DE60110901T2

DE60110901T2 - Faserkoppler, system und zugehörige verfahren zur reduktion von rückreflektionen

Info

Publication number: DE60110901T2
Application number: DE60110901T
Authority: DE
Inventors: D. Alan KATHMAN; S. Charles KOEHLER; H. William WELCH; G. Eric JOHNSON; D. Robert TEKOLSTE
Original assignee: Tessera North America Inc
Current assignee: DigitalOptics Corp East
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: EP1264204A2; US6496621B1; CA2403682A1; CA2403682C; US7343069B2; WO2002005004A3; US7221823B2; AU2001273328A1; US7529446B2; WO2002005004A2; US20030072526A1; US7769258B2; US20090226134A1; US20080159695A1; EP1264204B1; DE60110901D1; US20070223094A1; ATE295970T1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Koppler zum Koppeln von Licht in eine Faser bei gleichzeitigem Minimieren der durch Reflexion entlang dem Transmissionssystem erfolgenden Rückkopplung zur Lichtquelle.
Beschreibung des Standes der Technik
Mit der zunehmenden Verwendung von Verbindungen ohne physischen Kontakt zwischen Lichtquellen und Fasern steigt der Bedarf an einer wirksamen Isolierung, um zu verhindern, daß an der Faserschnittstelle reflektiertes Licht zur Lichtquelle zurückgeleitet wird. Eine Rückkopplung zur Lichtquelle kann zu einer Spektralaufweitung, Lichtquelleninstabilität und Rauschen mit relativer Intensität führen, welche die Monochromität der Lichtquelle beeinflussen. Mit dem Anstieg der Datenraten werden die Systeme für Rauschen mit relativer Intensität zunehmend empfindlicher und erfordern geringe Bitfehlerraten. Herkömmliche optische Isolatoren, die Polarisationseffekte verwenden, um Reflexionen zu dämpfen, sind sehr kostspielig, wodurch der nicht physische Kontakt in der Praxis ungeeignet wird. Die Wichtigkeit des Vermeidens von Rückkopplungen nimmt weiter zu, wenn kostengünstigere Lichtquellen verwendet werden sollen, beispielsweise vertikale Resonator-Flächen-Laserdioden oder -LED. Eine Lösung, welche die Verwendung eines optischen Isolators vermeidet, ist ein Modenmischer, der von der Lichtquelle kommende Energie in zahlreiche Modi teilt. Eine Konfiguration, die einen Modenmischer verwendet, weist eine monomodale Anschlußfaser auf, die Licht von der Lichtquelle an dem Modenmischer liefert, der sodann das Licht über einen Luftspalt-Konnektor an ein Übertragungskabel liefert. Da jede reflektierte Energie noch immer durch die zahlreichen Modi geteilt wird, ist jede Energie in dem Modus, der wirksam in die Anschlußfaser gekoppelt werden kann, nur ein kleiner Bruchteil der gesamten reflektierten Energie, wodurch die Rückführverluste verringert werden. Die Lösung sieht jedoch das Ausrichten einer anderen Faser, welche die Faser mit dem Modenmischer physisch berührt, und das Plazieren der Lichtquelle an der Faser vor. Diese Anschlußfaser ist kostspielig. Es besteht somit weiterhin ein Bedarf an einer tatsächlichen Verbindung ohne physischen Kontakt zwischen einer Lichtquelle und einem Übertragungssystem, die keinen Isolator erfordert.
In EP 0 595 449 ist ein Halbleiterlasermodul offenbart, bei dem eine transparenter Glasblock Licht von einer Lichtquelle in eine optische Faser koppelt und Licht derart zurückleitet, daß das zurückkehrende Licht nicht wesentlich mit einem Ausgang der Lichtquelle überlappt.
Überblick über die Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft daher einen Koppler zwischen einer Lichtquelle und einem Übertragungssystem, der im wesentlichen eines oder mehrere der durch die Beschränkungen und Nachteile des Standes der Technik verursachten Probleme überwindet.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung können durch eine Vorrichtung gelöst werden, welche von einer Lichtquelle kommendes Licht an einer Eingangsebene in eine optische Faser koppelt, mit einem optischen Element, das von der Lichtquelle kommendes Licht in die optische Faser koppelt und die Vorrichtung durchlaufendes Licht zum Rückkoppeln in Richtung der Eingangsebene derart zurückleitet, daß sich das zurückkehrende Licht im wesentlichen nicht mit einem Ausgang der Lichtquelle in der Eingangsebene überlappt.
Das optische Element ist ein Modusangleichungselement, bei dem von der Lichtquelle her empfangenes Licht in einer gewünschten Winkelverteilung verteilt ist, die entlang der Faser über mehr als die Fokaltiefe des optischen Elements im wesentlichen beibehalten ist. Das Modusangleichungselement kann ein Beugungselement sein. Das Modusangleichungselement kann ein Brechungselement sein. Das optische Element kann eine erste und eine zweite Fläche aufweisen, wobei das Modusangleichungselement auf der von der Lichtquelle weiter entfernten zweiten Fläche angeordnet ist. Die Vorrichtung kann ferner ein Winkelverteilungsveränderungselement auf der ersten Fläche aufweisen. Das Winkelverteilungsveränderungselement kann en Ringmuster auf der zweiten Fläche bilden.
Das Winkelverteilungsveränderungselement kann eine Beugungsfläche mit radialsymmetrischer Linsenfunktion und einer negativen Axiconfunktion sein. Die optische Faser kann eine multimodale Gradientenfaser sein und das optische Element koppelt Licht in höhere Modi der multimodalen Gradientenfaser, um Verzögerungen durch unterschiedliche Modi zu verringern. Das optische Element kann eine Beugungsfläche mit radialsymmetrischer Linsenfunktion und negativer Axiconfunktion sein. Das optische Element kann einen Punkt von der Eingangsebene in mehr als einen Punkt auf der optischen Faser abbilden. Das optische Element koppelt Licht in die optische Faser, indem es von der Lichtquelle kommendes Licht von der Mitte der optischen Faser weg leitet.
Die genannten und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung können durch das Schaffen einer Vorrichtung zum Koppeln von Licht in eine optische Faser gelöst werden, die eine Lichtquelle an einer Eingangsebene und ein optisches Element aufweist, das Licht von der Lichtquelle in die optische Faser koppelt und das optische System durchlaufendes Licht zur Eingangsebene zurückleitet, so daß das zurückkehrende Licht sich in der Eingangsebene im wesentlichen nicht mit einem Ausgang der Lichtquelle überlappt.
Die Vorrichtung kann eine Leistungsüberwachungseinrichtung für die Lichtquelle aufweisen. Die Leistungsüberwachungseinrichtung kann von aus der Vorderseite der Lichtquelle ausgegebenes Licht überwachen. Das System kann ein Ablenkelement aufweisen, das einen Teil des von der Vorderseite der Lichtquelle an die Leistungsüberwachungseinrichtung ausgegebenen Lichts ablenkt.
Die genannten und andere Aufgaben der Erfindung können ferner gelöst werden, indem ein reziprokes optisches Element vorgesehen wird, das von einer Lichtquelle kommendes Licht in einer Eingangsebene in eine Faser koppelt und das Koppeln von zur Lichtquelle zurück reflektiertem Licht reduziert. Das reziproke optische Element kann ein einzelnes optisches Element sein. Das einzelne optische Element kann mindestens zwei Flächen aufweisen. Das reziproke optische Element kann ein Axicon sein. Das reziproke optische Element kann ein Modusangleichungselement sein. Das reziproke optische Element kann einen Punkt von der Eingangsebene in mehr als einen Punkt auf der optischen Faser abbilden. Eine Veränderung der Phase des das reziproke optische Element zur Lichtquelle zurück durchlaufenden Lichts kann verhindern, daß Licht einen Ausgang der Lichtquelle in der Eingangsebene im wesentlichen überlappt.
Zwar wird die vorliegende Erfindung hier unter Bezugnahme auf illustrative Ausführungsbeispiele für bestimmte Anwendungen beschrieben, jedoch sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Der Fachmann auf diesem Gebiet, der Kenntnis von der vorliegenden Lehre hat, erkennt zusätzliche Modifizierungen, Anwendungen und Ausführungsbeispiele, die in den Rahmen der Erfindung fallen sowie weitere Gebiete, in denen die Erfindung ohne übermäßige Experimente von erheblichem Nutzen ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die genannten und andere Aufgaben, Aspekte und Vorteile werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:
1 zeigt die Integration des erfindungsgemäßen Kopplers mit einer Lichtquelle, einer Faser und einer Lichtquellenüberwachungseinrichtung;
2A–2C zeigen ein Beugungselement und einhergehende Charakteristiken eines Spiralgenerator zur Verwendung als Koppler nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kopplers; und
4 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kopplers.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Lichtquelle 10, in diesem Fall eine VCSEL, einen Koppler 12 und eine multimodale Faser 14, die mit einer Leistungsüberwachungseinrichtung 16 und einer reflektierenden Fläche 18 zum Richten des Lichts in die Faser 14 integriert sind. Insbesondere sind die Lichtquelle 10 und die Leistungsüberwachungseinrichtung 16 auf einem Substrat 20 angeordnet. Ein anderes Substrat 22 weist den Koppler 12 vorzugsweise auf der von der Lichtquelle entferntesten Seite, um ein Aufweiten des Strahls zu ermöglichen, und ein teilendes Beugungselement 24 auf, welches einen Teil des von der zu überwachenden Lichtquelle 10 kommenden Lichts abteilt. Die Substrate 20, 22 sind vorzugsweise mit Abstandsblöcken 26 versehen, welche die gewünschte Trennung der Substrate 20, 22 bewirken. Der Koppler 12 kann ebenfalls in einem gemeinsamen Gehäuse mit der Faser 14 vorgesehen sein.
Das von dem Beugungselement 24 abgeteilte Licht wird der Leistungsüberwachungseinrichtung 16 zugeleitet, um den Betrieb der Lichtquelle 10 zu überwachen. Das Leiten des Lichts zur Leistungsüberwachungseinrichtung 16 kann erreicht werden, indem in geeigneter Weise positionierte reflektierende Bereiche 28 vorgesehen werden. Die Häufigkeit, mit der das zu überwachende Licht das Substrat 22 durchquert, ist eine von der Ausbildung abhängige Wahl, die vom anfänglichen Beugungswinkel und der gewünschten Positionierung der Leistungsüberwachungseinrichtung 16 abhängt. Das nicht von dem Beugungselement 24 abgeteilte Licht läuft zum Koppler 12 weiter. Eine reflektierende Fläche 18, beispielsweise eine polierte Winkelfläche eines anderen Substrats, ist zum Leiten des Lichts vom Koppler 12 in die multimodale Faser 14 vorgesehen. Vorzugsweise sind sämtliche optischen Elemente lithographisch hergestellt und sämtliche Elemente sind auf einer Waferebene integriert.
Erfindungsgemäß ist der Koppler 2 ein Beugungselement, das die Phase und die Intensitätsverteilung des Strahls angleicht. Das Angleichen der Phasen erzeugt eine spiralige Ausbreitung des Strahls durch die Faser. Diese spiralige oder Strudel-Ausbreitung behält das in die Faser eingegebene Intensitätsprofil entlang der Faser bei. Da sich der Strahl korkenzieherartig bewegt, ist die Menge an Licht, welche die Mitte der Faser kreuzt, erheblich verringert. Idealerweise ist die Lichtmenge in der Mitte null, jedoch liegt die Größenordnung der Lichtmenge in der Praxis bei 10% oder weniger. Wenn hingegen nur die Intensitätsverteilung geregelt wird, wie bei den ersten beiden Ausführungsformen der nicht europäischen Stammanmeldung, kann das eingegebene Intensitätsprofil das gewünschte Profil sein, verschlechtert sich jedoch schnell während das Licht die Faser durchläuft. Anders ausgedrückt: während die anderen Ausbildungen ein Eingangsprofil schaffen können, das auf der Achse im wesentlichen Null ist, wird dieses Profil nur über die Fokaltiefe des Kopplers beibehalten. Wenn auch die Phase angeglichen wird, wird dieses Profil im wesentlichen über die Fokaltiefe einer Linse beibehalten, welche die gleiche numerische Apertur aufweist wie der in die Faser einzuleitende Strahl, beispielsweise zumindest eine Größenordnung länger. Ohne die Faser wird der NullRaum des Strahlprofils durch freien Raum beibehalten, wodurch die Ausricht anforderungen erheblich verringert werden. Ferner könnte durch Angleichen der Phase und der Amplitude des Strahls an einen bestimmten Modus der Faser das Strahlprofil theoretisch über eine infinite Faserlänge beibehalten werden. Jedoch führen Unvollkommenheiten der realen Welt, beispielsweise in der Faser, dem Strahl, bei der Angleichung, zu Abstrichen an diesem theoretischen Szenario.
Um Modi niederer Ordnung in einer Gradientenfaser zu vermeiden, müssen die Amplitude und die Phase der Modi höherer Ordnung angeglichen werden. Die folgenden Gleichungen sind in Fields and Waves in Communication Electronics, Simon Ramo et al., 1984, insbesondere auf den Seiten 765–768, angeführt, welches durch Bezugnahme in seiner Gänze Teil des Gegenstands der vorliegenden Anmeldung ist. Für eine Gradientenfaser haben diese Eigenmodi sämtlich die in der Gleichung (1) angegebene Form:
wobei f(r) eine Funktion ist, die für bestimmte Modi innerhalb einer spezifischen Faser nur von r abhängt, r den Radius von der Achse bezeichnet, θ den Winkel von der Achse angibt, z die Entfernung entlang der Achse bezeichnet, m die Azimutmoduszahl angibt, β eine Ausbreitungskonstante ist, p die Radialmoduszahl angibt. Wenn m, p = 0 hat der Strahl ein Gauß'sches Profil.
Zwar könnte die Gleichung (1) zum Angleichen eines bestimmten Modus der Faser durch Erzeugen eines Eingangslichtstrahls mit einer Amplituden- und Phasenfunktion verwendet werden, welche dem bestimmten Modus genau entspricht, jedoch ist eine solche Angleichung nicht erforderlich und kann sogar unerwünscht sein, da das Angleichen der Amplitude sowie der Phase die Anforderungen an die Optik erhöht. Solange m > 0 ist, hat der Azimutmodus m eine Phasenfunktion, die einem spiralförmigen Ring entspricht, egal ob sich das Licht in einem freien Raum oder in einer Faser ausbreitet. Sobald die Phasenfunktion für wenigstens einen Modus höherer Ordnung, d.h. m > 0, angeglichen wurde, wird eine Null in der Mitte des Strahls erzeugt, nachdem der phasenangeglichene Strahl sich über eine kurze Strecke ausgebreitet hat, beispielsweise wenige Wellenlängen. Anders als bei anderen Arten der Angleichung wird diese Null in der Mitte sowohl im freien Raum, als auch in der Faser beibehalten, so daß ein optisches Element, das eine derartige Angleichung bewirkt, nicht unmittelbar der Faser benachbart sein muß. Wie aus der Gleichung (1) ersichtlich, ist der Wert von p beim Angleichen der Phase nicht wichtig.
Um den Modus geringster Ordnung zu unterdrücken, d.h. m = 0, muß der Wellenfront ein Phasenterm hinzugefügt werden. Dies wird durch die Verwendung der folgenden Beugungsphasenfunktion erreicht, die in die Wellenfront codiert wird und in der Gleichung (2) angegeben ist:
wobei ϕ die Phasenfunktion angibt, x und y die Koordinaten in der Ebene sind. Im allgemeinen existieren mehrere sich ausbreitende Modi, beispielsweise m = 1,5. Der Spiralmodus kann durch Angleichen der Phasenfunktion für m = 3 erreicht werden.
Diese Phasenfunktion kann einer Linsenfunktion hinzu addiert werden und als Mod(2π)-Beugungselement codiert werden, wie in der Gleichung (3) angegeben:
2A zeigt das Mod(2π)-Beugungselement und die entsprechende Intensität in der Fokalebene der Linsenfunktion. 2B zeigt ein tatsächliches Beispiel eines optischen Beugungselements 12, das entsprechend der Gleichung (3) ausgebildet ist. 2C zeigt die simulierte Ringintensität 25 und das gemessene Intensitätsmuster 29 des Elements 12 in 2B. Ein brechendes Äquivalent des beugenden Phasenangleichungselements 12 entsprechend der Gleichung (3) kann alternativ verwendet werden.
Dieser Phasenangleichungskoppler 12 ist keine echte Strahlformungseinrichtung, da aufgrund der axialen Singularität jeder Punkt in der Eingangsebene in mehr als einen Punkt in der Ausgangsebene abgebildet wird. Anders als bei einem Diffusor wird nicht jeder Punkt in der Eingangsebene in jeden Punkt in der Ausgangsebene abgebildet.
Der Phasenangleichungskoppler 12 ermöglicht es, die gewünschte Winkelverteilung entlang einem Bereich einer Faser im wesentlichen beizubehalten. Dies kann durch Messen der Energiemenge innerhalb eines bestimmten Radius der Faser über eine bestimmte Strecke entlang der Faser quantifiziert werden. Das erfindungsgemäße Phasenangleichen ermöglicht es, mehr Energie innerhalb der gewünschten Radien über eine längere Strecke beizubehalten als bei Verfahren, die keine Phasenangleichung verwenden. Ferner kann durch Ausrichten des Kopplers und einer Gradientenfaser entlang der selben Achse, unter Verwendung einer 850 nm Quelle und Angleichen sowohl der Phase, las auch der Amplitude, die eingekreiste Energie ohne Energie in der Fasermitte über 6 m bei weniger als 12,5% in einem Radius von weniger als 4,5 Mikrometer und 75% bei einem Radius von weniger als 15 Mikrometer gehalten werden.
Durch Angleichen der Phasen wird das vom Koppler kommende Licht in die Faser in kreisender Richtung laufend eingegeben, d.h. der Weg des Lichts entlang der Faser ist korkenzieherförmig. Ein derartiges Durchlaufen ist zu dem linearen Durchlauf entgegengesetzt, der normalerweise im Verlauf der Faser auftritt. Durch das Laufen in einem korkenzieherförmigen oder spiraligen Modus, wird die typischerweise ringförmige Eingangsverteilung des Eingangslichts entlang der Faser beibehalten. Ohne die Phasenangleichung wird, während das ursprüngliche Eingangslicht die gewünschte Form hat, diese Form nicht über den gesamten Durchlauf durch die Faser beibehalten. Daher liegt eine größere modale Verteilung vor, wobei mehr Licht in der Mitte der Faser vorhanden ist, wenn keine Phasenangleichung verwendet wird.
Zusätzlich zu einem wirksamen Koppeln des Lichts in die Faser verringert der Phasenangleichungskoppler 12 ferner die Energie, die in die Lichtquelle 10 rückgekoppelt wird. Da die Phasen angeglichen sind und das reflektierte Licht nicht die gleiche Phase hat wie zum Zeitpunkt des Einfalls auf den Phasenangleichungskoppler 12, leitet der Phasenangleichungskoppler 12 das Licht nicht so zu der Lichtquelle zurück wie es ankam. Anders ausgedrückt: wenn das reflektierte Licht das System durchläuft, wird es von dem Phasenangleichungskoppler 12 weiter abgelenkt, wodurch die in die Lichtquelle 10 rückgekoppelte Energie verringert wird.
Die Verringerung der Rückreflexion des Phasenangleichungskopplers wirkt nur ausreichend, wenn der Phasenangleichungskoppler 12 ausreichend weit von der Faser beabstandet ist, so daß die Phase ausreichend verändert wird, um zu verhindern, daß sie in der gleichen Weise zurück geleitet wird. Anders ausgedrückt: wenn der Phasenangleichungskoppler 12 in Kontakt mit dem Ende der Faser angeordnet ist, während der Koppler weiterhin die Eingangsverteilung beibehält, da das reflektierte Licht im wesentlichen die gleiche Phase hat wie das Eingangslicht, wird das Licht im wesentlichen zur Lichtquelle zurückgeleitet wie es ankam. Wenn jedoch der Phasenangleichungskoppler 12 zumindest ungefähr den dreifachen Durchmesser des in die Faser einfallenden Strahls entfernt angeordnet ist, ist eine ausreichende Änderung der Phase aufgrund des Durchlaufs, so daß das auf den Phasenangleichungskoppler 12 fallende reflektierte Licht weiter abgelenkt wird.
Weitere Verringerungen der Menge des zur Lichtquelle 10 rückgekoppelten Lichts können erreicht werden, indem eine Linse 30 zusätzlich zum Phasenangleichungskoppler 12 verwendet wird, wie in 3 dargestellt. Diese Linse 30 dient den Formen des Lichts, um eine zusätzliche Verringerung der Energierückkopplung zur Lichtquelle zu erreichen. Die Linse 30 ist vorzugsweise eine Beugungsfläche, die eine Kombination aus einer Linsenfunktion mit radialsymmetrischen Termen und einer negativen Axiconfunktion ist. Wenn der Phasenangleichungskoppler 12 von der Faser beabstandet ist, kann die Linse 30 einfach einen Ring bilden, da der Phasenangleichungskoppler verhindert, daß das Licht zurückgeleitet wird. Wie in 3 dargestellt, befindet sich die Linse 30 auf einer ersten Fläche 34 eines Wafers 32. der Phasenangleichungskoppler 12 ist auf einer zweiten, der ersten Fläche entgegengesetzten Fläche 36 des Wafers 32 vorgesehen. Die Dicke des Wafers 32 regelt die numerische Apertur des Bildes. Alternativ kann der Phasenangleichungskoppler 12 auf der gleichen Fläche wie die Linse 30 ausgebildet sein.
Die Linse 30 ermöglicht das Optimieren eines ringförmigen Intensitätsrings für die bestimmte Faser 14. durch Bilden des Rings vor dem Phasenangleichungskoppler 12 wird ein kleineres radiales Segment des Phasenangleichungskopplers verwendet. Wie aus der Gleichung (2) ersichtlich, steigt mit m der Betrag der Phasenverdrehung. Somit wird Strahlen in der Mitte des Phasenangleichungskopplers 12 ein größerer Versatzwinkel verliehen als Strahlen am Rand des Phasenangleichungskopplers. Durch Formen des Lichts zu einem Ring wird der Mittelbereich vermieden, wodurch die durch den Phasenangleichungskoppler 12 eingebrachten Aberrationen verringert werden. Das von der Faser 14 zurück reflektierte Licht hat nicht die gleiche Phase wie das auf den Phasenangleichungskoppler 12 fallende Licht, so daß das Licht weiter vom Phasenangleichungskoppler 12 abgelenkt wird. Da die Ablenkwinkel nun gegenüber denjenigen der Lichtquelle verändert sind, fokussiert die Linse 30 das Licht nicht auf die Lichtquelle zurück, sondern lenkt das Licht weiter von der Lichtquelle weg.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 4 dargestellt. Hier wird der Phasenangleichungskoppler 12 nicht verwendet, sondern lediglich ein reziprokes phasenempfindliches System 40. Ein optisches Element bildet eine optische Verteilung, d.h. eine Amplituden- und Phasenverteilung, in einer Eingangsebene auf eine Ausgangsebene ab. Wenn ein optisches Element ein reziprokes optisches Element ist, bildet es die gleiche optische Verteilung in einer Ausgangsebene wieder auf die ursprüngliche optische Verteilung in der Eingangsebene ab, solange das Licht das gleiche Phasen- und Intensitätsprofil hat. Optische Systeme, die eine Eins-zu-eins-Abbildung durchführen, beispielsweise eine Abbildungslinse, sind reziprok, jedoch auch phasenunempfindlich, wenn sie eine Abbildung zwischen einer Objektebene und einer Bildebene durchführen, d.h. eine Phasenveränderung beeinträchtigt das Abbilden zwischen der Bild- und der Objektebene nicht. Andere optische Systeme jedoch, wie solche, die eine Abbildung von eins zu mehreren durchführe, d.h. bei denen ein Punkt in der Eingangsebene in mehr als einen Punkt in der Ausgangsebene abgebildet wird, sind zwar reziprok, jedoch typischerweise phasenempfindlich. Anders ausgedrückt: eine Phasenänderung verändert die Art und Weise, in der Licht in der Ausgangsebene zur Eingangsebene zurückgeleitet wird. Ein Beispiel für ein derartiges System ist ein negatives Axicon.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erzeugt dieses System 40 ebenfalls einen Intensitätsring auf der Ebene, in der sich die Faser 14 befindet. Die Reflexion von der Faser erzeugt wiederum einen Ring auf dem System 40, jedoch wurde die Phase des Lichts durch die Reflexion verändert. Die Phasenänderung führt dazu, daß das Licht, welches das System 40 durchläuft, in der Objektebene einen größeren Durchmesser des Rings aufweist, anstatt den Ring zur Punktquelle der Lichtquelle zurückzuleiten. Dieser vergrößerte Durchmesser führt dazu, daß das meiste Licht den Eingang der Lichtquelle verfehlt, wodurch die Rückkopplung erheblich verringert wird. Jedes andere reziproke phasenempfindliche System, das dazu führt, daß der größte Teil des Lichts die Lichtquelle verfehlt, kann verwendet werden. Der Phasenangleichungskoppler 12 kann weiter in jeder Position verwendet werden, um die Kopplungsbandbreite zu vergrößern und/oder die Rückkopplungsunterdrückung zu verbessern.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung hierin unter Bezugnahme auf illustrative Ausführungsbeispiele für bestimmte Anwendungen beschrieben, jedoch sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Dem Fachmann auf diesem Gebiet, der Kenntnis von den hierin vorgetragenen Lehren hat, sind weitre Modifizierungen, Anwendungen und Ausführungsbeispiele, die in den Rahmen der Erfindung fallen, und zusätzliche Anwendungen ersichtlich, bei denen die Erfindung ohne übermäßiges Experimentieren von erheblichem Nutzen sein kann.

Claims

Vorrichtung, die von einer Lichtquelle (10) kommendes Licht an einer Eingangsebene in eine optische Faser (14) koppelt, mit einem optischen Element, welches von der Lichtquelle (10) kommendes Licht in die optische Faser (14) koppelt und die Vorrichtung durchlaufendes Licht zum Rückkoppeln in Richtung der Eingangsebene derart zurückleitet, daß sich das zurückkehrende Licht im wesentlichen nicht mit einem Ausgang der Lichtquelle (10) in der Eingangsebene überlappt, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element ein Modusangleichungselement (12) ist, bei dem von der Lichtquelle (10) her empfangenes Licht in einer gewünschten Winkelverteilung verteilt ist, die auf der Achse im wesentlichen null ist und entlang der Faser (14) über mehr als die Fokaltiefe des optischen Elements im wesentlichen beibehalten ist, und von der optischen Faser (14) her empfangenes reflektiertes Licht von der Lichtquelle weggelenkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Modusangleichungselement (12) ein Beugungselement ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Modusangleichungselement (12) ein Brechungselement ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das optische Element eine erste und eine zweite Fläche (34, 36) aufweist, wobei das Modusanglei chungselement (12) auf der von der Lichtquelle (10) weiter entfernten zweiten Fläche (36) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, ferner mit einem Winkelverteilungsveränderungselement (30) auf der ersten Fläche (34).
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Winkelverteilungsveränderungselement (30) ein Ringmuster auf der zweiten Fläche (36) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Winkelverteilungsveränderungselement (30) eine Beugungsfläche mit radialsymmetrischer Linsenfunktion und einer negativen Axiconfunktion aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die optische Faser (14) eine multimodale Gradientenfaser ist und das optische Element Licht in höhere Modi der multimodalen Gradientenfaser koppelt, um Verzögerungen durch unterschiedliche Modi zu verringern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das optische Element eine Beugungsfläche mit einer radialsymmetrischen Linsenfunktion und einer negativen Axiconfunktion aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das optische Element einen Punkt von der Eingangsebene in mehr als einen Punkt auf der optischen Faser (14) abbildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Lichtquelle (10) an einer Eingangsebene.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Modusangleichungselement (12) ein Beugungselement ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Modusangleichungselement (12) ein Brechungselement ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das optische Element eine erste und eine zweite Fläche (34, 36) aufweist, wobei das Modusangleichungselement (12) auf der von der Lichtquelle (10) weiter entfernten zweiten Fläche (36) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, ferner mit einem Winkelverteilungsveränderungselement (30) auf der ersten Fläche (34).
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der das Winkelverteilungsveränderungselement (30) ein Ringmuster auf der zweiten Fläche (36) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der das Winkelverteilungsveränderungselement (30) eine Beugungsfläche mit radial symmetrischer Linsenfunktion und einer negativen Axiconfunktion aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die optische Faser (14) eine multimodale Gradientenfaser ist und das optische Element Licht in höhere Modi der multimodalen Gradientenfaser koppelt, um Verzögerungen durch unterschiedliche Modi zu verringern.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das optische Element eine Beugungsfläche mit einer radial symmetrischen Linsenfunktion und einer negativen Axiconfunktion aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner mit einer Leistungsüberwachungseinrichtung für die Lichtquelle (10).
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der die Leistungsüberwachungseinrichtung das von der Vorderseite der Lichtquelle (10) ausgegebene Licht überwacht.
Vorrichtung nach Anspruch 21, ferner mit einem Ablenkelement, das einen Teil des von der Vorderseite der Lichtquelle (10) ausgegebenen Lichts zu der Leistungsüberwachungseinrichtung ablenkt.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der das optische Element eine Beugungsfläche mit einer radialsymmetrischen Linsenfunktion und einer negativen Axiconfunktion aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das optische Element einen Punkt von der Eingangsebene in mehr als einen Punkt auf der optischen Faser (14) abbildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Modusangleichungselement (12) ein reziprokes optisches Element ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der reziproke optische Element ein einzelnes optisches Element ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der das einzelne optische Element mindestens zwei Flächen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der das reziproke optische Element ein Axicon ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der das reziproke optische Element einen Punkt in der Eingangsebene auf mehr als einen Punkt an der Faser abbildet.
Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der eine Phasenveränderung des durch das reziproke optische Element in Richtung der Lichtquelle zurücklaufenden Lichts verhindert, daß Licht einen Ausgang der Lichtquelle in der Eingangsebene im wesentlichen überlappt.