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Hintergrund
der Erfindung
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Bereich der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
im allgemeinen Laser, und spezieller einen Laserschaltmechanismus.
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Stand der
Technik
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Eine Halbleiterlaservorrichtung ist
eine Vorrichtung, die einen Lichtstrahl mittels einer Laserdiode
und zwei oder mehreren reflektierenden Vorrichtungen erzeugt. Der
Lichtstrahl, auch als ein Signal bezeichnet, der durch die Halbleiter-Laservorrichtung erzeugt
wird, kann für
den Transport von Information in einem optischen Kommunikationssystem
verwendet werden.
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Wellenlängenmultiplexierung wird verwendet,
um es mehreren Lasern zu ermöglichen,
zusammengekoppelt zu werden und auf einer gemeinsamen Faser zu arbeiten.
Wellenlängenmultiplexierung erlaubt
eine Steigerung der Anzahl der Signale, die über das gleiche Medium mittels
mehrerer Laser getragen werden können,
wobei jeder bei einer anderen Trägerfrequenz
arbeitet. Auf einem Wellenlängenmultiplex-System
sind typischerweise 200 Nanometer (nm) Bandbreite verfügbar. Dies
erlaubt es, dass eine beachtliche Anzahl von Signalen auf dem Fasersystem
getragen wird. Da jedes Signal, das getragen wird, eine separate
Trägerfrequenz
besitzen muß, muß jedes
Signal einen separaten Laser besitzen. Als ein Ergebnis muß jeder
Laser auf einem Fasersystem bei einer unterschiedlichen Trägerfrequenz innerhalb
des 200 Nanometer-Bereiches arbeiten. Wenn Einfrequenzlaser verwendet
werden, werden die Frequenzauswahl und Verfügbarkeit etabliert, wenn das
Fasersystem ausgebaut wird. Wenn ein Laser zu einem Fasersystem
hinzuzufügen
ist, muß der
Laser, der hinzugefügt
wird, bei einer andersartigen Frequenz arbeiten, als die anderen
Laser, die sich bereits auf diesem Sy stem sich befinden, um es einem
anderen Signal zu erlauben, simultan auf der Faser getragen zu werden.
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Ein Telekommunikationsnetzwerk beinhaltet viele
verschiedene Fasersysteme, die Informationen über große Distanzen tragen. Wenn die
Fasersysteme Laser verwenden, von denen jeder bei einer Frequenz
arbeitet, dann wird ein großer Überschuß an Lasern
benötigt,
um die Fähigkeit
zu besitzen, einen neuen Träger
zu dem Telekommunikationsnetzwerk hinzuzufügen. Zusätzlich besitzt ein Telekommunikationsnetzwerk,
das Fasersysteme beinhaltet, die mit Einfrequenzlasern aufgebaut
sind, eine beschränkte Fähigkeit,
den Verkehr wiederherzustellen, wenn ein Pfad abgeschnitten ist,
da Ersatzlaser bei derselben Frequenz sowohl auf dem gewählten Wiederherstellungspfad
als auch auf dem wiederherzustellenden Pfad verfügbar sein müssen, so daß die Adern verbunden werden
können,
um einen vollständigen
Pfad um den Schnitt herum zu bilden.
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Ansätze der Adressierung der oben
diskutienen Probleme haben das Ersetzen des Einfrequenzlasers mit
einem Laser, der auf mehrere Frequenzen abgestimmt werden kann,
einbezogen. Mit einem abstimmbaren Laser würde das Hinzufügen eines
Trägers
zu einem Fasersystem in einem Telekommunikationsnetzwerk lediglich
das Abstimmen des Lasers auf die ausgewählte Trägerfrequenz erfordern, anstatt
durch Ersatzlaser zu suchen, in der Hoffnung, einen Laser der gewünschten
Frequenz zu finden. Zusätzlich
ist die Wiederherstellung möglich,
indem der Laser auf dem Pfad, der für die Wiederherstellung zu
verwenden ist, abgestimmt wird, um mit der Frequenz des Lasers auf
dem wiederherzustellenden Pfad übereinzustimmen.
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Abstimmbare Laser jedoch, die derzeit
verfügbar
sind, sind im Abstimmbereich limitiert und können nicht über die volle 200 Nanometerbandbreite abstimmen,
die auf einem Wellenlängenrnultiplexsystem
verfügbar
ist. Frühe
Laser einschließlich
des Fabry-Perot Cavity Lasers, des Distributed Feedback Lasers und
des Einzelsektions Distributed Bragg Region Lasers hatten ein Abstimmpotential
innerhalb eines lediglich beschränkten
Bereiches, oft weniger als zwei Nanometer. Die Verwendung der fortgeschritteren
Zwei-, Drei- und Vier-Sektions Distributed Bragg Region Laser liefert
typischerweise nicht mehr als neun Nanometer an Abstimmung, manche
jedoch können
bis auf 30 Nanometern hochgehen. Der meistversprechen de Abstimmlaser
ist die phasenangepasste Laserdiode, welche einen 57 Nanometer Abstimmbereich
erreicht.
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Zusätzlich müssen viele derzeitige abstimmbare
Laser durch den Frequenzbereich zwischen der Frequenz, bei welcher
der Laser eingestellt ist, und der gewünschten Frequenz, streichen.
Häufig
ist der Abstimmmechanismus schwerfällig zu manövrieren. Das Ergebnis ist,
daß die
Abstimmung Zeit benötigt und
Ungenauigkeiten während
des Abstimmprozesses auftreten können.
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Ein noch weiteres Problem mit der
derzeitigen Technologie ist, daß verfügbare reflektierende Vorrichtungen
keine hochgenaue reflektierte Frequenz bereitstellen. Beispielsweise
kann eine Reflektionsvorrichtung, die bei der Farbe rot reflektieren soll,
statt dessen einige Schattierungen von pink oder orange reflektieren.
Ein Fehlen der Stabilität
in der Reflektion wird die Frequenz des emittierten Signals verändern. Eine
stabile Frequenzquelle ist wünschenswert,
um sicherzustellen, daß die
Laser nicht miteinander interferieren und um die Integrität der Wellenlänge während der
gesamten Kommunikationen zu wahren.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Kurz angegeben bezieht sich die vorliegende Erfindung,
wie in den Ansprüchen
1–16 definiert
auf einen schaltbaren Laser, der schnell und genau zu einer beliebigen
vorgesehenen Wellenlänge
oder Frequenz innerhalb der gesamten verwendbaren Bandbreite einer
optischen Faser schalten kann. Zusätzlich erfordert die vorliegende
Erfindung es nicht, daß über den
Bereich der Wellenlängen
oder Frequenzen beim Bewegen von einer Wellenlänge oder Frequenz zu einer
anderen gestrichen wird. Ferner bietet die vorliegende Erfindung
eine hohe Genauigkeit bei der reflektierten Frequenz, weil das verwendete
reflektierende Medium sehr stabil ist.
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Spezieller ist die vorliegende Erfindung
auf eine schaltbare Laserquelle gerichtet, die eine Reihe von schmalbandig
reflektierenden optischen Filtern verwendet, um einen externen Cavity
Laser zu steuern. Die schmalbandig reflektierenden optischen Filter
sind an den Laser durch einen optischen Schalter gekoppelt. Der
optische Schalter wählt
aus, welcher schmalbandig reflektierende optische Filter an den Laser
gekoppelt ist und erreicht ein sehr schnelles Umschalten zu einer
annähernd
gleichen Kanalfrequenz. Zahlreiche schmalbandig reflektierende optische
Filter werden verwendet, um ein Abstimmen innerhalb im wesentlichen
der gesamten Bandbreite der Faser, derzeit 200 Nanometer, zu ermöglichen. Schmalbandige
optische Filter, wie beispielsweise Gitter, sind extrem stabile
Frequenzquellen, die eine Kontinuität der Steuerung ermöglichen.
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Die vorliegende Erfindung vereinfacht
die Wiederherstellung und das Hinzufügen von Trägern zu einer Faser. Mit der
vorliegenden Erfindung erfordert das Hinzufügen eines Trägers zu
einem Fasersystem in einem Telekommunikationsnetzwerk lediglich
das Abstimmen eines Ersatzlasers auf die gewählte Trägerfrequenz. Da die vorliegende
Erfindung in der Lage ist, zu jeder beliebigen vorgesehenen Wellenlänge oder
Frequenz innerhalb der gesamten verwendbaren Bandbreite einer optischen
Faser zu schalten, wird die Aufgabe eliminiert, durch Ersatzlaser
zu suchen, in der Hoffnung, einen Laser bei der gewünschten
Frequenz zu finden. Zusätzlich
ist die Wiederherstellung durch Abstimmen des Lasers auf den Pfad,
der für
die Wiederherstellung zu verwenden ist, um mit der Frequenz des
Lasers auf den wiederherzustellenden Pfad übereinzustimmen, möglich. Zudem
wird eine Unterbrechung, hervorgerufen durch Streichen über den
Wellenlängenbereich
zwischen der eingestellten Wellenlänge und der gewünschten
Wellenlänge,
vermieden. Des weiteren bietet das stabile reflektierende Medium
eine präzise Ausgabe-Wellenlänge oder
-Frequenz.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung sowie die Struktur und der Betrieb von verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung, werden unten detailliert mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Referenznummern,
im allgemeinen identische, funktionell ähnliche, und/oder strukturell ähnliche Elemente.
Die Zeichnung, in welcher ein Element erstmals auftritt, ist durch
die linke(n) Ziffer(n) in der korrespondierenden Referenznummer
gekennzeichnet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird mit
Referenz auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in
welchen gilt:
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1 ist
ein Blockdiagramm eines optisch geschalteten Lasers gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Blockdiagramm einer konstant getakteten Mehrfrequenzquelle,
die einen Teil des optisch geschalteten Lasers von 1 gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausbildet;
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3 ist
ein Blockdiagramm einer Laserdiodenvorrichtung, die einen Teil des
optisch geschalteten Lasers von 1 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausbildet;
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4 ist
ein Blockdiagramm einer Filterfeinabstimmungsvorrichtung, die einen
Teil der konstant getakteten Mehrfrequenzquellen von 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausbildet;
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5A und 5B bilden kollektiv ein Flussdiagramm
ab, das den Betrieb des optisch geschalteten Lasers von 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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6 ist
ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Laserdiode von 3 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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7 ist
ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Filterfeinabstimmungsvorrichtung
von 4 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 ist
ein Blockdiagramm eines optisch geschalteten Lasers 102.
Der optisch geschaltete Laser 102 erzeugt ein moduliertes
optisches Ausgangssignal 118 bei einer ausgewählten Trägerfrequenz. Im
spezielleren empfängt
der optisch geschaltete Laser 102 ein Wellenlängensteuerungskommando 110 (auch
ein Frequenzselektionskommando genannt), das eine ge wünschte Trägerfrequenz
identifiziert und einen Lichtstrahl oder ein optisches Signal bei
einer gewünschten
Trägerfrequenz
erzeugt. Das erzeugte Anfangssignal wird als Trägersignal 112 bezeichnet. Der
optisch geschaltete Laser 102, beschrieben in der bevorzugten
Ausführungsform,
moduliert auch das Trägersignal 112 und
erzeugt ein moduliertes Trägersignal,
in 1 als optisches Ausgangssignal 118 bezeichnet.
Es sind jedoch verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung
möglich,
die diese Modulationsfähigkeit
nicht beinhalten.
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Der optisch geschaltete Laser 102 in 1 beinhaltet eine konstant
geschaltete bzw. getaktete Mehrfrequenzquelle 104, eine
feinabgestimmte Laserdiode 106, eine Lasermodulationsvorrichtung 108 und
Elemente zur Feinabstimmung der feinabgestimmten Laserdiode 106.
Die konstant getaktete Mehrfrequenzquelle 104 empfängt ein
Wellenlängensteuerungskommando 110,
das eine gewünschte Trägerfrequenz
identifiziert. Wie unten im Detail beschrieben, besitzt die konstant
getaktete Mehrfrequenzquelle 104 eine Anzahl von optischen
Filtern 208 (2).
Jeder der optischen Filter 208 schwingt bzw. resoniert
bei einer bestimmten Frequenz. Die konstant getaktete Mehrfrequenzquelle 104 wählt den
optischen Filter 208 entsprechend der gewünschten
Trägerfrequenz,
spezifiziert im Wellenlängensteuerungskommando 110,
aus.
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Die konstant getaktete Mehrfrequenzquelle 104 ist
an die feinabgestimmte Laserdiode 106 gekoppelt. Die feinabgestimmte
Laserdiode 106 beinhaltet ein lichterzeugendes Element 124,
das Licht erzeugt. Das von dem lichterzeugenden Element 124 erzeugte
Licht wird von einer reflektierenden Ausgabevorrichtung 126 in
der feinabgestimmten Laserdiode 106 zu der konstant getakteten
Mehrfrequenzquelle 104 reflektiert. Das Licht wird zwischen
dem ausgewählten
Filter 208 in der konstant getakteten Mehrfrequenzquelle 104 und
der reflektierenden Ausgabevorrichtung 106 hin und her
reflektiert. Dieses Hin- und Her-reflektieren des Lichts repräsentiert das
Trägersignal 112.
Der ausgewählte
optische Filter 208 bewirkt, daß die Frequenz des Trägersignals 112 gleich
oder zumindest im wesentlichen gleich der gewünschten Trägerfrequenz ist, die im Wellenlängensteuerungskommando 110 spezifiziert
ist. Diese Reflektionsaktivität
resultiert in einer Intensivierung des Trägersignals 112. Sobald
das Trägersignal 112 ausreichend
intensiv wird, wird das Trägersignal 112 moduliert
und dann von der feinabgestimmten Laserdiode 106 als das
optische Ausgangssignal 118 ausgegeben.
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In der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform
ist die Lasermodulationsvorrichtung 108 an die feinabgestimmte
Laserdiode 106 gekoppelt. Die Lasermodulationsvorrichtung 108 sendet ein
Modulationssignal 114 an die feinabgestimmte Laserdiode 106.
Wie oben beschrieben moduliert die feinabgestimmte Laserdiode 106 das
Trägersignal 112 mittels
des Modulationssignals 114, um das optische Ausgangssignal 118 zu
erzeugen.
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Die feinabgestimmte Laserdiode 106 in
der in 1 gezeigten bevorzugten
Ausführungsform wird
teilweise durch ein Wellenlängenfehlersignal 116 feinabgestimmt,
welches verwendet wird, um die Temperatur der feinabgestimmten Laserdiode 106 einzustellen.
Die Feinabstimmung bezieht ein Wellenlängenabgleichsverfahren ein,
das ein Referenzeingangssignal 132 und eine Probe des optischen Ausgangssignals 118 verwendet,
welches als das Wellenlängenausgangsprobesignal 122 bezeichnet wird.
Das Wellenlängenausgangsprobesignal 122 wird
von dem Laserdioden-Regulationswellenlängenkomparator 130 über eine
Rückkopplungsschleife 120 empfangen.
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Ferner sind in dem optisch geschalteten
Laser 102 Feinabstimmungskomponenten beinhaltet, die einen
Laserdioden-Ruhestromregulator bzw. Laserdiodenvorstrommagnetisierungsregler 128,
einen Laserdioden-Regulationswellenlängenkomparator 130 und
eine präzise
stabile Trägerwellenlängenreferenz 134 beinhalten.
Der Laserdioden-Ruhestromregulator 120 ist an die Lasermodulationsvorrichtung 108 gekoppelt,
um Anpassungen des Stroms in die Laserdiode 106 bereitzustellen.
Der Laserdioden-Ruhestromregulator 128 passt die Amplitude
des Stroms der feinabgestimmten Laserdiode 106 an, welche
die Frequenz des optischen Ausgangssignals 118 verändert. Der
Laserdioden-Regulationswellenlängenkomparator 130 sendet
Informationen an den Laserdioden-Ruhestromregulator 128 und
die feinabgestimmte Laserdiode 106 für die Feinabstimmung. Der Laserdioden-Regulationswellenlängenkomparator 130 vollzieht
dies durch Vergleichen der Ausgabe der feinabgestimmten Laserdiode 106 mit
einem Referenzeingangssignal 132 von einer präzisen stabilen Trägerwellenlängenreferenz 134.
Der Laserdioden-Regulationswellenlängenkomparator 130 vergleicht
diese zwei Signale und sendet das Ergebnis an den Laserdioden-Ruhestromregulator 128 und
die feinabgestimmte Laserdiode 106.
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Die präzise stabile Trägerwellenlängenreferenz 134 ist
eine stabile, hochgenaue Quelle der Trägerfrequenz, die von der konstant
getakteten Mehrfrequenzquelle 104 erzeugt wird. Die Funktion
einer präzisen
stabilen Trägerwellenlängenreferenz 134 ist gleich
der einer Atomuhr, um eine stabile, hochgenaue Referenz bereitzustellen,
die die Ausrüstung
im Telekommunikationsnetzwerk reguliert. Eine präzise stabile Trägerwellenlängenreferenz 134 existiert
für jede
der Frequenzen, die von der konstant getakteten Mehrfrequenzquelle 104 erzeugt
werden können.
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2 ist
ein Blockdiagramm der konstant getakteten Mehrfrequenzquelle 104.
Wie oben diskutiert empfängt
die konstant getaktete Mehrfrequenzquelle 104 ein Wellenlängensteuerungskommando 110,
das eine ausgewählte
Trägerfrequenz
identifiziert und verursacht, daß das Licht, das von der feinabgestimmten
Laserdiode 106 emittiert wird, bei der ausgewählten Trägerfrequenz
liegt. Die konstant getaktete Mehrfrequenzquelle 104 umfasst
einen optischen Schalter 202, einen Schaltregler 204,
eine schmalbandig reflektierende optische Filterreihe 206, die
eine Mehrzahl von schmalbandig reflektierenden optischen Filtern 208 beinhaltet,
und eine Vielzahl von Filterfeinabstimmungsvorrichtungen 210.
Jede der Filterfeinabstimmungsvorrichtungen 210 korrespondiert
mit einem der schmalbandig reflektierenden optischen Filter 208.
Die optischen Filter 208 korrespondieren mit speziellen
Frequenzen. Im spezielleren resoniert jeder optische Filter 208 Licht
bei einer speziellen Frequenz. Die optische Filterreihe 206 beinhaltet
einen optischen Filter 208 für jede Frequenz von Interesse
(beispielsweise für
jede Frequenz von Interesse innerhalb der 200 nm Bandbreite eines Wellenlängenmultiplexsystems.)
Eine zusätzliche Frequenzkapazität kann zu
jeder Zeit durch Hinzufügen
von optischen Filtern 208, abgestimmt bei den geeigneten
Frequenzen, hinzugefügt
werden.
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Schmalbandig reflektierende optische
Filter 208 können
mittels gut bekannter fester Gitter implementiert werden. Feste
Gitter sind vorteilhaft, da sie sehr spezifische Resonanzwellenlängen oder
-frequenzen besitzen. Deshalb wird Licht, das von einem festen Gitter
reflektiert, bei einer Frequenz, sehr nahe zu der abgestimmten Frequenz
des ausgewählten festen
Gitters reflektieren. Zusätzlich
sind feste Gitter hochreflektierend, annähernd 99% was nahe der Reflektivität eines
Spiegels liegt. Eine hohe Reflektivität ermöglicht es dem Gitter, Licht
effizient und effektiv zurück
durch den optischen Schalter 202 zu der reflektierenden
Ausgabevorrichtung 126 der feinabgestimmten Laserdiode 106 zu
reflektieren.
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Obwohl Filterfeinabstimmungsvorrichtungen 210 für den Betrieb
der konstant getakteten Mehrfrequenzquelle 104 nicht notwendig
sind, beinhaltet die in 2 gezeigte
Ausführungsform
Filterfeinabstimmungsvorrichtungen 210. Jede der Filterfeinabstimmungsvorrichtungen 210 ist
an einen der schmalbandig reflektierenden optischen Filter 208 gekoppelt. Die
Filterfeinabstimmungsvorrichtung 210A stellt die Temperatur
des schmalbandig reflektierenden optischen Filters 208A ein,
was dazu führt,
daß der schmalbandig
reflektierende optische Filter 208A das Licht näher zu dessen
abgestimmter Frequenz reflektiert. Weitere Details der Filterfeinabstimmungsvorrichtungen
werden unten gegeben.
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Die Schaltsteuerung 204 empfängt das
Wellenlängensteuerungskommando 110.
Die Begriffe Wellenlänge
und Frequenz sind austauschbar, da die Frequenz das Inverse der
Wellenlänge
ist. Diese Begriffe werden hierin austauschbar verwendet werden. Die
Schaltsteuerung 204 befiehlt dem optischen Schalter 202
zum optischen Filter 208 entsprechend der ausgewählten Trägerfrequenz
(wie von dem Wellenlängensteuerungskommando 110 angezeigt)
zu schalten. Die Schaltsteuerung 204 kann entweder gemeinsam
mit dem optischen Schalter 202 angeordnet sein oder entfernt
vom optischen Schalter 202 angeordnet sein.
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Der optische Schalter 202 ist
vorzugsweise mittels einer gut bekannten schaltbaren optischen Wellenleitertechnologie
oder anderen Vorrichtungen mit optischer Schaltmöglichkeit implementiert. Die schaltbare
optische Wellenleitertechnologie beinhaltet elektro-optische Schalter,
z. B. Mach-Zehnder-Schalter, und gut bekannte magneto-optische Schalter.
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3 ist
ein Blockdiagramm der feinabgestimmten Laserdiode 106.
Die feinabgestimmte Laserdiode 106 beinhaltet eine Laserdiode 302,
einen thermo-elektrischen Kühler 304 (auch
als TEC bezeichnet) einen Thermistor 306 und eine Temperatursteuerung 308.
Die Laserdiode 302 beinhaltet das lichterzeugende Element 124 und
die reflektierende Auslasseinrichtung 126. Der Thermistor 306 ist
eine Vorrichtung, die die Temperatur der Laserdiode 302 misst.
Wie oben diskutiert, erlauben es das lichterzeugende Element 124 und
die reflektierende Ausgabevorrichtung 126, daß die Laserdiode 302 mit
der konstant getakteten Mehrfrequenzquelle 104 interagiert,
um einen intensiven Lichtstrahl zu erzeugen. Die Feinabstimmelemente
der feinabgestimmten Laserdiode 106 sind der thermo-elektrische
Kühler 304, der
Thermistor 306 und die Temperatursteuerung 308.
Der thermo-elektrische Kühler 304 und
der Thermistor 306 sind an die Laserdiode 302 und
die Temperatursteuerung 308 gekoppelt und interagieren
mit diesen Vorrichtungen, um die Temperatur der Laserdiode 302 einzustellen.
Durch das Einstellen der Temperatur der Laserdiode 302 ist
es möglich, die
Frequenz des Lichts, das von der reflektierenden Auslasseinrichtung 126 reflektiert
wird, fein abzustimmen.
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6 ist
ein Flußdiagramm 602,
welches detaillierter den Betrieb der feinabgestimmten Laserdiode 106 verdeutlicht.
Bei der Beschreibung der Schritte von 6 werden
die in 3 gezeigten Komponenten
referenziert werden. In Schritt 606 sendet der Thermistor 306 ein
Laserdiodentemperatursignal 310 an die Temperatursteuerung 308.
Der Thermistor 306 misst die Temperatur der Laserdiode 302.
Das Laserdiodentemperatursignal 310 ist das Maß der Temperatur
der Laserdiode 302.
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In Schritt 608 vergleicht
der Laserdiodenregulationswellenlängenkomparator 130 (1) das hochgenaue Signal 132 von
der präzisen
stabilen Trägerwellenlängenreferenz 134 und
die tatsächliche emittierte
Wellenlänge
mittels des WellenlängenAuslassprobesignals 122 und
stellt das Wellenlängenfehlersignal 116,
welches ein Vergleich der Wellenlängen dieser zwei Signale ist,
an die Temperatursteuerung 308 bereit.
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In Schritt 610 verwendet
die Temperatursteuerung 308 das Laserdiodentemperatursignal 310 von dem
Thermistor 306 sowie das Wellenlängenfehlersignal 116 von
dem Laserdiodenregulationswellenlängenkomparator 130,
um zu ermitteln, ob die Temperatur der Laserdiode 302 eine
Anpassung benötigt.
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Die von der Temperatursteuerung 308 vorgenommenen
Temperaturanpassungen sind den von dem Laserdioden-Ruhestromregulator 128 vorgenommenen
Anpassungen des Stroms untergeordnet. In anderen Worten ermittelt
der Laserdioden-Ruhestromregulator 128 zuerst die Anpassungen
des Stroms und dann nimmt die Temperatursteuerung 308 die
Anpassungen basierend auf den von dem Laserdioden-Ruhestromregulator 128 vorgenommenen Anpassungen
des Stroms Anpassungen vor. Die Kommunikation zwischen der Temperatursteuerung 308 und
dem Laserdioden-Ruhestromregulator 128 limitiert die Anpassungen
auf diejenigen, die benötigt werden.
Die Kommunikation zwischen dem Laserdioden-Ruhestromregulator 128 und
der Temperatursteuerung 308 erfolgt über eine Rückkopplungsschaltung (nicht
gezeigt), die die zwei Vorrichtungen verbindet.
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In Schritt 612 sendet die
Temperatursteuerung 308 ein Temperaturanpassungssignal 312 an den
thermo-elektrischen Kühler 304.
Das Temperaturanpassungssignal 312 versorgt den thermo-elektrischen
Kühler 304 mit
Informationen, die benötigt
werden, um die Temperatur der Laserdiode 302 abzustimmen.
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In Schritt 614 stimmt der
thermo-elektrische Kühler 304 die
Temperatur der Laserdiode 302 ab. Wenn das Temperaturabstimmungssignal 312 anzeigt,
daß die
Temperatur der Laserdiode zu hoch ist, um das optische Ausgangssignal 118 der
gewünschten
Frequenz bereitzustellen, wird der thermo-elektrische Kühler 304 die
Laserdiode 302 kühlen.
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In Schritt 616 stimmt die
Abstimmung in der Laserdiodentemperatur die Frequenz des Ausgangssignals 118 der
Laserdiode 302 fein ab.
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4 ist
ein Blockdiagramm einer Filterfeinabstimmungsvorrichtung 210.
Die Filterfeinabstimmungsvorrichtung 210 umfasst eine Filtertemperatursteuerung 402,
einen Filter-Thermoelektrischen
Kühler 404,
einen Filterthermistor 406 und einen Filterwellenlängenkomparator 408.
Die Feinabstimmungselemente der Filterfeinabstimmungsvorrichtung 210 sind
gleich denen der feinabgestimmten Laserdiode 106. Ähnlich dem
Thermistor 306, der die Temperatur der Laserdiode 302 misst,
misst der Filterthermistor 406 die Temperatur des schmalbandig
reflektierenden optischen Filters 208. Der Filter-Thermoelektrische
Kühler 404 und
der Thermistor 406 sind an den schmalbandig reflektierenden
optischen Filter 208 und die Filtertemperatursteuerung 402 gekoppelt
und interagieren mit diesen Vorrichtungen, um die Temperatur des
schmalbandig reflektierenden optischen Filters 208 abzustimmen.
Durch Abstimmen der Temperatur des schmalbandig reflektierenden
optischen Filters 208 ist es möglich, die Frequenz des Lichts, das
er reflektiert, fein abzustimmen.
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7 ist
ein Flußdiagramm 702,
welches detaillierter den Betrieb der Filterfeinabstimmungsvorrichtung 210 darstellt.
Wenn die Schritte von 7 beschrieben
werden, werden die in 4 gezeigten Komponenten
referenziert werden. In Schritt 706 sendet der Filterthermistor 406 die
Temperatur des schmalbandig reflektierenden optischen Filters 208 zu
der Filtertemperatursteuerung 402.
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In Schritt 708 empfängt der
Filterwellenlängenkomparator 408 das
Filterreferenzeingangssignal 410 von der präzisen stabilen
Trägerwellenlängenreferenz 134 und
das Wellenlängenausgangsprobesignal 122 von
der feinabgestimmten Laserdiode 106 (1).
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In Schritt 710 vergleicht
der Filterwellenlängenkomparator 408 die
Wellenlängen
des Wellenlängenausgangsprobesignals 122 und
des Filterreferenzeingangssignal und sendet dann den resultierenden Vergleich
an die Filtertemperatursteuerung 402.
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In Schritt 712 ermittelt
die Filtertemperatursteuerung 402, ob Anpassungen in der
Temperatur des schmalbandig reflektierenden optischen Filters 208 benötigt werden,
basierend auf dem Vergleichssignal, das von Filterwellenlängenkomparator 408 empfangen
wird.
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In Schritt 714 sendet die
Filtertemperatursteuerung 402 Temperaturanpassungen an
den Filterthermoelektrischen Kühler 404.
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In Schritt 716 kühlt der
Filterthermoelektrische Kühler 404 den
schmalbandig reflektierenden optischen Filter 208 falls
nötig.
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Der Betrieb des optisch geschalteten
Lasers 102 ist in einem in 5A und 5B gezeigten Flußdiagramm 502 verdeutlicht.
Wenn die in den 5A und 5B gezeigten Schritte beschrieben
werden, werden die Kompenten von 1 und 2 referenziert werden.
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In Schritt 506 empfängt die
Schaltungssteuerung 204 das Wellenlängensteuerungskommando 110,
welches die gewünschte
Trägerfrequenz
anzeigt.
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In Schritt 508 befiehlt
die Schaltungssteuerung 204 dem optischen Schalter 202,
zu dem optischen Filter 208, korrespondierend zu der gewünschten
Trägerfrequenz,
zu schalten. Es wird angenommen, daß der optische Filter 208A mit
der gewünschten
Trägerfrequenz
korrespondiert.
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In Schritt 510 verbindet
der optische Schalter 202 den schmalbandig reflektierenden
optischen Filter 208A mit der Laserdiode 106,
gemäß den Anweisungen
von der Schaltsteuerung 204.
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Wie durch Schritt 512 repräsentiert
werden die von dem lichterzeugenden Element 124 der feinabgestimmten
Laserdiode 106 erzeugten Photonen kontinuierlich von der
reflektierenden Ausgabevorrichtung 126 der feinabgestimmten
Laserdiode 106 in dem optischen Schalter 202 und
zu dem ausgewählten
schmalbandig reflektierenden optischen Filter 208A kontinuierlich
reflektiert.
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Wie durch Schritt 514 dargestellt,
stimmt die Filterfeinabstimmungsvorrichtung 210A die Temperatur
des schmalbandig reflektierenden optischen Filters 208A kontinuierlich
ab, basierend auf Temperatur- und Wellenlängenvergleichsinformationen.
Dies veranlasst den ausgewählten
schmalbandig reflektierenden optischen Filter 208A, Licht
noch genauer bei der ausgewählten
Trägerfrequenz
zu reflektieren.
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Wie durch Schritt 516 repräsentiert,
reflektiert der ausgewählte
schmalbandig reflektierende optische Filter 208A die Photonoen
kontinuierlich zurück
zu der reflektierenden Ausgabevorrichtung 126 in der feinabgestimmten
Laserdiode 106 bei der ausgewählten Trägerfrequenz. Die Photonen bei
der ausgewählten
Trägerfrequenz
werden auch als das Trägersignal 112 bezeichnet.
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Wie durch Schritt 520 repräsentiert,
reflektieren die Photonen, die das Trägersignal 112 darstellen,
kontinuierlich zwischen der reflektierenden Ausgabevorrichtung 126 in
der feinabgestimmten Laserdiode 106 und dem ausgewählten schmalbandig
reflektierenden optischen Filter 208A hin und her, was die
Intensität
des Trägersignals 112 ansteigen
lässt.
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In Schritt 522 wird das
Trägersignal 112 ausreichend
intensiv, so daß es
als das optische Ausgangssignal 118 von dem Auslass der
feinabgestimmten Laserdiode 106 emittiert wird.
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Wie durch Schritt 524 repräsentiert,
emittiert die Lasermodulationsvorrichtung 108 kontinuierlich ein
Modulationssignal 114 an die feinabgestimmte Laserdiode 106.
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In Schritt 526 moduliert
die Laserdiode das optische Ausgangssignal 118 mittels
des Modulationssignals 114.
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In Schritt 528 empfängt der
Laserdiodenregulationswellenlängenkomparator 130 das
Referenzeingangssignal 132 von der präszisen stabilen Trägerwellenlängenreferenz 134 und
das Wellenlängenausgangsprobesignal 122 von
der feinabgestimmten Laserdiode 106 und vergleicht die
Wellenlängen.
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In Schritt 530 sendet der
Laserdiodenregulationswellenlängenkomparator 130 ein
Wellenlängenfehlersignal 116,
welches ein Vergleich der Wellenlängen ist, an den Laserdiodenruhestromregulator 128,
sowie das Wellenlängenfehlersignal 116,
welches ebenfalls ein Vergleich der Wellenlängen ist, an die feinabgestimmte
Laserdiode 106.
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In Schritt 532 ermittelt
der Laserdiodenruhestromregulator 128, ob Anpassungen in
dem Laserdiodenruhestrom benötigt
werden. Wenn dem so ist, passt der Laserdiodenruhestromregulator 128 die Amplitude
des Ruhestroms der feinabgestimmten Laserdiode 106 an,
um dabei die Wellenlänge
des optischen Ausgangssignals 118 anzupassen. Die Anpassung
in der Amplitude des Ruhestroms der feinabgestimmten Laserdiode 106 ändert die
Frequenz des optischen Ausgangssignals 118.
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Wie zuvor erwähnt dominieren die von dem Laserdiodenruhestromregulator 128 vorgenommenen
Anpassungen des Stroms die durch die Temperatursteuerung 308 vorgenommenen
Anpassungen. In anderen Worten ermittelt der Laserdiodenruhestromregulator 128 zuerst
die Anpassungen des Stroms und dann passt die Temperatursteuerung 308 die
Temperatur basierend auf den Anpassungen des Stroms, die durch den
Laserdiodenruhestromregulator vorgenommen wurden, an. Die Kommunikation zwischen
dem Laserdiodenruhestromregulator 128 und der Temperatursteuerung 308 limitiert Änderungen
auf diejenigen, die benötigt
werden. Die Kommunikation zwischen dem Laserdiodenruhestromregulator 128 und
der Temperatursteuerung 308 erfolgt über eine Rückkopplungsschaltung (nicht
gezeigt), die die zwei Vorrichtungen verbindet. Der Laserdiodenruhestromregulator 128 dominiert,
weil Stromanpassungen auf den zulässigen Bereich des Stroms, der
verwendet werden kann, um die feinabgestimmte Laserdiode 106 zu
betreiben, begrenzt sind. Wenn Strom außerhalb des zulässigen Bereiches
an die feinabgestimmte Laserdiode 106 geliefert wird, kann die
feinabgestimmte Laserdiode 106 versagen.
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Andere Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind möglich.
Wie oben erwähnt,
bezugnehmend auf 1,
beinhaltet eine andere Ausführungsform
der Erfindung die konstant getaktete Mehrfrequenzquelle 104 und
die feinabgestimmte Laserdiode 106, beinhaltet jedoch nicht
die Lasermodulationsvorrichtung 108 oder die Feinabstimmungselemente.
Die Feinabstimmungselemente von 1 beinhalten
den Laserdiodenregulationswellenlängenkomparator 130,
den Laserdiodenruhestromregulator 128, und die präzise stabile
Trägerwellenlängenreferenz 134.
In dieser Ausführungsform
ist das optische Ausgangssignal 118 dasselbe wie das Trägersignal 112.
Diese Ausführungsform
ist nützlich, wann
immer eine abstimmbare Laserquelle benötigt wird. Beispielsweise könnte ein
Farbfernseher abstimmbare Laserlichtquellen in jedem Pixel in dem Farbfernseherschirm
verwenden, die die Farbe für
jedes neue auf dem Fernsehschirm abgebildete Bild ändern.
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Zusätzliche Ausführungsformen
sind möglich,
die die in 2 gezeigten
Filterfeinabstimmungsvorrichtungen 210 oder die Feinabstimmungsvorrichtungen
für die
Laserdiode, einschließlich
des thermoelektrischen Kühlers 304,
des Thermistors 306 und der Temperatursteuerung 308,
gezeigt in 3, nicht
enthalten. Diese Ausführungsformen könnten nicht
die Frequenzgenauigkeit der oben beschriebenen Ausführungsform
besitzen, würden
jedoch weniger aufwendig herzustellen sein. Ferner sind Ausführungsformen
der Erfindung möglich,
die andere Vorrichtungen verwenden, die die Genauigkeit des Signals
verbessern.
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Noch weitere Ausführungsformen sind möglich mit
Hinzufügen
von Komponenten. Beispielsweise beinhaltet, bezugnehmend auf 1, eine alternative Ausführungsform
eine Mehrzahl von feinabgestimmten Laserdiodenvorrichtungen 106,
jede gekoppelt an die konstant getaktete Mehrfrequenzquelle 104 und
die Lasermodulationsvorrichtung 108. Diese Ausführungsform
würde das
Trägersignal 112 an
viele Empfänger über die
vielfachen optischen Ausgangssignale 118 senden. Noch eine
weitere Ausführungsform
würde vielfache
Lasermodulationsvorrichtungen 108 beinhalten, jede an eine
von einer Vielzahl von feinabgestimmten Laserdioden 106 gekoppelt,
die verschiedene optische Ausgangssignale 118, alle mit
derselben Trägerfrequenz 112,
erzeugen. Alle Ausführungsformen,
die eine Modulation einbeziehen, sind mit einem direkten Modulator 108, wie
in 1 gezeigt, einem
indirekten Modulator oder jeder anderen Modulationstechnik, die
dem Durchschnittsfachmann bekannt sind, möglich.
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Bezugnehmend auf 2 sind weitere Ausführungsformen mit vielfachen
Elementen in der konstant getakteten Mehrfrequenzquelle 104 möglich. Beispielsweise
kann eine Vorrichtung hergestellt werden, um vielfache schmalbandig
refelektierende optische Filterreihen 206 zu besitzen,
um die Verfügbarkeit
von präzisen
Farben zu steigern, die Reparatur und das Setzen von Teilen zu erleichtern,
und um eine Ersatzquelle verfügbar
zu haben. Gleichermaßen
ist eine Ausführungsform
mit vielfachen optischen Schaltern 202 möglich, die
das Schalten zwischen vielfachen Laservorrichtungen 106 (1) erlaubt und es erlaubt,
daß ein
Ersatzschalter verfügbar
ist. Eine andere Ausführungsform
mit vielfachen optischen Schaltern 202 ist eine Vorrichtung,
die mit verschiedenen Lichtquellentypen arbeitet. Zusätzlich kann
es eine Ausführungsform
sein, vielfache geschaltete Mehrfrequenzquellen 104 in
einer Vorrichtung zu besitzen, welche die oben beschriebenen Vorteile,
gesteigerte Verfügbarkeit
von präzisen
Farben, Einfachheit der Wartung, Möglichkeit des Schaltens zwischen
vielfachen und verschiedenen Typen von Lichtquellen, sowie Ersatzteile,
besitzt.
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Die konstant getaktete Mehrfrequenzquelle 104 kann
hergestellt sein, um eine verbesserte Kommandofähigkeit zu besitzen. Vielfache
Schaltsteuerungen 204 oder eine erweiterte Schaltsteuerung
(eine Ausführungsform
von 204) erlauben es dem optischen Schalter 202,
in verschiedenen Weisen, wie bespielsweise automatisiert oder manuell
gesteuert zu werden. Zusätzliche
Elemente können
zu der konstant getakteten Mehrfrequenzquelle 104 hinzugefügt werden,
um eine Steuerung und Verwaltbarkeit hinzuzufügen. Beispielsweise kann der
optische Schalter 202 durch eine automatisierte Vorrichtung gesteuert
werden, die eine Datenbank enthält,
die die schmalbandig reflektierenden optischen Filter 208, verfügbar und
in Gebrauch, speichert. Die Information kann entweder zur manuellen
oder zur automatischen Steuerung des optischen Schalters 202 verwendet
werden.
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Andere Ausführungsformen, vielfältige Elemente
in der konstant getakteten Mehrfrequenzquelle 104 einbeziehend,
können
es der Vorrichtung erlauben, unter verschiedenen Bedingungen zu
arbeiten. Beispielsweise kann es eine Ausführungsform mit vielfältigen Filterfeinabstimmungsvorrichtungen 210 für jede gewünschte Trägerfrequenz
der konstant getakteten Mehrfrequenzquelle erlauben, in extremen
Klimata, wie beispielsweise extrem heißen oder kalten Umgebungen,
zu arbeiten. Diese Filterfeinabstimmungsvorrichtungen 210 können Komponenten
besitzen, die die Vorrichtung wärmen
oder die Vorrichtung besser kühlen.
Ausführungsformen,
die vielfältige
Filterfeinabstimmungsvorrichtungen 210 und/oder vielfältige schmalbandig
reflektierende optische Filter 208 für jede gewünschte Trägerfrequenz beinhalten, können Vorteile
besitzen, in der Lage zu sein, unter vielfältigen Bedingungen zu arbeiten,
können
ein verbessertes Leistungsverhalten mit vielfältigen Lichtquellentypen besitzen
und können
es ermöglichen,
daß Ersatzteile
verfügbar
sind. Um die Herstellungskosten zu reduzieren, kann die Vorrichtung
eine Filterfeinabstimmungsvorrichtung 210 für verschiedene
schmalbandig reflektierende optische Filter 208 besitzen.
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Während
verschiedene Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden sind, sollte es sich
verstehen, daß sie
lediglich beispielhalber und nicht zum Zwecke der Begrenzung dargestellt
worden sind. Folglich sollte die Breite und der Rahmen der vorliegenden
Erfindung nicht auf einen beliebigen der oben beschriebenen exemplarischen
Ansprüche
und deren Äquivalente
beschränkt
werden.