DE3904752A1 - Vorrichtung fuer den optischen direktempfang mehrerer wellenlaengen - Google Patents

Vorrichtung fuer den optischen direktempfang mehrerer wellenlaengen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den optischen Direktempfang mehrerer Wellenlängen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Glasfasern bieten im Wellenlängenbereich um 1,3 und 1,6 µm Breite optische Fenster an, insbesondere im Verhältnis zu der durch die elektrische Modulation genutzten Bandbreite. Daher gibt es eine Reihe von Systemvorschlägen, die Fenster durch eine Vielzahl von modulierten Wellenlängen zu nutzen. Beim Empfänger wird dann die gewünschte Wellenlänge durch Über­ lagerungsempfang oder durch Direktempfang mit Filtern selek­ tiert. Der Überlagerungsempfang bietet zwar die besten Eigen­ schaften für Übertragung, sein Aufwand ist jedoch durch den abstimmbaren, extrem schmalbandigen lokalen Osizillator und Maßnahmen gegen Schwankungen in der Polarisation der übertragenen Wellen sehr hoch.
Kostengünstige Lösungen für Datenraten bis in den Bereich von 10 GBit/Sekunde - wie sie z.B. für die Fernseh- bzw. HDV- Verteilung benötigt werden - bietet der eingangs genannte Direktempfang.
Es ist bekannt, derartige Direktempfänger aus diskreten Komponenten oder in Modulen aufzubauen. Die optischen Wellen werden dabei zwischen den einzelnen Funktionselementen als freie Strahlen geführt. Die Kosten für diese Lösungen sind für den vorgesehenen breiten Einsatz prohibitiv hoch.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders kostengünstige Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Das bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Substrat besteht vorzugsweise aus Silizium (Anspruch 2).
Der erfindungsgemäße Demultiplexer ist vorzugsweise in oder auf einer flächenhaften wellenleitenden Schicht ausgebildet (Anspruch 3).
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Demultiplexer eine Struktur aus dielek­ trischen Streifenwellenleitern aufweisen (Anspruch 4). Die Streifenwellenleiter können beispielsweise in Form von Rippenwellenleitern ausgebildet sein. Sie können aber auch in Form von in Bereichen erhöhter Brechzahl im Substrat oder in der genannten flächenhaften wellenleitenden Schicht ausge­ bildet sein.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung weist der Demultiplexer ein wellenleiten­ des planares Prisma auf, dem die ankommenden Wellenlängen zu­ geleitet sind (Anspruch 5). Dieses Prisma kann durch eine Struktur höherer Brechzahl n 2 in der flächenhaften wellen­ leitenden Schicht niedrigerer Brechzahl n 1 definiert sein (Anspruch 6).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Demultiplexer ein planares Beugungsgitter auf, dem die ankommenden Wellenlängen zugeleitet sind (Anspruch 7). Dieses Beugungsgitter kann auf oder in der flächenhaften wellenleitenden Schicht ausgebildet sein (Anspruch 8), beispielsweise in Form eines Oberflächen­ gitters (Anspruch 9).
Bei einem erfindungsgemäßen Demultiplexer in Form einer Struk­ tur aus dielektrischen Streifenleitern ist dieser vorzugsweise aus Richtkopplern aufgebaut (Anspruch 10).
Insbesondere bei den mit einem planaren Prisma oder Beugungs­ gitter gebildeten Demulitplexern ist es vorteilhaft, die an­ kommenden Wellenlängen über eine Kollimatorlinse in Form einer auf dem Substrat integrierten planaren Linse dem Demulti­ plexer oder den Detektoren zuzuleiten (Anspruch 11), wobei es auch zweckmäßig sein kann, wenn insbesondere die vom Demulti­ plexer ausgehenden Wellenlängen durch eine auf dem Substrat integrierte planare Sammellinse auf die zugeordneten Detek­ toren geleitet werden (Anspruch 12). Die planaren Linsen können nach dem Stand der Technik als Luneburg-Linsen, geo­ dätische Linsen oder Fresnel-Linsen dargestellt werden (siehe Lee, D.L., Electromagnetic Principles of Integrated Optics, 1986, S. 268, Verlag John Wiley & Sons, New York) .
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind vorteilhafterweise die elektronischen Detektoren und erforderliche Impedanzwand­ ler oder Vorverstärker für elektrische Signale auf dem Sub­ strat integriert (Ansprüche 13 und 15).
Ein integrierter Detektor besteht vorteilhaft aus einer Schottky-Barriere-Diode mit einer an das Halbleitermaterial grenzenden Schottky-Kontaktschicht aus metallisch leitendem Material, bei der die Kontaktschicht durch Leckwellenkopplung an eine wellenleitende Schicht gekoppelt ist, in welcher eine Wellenlänge vom Demultiplexer zugeleitet ist (Anspruch 14). Derartige Dioden sind in der älteren deutschen Patentanmeldung P 39 00 422.8 (=VPA 89 P 1007 DE) auf Siliziumbasis be­ schrieben.
Ebenso ist es vorteilhaft, eine Faserhalterung und Justierung auf dem Substrat zu integrieren (Anspruch 16), die vorzugs­ weise eine geätzte V-Nut aufweist (Anspruch 17), in der eine Faser justiert und fixiert werden kann, die den Kanal für die ankommenden Wellenlängen bildet.
Vorteilhaft ist es auch, wenn auf dem Substrat eine Ankoppel­ optik integriert ist (Anspruch 18), die bevorzugterweise eine Kugellinse aufweist, die in einer auf dem Substrat ausgebil­ deten V-Nut angeordnet ist (Anspruch 19).
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine kostengünsti­ ge optoelektronische Schaltung realisiert, bei der die opti­ schen Wellen in vorzugsweise planaren Wellenleitern geführt und die erforderlichen optischen Funktionen durch planare optische Komponenten, wie Wellenleiter, Linsen, Prismen, Um­ lenkspiegel und Richtkoppler dargestellt sind.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß sich die gesamten optischen Funktionen des Empfängers von einer Halterung einer Glasfaser bis zu den Vorverstärkern mit IC-kompatiblen Prozeßschritten in einem Silizium-Monolithen von weniger als 10×10 mm2 Kantenlänge ohne jeden Montage- oder Abgleichschritt darstellen lassen. Damit besteht die Möglichkeit, Preis, Zuverlässigkeit und Raumbedarf für diese Funktionen bei Massenfertigung in eine Größenordnung zu bringen, wie sie für die Fernsehsignal­ verteilung vertretbar ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist kompatibel in System- und Technologieaspekten mit einem aus der älteren deutschen Patentanmeldung P 38 33 211.2 (VPA 88 P 1700 DE) hervor­ gehenden Vorschlag für einen monolithisch integrierten bidirektionalen Modul.
Zur Realisierung eines derartigen Moduls ist eine erfin­ dungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise derart weiterge­ bildet, daß auf dem Substrat ein Halbleiterlaser zum Erzeugen einer in den einen Kanal in Richtung entgegengesetzt zu den ankommenden Wellenlängen einzukoppelnden Wellenlänge aufge­ bracht ist (Anspruch 20).
Die vom Halbleiterlaser ausgesandte Wellenlänge kann vorteil­ haft über einen auf dem Substrat integrierten optischen Richt­ koppler in den einen Kanal gekoppelt werden, wobei über diesen Richtkoppler zugleich die ankommenden Wellenlängen zum Demul­ tiplexer geleitet sind (Anspruch 21).
Es ist auch vorteilhaft, insbesondere bei Verwendung des zuletztgenannten Richtkopplers, die vom Halbleiterlaser ausgesandten Wellenlängen über einen auf dem Substrat integrierten Umlenkspiegel in den einen Kanal zu leiten (Anspruch 22).
Der Halbleiterlaser selbst wird in Form eines Chips auf dem Substrat fixiert (Anspruch 23), wobei der Halbleiterlaser beispielsweise ein DFB-Laser sein kann.
Vorteilhafterweise ist eine elektronische Schaltung zum Be­ trieb des Halbleiterlasers auf dem Substrat integriert (Anspruch 24) .
Danach können bei der als bidirektionaler Sender-/Empfänger- Modul weitergebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung bis auf den Halbleiterlaser, der als Chip hybridiert wird, alle Elemente in oder auf dem Substrat aus dem insbesondere aus Silizium bestehenden Halbleitermaterial dargestellt werden.
Zur Überwachung der vom Halbleiterlaser abgestrahlten opti­ schen Leistung ist vorteilhafterweise eine Monitordiode auf dem Substrat integriert (Anspruch 25).
Bei einer solchen Vorrichtung ist zwischen dem Halbleiterlaser und dem Demultiplexer ein Bereich für elektrische und optische Abschirmung auf dem Substrat vorzusehen (Anspruch 26).
Es ist zweckmäßig, die ankommenden Wellenlängen dem Demulti­ plexer durch ein auf dem Substrat integriertes Wellenlängen­ filter zuzuleiten, das für die vom Laser ausgesandte Wellen­ länge undurchlässig, für die ankommenden Wellenlängen dagegen durchlässig ist (Anspruch 27). Dieses Wellenlängenfilter ist vorteilhaft auf einem in Richtung zum Demultiplexer führenden Streifenwellenleiter ausgebildet (Anspruch 28).
Die Erfindung wird anhand der Figuren in der folgenden Be­ schreibung beispielhaft näher erläutert. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 in einem Blockschaltbild den prinzipiellen Aufbau einer beispielhaften Vorrichtung für den optischen Direktempfang mehrerer Wellenlängen,
Fig. 2 eine auf einem Substrat integrierte Ausführung der Vorrichtung nach Fig. 1 für drei Wellenlängen, bei welcher der Demultiplexer aus planarem Prisma besteht und eine Kollimatorlinse vorgesehen ist,
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ausführung, bei welcher zusätzlich eine Sammellinse vorgesehen ist,
Fig. 4 eine auf einem Substrat integrierte Ausführung der Vorrichtung nach Fig. 1, bei welcher der Demulti­ plexer aus einem Beugungsgitter besteht und sowohl eine Kollimatorlinse als auch eine Sammellinse vor­ gesehen sind, die jeweils in Form einer Luneburg-Linse oder einer geodätischen Linse ausgeführt sind,
Fig. 5 eine auf einem Substrat integrierte und zu einem Sende-/Empfangsmodul weitergebildete Vorrichtung nach Fig. 1, bei welcher die Empfängerseite entsprechend der Fig. 4 ausgebildet ist,
Fig. 6 eine auf einem Substrat integrierte Vorrichtung nach Fig. 1, bei welcher der Demultiplexer aus einer aus mehreren Richtkopplern bestehenden Struktur aus Streifenwellenleitern ausgebildet ist, und
Fig. 7 in schematischer Schnittdarstellung einen Faser­ stecker und eine Buchse mit eingebauter erfindungs­ gemäßer Vorrichtung, die über eine Koppeloptik an die Faser des Steckers ankoppelbar ist.
Die Figuren sind nicht maßstäblich.
In den Figuren ist mit 1 der gemeinsame Kanal für die an­ kommenden mehreren Wellenlängen λ 1, λ 2, ..., λ n , mit 2 ein Übergang zwischen dem gemeinsamen Kanal 1 und einem inte­ grierten Wellenleiter, mit 3 der integrierte wellenleitende Wellenlängendemultiplexer, der die in dem gemeinsamen Kanal 1 ankommenden Wellenlängen λ 1, g 2, ..., λ n auf die mehreren getrennten, zu verschiedenen optoelektronischen Detektoren 41, 42, ..., 4 n führenden Kanäle 71, 72, ..., 7 n verteilt, und mit 51, 52, ... 5 n ausgangsseitig an die Detektoren angeschlossene Impedanzwandler oder Verstärker mit Ausgängen 61, 62, ..., 6 n für elektrische Signale bezeichnet.
n bedeutet eine ganze Zahl größer 1, die speziell und ohne Be­ schränkung der Allgemeinheit für die Fig. 2 und 3 gleich 3, für die Fig. 4 und 6 gleich 4 und für die Fig. 5 gleich 5 gewählt ist.
Der gemeinsame Kanal 1 ist bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 bis 6 durch eine Glasfaser realisiert. Der Über­ gang 2 ist bei allen diesen Ausführungsbeispielen durch eine Stoßkopplung zwischen der Faser 1 und einem integrierten Wellenleiter 11, 20 oder 704 realisiert. Dies bedeutet, daß sich beim Übergang 2 eine Stirnfläche der Faser 1 und eine Stirnfläche eines integrierten Wellenleiters 11, 20 oder 704 unmittelbar gegenüberliegen. So liegen sich bei den Ausfüh­ rungsbeispielen nach den Fig. 2 bis 4 die Stirnfläche 120 der Faser 1 und die Stirnfläche 110 einer auf einem Substrat 10 integrierten flächenhaften wellenleitenden Schicht 11 gegenüber, während sich bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 5 und 6 die Stirnfläche 120 der Faser 1 einer Stirn­ fläche 220 bzw. 7040 eines auf dem Substrat 10 integrierten Streifenwellenleiters 20 bzw. 704 gegenüberliegen.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 bis 5 ist der Demultiplexer 3 auf bzw. in einer auf dem Substrat 10 inte­ grierten flächenhaften wellenleitenden Schicht 11 angeordnet. Bei den Beispielen nach den Fig. 2 und 3 besteht der Demultiplexer 3 aus einem planaren Prisma 30, das durch einen dreieckförmigen Bereich höherer Brechzahl n 2 in der flächen­ haften wellenleitenden Schicht niedrigerer Brechzahl n 1 de­ finiert ist.
Bei den Beispielen nach den Fig. 4 und 5 besteht der Demultiplexer 3 aus einem Beugungsgitter 31, das in oder auf der flächenhaften wellenleitenden Schicht 11 realisiert ist, beispielsweise in Form eines Oberflächengitters auf dieser Schicht.
Beim Beispiel nach Fig. 6 besteht der Demultiplexer 3 aus einer Struktur aus auf dem Substrat 10 integrierten dielek­ trischen Streifenwellenleitern 701 bis 704, die in Reihe hin­ tereinander geschaltete, in bestimmter Weise wellenlängen­ selektive optische Richtkoppler 741 bis 743 definieren. Die dielektrischen Streifenwellenleiter 701 bis 704 können bei­ spielsweise Rippenwellenleiter oder diffundierte oder ionen­ implantierte streifenförmige Wellenleiter sein. Letztere können beispielsweise unter der Oberfläche des Substrats 10 oder in einer flächenhaften wellenleitenden Schicht auf dem Substrat 10 ausgebildet sein.
Bei den Beispielen nach den Fig. 2 bis 5 breitet sich die aus der Faser 1 in die flächenhafte wellenleitende Schicht 11 einkoppelte und die ankommenden Wellenlängen λ 1, λ 2, ..., λ n enthaltende optische Welle in einem divergenten Strahl 7 der Schicht 11 aus, so daß sich diese Welle zunehmend verbreitert. Dies ist im Hinblick auf die zu erzeugenden getrennten Kanäle 71, 72, ..., 7 n ungünstig. Besser dafür geeignet sind kolli­ mierte geführte Strahlen mit kleinem oder verschwindendem Divergenzwinkel oder konvergente Strahlen. Solche Strahlen können bei der flächenhaften wellenleitenden Schicht 11 durch eine oder mehrere im Strahlengang eines geführten divergenten Strahls angeordnete planare Linsen erzeugt werden, beispiels­ weise durch die genannten planaren Linsen des Standes der Technik.
Bei den Beispielen nach den Fig. 2 bis 5 ist beispiels­ weise im Strahlengang des divergenten Strahls 7 zwischen dem Übergang 2 und dem Demultiplexer 3 eine Kollimatorlinse 301 im Bereich der Schicht 11 angeordnet, die diesen Strahl 7 kolli­ miert, beispielsweise in Form eines Parallelstrahlenbündels.
Der kollimierte Strahl 7 ist dem Prisma 30 oder Beugungsgitter 31 zugeleitet, das diesen Strahl 7 in eine der Anzahl der an­ kommenden Wellenlängen entsprechende Anzahl verschiedener kollimierter, die verschiedenen Kanäle definierender Teil­ strahlen 71, 72, ..., 7 n auffächert, von denen jeder nur eine ankommende Wellenlänge λ 1, λ 2, ..., λ n enthält.
In einem Bereich der Schicht 11, in dem die aufgefächerten geführten Teilstrahlen bzw. Kanäle 71, 72, ..., 7 n ausreichend räumlich voneinander getrennt sind, ist im Strahlengang jedes dieser Teilstrahlen ein zugeordneter Detektor 41, 42, ..., 4 n auf dem Substrat 10 integriert, beispielsweise in Form der erwähnten Schottky-Barriere-Diode.
Zur Verarbeitung der elektrischen Ausgangssignale der Detek­ toren 41, 42, ..., 4 n erforderliche Impedanzwandler oder Ver­ stärker 51, 52, ..., 5 n sind ebenfalls auf dem Substrat in­ tegriert.
Beim Beispiel nach Fig. 2 sind die Teilstrahlen bzw. Kanäle 71, 72, ... 7 n als Parallelstrahlenbündel den Detektoren zugeführt.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 bis 5 sind die Teilstrahlen bzw. Kanäle 71, 72, ..., 7 n auf die Detektoren 41, 42, ..., 4 n fokussiert.
Speziell ist es bei diesen Vorrichtungen so eingerichtet, daß der divergente Strahl 7 durch eine Kollimatorlinse 301 zu einem Parallelstrahl gebündelt wird, der dem Demultiplexer 3 zugeleitet ist und daß im Strahlengang der aufgefächerten Teilstrahlen bzw. Kanäle 71, 72, ..., 7 n zwischen dem Demultiplexer und den Detektoren 41, 42, ..., 4 n eine Sammellinse 302 in Form einer planaren Linse angeordnet ist, welche jeden dieser Teilstrahlen auf den zugeordneten Detektor fokussiert.
Bei dem die Struktur aus Streifenwellenleitern verwendenden Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind die hintereinander ge­ schalteten Richtkoppler 741, 742, 743 in Bezug auf ihre Wel­ lenlängenselektivität beispielsweise derart bemessen, daß der erste Richtkoppler 741 von dem in den durchgehenden Strei­ fenwellenleiter 704 eingekoppelten Wellenlängen g 1 bis λ 4 die Wellenlänge λ 1 in den zum Detektor 41 führenden Streifenwel­ lenleiter 701 einkoppelt. Der nächste Richtkoppler 742 koppelt beispielsweise die Wellenlänge λ 2 aus dem Wellenleiter 704 in den zum Detektor 42 führenden Streifenwellenleiter 702 aus. Der dritte Richtkoppler 743 koppelt beispielsweise die Wel­ lenlänge λ 3 aus dem Wellenleiter 704 in den zum Detektor 43 führenden Streifenwellenleiter 703 aus. Die Wellenleiter 701 bis 703 und der zum Detektor 44 führende durchgehende Streifenwellenleiter 704 bilden die getrennten Kanäle 71, 72, 73 bzw. 74. Bei dem Beispiel können generell n getrennte Kanäle für n verschiedene Wellenlängen mit n-1 wellenlängen­ selektiven Richtkopplern erzeugt werden. Es können auch vorzugsweise Baumstrukturen mit in Zweigen angeordneten Richtkopplern verwendet werden.
Bei dem Beispiel nach Fig. 5, das eine bidirektionale Funk­ tionseinheit in Form eines Sende-/Empfangsmoduls für fünf ankommende Wellenlängen λ 1 bis λ 5 und eine Sendewellenlänge λ 6 darstellt, ist auf dem Substrat 10 ein Halbleiterlaser 8 in Form eines DFB-Laserchips fixiert, der die Sendewellenlänge λ 6 aussendet. Diese wird über einen integrierten optischen Richt­ koppler 210 in die durch eine Faserhalterung und -fixierung 100 auf dem Substrat 10 fixierte Faser 1 eingekoppelt. Der Richtkoppler 210 besteht aus einem integrierten Streifen­ wellenleiter 21 und einem Abschnitt eines von der Faser 1 zur flächenhaften wellenleitenden Schicht 11 des Direktempfängers führenden integrierten Streifenwellenleiter 20. Das eine Ende 220 des Streifenwellenleiters 20 ist durch Stoßkopplung an die Faser 1 gekoppelt. Der Übergang von dem Streifenwellenleiter 20 zur Schicht 11 kann ebenfalls durch Stoßkopplung gebildet sein. Die Schicht 11 und der Wellenleiter 20 können auch aus einem Stück sein.
Die Wellenlänge λ 6 wird dem Wellenleiter 21 des Richtkopplers 210 durch einen integrierten Streifenwellenleiter 22 über einen integrierten Umlenkspiegel 212 zugeleitet, der die Sendewellenlänge λ 6 zum Wellenleiter 21 umlenkt.
Auf der Rückseite des Lasers 8 wird Laserlicht einer auf dem Substrat 10 integrierten Monitordiode 80 zugeleitet. Diese und der Laser 8 sind mit einem auf dem Substrat 10 integrierten elektronischen Lasertreiber/-regler 9 elektrisch leitend ver­ bunden, der zusammen mit der Diode 80 zum Betrieb und zur Überwachung des Lasers 8 dient.
Zwischen dem Sender und dem Direktempfänger ist auf dem Sub­ strat 10 ein Bereich 12 für elektrische und optische Abschir­ mung zwischen Sender und Empfänger vorgesehen. Zu dieser Ab­ schirmung dient auch das auf dem Streifenwellenleiter 20 integrierte Wellenlängenfilter, das für die Wellenlängen λ 1 bis λ 5 durchlässig ist, für die Sendewellenlänge λ 6 dagegen sperrend wirkt.
Der Richtkoppler 210 ist vorzugsweise ein wellenlängenselek­ tiver Richtkoppler, der so bemessen ist, daß in ihm nur die Sendewellenlänge λ 6 überkoppelt.
Die Fig. 7 zeigt im axialen Längsschnitt und schematisch einen Faserstecker 26 mit Faser 1 und eine Buchse 27 im ineinandergesteckten Zustand. In der Buchse 27 ist ein Sub­ strat 10 gehaltert, auf dem eine nicht dargestellte erfin­ dungsgemäße Vorrichtung, beispielsweise eine Vorrichtung nach Fig. 5 oder auch nach Fig. 6, integriert ist. In der Buchse 27 können auch noch andere Bauteile, beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher, enthalten sein. Es können auch eine oder mehrere elektrische Leitungen von der Buchse 27 fort oder zu ihr hinführen, beispielsweise Leitungen, die mit den Ausgängen von Verstärkern oder Impedanzwandlern verbunden sind, oder/und Leitungen für eine Energiezufuhr. Für die Halterung des Substrats 10 in der Buchse 27 sind herkömmliche Techniken geeignet.
Der Übergang 2 zwischen Faser 1 und einem auf dem Substrat 10 integrierten Streifenwellenleiter, beispielsweise dem Wellen­ leiter 20, wird durch eine Ankoppeloptik 23 bewirkt, die auf dem Substrat 10 integriert ist und den von der Faser 1 diver­ gent austretenden Lichtstrahl 7 auf den Streifenwellenleiter 20 fokussiert. Die Ankoppeloptik 23 kann zweckmäßigerweise aus einer Kugellinse 230 bestehen, die in einer auf dem Substrat 10 ausgebildeten und zum Streifenwellenleiter 20 führenden Nut 203 mit vorzugsweise V-förmigem Profil fixiert ist. Bei der Befestigung des Substrats 10 in der Buchse 27 ist darauf zu achten, daß nach dem Zusammenstecken von Buchse 27 und Kugel­ linse 230 und die Stirnfläche 220 des Streifenwellenleiters 20 auf der Achse 25 des Strahls 7 angeordnet sind. Bei der Fixie­ rung der Kugellinse 230 in der Nut 203 ist bereits darauf zu achten, daß diese im richtigen Abstand von der Stirnfläche 220 des Streifenwellenleiters 20 angeordnet ist. Die Stirnflächen 120 und 220 der Faser 1 bzw. des Wellenleiters 20 sind dann im richtigen Abstand von der Kugellinse 230 angeordnet, wenn sich die Stirnfläche 120 der Faser 1 in einer Objektebene der Kugellinse 230 und die Stirnfläche 220 des Wellenleiters 20 in einer der Objektebene zugeordneten Bildebene der Linse 230 befinden.
Die Anordnung nach Fig. 7 stellt eine kompakte, äußerst einfach handhabbare und wenig störanfällige Vorrichtung für den optischen Direktempfang dar, die mit herkömmlichen Steckverbindungselementen für Fasern einfach und kostengün­ stig herstellbar ist.

Claims (28)

1. Vorrichtung für den optischen Direktempfang mehrerer Wellenlängen (λ 1, λ 2, ..., λ n ), wobei die in einem gemein­ samen Kanal (1) ankommenden Wellenlängen (λ 1, λ 2, ..., λ n ) auf mehrere getrennte, zu verschiedenen optoelektronischen Detek­ toren (41, 42, ..., 4 n) führende Kanäle (71, 72, ..., 7 n; 701, 702, 703, 704) verteilt sind, gekennzeichnet durch einen auf einem Substrat (10) aus Halbleitermaterial integrierten wellenleitenden Wellenlängendemultiplexer (3) zum Führen und Verteilen der ankommenden Wellenlängen (λ 1, λ 2, ..., λ n ) auf die verschiedenen Kanäle (71, 72, ... 7 n).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Substrat (10) aus Silizium besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Demultiplexer (3) auf oder in einer flächenhaften wellenleitenden Schicht (11) aus­ gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Demultiplexer (3) eine Struktur aus dielektrischen Streifenwellenleitern (701, 702, 703, 704) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der De­ multiplexer (3) ein wellenleitendes planares Prisma (30) aufweist, dem die ankommenden Wellenlängen (λ 1, λ 2, ..., λ n ) zugeleitet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Prisma (30) durch eine Struktur höherer Brechzahl (n 2) in einer flächenhaften wellenleitenden Schicht (11) niedrigerer Brechzahl (n 1) definiert ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Demulti­ plexer (3) ein planares Beugungsgitter (31) aufweist, dem die ankommenden Wellenlängen (λ 1, g 2, ..., λ n ) zugeleitet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Beugungsgitter (31) auf oder in einer flächenhaften wellenleitenden Schicht (11) ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Beugungsgitter (31) in Form eines Oberflächengitters ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Struktur (32) aus dielektrischen Streifenwellenleitern (701, 702, 703, 704) einen wellenlängen­ selektiven Richtkoppler (741, 742, 743) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an­ kommenden Wellenlängen (λ 1, λ 2, ..., λ n ) über eine Kollima­ torlinse (301) in Form einer auf dem Substrat (10) integrier­ ten planaren Linse dem Demultiplexer (3) oder den Detektoren (41, 42, ..., 4 n) zugeleitet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Demultiplexer (3) ausgehende Wellenlänge (λ 1, λ 2, ..., oder/und λ n ) durch eine auf dem Substrat (10) integrierte planare Sammellinse (302) auf den zugeordneten Detektor (41, 42, ..., 4 n) geleitet ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die opto­ elektronischen Detektoren (41, 42, ..., 4 n) auf dem Substrat (10) integriert sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der integrierte Detektor (41, 42, ..., 4 n) aus einer Schottky-Barriere-Diode mit einer an das Halbleitermaterial grenzenden Schottky-Kontaktschicht aus metallisch leitendem Material besteht, bei der die Kontakt­ schicht durch Leckwellenkopplung an eine wellenleitende Schicht (11; 701, 702, 703) gekoppelt ist, in welcher eine Wellenlänge (λ 1, λ 2, ..., λ n ) vom Demultiplexer (3) zugeleitet ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impe­ danzwandler oder Vorverstärker (51, 52, ..., 5 n) für elek­ trische Signale auf dem Substrat (10) integriert ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Faserhalterung und -justierung (100) auf dem Substrat (10) integriert ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Faserhalterung und -justierung (100) eine geätzte V-Nut aufweist.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine An­ koppeloptik (23) auf dem Substrat (10) mit integriert ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ankoppeloptik (23) eine in einer auf dem Substrat (10) ausgebildeten V-Nut (203) angeordnete Kugellinse (230) aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (10) ein Halbleiterlaser (8) zum Erzeugen einer in den gemeinsamen Kanal (1) in Richtung entgegengesetzt zu den ankommenden Wellenlängen (λ 1, λ 2, ..., λ 5) einzukoppelnden Wellenlänge (λ 6) aufgebracht ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die vom Halbleiterlaser (8) ausgesandte Wellenlänge (λ 6) über einen auf dem Substrat inte­ grierten optischen Richtkoppler (210) in den gemeinsamen Kanal (1) gekoppelt ist, wobei über diesen Richtkoppler zugleich die ankommenden Wellenlängen (λ 1, λ 2, ..., λ 5) zum Demultiplexer (3) geleitet sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Halbleiterlaser (8) ausgesandte Wellenlänge (λ 6) über einen auf dem Substrat (10) integrierten Umlenkspiegel (212) in den gemeinsamen Kanal (1) geleitet sind.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß der Halblei­ terlaser (8) in Form eines Chips auf dem Substrat (10) fixiert ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf dem Substrat eine elek­ tronische Schaltung zum Betrieb des Halbleiterlasers (8) integriert ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Monitordiode (80) auf dem Substrat (10) integriert ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, ge­ kennzeichnet durch einen Bereich (12) für elektrische und optische Abschirmung zwischen dem Halbleiter­ laser (8) und dem Demultiplexer (3) auf dem Substrat.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, da­ durch gekennzeichnet, daß die ankommen­ den Wellenlängen (g 1, λ 2, ..., λ 5) dem Demultiplexer (3) durch ein auf dem Substrat (10) integriertes Wellenlängenfilter (201) zugeleitet sind, das für die vom Laser (8) ausgesandte Wellenlänge (λ 6) undurchlässig, für die ankommenden Wellen­ längen (λ 1, g 2, ..., λ 5) dagegen durchlässig ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Wellenlängenfilter (201) auf einem in Richtung zum Demultiplexer (3) führenden Strei­ fenwellenleiter (20) ausgebildet ist.
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