DE102022001805B4

DE102022001805B4 - Optical multiplexer for optical data transmission using optical signals via a multimode fiber connected to the multiplexer in conjunction with a demodulator

Info

Publication number: DE102022001805B4
Application number: DE102022001805.5A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Büttner; Steffen Weissmantel
Original assignee: Hochschule Mittweida FH
Current assignee: Hochschule Mittweida FH
Priority date: 2022-05-14
Filing date: 2022-05-14
Publication date: 2024-10-31
Anticipated expiration: 2042-05-15
Also published as: DE102022001805A1

Abstract

Optischer Multiplexer zur optischen Datenübertragung mittels optischer Signale über eine mit dem Multiplexer verbundene Multimodefaser (10), wobei in einem Gehäuse (1) Laserdioden (4) und in den Ausbreitungsrichtungen der elektromagnetischen Strahlungen (11) der Laserdioden (4) nacheinander und beabstandet zueinander Spiralphasenplatten (6) zur Modulation der Bahndrehimpulse der elektromagnetischen Strahlungen (11), eine Einrichtung zur Überlagerung und Lenkung der optischen Signale und ein Ende der Multimodefaser (10) angeordnet sind, wobei die Anzahl und die Positionen der Laserdioden (4) und der Spiralphasenplatten (6) gleich sind und wobei der optische Multiplexer zur optischen Datenübertragung über die Multimodefaser (10) mit einem Demodulator verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,- dass die Spiralphasenplatten (6) des optischen Multiplexers so ausgebildet sind, dass diese selbst fokussierend sind, wozu diese eine sphärische Krümmung aufweisen, und- dass die Einrichtung zur Überlagerung und Lenkung der optischen Signale des optischen Multiplexers ein abbildender Integrator mit ersten Linsen (7), zweiten Linsen (8) und einer dritten Linse (9) ist, wobei die Anzahl und die Positionen der Laserdioden (4), der Spiralphasenplatten (6), der ersten Linsen (7) und der zweiten Linsen (8) gleich sind, oder- dass die Einrichtung zur Überlagerung und Lenkung der optischen Signale des optischen Multiplexers Blazegitter oder Prismen sind, wobei die Anzahl und die Positionen der Laserdioden (4), der Spiralphasenplatten (6) und der Blazegitter oder der Prismen gleich sind, so dass mittels der Einrichtung zur Überlagerung und Lenkung der optischen Signale die elektromagnetischen Strahlungen (11) auf das Ende der Multimodefaser (10) als Übertragungskanal der modulierten elektromagnetischen Strahlungen (11) der Laserdioden (4) gelangen, und- dass der Demodulator nach dem Ende der Multimodefaser (10) im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung (11) ein Separationsgitter oder einen abbildenden Integrator mit ersten Linsen (7) und zweiten Linsen (8) zur Ausbildung von Teilstrahlen (11a, 11b) besitzt und dass in den Strahlengängen der Teilstrahlen (11a, 11b) jeweils ein Gitter und Photodioden angeordnet sind.Optical multiplexer for optical data transmission by means of optical signals via a multimode fiber (10) connected to the multiplexer, wherein laser diodes (4) are arranged in a housing (1) and spiral phase plates (6) for modulating the orbital angular momentum of the electromagnetic radiation (11) of the laser diodes (4) are arranged one after the other and at a distance from one another in the propagation directions of the electromagnetic radiation (11) of the laser diodes (4), a device for superimposing and directing the optical signals and one end of the multimode fiber (10), wherein the number and positions of the laser diodes (4) and the spiral phase plates (6) are the same and wherein the optical multiplexer is connected to a demodulator for optical data transmission via the multimode fiber (10), characterized in that - the spiral phase plates (6) of the optical multiplexer are designed such that they are self-focusing, for which purpose they have a spherical curvature, and - that the device for superimposing and directing the optical signals of the optical multiplexer is an imaging integrator with first lenses (7), second lenses (8) and a third lens (9), the number and positions of the laser diodes (4), the spiral phase plates (6), the first lenses (7) and the second lenses (8) being the same, or- that the device for superimposing and directing the optical signals of the optical multiplexer are blaze gratings or prisms, the number and positions of the laser diodes (4), the spiral phase plates (6) and the blaze gratings or prisms being the same, so that by means of the device for superimposing and directing the optical signals the electromagnetic radiation (11) reaches the end of the multimode fiber (10) as a transmission channel for the modulated electromagnetic radiation (11) of the laser diodes (4), and- that the demodulator has a separation grating or an imaging integrator with first lenses (7) and second lenses (8) for forming partial beams (11a, 11b) after the end of the multimode fiber (10) in the beam path of the electromagnetic radiation (11), and that in the A grating and photodiodes are arranged in each of the beam paths of the partial beams (11a, 11b).

Description

Die Erfindung betrifft optische Multiplexer zur optischen Datenübertragung mittels optischer Signale über eine mit dem Multiplexer verbundene Multimodefaser in Verbindung mit einem Demodulator.The invention relates to optical multiplexers for optical data transmission by means of optical signals via a multimode fiber connected to the multiplexer in conjunction with a demodulator.

Durch die Druckschrift US 2020 0 356 890 A1 sind quantenmechanische Grundlagen für eine Wechselwirkung von OAM mit Materie und Anwendungen in Festkörpern, Biowissenschaften und Quantencomputern bekannt, wobei ein System mit räumlichen Lichtmodulatoren verwendet wird, um ebene Eingangswellen in Moden unterschiedlicher Ordnung umzuwandeln, wobei jede Mode einen unabhängigen Datenkanal trägt. Die Modi werden unter Verwendung eines Multiplexers über eine Freiraumverbindung übertragen. Mittels Demultiplexer werden die Modi empfangen. Multiplexer und Demultiplexer an sich sind nicht offenbart.Through the print US 2020 0 356 890 A1 Quantum mechanical principles for an interaction of OAM with matter and applications in solid states, life sciences and quantum computing are known, where a system with spatial light modulators is used to convert plane input waves into modes of different orders, where each mode carries an independent data channel. The modes are transmitted over a free-space link using a multiplexer. The modes are received using a demultiplexer. Multiplexers and demultiplexers per se are not disclosed.

Die Druckschrift US 2019/0 165 849 A1 bezieht sich auf eine auf dem Bahndrehimpuls basierenden Kommunikation und insbesondere auf das engere Fokussierung eines Strahls, der unter Verwendung von Bahndrehimpulssignalen verarbeitet wurde. Dazu wird ein optischer Multiplexer zur optischen Datenübertragung mittels optischer Signale über eine mit dem Multiplexer verbundene Multimodefaser verwendet. Dazu sind nacheinander ein Laser und mehrere Spiralphasenplatten angeordnet, wobei das Licht des Laser per Splitter auf die Datenkanäle aufgeteilt wird. Die Spiralphasenplatten werden zur Erzeugung des datenfähigen Bahndrehimpulses und somit zur Modulation der Bahndrehimpulse genutzt. Ein in Gegenrichtung als Multiplexer verwendbarer Demultiplexer weist eine Linse und zwei Korrektoren zum Multiplexen der Signale auf.The publication US 2019/0 165 849 A1 refers to communication based on orbital angular momentum and in particular to the closer focusing of a beam that has been processed using orbital angular momentum signals. For this purpose, an optical multiplexer is used for optical data transmission using optical signals via a multimode fiber connected to the multiplexer. For this purpose, a laser and several spiral phase plates are arranged one after the other, with the light from the laser being split into the data channels by a splitter. The spiral phase plates are used to generate the data-capable orbital angular momentum and thus to modulate the orbital angular momentum. A demultiplexer that can be used in the opposite direction as a multiplexer has a lens and two correctors for multiplexing the signals.

Die Druckschrift US 2016 / 0 161 685 A1 offenbart einen mehrkanaligen Transceiver mit einem Laserarray und einer integrierten photonischen Schaltung. Ein Linsenarray fokussiert die optischen Signale eines Arrays mit Laserdioden. Dadurch können Laserdioden mit geringerer Leistung eingesetzt werden.The publication US 2016 / 0 161 685 A1 discloses a multi-channel transceiver with a laser array and an integrated photonic circuit. A lens array focuses the optical signals of an array of laser diodes. This allows the use of lower-power laser diodes.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kapazität optischer Übertragungskanäle zu erhöhen.The invention specified in claim 1 is based on the object of increasing the capacity of optical transmission channels.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.This object is achieved with the features listed in patent claim 1.

Die optischen Multiplexer zur optischen Datenübertragung mittels optischer Signale über eine mit dem Multiplexer verbundene Multimodefaser in Verbindung mit einem Demodulator zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Kapazität optischer Übertragungskanäle erhöht ist.The optical multiplexers for optical data transmission by means of optical signals via a multimode fiber connected to the multiplexer in conjunction with a demodulator are characterized in particular by the fact that the capacity of optical transmission channels is increased.

Dazu sind in einem Gehäuse des optischen Multiplexers Laserdioden und in den Ausbreitungsrichtungen der elektromagnetischen Strahlungen der Laserdioden nacheinander und beabstandet zueinander Spiralphasenplatten zur Modulation der Bahndrehimpulse der elektromagnetischen Strahlungen, eine Einrichtung zur Überlagerung und Lenkung der optischen Signale und ein Ende der Multimodefaser angeordnet. Die Anzahl und die Positionen der Laserdioden und der Spiralphasenplatten sind gleich. Der optische Multiplexer ist zur optischen Datenübertragung über die Multimodefaser mit einem Demodulator verbunden. Die Spiralphasenplatten des optischen Multiplexers sind so ausgebildet, dass diese selbst fokussierend sind, wozu diese eine sphärische Krümmung aufweisen. Die Einrichtung zur Überlagerung und Lenkung der optischen Signale des optischen Multiplexers ist in einer ersten Ausführungsform ein abbildender Integrator mit ersten Linsen, zweiten Linsen und einer dritten Linse, wobei die Anzahl und die Positionen der Laserdioden, der Spiralphasenplatten, der ersten Linsen und der zweiten Linsen gleich sind. Die Einrichtung zur Überlagerung und Lenkung der optischen Signale des optischen Multiplexers sind in einer zweiten Ausführungsform Blazegitter oder Prismen, wobei die Anzahl und die Positionen der Laserdioden, der Spiralphasenplatten und der Blazegitter oder der Prismen gleich sind. Mittels der Einrichtung zur Überlagerung und Lenkung der optischen Signale gelangen die elektromagnetischen Strahlungen auf das Ende der Multimodefaser als Übertragungskanal der modulierten elektromagnetischen Strahlungen der Laserdioden. Weiterhin besitzt der Demodulator nach dem Ende der Multimodefaser im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung ein Separationsgitter oder einen abbildenden Integrator mit ersten Linsen und zweiten Linsen zur Ausbildung von Teilstrahlen, wobei in den Strahlengängen der Teilstrahlen jeweils ein Gitter und Photodioden angeordnet sind.For this purpose, laser diodes are arranged in a housing of the optical multiplexer and, in the directions of propagation of the electromagnetic radiation of the laser diodes, spiral phase plates for modulating the orbital angular momentum of the electromagnetic radiation, a device for superimposing and directing the optical signals and one end of the multimode fiber are arranged one after the other in a spaced-apart manner. The number and positions of the laser diodes and the spiral phase plates are the same. The optical multiplexer is connected to a demodulator for optical data transmission via the multimode fiber. The spiral phase plates of the optical multiplexer are designed in such a way that they are self-focusing, for which purpose they have a spherical curvature. The device for superimposing and directing the optical signals of the optical multiplexer is, in a first embodiment, an imaging integrator with first lenses, second lenses and a third lens, wherein the number and positions of the laser diodes, the spiral phase plates, the first lenses and the second lenses are the same. In a second embodiment, the device for superimposing and directing the optical signals of the optical multiplexer are blaze gratings or prisms, whereby the number and positions of the laser diodes, the spiral phase plates and the blaze gratings or prisms are the same. By means of the device for superimposing and directing the optical signals, the electromagnetic radiation reaches the end of the multimode fiber as a transmission channel for the modulated electromagnetic radiation of the laser diodes. Furthermore, after the end of the multimode fiber, the demodulator has a separation grating or an imaging integrator with first lenses and second lenses for forming partial beams in the beam path of the electromagnetic radiation, whereby a grating and photodiodes are arranged in the beam paths of the partial beams.

Der optische Multiplexer eignet sich vorteilhafterweise für die Modulation des Bahndrehimpulses elektromagnetischer Strahlung und der Kopplung der modulierten Signale in einen Übertragungskanal. Der Multiplexer wird durch die Anordnung der den Bahndrehimpuls modulierenden Mikrooptiken bestimmt.The optical multiplexer is advantageously suitable for modulating the orbital angular momentum of electromagnetic radiation and coupling the modulated signals into a transmission channel. The multiplexer is determined by the arrangement of the micro-optics that modulate the orbital angular momentum.

Die Entwicklung der optischen Datenübertragung ist die Bewältigung der steigenden anfallenden Datenmengen und die immer höheren Datenraten charakterisiert. Dafür werden Eigenschaften elektromagnetischer Strahlung genutzt, um Kommunikationskanäle zu separieren. Dennoch ist die Kapazität optischer Übertragungskanäle begrenzt. Ein Ansatz um die Kapazität zu erhöhen, stellt die Nutzung des Bahndrehimpulses dar. Bei dem OAM- (Orbital Angular Momentum) Multiplexing wird einem elektromagnetischen Feld durch eine gezielte Phasenmodulation ein orbitaler Drehimpuls aufgeprägt. Diese Eigenschaft ist eindeutig und kann zur Separation einzelner Kanäle genutzt werden. Der Bahndrehimpuls kann als ein weiterer Freiheitsgrad bei der Kodierung von Signalen und somit als Ergänzung zum Wellenlängen- und Polarisations-Multiplexing betrachtet werden und vervielfacht die Bandbreite eines Kanals.The development of optical data transmission is characterized by the management of the increasing amounts of data and the ever higher data rates. For this purpose, properties of electromagnetic radiation are used to separate communication channels. Nevertheless, the capacity of optical transmission channels is limited. One approach to increase capacity is the use of orbital angular momentum. In OAM (Orbital Angular Momentum) multiplexing, an orbital angular momentum is imposed on an electromagnetic field through targeted phase modulation. This property is unique and can be used to separate individual channels. Orbital angular momentum can be viewed as a further degree of freedom in the coding of signals and thus as a supplement to wavelength and polarization multiplexing, and multiplies the bandwidth of a channel.

Eine helikale Phasenverteilung kann mit einer Spiralphasenplatte erzeugt werden. Die sogenannte topologische Ladung gibt dabei die Anzahl der Phasensprünge an und bestimmt damit den Bahndrehimpuls pro Photon mit. Aus und den Brechungsindizes des Materials und dem Ausbreitungsmedium kann die optische Dicke und damit die Tiefe der Struktur bestimmt werden. Die Spiralphasenplatten weisen in ihrem Zentrum eine Phasensingularität auf. Die Phase eines transmittierenden elektromagnetischen Feldes weist ebenfalls eine Phasensingularität auf, wodurch die Intensität an entsprechender Stelle gegen Null geht.A helical phase distribution can be created with a spiral phase plate. The so-called topological charge indicates the number of phase jumps and thus determines the orbital angular momentum per photon. The optical thickness and thus the depth of the structure can be determined from the refractive indices of the material and the propagation medium. The spiral phase plates have a phase singularity in their center. The phase of a transmitting electromagnetic field also has a phase singularity, which means that the intensity approaches zero at the corresponding point.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den folgenden Weiterbildungen und Ausführungsformen aufgeführt. Diese können die optischen Multiplexer zur optischen Datenübertragung mittels optischer Signale über eine mit dem Multiplexer verbundene Multimodefaser einzeln oder in einer Kombination fortbilden.Advantageous embodiments of the invention are set out in the following developments and embodiments. These can develop the optical multiplexers for optical data transmission using optical signals via a multimode fiber connected to the multiplexer individually or in combination.

Die Laserdioden befinden sich in einer Ausführungsform auf einem Träger mit Leiterbahnen. Mittels der Leiterbahnen sind die Laserdioden mit Daten liefernden Einrichtungen verbindbar. Dazu können Bereiche der Leiterbahnen gleichzeitig elektrische Kontakte sein. Der Träger kann sich im Gehäuse befinden oder ein Bestandteil des Gehäuses sein.In one embodiment, the laser diodes are located on a carrier with conductor tracks. The laser diodes can be connected to data-supplying devices using the conductor tracks. For this purpose, areas of the conductor tracks can also be electrical contacts. The carrier can be located in the housing or be a component of the housing.

Die Spiralphasenplatten sind in einer Ausführungsform als eine Platte ausgebildet.In one embodiment, the spiral phase plates are formed as one plate.

In einer Ausführungsform befinden sich in den Ausbreitungsrichtungen der elektromagnetischen Strahlungen zwischen den Laserdioden und den Spiralphasenplatten Linsen zur Kollimation der elektromagnetischen Strahlungen der Laserdioden, wobei die Anzahl und die Positionen der Laserdioden, der Linsen und der Spiralphasenplatten gleich sind.In one embodiment, lenses for collimating the electromagnetic radiation of the laser diodes are located in the propagation directions of the electromagnetic radiation between the laser diodes and the spiral phase plates, wherein the number and positions of the laser diodes, the lenses and the spiral phase plates are the same.

Die Linsen zur Kollimation sind in einer Ausführungsform als ein plattenförmiges Linsenarray ausgebildet.In one embodiment, the lenses for collimation are designed as a plate-shaped lens array.

Die ersten Linsen und die zweiten Linsen des abbildenden Integrators sind in einer Ausführungsform jeweils als ein plattenförmiges Linsenarray ausgebildet.In one embodiment, the first lenses and the second lenses of the imaging integrator are each designed as a plate-shaped lens array.

Die Blazegitter oder die Prismen sind in einer Ausführungsform jeweils als eine Platte ausgebildet.In one embodiment, the blazed gratings or the prisms are each formed as a plate.

Der Demodulator nach dem Ende der Multimodefaser im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung besitzt das Separationsgitter oder den abbildenden Integrator mit ersten Linsen und zweiten Linsen zur Ausbildung von Teilstrahlen. Weiterhin sind dabei in den Strahlengängen der Teilstrahlen jeweils das Gitter und Photodioden angeordnet. Das Separationsgitter kann insbesondere ein Kreuzgitter sein.The demodulator after the end of the multimode fiber in the beam path of the electromagnetic radiation has the separation grating or the imaging integrator with first lenses and second lenses for forming partial beams. Furthermore, the grating and photodiodes are arranged in the beam paths of the partial beams. The separation grating can in particular be a cross grating.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in principle in the drawings and is described in more detail below.

Es zeigen:

1 ein optischer Multiplexer zur optischen Datenübertragung mittels optischer Signale über eine mit dem Multiplexer verbundene Multimodefaser,
2 eine 16x Multiplexing-Anordnung mit einer quadratischen Anordnung von Spiralphasenplatten,
3 eine 8x Multiplexing-Anordnung mit einer kreisförmigen Anordnung von Spiralphasenplatten,
4 eine Anordnung zur Signaldemodulation mittels binärer gabelförmiger Gitter und
5 eine Anordnung zur Signaldemodulation mittels Strahlteiler und binären gabelförmigen Gittern.

They show:

1 an optical multiplexer for optical data transmission using optical signals via a multimode fiber connected to the multiplexer,
2 a 16x multiplexing arrangement with a square arrangement of spiral phase plates,
3 an 8x multiplexing arrangement with a circular arrangement of spiral phase plates,
4 an arrangement for signal demodulation using binary forked gratings and
5 an arrangement for signal demodulation using beam splitters and binary forked gratings.

Ein optischer Multiplexer zur optischen Datenübertragung mittels optischer Signale über eine mit dem Multiplexer verbundene Multimodefaser 11 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 1, Laserdioden 4, Spiralphasenplatten 6, eine Einrichtung zur Überlagerung und Lenkung der optischen Signale und der Multimodefaser 11.An optical multiplexer for optical data transmission by means of optical signals via a multimode fiber 11 connected to the multiplexer essentially consists of a housing 1, laser diodes 4, spiral phase plates 6, a device for superimposing and directing the optical signals and the multimode fiber 11.

Die 1 zeigt einen optischen Multiplexer zur optischen Datenübertragung mittels optischer Signale über eine mit dem Multiplexer verbundene Multimodefaser 11 in einer prinzipiellen Darstellung.The 1 shows an optical multiplexer for optical data transmission by means of optical signals via a multimode fiber 11 connected to the multiplexer in a basic representation.

Die Laserdioden 4 befinden sich auf einer Leiterplatte 2 als Träger 2 mit Leiterbahnen 3, welcher gleichzeitig ein Bestandteil des Gehäuses 1 sein kann. In den Ausbreitungsrichtungen der elektromagnetischen Strahlungen 11 der Laserdioden 4 sind in einer Ausführungsform jeweils beabstandet zueinander Linsen 5 zur Kollimation der elektromagnetischen Strahlungen 11 der Laserdioden 4, die Spiralphasenplatten 6 zur Modulation der Bahndrehimpulse der elektromagnetischen Strahlungen 11, die Einrichtung zur Überlagerung und Lenkung der optischen Signale in Form eines abbildenden Integrator mit ersten Linsen 7, zweiten Linsen 8 und einer dritten Linse 9 und das Ende der Multimodefaser 10 angeordnet. Die Einrichtung zur Überlagerung und Lenkung der optischen Signale in Form eines abbildenden Integrator mit den ersten Linsen 7, den zweiten Linsen 8 und der dritten Linse 9 ist so ausgebildet, dass die elektromagnetischen Strahlungen 11 auf das Ende der Multimodefaser 10 als Übertragungskanal der modulierten elektromagnetischen Strahlungen 11 der Laserdioden 4 gelangen. Die Anzahl und die Positionen der Laserdioden 4, der Spiralphasenplatten 6, der ersten Linsen 7 und der zweiten Linsen 8 gleich sind. Die Spiralphasenplatten 6 sind eine Platte. Die Linsen 5 zur Kollimation sind als ein plattenförmiges Linsenarray ausgebildet. Weiterhin sind die ersten Linsen 7 und die zweiten Linsen 8 des abbildenden Integrators jeweils als ein plattenförmiges Linsenarray ausgebildet.The laser diodes 4 are located on a circuit board 2 as a carrier 2 with conductor tracks 3, which can simultaneously be a component of the housing 1. In the propagation directions of the electromagnetic radiation 11 of the laser diodes 4, in one embodiment, lenses 5 for collimating the electromagnetic radiation 11 of the laser diodes 4, spiral phase plates 6 for modulating the orbital angular momentum of the electromagnetic radiation 11, the device for superimposing and directing the optical signals in the form of an imaging integrator with first lenses 7, second lenses 8 and a third lens 9 and the end of the multimode fiber 10 are arranged relative to one another. The device for superimposing and directing the optical signals in the form of an imaging integrator with the first lenses 7, the second lenses 8 and the third lens 9 is designed such that the electromagnetic radiation 11 reaches the end of the multimode fiber 10 as a transmission channel for the modulated electromagnetic radiation 11 of the laser diodes 4. The number and positions of the laser diodes 4, the spiral phase plates 6, the first lenses 7 and the second lenses 8 are the same. The spiral phase plates 6 are one plate. The lenses 5 for collimation are designed as a plate-shaped lens array. Furthermore, the first lenses 7 and the second lenses 8 of the imaging integrator are each designed as a plate-shaped lens array.

In einer Ausführungsform können die Spiralphasenplatten 6 so ausgebildet sein, dass diese selbst fokussierend sind, wozu diese eine sphärische Krümmung aufweisen. Dadurch können die ersten Linsen 7 der Einrichtung zur Überlagerung und Lenkung der optischen Signale in Form eines abbildenden Integrator entfallen.In one embodiment, the spiral phase plates 6 can be designed such that they are self-focusing, for which purpose they have a spherical curvature. As a result, the first lenses 7 of the device for superimposing and directing the optical signals in the form of an imaging integrator can be omitted.

In weiteren Ausführungsformen kann die Einrichtung zur Überlagerung und Lenkung der optischen Signale Blazegitter oder Prismen sein, wobei die Anzahl und die Positionen der Laserdioden 4, der Spiralphasenplatten 6 und der Blazegitter oder der Prismen gleich sind. Weiterhin sind dabei die Blazegitter oder die Prismen jeweils als eine Platte ausgebildet.In further embodiments, the device for superimposing and directing the optical signals can be blaze gratings or prisms, wherein the number and positions of the laser diodes 4, the spiral phase plates 6 and the blaze gratings or prisms are the same. Furthermore, the blaze gratings or prisms are each designed as a plate.

Die 2 zeigt eine 16x Multiplexing-Anordnung mit einer quadratischen Anordnung von Spiralphasenplatten 6 in einer prinzipiellen Darstellung.The 2 shows a 16x multiplexing arrangement with a square arrangement of spiral phase plates 6 in a basic representation.

Die 3 zeigt eine 8x Multiplexing-Anordnung mit einer kreisförmigen Anordnung von Spiralphasenplatten 6 in einer prinzipiellen Darstellung.The 3 shows an 8x multiplexing arrangement with a circular arrangement of spiral phase plates 6 in a basic representation.

Die Spiralphasenplatten 6 können in Reihe, in einem Rechteck, in einem Kreis oder in konzentrischen Kreisen angeordnet sein. Weiterhin sind diese als eine Platte ausgebildet.The spiral phase plates 6 can be arranged in a row, in a rectangle, in a circle or in concentric circles. Furthermore, they are designed as one plate.

Der optische Multiplexer zur optischen Datenübertragung ist über die Multimodefaser 10 mit einem Demodulator verbindbar und damit verbunden.The optical multiplexer for optical data transmission can be connected to a demodulator via the multimode fiber 10.

Die 4 zeigt eine Anordnung zur Signaldemodulation mittels binärer gabelförmiger Gitter 12 in einer prinzipiellen Darstellung.The 4 shows an arrangement for signal demodulation by means of binary fork-shaped gratings 12 in a basic representation.

In einer Ausführung kann der Demodulator nach dem Ende der Multimodefaser 10 im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung 11 ein gabelförmiges Gitter 12 und Photodioden 13 aufweisen. Für beispielsweise bis zu 8 Signalen könnte die Demodulation mit einem binären gabelförmigen Gitter 12 einer topologische Ladung von 1 erfolgen. Sind die Eingangssignale mit I = ± 1,2,3 moduliert, entstehen in den entsprechenden Beugungsordnungen des analysierenden Gitters gaußverteilte Beugungsordnungen -3, -2, -1, +1, +2, +3. Diese Ordnungen können mit Photodioden 13 unter den entsprechenden Beugungswinkeln detektiert werden.In one embodiment, the demodulator can have a fork-shaped grating 12 and photodiodes 13 after the end of the multimode fiber 10 in the beam path of the electromagnetic radiation 11. For example, for up to 8 signals, the demodulation could be carried out with a binary fork-shaped grating 12 with a topological charge of 1. If the input signals are modulated with I = ± 1,2,3, Gaussian-distributed diffraction orders -3, -2, -1, +1, +2, +3 arise in the corresponding diffraction orders of the analyzing grating. These orders can be detected with photodiodes 13 at the corresponding diffraction angles.

Die 5 zeigt eine Anordnung zur Signaldemodulation mittels Strahlteiler 14 und binären gabelförmigen Gittern 12 in einer prinzipiellen Darstellung.The 5 shows an arrangement for signal demodulation by means of beam splitters 14 and binary fork-shaped gratings 12 in a basic representation.

In einer weiteren Ausführung kann der Demodulator nach dem Ende der Multimodefaser 10 im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung 11 einen Strahlteiler 14 zur Ausbildung zweier Teilstrahlen 11a, 11b besitzen. In den Strahlengängen der Teilstrahlen 11a, 11b können jeweils ein gabelförmiges Gitter 12 und Photodioden 13 angeordnet sein.In a further embodiment, the demodulator can have a beam splitter 14 for forming two partial beams 11a, 11b after the end of the multimode fiber 10 in the beam path of the electromagnetic radiation 11. A fork-shaped grating 12 and photodiodes 13 can be arranged in the beam paths of the partial beams 11a, 11b.

In einer Ausführungsform kann an Stelle des Strahlteilers 14 ein Separationsgitter, beispielsweise eine Kreuzgitteranordnung oder ein abbildender Integrator mit ersten und zweiten Linsen, angeordnet sein. Mittels der Kreuzgitteranordnung kann die elektromagnetische Strahlung 11 in Unterordnungen aufgeteilt werden. Jede dieser Unterordnungen kann im Anschluss mittels eines Analysegitters demoduliert werden. In one embodiment, a separation grating, for example a cross grating arrangement or an imaging integrator with first and second lenses, can be arranged instead of the beam splitter 14. The cross grating arrangement can be used to divide the electromagnetic radiation 11 into suborders. Each of these suborders can then be demodulated using an analysis grating.

Dies hat den Vorteil, dass für jeden Bahndrehimpuls ein separates Gitter verwendet wird. Ist dieses als Blaze-Gitter ausgeführt, wird die Beugungsordnung nur dann sichtbar, wenn ein entsprechend moduliertes Signal in der Summe vorhanden ist.This has the advantage that a separate grating is used for each orbital angular momentum. If this is designed as a blaze grating, the diffraction order is only visible if a correspondingly modulated signal is present in the sum.

Der Einsatz von Q-Plates an Stelle des gabelförmigen Gitters 12 ist in einer weiteren Ausführungsform eine weitere Möglichkeit, summierte Signale zu demodulieren. Mit Hilfe dieser Komponenten kann der Eigendrehimpuls, Spin und/oder Polarisation, in Bahndrehimpulse gewandelt werden. Auf Grundlage des Impulserhaltungssatzes kann davon ausgegangen werden, dass diese Wandlung reversibel ist. Damit würden bestimmte Bahndrehimpulszustände in bestimmte Eigendrehimpulszustände gewandelt. Werden die Eingangssignale in ihrem Bahndrehimpuls so moduliert, dass die Summe des Bahndrehimpulses immer einen eindeutigen Wert annimmt, so könnte durch eine Q-Plate ein eindeutiger Polarisationszustand erzeugt werden und dieser wiederum mit einer geeigneten Polarisator-Anordnung auf eine definierte Intensität zurückgeführt werden. Werden in der Summe einzelne Signale mit unterschiedlichen Bahndrehimpulsen geschalten, ändert dies den Gesamtdrehimpuls und die zu messende Intensität des Signals.The use of Q-plates instead of the fork-shaped grating 12 is another possibility in another embodiment for demodulating summed signals. With the help of these components, the intrinsic angular momentum, spin and/or polarization, can be converted into orbital angular momentum. Based on the principle of conservation of momentum, it can be assumed that this conversion is reversible. This would convert certain orbital angular momentum states into certain intrinsic angular momentum states. If the input signals are in their If the orbital angular momentum is modulated in such a way that the sum of the orbital angular momentum always assumes a unique value, a unique polarization state could be generated by a Q-plate and this in turn could be returned to a defined intensity using a suitable polarizer arrangement. If individual signals with different orbital angular momenta are switched in the sum, this changes the total angular momentum and the intensity of the signal to be measured.

Claims

Optical multiplexer for optical data transmission by means of optical signals via a multimode fiber (10) connected to the multiplexer, wherein laser diodes (4) are arranged in a housing (1) and spiral phase plates (6) for modulating the orbital angular momentum of the electromagnetic radiation (11) of the laser diodes (4) are arranged one after the other and at a distance from one another in the propagation directions of the electromagnetic radiation (11) of the laser diodes (4), a device for superimposing and directing the optical signals and one end of the multimode fiber (10), wherein the number and positions of the laser diodes (4) and the spiral phase plates (6) are the same and wherein the optical multiplexer is connected to a demodulator for optical data transmission via the multimode fiber (10), characterized in that - the spiral phase plates (6) of the optical multiplexer are designed such that they are self-focusing, for which purpose they have a spherical curvature, and - that the device for superimposing and directing the optical signals of the optical multiplexer is an imaging integrator with first lenses (7), second lenses (8) and a third lens (9), the number and positions of the laser diodes (4), the spiral phase plates (6), the first lenses (7) and the second lenses (8) being the same, or - that the device for superimposing and directing the optical signals of the optical multiplexer are blaze gratings or prisms, the number and positions of the laser diodes (4), the spiral phase plates (6) and the blaze gratings or prisms being the same, so that by means of the device for superimposing and directing the optical signals the electromagnetic radiation (11) reaches the end of the multimode fiber (10) as a transmission channel for the modulated electromagnetic radiation (11) of the laser diodes (4), and - that the demodulator has a separation grating or an imaging integrator with first lenses (7) and second lenses (8) for forming partial beams (11a, 11b) after the end of the multimode fiber (10) in the beam path of the electromagnetic radiation (11), and that in the A grating and photodiodes are arranged in each of the beam paths of the partial beams (11a, 11b).

Optical multiplexer according to patent claim 1 , characterized in that the laser diodes (4) are located on a carrier (2) with conductor tracks (3).

Optical multiplexer according to patent claim 1 , characterized in that the spiral phase plates (6) are designed as one plate.

Optical multiplexer according to patent claim 1 , characterized in that lenses (5) for collimating the electromagnetic radiation (11) of the laser diodes (4) are located in the propagation directions of the electromagnetic radiation (11) between the laser diodes (4) and the spiral phase plates (6), the number and positions of the laser diodes (4), the lenses (5) and the spiral phase plates (6) being the same.

Optical multiplexer according to patent claim 4 , characterized in that the lenses (5) for collimation are designed as a plate-shaped lens array.

Optical multiplexer according to patent claim 1 , characterized in that the first lenses (7) and the second lenses (8) of the imaging integrator are each designed as a plate-shaped lens array.

Optical multiplexer according to patent claim 1 , characterized in that the blazed gratings or the prisms are each designed as a plate.