Innovationskolleg "Optische Informationstechnik"
gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft
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Exponat 1 : Lichtinduzierte Ortsfrequenzfilterung
Das Exponat umfaßt :
- eine Darstellung des Funktionsprinzips der lichtinduzierten Ortsfrequenzfilterung
einschließlich experimenteller Ergebnisse
- einen Versuchsaufbau zur Demonstration des Verfahrens
Der optische 4f-Prozessor ist ein wichtiges Prinzip zur Realisierung optischer Bildverarbeitungsoperationen. Durch
den Einsatz nichtlinearer optischer Elemente in der Fourierebene ist eine der Struktur des Objektes angepaßte
Filterung möglich. Derartige Aufbauten sind bisher mit farbstoffdotierten Flüssigkristallfilmen [1] und mit
Bacteriorhodopsin [2] zur Hervorhebung von Fehlstellen in periodischen Strukturen demonstriert worden. Durch
den Einsatz eines OASLM [3] (optisch adressierbarer Flüssigkristall-Lichtmodulator, Hersteller Jenoptik Laser,
Optik, Systeme GmbH) ohne innere Reflexschicht ("leaky" OASLM) konnten nicht nur qualitativ gute
Filterergebnisse bei kompaktem Aufbau demonstriert werden, sondern auch weitere optische Filteroperationen wie
Kantenverstärkung und Phasenkontrast in Echtzeit realisiert werden [4].
Referenzen :
- J. Kato, I. Yamaguchi, H. Tanaka, Nonlinear spatial filtering with a dye-doped liquid-crystal cell,
Opt. Lett. 21 (1996), 767
- T. Okamoto, I. Yamaguchi, K. Yamagata, Real-time enhancement of defects in periodic patterns by use of a
bacteriorhodopsin film, Opt. Lett. 22 (1997), 337
- C. C. Mao, K. M. Johnson, Real-time edge enhancement with hybrid amorphous silicon/ferroelectric liquid
crystal devices, Opt. Commun. 87 (1992), 150
- H. Rehn, R. Kowarschik, Einsatz eines OASLM zur optischen Bildverarbeitung,
Poster, DGaO-Tagung Kloster Banz 1997
Exponat 2 : Mikrooptische Funktionselemente
Das Exponat umfaßt :
- eine Darstellung der prinzipiellen optischen Eigenschaften von Höchstfrequenzgitterstrukturen
- Beispiele von mikrooptischen Funktionselementen
Moderne hochauflösende Strukturierungsverfahren insbesondere auf der Basis der
Elektronenstrahllithographie ermöglichen heute die Realisierung von Beugungsstrukturen
in den Dimensionen der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes und darunter und erreichen
damit den Nanometerbereich. Unter diesen Verhältnissen ergeben sich für diffraktive
Optiken wesentliche neue Eigenschaften gegenüber konventionellen Elementen:
- Die Anzahl der Beugungsordnungen nimmt ab bis hin zum Fall einer einzigen Beugungsordnung
("Single-order"-Gitter) oder bis zum Wegfall aller Beugungsordnungen ("Zero-order"-Gitter).
- Die Beugungseigenschaften werden polarisationsabhängig und können daher z.B. zur Polarisationsanalyse
sowie zur Realisierung neuartiger Polarisationsbauelemente genutzt werden.
- Die Beugungseffizienzen können wesentlich gesteigert werden, z.B. ist mit binären Gittern eine
Beugungseffizienz über 90% möglich.
- Bei Höchstfrequenzgittern ohne Auftreten von gebeugten Ordnungen können die Materialeigenschaften bezüglich
Brechungsindex (einschließlich Doppelbrechung) über die Oberflächenstruktur gesteuert werden.
Damit ergeben sich neue Konzepte zur Realisierung unterschiedlichster funktionaler optischer Eigenschaften auf der
Basis einer einheitlichen Technologie und mit hoher Lichteffizienz. Insbesondere wird eine gezielte Kombination von
spektroskopischen, ablenkenden und polarisationsoptischen Eigenschaften innerhalb eines einzelnen Elementes für die
gezielte Herstellung von optischen Funktionselementen absehbar. Für eine Replikation der optischen Funktionselemente
sind einfache Abformungsverfahren einsetzbar. Anwendungsgebiete liegen in der optischen Signalverarbeitung, der
optischen Kommunikation und in der Meß- und Sensortechnik.
Die Entwicklung der hochauflösenden Strukturierungstechnologie eröffnet damit neue Horizonte für eine flexible
Realisierung optischer Funktionselemente.
Exponat 3 : Hochbitratige Übertragungsstrecke
Das Exponat umfaßt :
- eine Darstellung des Funktionsprinzips des Faserschleifen-Aufbaus
- Beispiele von experimentellen Ergebnissen
In zukünftigen hochbitratigen optischen Telekommunikationssystemen auf
Glasfaserbasis werden die elektronischen Repeater durch periodisch
angeordnete optische Verstärker ersetzt werden. In typischen, in Europa
installierten Faserübertragungsstrecken ( ca. 500 - 1000km) werden etwa
10 optische Verstärker benötigt. Die ins Auge gefaßten Übertragungsraten
sollten mindestens 10 Gbit/s bei einer Wellenlänge und einer
Polarisationsrichtung des Lichtes betragen. In unserem Exponat stellen
wir die störungsfreie Übertragung dieser Bitrate über ca. 800 km in
einer Faserübertragungsstrecke mit Halbleiterverstärkern bei einer
Trägerwellenlänge von 1310 nm vor.
Bei der Entwicklung und Optimierung des Gesamtsystems und des Tests
einzelner Elemente ist der von uns benutzte Faserschleifen-Aufbau eine
günstige Alternative zu einem Feldexperiment.
Der Faserschleifen-Aufbau weist einige charakteristische Vorteile auf:
- nur ein optischer Verstärker bzw. Sonderelement ist nötig, um seine
Leistungsfähigkeit zu testen (z. B. optische Verstärker, Filter, Faser etc.)
- keine Effekte durch Parameterschwankungen von Element zu Element
- sehr große Ausbreitungsdistanzen können untersucht werden (bis 20.000 km und mehr)
- die Signalparameter können über die ganze Strecke in "Quasi-Echtzeit"
beobachtet werden
- er erleichtert die Prüfung und Anpassung von theoretischen Modellen.
Ergebnisse :
- Eine 10 Gbit/s Übertragungsstrecke mit optischen
Halbleiterverstärkern ist untersucht worden.
- Eine fehlerfreie Übertragung über ca. 800 km ist demonstriert worden.
- Faktoren, die die Übertragungskapazität im Moment noch begrenzen,
sind identifiziert worden.
Weitere Vorhaben :
- Erhöhung der Übertragungsdistanz durch spezielle Filterverfahren und
den Einsatz anderer optischer Verstärker für 1310 nm (praseodym-dotierte
Faserverstärker und Raman-Faserverstärker)
- Erhöhung der Übertragungskapazität auf ca. 40 Gbit/s durch Erhöhung
der Kapazität in einem Kanal und Wellenlängenmultiplexing
Andere mögliche Anwendungsgebiete : Mikrowellenanalogübertragung in
optischen Fasern
Exponat 4 : 3-dimensionale Wellenleiterbauelemente
Das Exponat umfasst:
- Darstellung der Grundlagen fuer dreidimensionale Wellenleiterstrukturen
(Modellierung, Design, Technologien)
- 3D-Kopplerbauelemente in Polymertechnologie
Steigende Datenraten und wachsende Kanalzahlen kennzeichnen die Trends der
Informationsübertragung. Höhere Integrationsgrade von Bauelementen und
Elemente mit neuer Funktionalität sind damit, ebenso wie in der Sensorik,
von grundsätzlichem Interesse.
Mit 3-dimensionalen Wellenleiterbauelementen lassen sich potentiell
grosse Kanalzahlen realisieren und in Verzweiger- und Schaltstrukturen
umsetzen. Verringerte Längen von Verzweigern, der mögliche Verzicht auf
Wellenleiterkreuzungen sowie die Nutzung von mehr als 2 Grenzflächen
zur Signalein- und Auskopplung sind einige wesentliche Eigenschaften, die
3D-Elemente von herkömmlichen Wellenleitern unterscheiden.
3D-Richtkopplerbauelemente, bei denen das Licht im Eingangskanal durch
horizontale und vertikale Kopplung auf verschiedene Ausgangskanäle
verteilt wird, stellen hohe Ansprüche an die Genauigkeit, mit der die
Designparameter durch die Herstellungstechnologie umzusetzen sind.
Für verschiedene Grundmaterialien lassen sich angepaßte Technologiefolgen
entwickeln. Die Flexibilität der Materialeigenschaften und der
Herstellungstechnologien bei Polymeren ermöglicht es, entsprechende
Richtkoppler in geeigneten Folgen von Kunststoffschichten mit den
Standardprozeßschritten fuer Polymerwellenleiter
herzustellen /1/,/2/.
Referenzen :
- Th.Hennig, Ch.Wächter, L.Friedrich, P.Dannberg, W.Karthe,
A.Bräuer, Ch.Veron,
'New Threedimensional (1x4) Directional Coupler Devices in Polymers',
8th European Conference on Integrated Optics ECIO '97,
paper PD2 (post deadline)
- L.Friedrich, P.Dannberg, Ch.Wächter, Th.Hennig, A.Bräuer, W.Karthe,
'Directional coupler device using a three-dimensional waveguide structure',
Opt.Comm.137, pp.239-243, 1997
Ausführliche Informationen auf unserer
Internet-Homepage
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