DE19820295C1

DE19820295C1 - Optisches Dämpfungsglied, Anordnung optischer Dämpfungsglieder und Verfahren zum Dämpfen der Intensität optischer Signale

Info

Publication number: DE19820295C1
Application number: DE1998120295
Authority: DE
Inventors: Roland Mueller-Fiedler; Andre Mueller; Oliver Roesch; Klaus-Michael Mayer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-05-07
Filing date: 1998-05-07
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2018-05-08

Abstract

Um die Intensität eines optischen Signals auf einen gewünschten Wert dämpfen zu können wird ein Dämpfungsglied, welches ein Mach-Zehnder-Interferometer mit einem Phasensteller in einem der Interferometerarme, Mittel, um nach der Interferenz der im Interferometer geführten Lichts zwei Ausgangssignale zu erzeugen, deren Intensitäten eine definierte Beziehung zueinander haben, und von denen das erste das gedämpfte Signal bilden soll, einen strahlungsempfindlichen Detektor, auf den das zweite Ausgangssignal trifft, und einen mit dem Detektor und dem Phasensteller elektrisch verbundenen Regelungsprozessor zur Berechnung, Erzeugung und Übermittlung eines Steuersignals für den Phasensteller beinhaltet, und ein Verfahren unter Verwendung eines solchen Dämpfungsglieds, wobei die der gewünschten Intensität entsprechende Intensität des zweiten Ausgangssignals bestimmt, das optische Signal auf den Eingang des Interferometers geleitet und die der gewünschten Intensität entsprechende Intensität des zweiten Ausgangssignals ermittelt, mit der aus dem Detektorsignal bestimmten Intensität des zweiten Ausgangssignals verglichen, und der Phasensteller solange geändert wird, bis die berechnete Intensität mit der entsprechenden übereinstimmt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein optisches Dämpfungsglied, welches ein Mach-Zehnder-Interferometer mit einem Phasensteller in min destens einem der Interferometerarme und Mittel beinhaltet, um nach der Interferenz des im Interferometer geführten Lichts zwei Ausgangssignale zu erzeugen, deren Intensitäten in einer definierten Beziehung zueinander stehen und von denen das erste auf eine gewünschte Intensität gebracht werden soll, eine Anordnung solcher Dämpfungsglieder und ein Verfahren insbesondere unter Verwendung eines solchen Dämpfungsglieds oder einer solchen Anordnung.

Der Einsatz von optischen Mach-Zehnder-Modulatoren ist beispielsweise in den US-Patenten 5,488,503 und 5,495,359 beschrieben.

Für die optische Nachrichtenübertragung in optisch transparen ten Nachrichtennetzen nach dem Wellenlängenmultiplexprinzip werden steuerbare optische Dämpfungsglieder zum Angleichen der Intensitätspegel in einer Vielzahl von Leitungen benötigt. Dies kann vor oder nach Komponenten mit wellenlängenabhängigem Verstärkungs-/Dämpfungsverhalten für die weitere Signal- Ver-/Bearbeitung notwendig sein.

Ein Beispiel eines transparenten Nachrichtennetzes ist ein Telefonnetz. Dabei kommen an einer Station Gespräche über eine große Anzahl von Leitungen an und werden weitergeleitet. Die Intensitäten der Signale in den einzelnen Leitungen sind unterschiedlich, beispielsweise weil sie unterschiedliche Entfernungen zurückgelegt haben oder die Wellenlängen unter schiedlich sind. Vor der Weiterleitung werden die Signale ver stärkt. Da die Signale aller Leitungen gleichzeitig verstärkt werden sollen, müssen sie zunächst - in jedem Augenblick neu - auf ähnliche Intensitätsniveaus gebracht werden, welche beispielsweise durch die Wellenlängenabhängigkeit des Verteilers definiert sind.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfach aufgebautes und leicht herstellbares optisches Dämpfungsglied, eine Anordnung solcher Dämpfungsglieder und ein unkompliziertes Verfahren anzugeben, um die Intensität von optischen Signalen kontrolliert und reproduzierbar auf einen gewünschten Wert dämpfen zu können.

Die Aufgabe wird mit einem Dämpfungsglied der eingangs genann ten Art gelöst, bei dem ein auf die Strahlungsintensität an sprechender Detektor, auf den das zweite Ausgangssignal trifft, und ein mit dem Ausgang des Detektors und dem mindestens einen Phasensteller elektrisch verbundener Regelungsprozessor zur Berechnung eines Steuersignals für den mindestens einen Phasensteller unter Berücksichtigung des intensitätsabhängigen Detektorsignals, der genannten definierten Beziehung, der gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignals und der Abhängigkeit des Interferometergangs vom Steuersignal, und zur Erzeugung und Übermittlung des Steuersignals vorhanden sind und einem Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem aus einem in ein Mach-Zehnder-Interferometer eintretenden Eingangssignal zwei Ausgangssignale erzeugt werden, von denen das erste auf einen gewünschten Intensitätspegel gedämpft werden soll und das zweite auf einen Detektor trifft, bei dem mit dem Regelungspro zessor die der gewünschten Intensität entsprechende Intensität des zweiten Ausgangssignals bestimmt und mit der vom Regelungs prozessor aus dem der Intensität proportionalen Detektorsignal bestimmten Intensität des zweiten Ausgangssignals verglichen wird und dann die Einstellung des Phasenstellers solange verändert wird, bis die auf den Detektor treffende Intensität mit der genannten entsprechenden Intensität übereinstimmt, oder alternativ aus der ermittelten Intensität des zweiten Ausgangs signals die zugehörige Intensität des ersten Ausgangssignals berechnet und mittels dieser und und der gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignals ein Steuersignal für den Phasenstel ler unter Berücksichtigung der Abhängigkeit des Interferometer gangs vom Steuersignal ermittelt wird, mit dem die Intensität des ersten Ausgangssignal auf den gewünschten Pegel gebracht wird.

Durch die Verwendung des bekannten Mach-Zehnder-Interferometers läßt sich das Dämpfungsglied technisch einfach herstellen. Das Dämpfungsglied kann dabei in allen gängigen bei der Herstellung von Mach-Zehnder-Interferometern eingesetzten Techniken ausgeführt werden. Die Änderung der Intensität erfolgt in bekannter Weise, indem die Einstellung des Phasenstellers und damit die Phase des durch ihn hindurchgehenden Teilsignals geändert wird. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Dämpfungsglieds in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich das zunächst kompliziert erscheinende Steuerungsproblem überraschend einfach lösen.

Das Dämpfungsglied ist in vorteilhafter Weise mikrooptisch, bevorzugt in Freistrahl- oder Fasertechnik, oder integriert optisch aufgebaut und läßt sich deshalb flexibel an technische Gegebenheiten und die spezielle Anwendungen anpassen. Bei der integriert optischen Ausführungsform läßt sich gegenüber anderen Lösungen ein sehr hoher Integrationsgrad und damit eine hohe Packungsdichte erreichen. Dadurch ist der Aufbau von dichtgepackten Arrays aus Dämpfungsgliedern, z. B. für Optical Cross Connects (OCC), in vorteilhafter Weise möglich.

Bei einer in Freistrahltechnik aufgebauten Ausführungsform des Dämpfungsglieds dient als Mittel zum Erzeugen der Ausgangs signale in vorteilhafter Weise eine planparallele Platte oder ein optischer Strahlteiler am Ausgang des Interferometers.

Das auf den Detektor treffende Ausgangssignal ist Strahlung, die normalerweise verloren geht, in diesem Fall aber vorteil haft eingesetzt wird.

Bei einer anderen in Freistrahltechnik aufgebauten Ausführungs form des Dämpfungsglieds dient ein teildurchlässiger Spiegel oder ein optischer Strahlteiler im Strahlengang des einen in der planparallelen Platte oder im optischen Strahlteiler erzeugten Signals vorteilhaft als Mittel zum Erzeugen der Ausgangssignale. Bei dieser Ausführungsform wird zwar das aus dem Interferometer austretende Signal geschwächt, jedoch kann die abgezweigte Intensitätsanteil sehr klein sein. Bei einer diesem Dämpfungsglied im Prinzip vergleichbaren, jedoch in Fasertechnik oder integriert optisch ausgeführten besonders vorteilhaften Ausführungsform des Dämpfungsglieds wird das aus gangsseitige Ende des Interferometers von einem Y-Wellenleiter gebildet und als Mittel zum Erzeugen der Ausgangssignale dient ein asymmetrischer Y-Verzweiger, wobei der Y-Wellenleiter und der Y-Verzweiger das Standbein des Y gemeinsam haben.

Bei einer weiteren in Fasertechnik oder integriert optisch aus geführtem Ausführungsform des Dämpfungsglieds wird in vorteil hafter Weise das ausgangsseitige Ende des Interferometers von zwei aufeinander zulaufenden Wellenleitern und einem Richtkoppler gebildet, in welchen die Wellenleiter einmünden, und werden die Mittel zum Erzeugen der Ausgangssignale von den aus dem Richtkoppler austretenden, V-förmig auseinander laufenden Wellenleitern gebildet.

Es ist vorteilhaft, wenn bei der integriert optischen Ausfüh rungsform die Wellenleiter aus einem Material der Gruppe Sili ciumoxinitrid, Polymer, ionendotiertes Quarz oder Lithiumniobat und InGaAsP ausgewählt ist, das von einem Material mit einem Brechungsindex umgeben ist, der geringer ist als der des Mate rials, aus dem die Wellenleiter bestehen. Passende Materialien mit kleinerem Brechungsindex sind bekannt. Alle genannten Materialien sind gängig, ihre Bearbeitung wird gut beherrscht, so daß sich mit ihnen die erfindungsgemäßen Dämpfungsglieder reproduzierbar innerhalb enger Fertigungstoleranzen herstellen lassen. Es kommt hinzu, daß für die meisten genannten Material kombinationen Siliciumscheiben als Substrate geeignet sind, so daß in vorteilhafter Weise Methoden der konventionellen Sili ciumtechnologie bei der Fertigung mit einbezogen werden können.

Um die Intensitäten von mindestens zwei Signalen auf denselben Intensitätspegel zu dämpfen, was beispielsweise bei den ein gangs genannten transparenten Nachrichtennetzen eine Rolle spielt, ist eine Anordnung von erfindungsgemäßen Dämpfungsglie dern vorteilhaft, bei der von den oben beschriebenen Dämpfungsgliedern mindestens zwei identische vorhanden sind, wobei nur ein Regelungsprozessor für die mindestens zwei Dämpfungsglieder vorgesehen ist, der mit allen Detektoraus gängen und allen Phasenstellern elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Regelungsprozessor die Funktionen zur individuellen Steuerung jedes der vorhandenen Dämpfungsglieder und zusätzlich eine Funktion zur Ermittlung der gewünschten Intensität unter Berücksichtigung aller bestimmten Intensitäten der zweiten Ausgangssignale aufweist.

Werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dämpungsglieds verwendet, bei denen die Ausgangssignale mittels eines Y- Verzweigers oder eines im Strahlengang des einen in der plan parallelen Platte oder im optischen Strahlteiler am Ausgang des Interferometers erzeugten Signals angebrachten teildurchlässi gen Spiegels oder optischen Strahlteilers gebildet werden, wird in vorteilhafter Weise über das festgelegte Verhältnis, in dem die Intensitäten des ersten und des zweiten Ausgangssignals zueinander stehen, aus der gewünschten die genannte entspre chende Intensität ermittelt, oder bei der o. g. Alternative die Intensität des ersten Ausgangssignals über das festgelegte Ver hältnis berechnet, in dem die Intensitäten des ersten und des zweiten Ausgangssignals zueinander stehen, und der Unterschied zwischen der berechneten und der gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignals bestimmt und aufgrund des Unterschieds das Steuersignal für den Phasensteller erzeugt.

Werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dämpungsglieds verwendet, bei denen die Ausgangssignale mittels der planpa rallelen Platte oder des optischen Strahlteilers am Ausgang des Interferometer oder mittels der aus dem Richtkoppler am ausgangsseitigen Ende des Interferometers austretenden und V-förmig auseinander laufenden Wellenleitern gebildet werden, wird in vorteilhafter Weise aus der Intensität des zweiten Ausgangssignals unter Berücksichtigung der Einstellung des Phasenstellers die Intensität des ersten Ausgangssignals und aus den beiden Intensitäten die Intensität des Eingangssignals ermittelt und aus der Intensität des letzteren und der aus der gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignals die genannte entsprechende Intensität des zweiten Ausgangssignals ermittelt, oder das Verhältnis der gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignal zur Intensität des Eingangssignals bestimmt und daraus das Steuersignal für die Einstellung des Phasenstellers ermittelt.

Wird die Anordnung von erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedern verwendet, bei der mindestens zwei identische Dämpfungsglieder jedoch nur ein Regelungsprozessor vorhanden sind, wird in vor teilhafter Weise mittels des mit allen Detektoren und allen Phasenstellern verbundenen Regelprozessors aus allen ermittel ten Intensitäten der ersten Ausgangssignale eine gewünschte Intensität ermittelt, auf die dann - u. U. abgesehen von durch die Wellenabhängigkeit des Verstärkers verursachte Unterschiede - alle Intensitäten der ersten Ausgangssignale gebracht werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dämpfungsglieds und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen offenbart.

Die Zeichnung

Im folgenden wird die Erfindung anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine mikrooptische Ausführung des erfindungsgemäßen Dämpfungsglieds,

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine integriert optische Ausführung des erfindungsgemäßen Dämpfungsglieds,

Fig. 3 in schematischer Darstellung eine weitere integriert optische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungsglieds und

Fig. 4 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus einer Anordnung, die erfindungsgemäße Dämpfungsglieder einschließt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die im folgenden beschriebenen Ausführungsformen der erfin dungsgemäßen Dämpfungsglieder und Verfahren sind zwar besonders vorteilhaft, es sei aber klargestellt, daß sie nur beispielhaft genannt sind und daß mannigfaltige Abweichungen von ihnen im Rahmen der Ansprüche möglich sind.

In der Fig. 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Dämpfungs glied 1 gezeigt, das ein Mach-Zehnder-Interferometer 2 einschließt, welches in Freistrahltechnik aufgebaut ist. Zum Interferometer gehören zwei planparallele Platten 3 und 6 (generell kann statt einer planparallelen Platte auch jeweils ein Strahlteiler verwendet werden), zwei Spiegel 4 und 5 und ein Phasensteller 7. Die Mittelpunkte der Platten und der Spiegelebenen bilden ein Rechteck. Die Ebenen der Spiegel 4 und 5 und der Platte 6 sind parallel zur Ebene der Platte 3 ausgerichtet. Durch den Phasensteller verläuft die Verbindungs linie zwischen den Mitten der Ebene des Spiegels 4 und der Platte 6. In der Fortsetzung der Verbindungslinie zwischen der Ebene des Spiegels 5 und der Platte 6 über die Platte 6 hinaus liegt der Detektor 8 mit seinem der Platte 6 zugewandten Eingang. Ein - nicht gezeigter - Regelungsprozessor ist mit dem Ausgang des Detektors und dem Phasensteller verbunden (Dies gilt entsprechend für die weiter unten besprochenen Dämpfungs glieder).

Um ein ankommendes Eingangssignal 9 zu dämpfen, läßt man es in einem Winkel von etwa 45° auf die Platte 3 fallen, an der es in Teilsignale 10 und 11 gespalten wird, wobei das Teilsignal 10 an der Platte 3 reflektiert und das Teilsignal 11 durch sie hindurchgeht. Das Teilsignal 10 wird am Spiegel 4 reflektiert, passiert den Phasensteller 7 und trifft auf die Platte 6. Das Teilsignal 11 wird am Spiegel 5 reflektiert und vereinigt sich in der Platte 6 mit dem Teilsignal 10. Aus der Platte 6 treten Ausgangssignale 12 und 13 aus, wobei das erste Ausgangssignal 12 in dieselbe Richtung wie das Teilsignal 10 und das zweite Ausgangssignal 13 in dieselbe Richtung wie das Teilsignal 11 läuft. Das Ausgangssignal 13 trifft auf den Eingang des Detek tors 8. Beim Ausgangssignal 12 handelt es sich um das gedämpfte Signal. Die Summe der Intensitäten (I₁₃) und (I₁₂) des Ausgangssignals 13 bzw. des gedämpften Signals ist gleich der Intensität (I₉) des Eingangsignals 9:

I₁₃ + I₁₂ = I₉ (1)

Außerdem steht I₁₂ zu I₉ im Verhältnis

I₁₂ = α . I₉ (2)

wobei α von der Einstellung des Phasenstellers abhängig ist.

Aus (1) und (2) folgt:

Wie α von der Einstellung des Phasenstellers abhängt, ist be kannt bzw. läßt sich durch einfache Versuche ermitteln. Eben falls ist bekannt bzw. läßt sich durch einfache Versuche ermit teln, wie ein elektronisches Steuersignal des Regelungsprozes sors die Einstellung des Phasenstellers verändert, d. h. der Interferometergang in Abhängigkeit vom Steuersignal S_g ist bekannt (α = α(S_g)). Aufgrund der oben aufgezeigten Zusammen hänge läßt sich I₁₂ wie folgt auf den gewünschten Pegel einstellen:

Der Detektor erzeugt ein I₁₃ proportionales Detektorsignal, aus dem der Regelungsprozessor den Wert von I₁₃ bestimmt. Daraus rechnet der Regelungsprozessor unter Berücksichtigung der Ein stellung des Phasenstellers I₁₂ und aus den Intensitäten beider Ausgangssignale I₉. Aus I₉ und der gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignals wird die der gewünschten Intensität entsprechende Intensität des zweiten Ausgangssignals berechnet und schließlich wird die Einstellung des Phasenstellers mittels Steuersignalen solange verändert, bis die auf dem Detektor treffende Intensität gleich der genannten entsprechenden ist. Alternativ kann man auch so vorgehen, daß man aus I₉ und dem gewünschten Intensitätswert I_12g des ersten Ausgangssignal den für I_12g geltenden α-Wert berechnet, aus dem man dann das Steuersignal ermittelt, mit welchem die Phasenstellereinstel lung bewirkt wird, bei der I₁₂ = I_12g ist.

In der Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Dämpfungsglied 21 in integriert optischer Ausführung gezeigt. Das Interferometer weist einen Y-Verzweiger 23 und einen Y-Wellenleiter 24 auf, deren Standbeine 25 und 26 voneinander abgewandt und deren V-Bereiche einander zugewandt sind. Die Lücken zwischen den V-Bereichen sind durch zueinander parallele Wellenleiterstücke 27 und 28 überbrückt, so daß die V-Bereiche und die zueinander parallelen Wellenleiterstücke ein Sechseck bilden. Das paral lele Wellenleiterstück 27 ist durch den Phasensteller 37 geführt. Der Abstand zwischen den Wellenleiterstücken ist so groß, daß Wellen, die in ihnen geleitet werden, nicht in Wechselwirkung treten können. Der Wellenleiter 26 bildet außer dem das Standbein eines weiteren, jedoch asymmetrischen Y-Verzweigers 29, dessen V-Bereich von dem des Y-Wellenleiters 24 abgewandt ist. Den einen Schenkel des V bildet der Wellen leiter 30, der zum Eingang eines Detektors 38 führt, den ande ren der Wellenleiter 31, der das gedämpfte Signal leiten soll.

Bei den integriert optischen Ausführungsformen des erfindungs gemäßen Dämpfungsglieds werden die Signale in Wellenleitern geführt, welche aus sehr unterschiedlichen Materialien bestehen können. Bevorzugt bestehen Wellenleiter aus Materialien für die integrierte Optik aus der Gruppe Siliciumoxinitrid, Polymer, ionendiffundiertes Material und InGaAsP-Materialien. Die Wellenleiter sind mit Materialien umhüllt, welche einen gerin geren Brechungsindex haben als das Material der Wellenleiter. Als Umhüllungsmaterial für Siliciumoxinitrid eignet sich beispielsweise Siliciumdioxid, insbesondere dann, wenn eine Siliciumscheibe als Substrat verwendet wird, aus der das Sili ciumdioxid mindestens teilweise durch thermische Oxidation erzeugt werden kann. Ein Polymer, das sich durch einen geringeren Brechungsindex unterscheidet, kann zum Umhüllen der Wellenleiter aus Polymer verwendet werden. InGaAsP-Materialien, die mittels Dampfabscheidung aus der Gasphase selektiv auf ein Substrat aufgebracht werden können, kann man beipielsweise mit InP umgeben. Bei allen genannten Beispielen eignet sich als Unterlage eine Siliciumscheibe oder auch eine Scheibe aus InP- Material. Bei einem ionendiffundierten Material kann es sich beispielsweise um dotiertes Quarz oder dotiertes Lithiumniobat handeln, in die Ionen, beispielsweise Ag⁺ bzw. Ti⁴⁺, mittels Diffusion selektiv eingebracht worden sind. Damit das ionen diffundierte Material von allen Seiten mit - beispielsweise - Quarz mit geringerem Brechungsindex umgeben ist, werden in ei nem zweiten Diffusionsschritt unter Anlegung eines elektrischen Feldes die eindiffundierten Ionen tiefer in das Quarz hineinge trieben. Alternativ lassen sich die Ionen mittels Ionenimplan tation direkt auf die gewünschte Tiefe bringen. Das Quarz kann auch als Substratmaterial dienen, aber auch eine Siliciumschei be, auf der Quarz gut haftet, ist - ebenso wie für das Niobat - brauchbar. Bei der Herstellung der Wellenleiter lassen sich aus der Halbleitertechnik wohlbekannte und gut beherrschte Techniken, wie Photolithographie, Ätzen, Diffundieren, Ionenim plantation und Abscheiden aus der Gasphase, insbesondere dann vorteilhaft einsetzen, wenn ein hoher Mikrominiaturisierungs grad und/oder eine hohe Integrationsdichte angestrebt wird. Die integriert optischen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Dämpfungsglieder haben den zusätzlichen Vorteil, daß nicht nur das Dämpfungsglied einschließlich des Detektors, beispielsweise in Form einer pin-Diode, und des Regelprozessors, sondern bei bevorzugten Anwendungen auch eine Vielzahl von Dämpfungsglie dern in einer Anordnung integriert sein können.

Ein Signal, das mittels des in der Fig. 2. gezeigten Dämpfungs glieds gedämpft werden soll, wird über den Wellenleiter 25 eingeführt und am Y-Verzweiger 23 geteilt. Die beiden Teilsig nale vereinigen sich wieder im Y-Wellenleiter 24, nachdem das eine von ihnen den Phasensteller 37 durchlaufen hat. Das verei nigte Signal wird durch den Wellenleiter 26 weitergeleitet und im asymmetrischen Y-Verzweiger 29 erneut geteilt. Das erste Ausgangssignal mit der größeren Intensität, welches das gedäm pfte Signal darstellt, wird durch den Wellenleiter 31 geleitet, das zweite Ausgangssignal mit der geringeren Intensität durch den Wellenleiter 30 zum Detektor. Die Einstellung des Intensi tätsverhältnisses ist dem Fachmann geläufig und läßt sich sehr genau durchführen. Das Intensitätsverhältnis liegt bevorzugt bei < 5 : 95 und besonders bevorzugt bei etwa 1 : 99. Um eine gewünschte Intensität des gedämpften Signals einzustellen, wird das intensitätsabhängige Detektorsignal zum Regelungsprozessor geleitet, in dem die Intensität des zweiten Ausgangssignals bestimmt wird. Über das festgelegte Verhältnis, in dem die Intensitäten des ersten und des zweiten Ausgangssignals zueinander stehen, wird aus der gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignals die ihr entsprechende Intensität des zweiten Ausgangssignal berechnet. Dann wird der Phasensteller solange verändert bis die auf den Detektor treffende Intensität gleich der genannten entsprechenden ist. Alternativ kann über das festgelegte Verhältnis, in dem die Intensitäten des ersten und des zweiten Ausgangssignals zueinander stehen, zusätzlich die Intensität des ersten Ausgangssignals ermittelt werden. Dann wird der Unterschied zwischen gewünschter und tatsäch licher Intensität bestimmt und aus der Differenz ein Steuer signal zur Einstellung des Phasenstellers ermittelt, das die Phasenlage des durch ihn hindurchgeführten Teilsignals soweit ändert, daß aufgrund konstruktiver bzw. destruktiver Interfe renz am Y-Wellenleiter 24 das gedämpfte Signal im Wellenleiter 31 die gewünschte Intensität aufweist. Die zwischen der Intensitätsdifferenz und dem Steuersignal bestehende Beziehung ist von der Art des Phasenstellers abhängig.

In der Fig. 3 ist in integriert optischer Ausführung ein weite res erfindungsgemäßes Dämpfungsglied 41 gezeigt. Es weist - wie das in Fig. 2 gezeigte - den Y-Wellenleiter 23, den Wellenlei ter 25, die Wellenleiterstücke 27 und 28 und den Phasensteller 37 auf. Jedoch werden die beiden vom V-Bereich des Y-Wellenlei ters 23 ausgehenden Wellenleiter nach den Wellenleiterstücken 27 und 28 nicht wieder zusammengeführt, sondern gehen in einen Richtkoppler 32 von festgelegter Länge über, in der die beiden Wellenleiter in einem geringen Abstand von bevorzugt etwa 2 bis 4 µm voneinander und parallel zueinander verlaufen, bevor sie - einen spitzen Winkel einschließend - wieder auseinanderlaufen, wobei der eine zum Eingang des Detektors 38 führt und der ande re das gedämpfte Signal leitet. Um störendes Streulicht zu absorbieren, ist es vorteilhaft, zwischen den vom V-Bereich des Y-Wellenleiters ausgehenden und zwischen den nach dem Richtkop pler auseinander laufenden Wellenleitern Lichtfallen 36 vorzusehen.

Ein Signal, das mittels des in der Fig. 3 gezeigten Dämpfungs glieds 41 gedämpft werden soll, wird über den Wellenleiter 25 eingeführt und am Y-Wellenleiter 23 geteilt. Nachdem das eine Teilsignal den Phasensteller durchlaufen hat, werden die beiden Teilsignale durch den Richtkoppler 32 geführt. Im Richtkoppler treten die beiden Teilsignale miteinander in Wechselwirkung mit der Folge, daß die Intensität des einen Teilsignals allmählich vollständig in das andere Signal übergeht und, wenn der Richtkoppler ausreichend lang ist, wiederholt sich der Vorgang in umgekehrter Richtung. Die Erzeugung eines gedämpften Signals gewünschter Intensität erfolgt wie im Zusammenhang mit der in der Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform.

Die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen lassen sich auch in mikrooptischer Glasfasertechnik aufbauen.

Eine der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform im Prinzip vergleichbare Anordnung, bei der das Interferometer in dersel ben Weise aufgebaut ist, wie es die Fig. 1 zeigt, läßt sich auch in mikrooptischer Freistrahl- oder Glasfasertechnik ver wirklichen. Der auf den Detektor treffende Teilstrahl wird jedoch nicht an der planparallelen Platte abgezweigt, vielmehr geht die vom Spiegel 4 ausgehende, durch den Phasensteller und die planparallele Platte 6 hindurchgehende Gerade auch durch einen teildurchlässigen Spiegel, dessem Spiegelebene etwa parallel zur planparallelen Platte 6 ausgerichtet ist. Der Eingang des Detektors liegt in der Reflexionsrichtung des Spiegels.

Der Detektor 8 bzw. 38 kann ein beliebiger Detektor für Licht strahlen sein. Bevorzugt wird entsprechend dem Leistungsbudget und dem benötigten Signal-/Rauschverhältnis des Netzwerks eine Photodiode eingesetzt, besonders bevorzugt vom pin- oder Avalanche-Typ, die bei integriert optischem Aufbau zusammen mit dem Dämpfungsglied in einer Anordnung integriert sein kann.

Die Phasenänderung im Phasensteller erfolgt über den Brechungsindex. Dieser kann thermooptisch, beispielsweise mittels einer Heizung, akustooptisch, beispielsweise mittels eines akustooptischen Modulators, oder elektrooptisch, beispielsweise durch das Anlegen bzw. Verändern eines elektrischen Feldes beeinflußt werden.

Anhand der in der Fig. 4 gezeigten Anordnung soll im folgenden eine typische Anwendung der Erfindung, nämlich die gleichmäßige Verstärkung von Signalen unterschiedlicher Wellenlänge und/oder unterschiedlicher Eingangsintensität erläutert werden.

Die in der Fig. 4 gezeigte Anordnung weist eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedern 51 auf, wobei alle Däm pfungsglieder von der gleichen Ausführungsform sind. Im vorlie genden Fall soll es sich um Dämpfungsglieder handeln, wie sie oben anhand der Fig. 2 beschrieben worden sind. Zu jedem Inter ferometer 52 führt ein Wellenleiter 53, der im Interferometer in zwei Arme aufgeteilt wird, die - nachdem der eine Arm den Phasensteller 60 durchlaufen hat - wieder zum Wellenleiter 54 vereinigt werden, welcher dann im asymmetrischen Y-Wellenlei ter 55 in die Teilwellenleiter 56 und 57 aufgespalten wird. Der Teilwellenleiter 56 mündet wie die Teilwellenleiter 56 aller anderen Dämpfungsglieder 51 in einen Sammelwellenleiter 71 und der Teilwellenleiter 57 wird - wiederum wie die Teilwellenlei ter aller anderen Dämpfungsglieder 51 - zum Eingang eines Detektors 68 geführt. Die Ausgänge aller Detektoren sind mit je einer Leitung mit einem Regelungsprozessor 70 verbunden, der mit je einer Leitung Verbindung mit allen Phasenstellern 60 hat. Die Anordnung kann beispielsweise Teil einer Telefonver mittlungsanlage sein. Das o. g. dem in der Fig. 2 gezeigten ver gleichbare Dämpfungsglied, bei dem die Teilsignale an einem teildurchlässigen Spiegel erzeugt werden, läßt sich in prinzi piell identischer Weise bei der beschriebenen Anordnung einsetzen.

Bei der typischen Anwendung der in der Fig. 4 schematisch gezeigten Anordnung kommen an einer größeren Anzahl der Wellen leiter 53 Signale mit Telefongesprächen an. Die Signale sollen gemeinsam verstärkt werden. Da jedoch die Wellenlängen und/oder zurückgelegten Wegstrecken unterschiedlich sind, sind auch die Intensitäten der ankommenden Signale unterschiedlich. Vor der Verstärkung müssen die Intensitäten auf denselben Pegel gebracht werden. Dazu dient die in der Fig. 4 gezeigte Anord nung. Nachdem die Signale die Interferometer passiert und am asymmetrischen Y-Wellenleiter 55 in der Weise im Verhältnis 1 : 99 geteilt worden sind, daß die Signale mit der geringeren Intensität in den Teilwellenleitern 57 zu den Detektoren 60 und die Signale mit der größeren Intensität in den Sammelwellenlei ter 71 geleitet werden, sind die Intensitäten aller gedämpften Signale - bis auf den optischen Frequenzgang der Verteiler - auf die Intensität des Signals mit der geringsten Intensität eingestellt. Die Einstellung erfolgt wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. 2 beschrieben mit dem Unter schied, daß nicht auf eine gewünschte Intensität eingestellt wird, sondern auf die geringste vorkommende. Diese muß vom Regelungsprozessor erst aus den Ausgangssignalen der Detektoren ermittelt werden, bevor die Unterschiede zwischen den tatsäch lichen und der einzustellenden Intensitäten ermittelt und daraus für jeden Phasensteller ein individuelles Regelungs signal erzeugt wird. Das Ergebnis sind gedämpfte Signale mit derselben Intensität in allen Wellenleitern 57, die gemeinsam verstärkt werden können. Die beschriebene Regelung erfolgt on line, was erforderlich ist, weil sich die Intensität der ankommenden Signale in jedem Augenblick ändern kann.

Die Dämpfungsglieder der in der Fig. 4 gezeigten Anordnung können auch wie die oben anhand der Fig. 1 und 3 beschriebenen aufgebaut sein. Die Einstellung von allen gedämpften Signalen auf die geringste Intensität erfolgt wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 beschrieben allerdings auch mit dem Unterschied, daß nicht auf eine gewünschte Intensität eingestellt wird, sondern auf die geringste vorkommende.

Claims

1. Optisches Dämpfungsglied, welches ein Mach-Zehnder-Interfe rometer mit einem Phasensteller in mindestens einem der Inter ferometerarme und Mittel beinhaltet, um nach der Interferenz des im Interferometer geführten Lichts zwei Ausgangssignale zu erzeugen, deren Intensitäten in einer definierten Beziehung zueinander stehen, und von denen das erste auf eine gewünschte Intensität gebracht werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Strahlungsintensität ansprechender Detektor, auf den das zweite Teilsignal trifft, und ein mit dem Ausgang des Detektors und dem mindestens einen Phasensteller elektrisch verbundener Regelungsprozessor zur Berechnung eines Steuersig nals für den Phasensteller unter Berücksichtigung das intensi tätsabhängigen Detektorsignals, der genannten definierten Beziehung, der gewünschten Intensität des ersten Ausgangs signals und der Abhängigkeit des Interferometergangs vom Steuersigna, und zur Erzeugung und Übermittlung des Steuersignals vorhanden sind.

2. Dämpfungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mikrooptisch, bevorzugt in Freistrahl- oder Fasertechnik, oder integriert optisch aufgebaut ist.

3. Dämpfungsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem in Freistrahltechnik ausgeführten Dämpfungsglied als Mittel zum Erzeugen der Ausgangssignale eine planparallele Platte oder ein optischer Strahlteiler am Ausgang des Interferometers dient.

4. Dämpfungsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem in Freistrahltechnik ausgeführten Dämpfungsglied als Mittel zum Erzeugen der Ausgangssignale ein teildurchlässiger Spiegel oder ein optischer Strahlteiler im Strahlengang des einen in der planparallelen Platte oder im optischen Strahlteiler erzeugten Signals dient.

5. Dämpfungsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem in Fasertechnik oder integriert optisch ausgeführten Dämpfungsglied das ausgangsseitige Ende des Interferometers von einem Y-Wellenleiter gebildet wird und daß als Mittel zum Erzeugen der Ausgangssignale ein asymmetrischer Y-Verzweiger zum Strahlteilen dient, wobei der Y-Wellenleiter und der Y- Verzweiger das Standbein des Y gemeinsam haben.

6. Dämpfungsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem in Fasertechnik oder integriert optisch ausgeführten Dämpfungsglied das ausgangsseitige Erde des Interferometers von zwei aufeinander zulaufenden Wellenleitern und einem Richtkopp ler gebildet wird, in welchen die Wellenleiter einmünden, und daß die Mittel zum Erzeugen der Ausgangssignale von den aus dem Richtkoppler austretenden, V-förmig auseinander laufenden Wellenleitern gebildet werden.

7. Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 2, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der integriert optischen Ausführungs form die Wellenleiter aus einem Material aus der Gruppe Siliciumnitrid, Polymer, ionendotiertes Quarz oder Lithiumnio bat, InGaAsP und andere wellenleitende Materialien bestehen.

8. Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 2 und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei integriert optischem Aufbau zwischen - in Strahlrichting - auseinander laufenden Wellenleitern Lichtfallen vorgesehen sind.

9. Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 4, 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitätsverhältnis der am asymmetrischen Y-Teiler oder am teildurchlässigen Spiegel erzeugten Ausgangssignale < 5 : 95 ist, wobei das Teilsignal mit der geringeren Intensität auf den Detektor trifft.

10. Dämpfungsglied nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitätsverhältnis etwa 1 : 99 ist.

11. Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Phase im mindestens einen Phasensteller thermooptisch, akustooptisch oder elektrooptisch erfolgt.

12. Dämpfungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine Photodiode, besonders bevorzugt vom pin- oder Avalanche-Typ, ist.

13. Anordnung von Dämpfungsgliedern nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß von solchen Dämpfungsglie dern mindestens zwei identische vorhanden sind, jedoch nur ein Regelungsprozessor für die mindestens zwei Dämpfungsglieder vorgesehen ist, der mit allen Detektorausgängen und allen Phasenstellern elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Regelungsprozessor die Funktionen zur individuellen Steuerung jedes der vorhandenen Dämpfungsglieder und zusätzlich eine Funktion zur Ermittlung der gewünschten Intensität unter Berücksichtigung aller bestimmten Intensitäten der zweiten Ausgangssignale aufweist.

14. Verfahren zum Dämpfen der Intensität optischer Signale unter Verwendung insbesondere eines Dämpfungsglieds nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder einer Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Signal auf den Eingang eines Mach-Zehnder-Interferometers gerichtet wird und zwei Ausgangssignale erzeugt werden, von denen das erste auf einen gewünschten Intensitätspegel gedämpft werden soll und das zweite auf einen Detektor trifft, daß mit einem Regelungspro zessor die der gewünschten Intensität entsprechende Intensität des zweiten Ausgangssignals bestimmt und mit der vom Regelungs prozessor aus dem der Intensität proportionalen Detektorsignal bestimmten Intensität des zweiten Ausgangssignals verglichen wird und dann die Einstellung des Phasenstellers solange verän dert wird, bis die auf den Detektor treffende Intensität mit der genannten entsprechenden Intensität übereinstimmt oder alternativ aus der ermittelten Intensität des zweiten Ausgangs signals die zugehörige Intensität des ersten Ausgangssignals berechnet und mittels dieser und der gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignals ein Steuersignal für den Phasenstel ler unter Berücksichtigung der Abhängigkeit des Interferometer gangs vom Steuersignal ermittelt wird, mit dem die Intensität des ersten Ausgangssignal auf den gewünschten Pegel gebracht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, insbesondere unter Verwendung eines Dämpfungsglieds nach einem der Ansprüche 4, 5 und 7 bis 12 oder einer Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß über das festgelegte Verhältnis, in dem die Intensi täten des ersten und des zweiten Ausgangssignals zueinander stehen, aus der gewünschten die genannte entsprechende Intensität ermittelt oder bei der Alternative die Intensität des ersten Ausgangssignals über das festgelegte Verhältnis, in dem die Intensitäten des ersten und des zweiten Ausgangssig nals zueinander stehen, berechnet und der Unterschied zwischen der berechneten und der gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignals bestimmt und aufgrund des Unterschieds das Steuersignal für den Phasensteller erzeugt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, insbesondere unter Verwendung eines Dämpfungsglieds nach einem der Ansprüche 3, 6 bis 8, 11 und 12 oder einer Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß aus der Intensität des zweiten Ausgangssignals unter Berücksichtigung der Einstellung des Phasenstellers die Intensität des ersten Ausgangssignals und aus den beiden Intensitäten die Intensität des Eingangssignals ermittelt und aus der Intensität des letzteren und der gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignals die genannte entsprechen de Intensität des zweiten Ausgangssignals ermittelt, oder das Verhältnis der gewünschten Intensität des ersten Ausgangssignal zur Intensität des Eingangssignals bestimmt und daraus das Steuersignal für die Einstellung des Phasenstellers ermittelt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16 unter Verwen dung einer Anordnung insbesondere nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines mit allen Detektoren und allen Phasenstellern verbundenen Regelprozessors aus allen ermittelten Intensitäten der ersten Ausgangssignale eine gewünschte Intensität ermittelt wird, auf die dann alle Intensitäten der ersten Ausgangssignale gebracht werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Intensität gleich der geringsten unter den ermittelten Intensitäten der ersten Ausgangssignale ist.