße E des Quasi-Rechteck-Filters gemäß Figur 7 über der optischen Frequenz gezeigt. Die Gruppenlaufzeit weist Verzerrungen auf, die symmetrisch zur Mitte des Transmissionsbereiches liegen.
Das Filter gemäß Fig. 10 hat dieselbe Struktur wie das Filter nach Fig. 7. Das zuerst genannte Filter unterscheidet sich in drei Punkten vom zuletzt genannten: Der Leistungs-Koppelfaktor des Vorkopplers VK beträgt kV = 0,146 bzw. 0,854; die Mach-Zehnder-Koppler weisen beide entweder k = 0,293 bzw. k = 0,707 (liefert die komplementäre Leistungs-Ubertragungsfunktion) auf und die Spiegelzuleitungen sind gleichlang. Die Leistungs-Ubertragungsfunktion ist mit der des Filters nach Fig. 4 identisch. Der „freie spektrale Bereich" ist durch die identischen Längen der vier gekoppelten Resonatoren festgelegt. Da die vier Spiegelzuleitungen gleichlang sind, können diese durch geeignetes Ausrichten der beiden Koppler ohne Krümmungen der Leiter auf eine Seite des Wavers geführt und dort in einem Arbeitsgang an einer Grenzfläche verspiegelt werden. Außerdem läßt sich der „freie spektrale Bereich" durch Wahl der Umwegleitungslänge LU festlegen und gegebenenfalls durch Temperaturbeeinflussung feinabstimmen, ohne daß die Symmetrie der Resonatoren beeinflußt wird. Ein Nachteil ist der höhere Aufwand gegenüber dem Aufbau nach Fig. 4 (ein Koppler, zwei Spiegel).
Zwei identische erfindungsgemäße Quasi-Rechteck-Filter QRF gemäß Fig. 1 sind in Fig. 11 als Bestandteil einer Muxer-/Demuxer-Anordnung dargestellt. Dabei ist je ein optisches Filter QRF in je einem Verbindungspfad zwischen zwei 3dB-Kopplem K3dB angeordnet. Werden nun beispielsweise eine Welle im Transmissionsbereich der Leistungsspektralfunktion T und eine Welle im Reflexionsbereich R auf den gezeichneten oberen Eingang gegeben, so erscheinen das T-Signal und das R-Signal verlustlos an getrennten Ausgängen (Demuxer). Durch die Vertauschung von Ein- und Ausgängen wird die Muxer- Funktion realisiert. Die Spektralfunktionen für die Transmission und die Reflexion sind identisch mit denen des erfindungsgemäßen Quasi-Rechteck- Filters QRF. Im Vergleich dazu wird bei einem einzelnen Quasi-Rechteck-Filter QRF der R-Anteil auf den Eingang reflektiert, der T-Anteil gelangt zum unteren Ausgang. Die beschriebene Anordnung zweier erfindungsgemäßer optischer Filter weist bei Erzeugung eines Temperaturgradienten zwischen dem oberen und unteren Verbindungspfad und der damit einhergehenden Brechzahländerung die Eigenschaft eines optischen Dämpfungsgliedes auf, wobei die T-Welle wegen der optischen Weglängendifferenz zwischen dem oberen und unteren Lichtwellenleiter vom unteren Transmissionsausgang T 1 auf den oberen Transmissionsausgang T 2 kontinuierlich übergeblendet werden kann. Ähnliches gilt für die R-Welle. Diese wird bei einer entsprechenden Temperaturänderung vom unteren linken Ausgang R auf den Eingang E übergeblendet (Spiegelfunktion).
Fig. 12 zeigt zwei identische Quasi-Rechteck-Filter QRF gemäß Fig. 1 , die über eine Lichtwellenleiter-Brücke Br der Länge Ib eingangsseitig in Reihe geschaltet sind. Diese Brücke Br bildet einen neuen Resonanzkreis über beide Quasi-Rechteck-Filter QRF, der die QRF-Leistungs-Übertragungsfunktion insbesondere an den Flanken verzerrt, so daß steilere Flanken entstehen.
Der Kurvenverlauf des Leistungstransmissionsfaktors der beschriebenen optischen Schaltung in Abhängigkeit von der optischen Wellenlänge ist in Fig. 13 im Vergleich zu der eines Einzelfilters dargestellt. Es ergeben sich zwei Typen von Steilwandfiltern, wenn die Bedingung lb = m λ/4 (m gerad- oder ungeradzahlig) erfüllt wird. Diese Bedingung kann durch eine Temperaturbeeinflussung der Brücke Br realisiert werden. In Fig. 14 ist eine optische Schaltung mit zwei über einen optischen Isolator Iso in Reihe geschalteten erfindungsgemäßen Quasi-Rechteck-Filtern QRF dargestellt. Dieser optische Isolator Iso, der zwar eine erhöhte Dämpfung aufweist, entkoppelt beide Filter QRF voneinander, so daß sich stabile Filterformen unabhängig von der Länge des Lichtwellenleiters ausbilden. Wählt man die „freien spektralen Bereiche" beider Teilfilter im Verhältnis von beispielsweise 11 : 1 , so erhält man auch bei Wahl unterschiedlicher Koppelfaktoren für die Vorkoppler (kVi = 0,146 für Koppler 1 und kV2 = 0,854 für Koppler 2) ein Kammfilter, von dem etwa vier Filterkurven mit maximaler Transmission genutzt werden können. Dies ist deutlich in dem in Fig. 15 dargestellten Kurvenverlauf des Leistungstransmissionsfaktors der optischen Schaltung gemäß Fig. 14 in Abhängigkeit von der optischen Lichtwellenlänge im Vergleich zum Kurvenverlauf eines Einzelfilters erkennbar. Die in Fig. 12 dargestellte optische Schaltung erlaubt auch die Erzeugung von Kammfiltern, wobei die Filterkurven an den Flanken aber verzerrt sind.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele für elektrische Quasi- Rechteck-Filter weisen jeweils einen Aufbau in Analogie zu entsprechenden optischen Filtern auf.
Für das in Fig. 16 gezeigte elektrische Quasi-Rechteck-Filter mit einem Aufbau analog zum optischen Filter nach Fig. 4 wird ein Aufbau-Vorschlag in Mikrostrip-Technik gezeigt. Um ein kompaktes Design zu erreichen, werden beide Richtkoppler in zwei Lagen mit einer „groundplane" dazwischen orthogonal angeordnet. Die beiden exakt gleichlangen elektrischen Zuleitungen der Länge L vom ersten als Vorkoppler eingesetzten Richtkoppler (kV = 0,854 bzw. 0,146) gelangen über zwei Durchstoßpunkte D zum zweiten als Resonator fungierenden Richtkoppler (k = 0,828), der entweder mit zwei „shorts" oder zwei „opens" abgeschlossen werden kann. Es ergeben sich je nach Abschlußart komplementäre Quasi-Rechteck-Filter-
Übertragungsfunktionen. Der Design-Vorschlag für das in Fig. 17 gezeigte elektrische Quasi-Rechteck- Filter mit einem Aufbau analog zum optischen Filter nach Fig. 7 zeigt einen möglichen Aufbau in Mikrostrip-Technik mit einer Abgleichmöglichkeit für den „freien spektralen Bereich" mit Hilfe der Umweglänge LU. Das Quasi-Rechteck- Filter gemäß Fig. 17 weist einen Vorkoppler VK mit einem Leistungskoppelfaktor kV = 0,5 sowie zwei in Mach-Zehnder-Anordnung geschaltete Richtkoppler (Resonator) mit einem Leistungskoppelfaktor k = 0,25 bzw. 0,75 für beide Richtkoppler auf, wobei die Abschlußzuleitungen je Richtkoppler ungleich lang sind.
Ein weiteres (nicht dargestelltes) Ausführungsbeispiel eines elektrischen Quasi-Rechteck-Filters besitzt einen Aufbau analog zum Aufbau des optischen Filters nach Fig. 10. Der als Vorkoppler eingesetzte Richtkoppler besitzt einen Leistungskoppelfaktor kV = 0,146 bzw. 0,854. Der Leistungskoppelfaktor der als Resonator fungierenden Richtkoppler in Mach-Zehnder-Anordnung beträgt k = 0,293 bzw. 0,707. Die Abschlußzuleitungen des Resonators sind gleichlang.
Die Spannungs-Übertragungseigenschaften des in Fig. 17 gezeigten Quasi- Rechteck-Filters werden durch den Betrag der Spannungstransmission und die Gruppenlaufzeit über der elektrischen Frequenz charakterisiert. Die Gruppenlaufzeit-Verzerrungen verlaufen symmetrisch zur Mitte des Transmissionsbereiches (s. Fig. 18).
Die Funktionsfähigkeit der einzelnen Ausführungsformen der elektrischen Filter konnte durch Experimente mit kommerziellen Richtkopplem nachgewiesen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Quasi-Rechteck-Filter für elektromagnetische Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß
1 ein Koppelelement mit einem Leistungskoppelfaktor von kVιι2 = - 1 + bzw.
von kV = 0,5 über zwei gleichlange Leitungen mit einem Resonanzelement verbunden ist.
2. Filter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß dieses als optisches Filter ausgebildet ist, aufweisend einen optischen 2 x 2-
Koppler mit einem Leistungskoppelfaktor von kV1ι2 = — bzw. von
Figure imgf000017_0001
kV = 0,5 (Vorkoppler), der über zwei gleichlange Lichtwellenleiter mit einem eine Fabry-Perot-Leistungs-Übertragungsfunktion aufweisenden optischen Resonator verbunden ist.
3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Resonator mit Fabry-Perot-Übertragungsfunktion ein Fabry-Perot- Filter (FPF) mit einem Leistungsreflexionsfaktor von r = 3 - δ ist.
4. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Resonator mit Fabry-Perot-Übertragungsfunktion aus einem optischem 2x2-Koppler und zwei idealen Spiegeln (Si, S2), die an den Enden des Längs- oder Kreuz-Pfades angeordnet sind, gebildet ist.
5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spiegel (Si, S2), an den Enden des Längs-Pfades des optischen 2x2-Kopplers angeordnet sind, wobei der Leistungskoppelfaktor k = 1 - (3 - 8 ) = 0,828 beträgt.
6. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spiegel (S^, S2), an den Enden des Kreuz-Pfades des optischem
2x2-Kopplers angeordnet sind, wobei der Leistungskoppelfaktor k = 3 - δ = 0,172 beträgt.
7. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel aus dielektrischen Schichten an den Endflächen des Substrats, auf dem die Komponenten angeordnet sind, gebildet sind.
8. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel als Metall-Spiegel ausgebildet und in vorgeätzten Schlitzen an den Enden des Resonanzpfades angeordnet sind.
9. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der idealen Spiegel (Si, S2) Bragg-Gitter vorgesehen sind.
10. Filter nach Anspruch 4 und 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Resonator mit Fabry-Perot-Übertragungsfunktion ein optischer
2x2-Koppler (FPK) mit einem Leistungskoppelfaktor von ki = 1 - (3 - 8 ) (Längs-Pfad) bzw. k2 = 3 - Vδ (Kreuz-Pfad) ist, der mit einem 3dB-Koppler mit rechtsseitiger Lichtwellenleiterbrücke (Br), einem Spiegelkoppler (SK), verbunden ist.
11. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Resonator mit Fabry-Perot-Übertragungsfunktion aus zwei rechtsseitig gebrückten 2x2-Kopplem (K1t K2) gebildet ist, die über eine linksseitige Lichtwellenleiter-Brücke (Bι) miteinander verbunden sind, wobei die
Leistungskoppelfaktoren beider Koppler (Ki, K2) kι/2 = 0,045 bzw. kι 2 = (1 -
0,045) betragen, wobei kι/2 gleichgroß oder unterschiedlich groß sind.
12. Filter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der dem einen Leistungskoppelfaktor von kV = 0,5 aufweisenden Vorkoppler nachgeordnete Resonator aus zwei in Mach-Zehnder-Anordnung geschalteten 2x2-Kopplem mit einem Leistungskoppelfaktor von k = 0,25 bzw. k = 0,75 mit vier Spiegeln mit paarweise unterschiedlich langen Zuleitungen besteht, die eine Umwegleitung (LU) zwischen ihren oberen Anschlüssen aufweisen.
13. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem einen Leistungskoppelfaktor von kV = 0,146 bzw. kV = 0,854 aufweisenden Vorkoppler nachgeordnete Resonator aus zwei in Mach- Zehnder-Anordnung geschalteten 2x2-Kopplem mit einem Leistungskoppelfaktor von k = 0,293 bzw. k = 0, 707 mit vier Spiegeln mit gleichlangen Zuleitungen besteht.
14. Filter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Längen der Spiegelzuleitungen der Bedingung
LB/LA = 3 + LU/LA genügt.
15. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß je ein optisches Filter mit Quasi-Rechteck-Charakteristik (QRF) in je einem Verbindungspfad zwischen zwei 3 dB-Koppiern (K^B) mit Muxer/Demuxer- Funktion angeordnet ist.
16. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel zur Einstellung einer Temperaturänderung an den Lichtwellenleiter- Abschnitten zur Beeinflussung des Brechungsindexes und der Leiterlänge im Resonanzpfad und/oder Mittel zur Erzeugung eines Temperaturgradienten zwischen den Zuleitungen zwischen dem Vorkoppler und dem optischen Resonator vorgesehen sind.
17. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei optische Filter (QRF) über eine Lichtwellenleiter-Brücke (Br) eingangsseitig in Reihe geschaltet sind.
18. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei optische Filter (QRF) über einen optischen Isolator (Iso) eingangsseitig in
Reihe geschaltet sind.
19. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter aus diskreten optischen Komponenten in kompakter Bauweise mit kurzen, gleichlangen Lichtwellenleitern aufgebaut ist.
20. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter in integriert optischer Bauweise aufgebaut ist.
21. Filter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß dieses als elektrisches Filter ausgebildet ist, bei dem als Vorkoppler ein Richtkoppler angeordnet ist und ein bzw. zwei Richtkoppler als Resonanzelement angeordnet sind, wobei deren Ausgänge, abgesehen vom Signalausgang, mit „Shorts" oder „opens" abgeschlossen sind.
22. Filter nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungskoppelfaktor des als Vorkoppler angeordneten Richtkopplers kV = 0,146 bzw. kV = 0,854 beträgt und ein Richtkoppler mit k = 0,828 bzw. k = 0,172 als Fabry-Perot-Resonator-Koppler mit zwei Abschlüssen jeweils am Längs- oder Kreuzpfad des Resonators angeordnet ist.
23. Filter nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkoppler einen Leistungskoppelfaktor von kV = 0,5 aufweist, die Abschlußzuleitungen ungleich lang sind und der Leistungskoppelfaktor der beiden den Resonator bildenden Mach-Zehnder-Koppler k = 0,25 bzw. k = 0,75 beträgt.
24. Filter nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkoppler einen Leistungskoppelfaktor von kV = 0,146 bzw. kV = 0,854 aufweist, der Leistungskoppelfaktor der beiden den Resonator bildenden Mach-Zehnder-Koppler k = 0,293 bzw. k = 0,707 beträgt und die Abschlußleitungen des Resonators gleichlang sind.
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