BR9813265B1

BR9813265B1 - guia de onda de fibra ótica.

Info

Publication number: BR9813265B1
Application number: BRPI9813265-2A
Authority: BR
Inventors: Richard Ian Laming; Morten Ibsen
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2012-01-10
Also published as: AU9551698A; JP2001521202A; CA2307187C; BR9813265A; DE69805434T2; AU739118B2; US6334013B1; EP1032854B1; EP1032854A1; GB9722421D0; AR013721A1; CA2307187A1; NZ503975A; JP4177959B2; DE69805434D1; WO1999022255A1; ES2178266T3

Description

"GUIA DE ONDA DE FIBRA ÓPTICA"

Esta invenção se refere a grades de fibra óptica.

Para permitir uma alta velocidade de transferência de dados através de enlaces de fibra existentes, que são inerentemente dispersivos, é necessário prover alguns meios para compensação de dispersão, como grades de fibra chilreantes.

Grades chilreantes são grades nas quais o comprimento de onda Bragg varia ao longo do comprimento da grade, em contraste com as grades convencionais não-chilreantes que são caracterizadas por um único comprimento de onda ressonante (comprimento de onda de Bragg), definido por um único passo de gradeamento. O fato de uma grade chilreante refletir luz de diferentes comprimentos de onda em diferentes posições ao longo de seu comprimento pode ser explorado para prover um compensador de dispersão.

Para compensação de dispersão de sinais multiplexados de divisão de comprimento de onda (WDM), grades chilreantes de multicanal podem ser usadas. Grades chilreantes de multicanal foram idealizadas usando grades amostradas (ver Ouellete et al., em Electronics Letters, Volume 31, páginas 899-900 (1995)). Grades amostradas de guia de onda são grades nas quais uma, ou ambas, amplitude e fase de modulação do índice de refração é, ela mesma, modulada periodicamente de um modo binário (dois estados) ao longo da estrutura. Em uso, tal gradeamento provê múltiplos picos de reflexão separados por um comprimento de onda definido pela modulação de amplitude e/ou de fase, os múltiplos picos de reflexão sendo distribuídos ao redor do comprimento de onda de Bragg da grade de guia de onda amostrada.

Os canais individuais de uma grade multicanal podem ser chilreados para prover um compensador de dispersão de multicanal. Gradeamentos de multicanal têm também outras aplicações, por exemplo, quando não chilreados como fibras ópticas e modeladores de pulso de sinais WDM.

Um tipo de gradeamento de multicanal é um gradeamento de Moiré que pode ser considerado como uma superposição de duas grades de Bragg de passo diferente. Grades de fibra de Moiré foram idealizadas, como descritas por Reid et al., em Electronics Letters, Volume 26, páginas 10-12 (1990) e por Legoubin et al., em Electronics Letters, Volume 27, páginas 1945-1946(1991).

Reid et al. descrevem uma fibra de modo único que é sobreposta e polida para ganhar acesso ao campo no núcleo e, depois, revestida com uma fina camada de foto-resistente. Uma grade de Moiré é formada no foto-resistente por uma dupla exposição a padrões de interferência de períodos ligeiramente diferentes. Após o desenvolvimento do foto-resistente, a grade é deslustrada e depois revestida com uma camada de óxido de alumínio e finalmente coberta com óleo marcador de índice.

Legoubin et al. descrevem uma grade de Moiré em uma fibra de germânio-silicato (Ge/Si) usando dupla exposição por padrões de franja de ultravioleta. Uma técnica alternativa descrita é deslustrar um padrão de Moiré em um substrato de máscara de fase, provendo assim uma máscara de fase de encomenda para aquele padrão de Moiré.

A distinção entre os canais nestas grades de fibra de Moiré idealizadas anteriormente não apresenta clareza, e o chilreamento da estrutura não foi descrito ou mesmo considerado possível.

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é provida uma guia de onda de fibra óptica, em que uma seção da mesma é modulada em índice de refração de modo a formar uma grade com uma pluralidade de canais de comprimento de onda de reflexão característicos, nos quais a modulação do índice de refração compreende uma modulação de amplitude possuindo:

uma componente de maior freqüência subjacente definindo a forma do perfil de reflexão de cada um dos canais de comprimento de onda,

uma componente de menor freqüência impondo repetidos envelopes sobre a componente de maior freqüência e definindo a separação dos canais de comprimento de onda, a forma do envelope da componente de menor freqüência sendo de modo a conferir uma resposta substancialmente plana a cada um dos canais de comprimento de onda; e

mudanças de fase discretas pelo menos entre os envelopes da componente de menor freqüência.

A invenção provê, desse modo, uma grade de fibra multicanal usando uma estrutura repetitiva na qual os envelopes repetidos são impostos sobre uma componente de maior freqüência. A componente de maior freqüência, que pode ser de freqüência única ou chilreada, define a freqüência central da grade multicanal e também da resposta geral de cada canal. A componente de menor freqüência define a separação de canal, ou plana ou irregular, dependendo da função escolhida, e também das intensidades dos canais individuais. Deste modo, a invenção pode superar os problemas das grades amostradas anteriores usando uma função de amostragem binária ou de "cartola", onde as intensidades relativas dos diferentes canais forem muito irregulares.

O componente de maior freqüência define a freqüência central do sistema. Desse modo, em uma grade possuindo um número ímpar de canais esta pode coincidir também com uma freqüência central do canal central. Em uma grade com um número par de canais, esta freqüência central pode também ficar dentro de dois canais adjacentes.

Em algumas outras configurações, a componente de menor freqüência se ajusta a uma função sinc, para formar uma grade amostrada sinc. Esta terá uma forma de envelope geralmente simétrica e conduzirá a uma pluralidade de canais possuindo uma separação substancialmente igual. Entretanto, outras formas de envelope formadas pela adição de diferentes componentes de freqüência podem ser usadas - estas podem ser arranjadas para dar à pluralidade de canais uma separação desigual.

Uma grade multicanal não-chilreada pode ser provida, na qual a componente de maior freqüência possui uma única freqüência.

Alternativamente, uma grade multicanal chilreada pode ser provida, na qual a componente de maior freqüência possui uma freqüência variável ao longo da seção modulada para definir uma grade chilreante.

Pela inclusão de mudanças discretas de fase, pode ser assegurado que um perfil de amplitude e fase de índice de refração alternando continuamente seja provido. Para este fim, as mudanças discretas de fase podem ser substancialmente de pi, ou seja, de 180°, em magnitude. As mudanças de fase são, de preferência, a cada cruzamento zero da componente de menor freqüência.

O procedimento acima é mais atraente do que a modulação de índice de refração, sendo possível de produzir sobreescrevendo muitas grades a diferentes comprimentos de onda na mesma seção de guia de onda, uma vez que, através da provisão de um envelope e discretas mudanças de fase entre eles, o ajuste exato do comprimento de onda dos canais é automaticamente obtido a partir do processo de amostragem. Além disso, pela sobrescrição das grades por cima de um único comprimento de guia de onda, as grades podem oferecer o potencial de maior estabilidade quando acondicionadas, bem como, custos vantajosos.

Em uma aplicação, um compensador de dispersão é provido para compensação de dispersão nos enlaces de transmissão de dados, o compensador possuindo uma grade de guia de onda óptica que é uma grade de dois canais chilreantes, cada canal possuindo compensação de dispersão independente para o canal de comprimento de onda concernente, no qual a grade é definida por um perfil de modulação de índice de refração incluindo mudanças discretas de fase presentes em uma única seção da estrutura de guia de onda. A separação clara entre canais de comprimento de onda pode ser obtida, para prover compensadores de dispersão de canal duplo com um produto de dispersão-largura de faixa de duas vezes o de uma grade de canal único impresso no comprimento equivalente de fibra.

Em uma outra aplicação, um compensador de dispersão é provido para compensação de dispersão em enlaces de transmissão de dados, o compensador possuindo uma grade de guia de onda óptica, que é uma grade chilreante amostrada, por exemplo, uma grade sinc-amostrada, possuindo dois ou mais canais de comprimento de onda com compensação de dispersão para o canal de comprimento de onda concernente, no qual a grade amostrada é definida por um perfil de modulação de índice de refração incluindo mudanças de fase discretas.

Como também com as funções seno e sinc, o envelope imposto sobre a modulação de índice de refração normal pode seguir qualquer forma funcional desejada possuindo apropriadas propriedades de Fourier para aplicação concernente, para prover uma grade multicanal com desejadas características de reflexão.

Outras configurações com grades não-chilreantes podem ser também idealizadas.

Nas configurações acima mencionadas, a grade pode ser fabricada pela impressão simultânea sobre a estrutura de guia de onda do perfil de índice de refração pré-calculado, usando uma técnica de impressão contínua, por exemplo, para prover uma separação de comprimento de onda precisa e igual entre os canais de comprimento de onda que podem ser escolhidos para corresponder precisamente aos canais de comprimento de onda de um sistema de transmissão WDM possuindo dois ou mais canais de comprimento de onda igualmente espaçados.

A grade de guia de onda óptica pode ser formada de uma fibra óptica compreendendo, em seção transversal, uma região de núcleo e uma região de revestimento, a seção modulada sendo definida na região de núcleo ou em uma parte dela, como uma região anular disposta ao redor de uma região de núcleo central.

Aspectos adicionais da invenção estão exemplificados nas reivindicações anexas.

Para uma melhor compreensão da invenção e para mostrar como a mesma pode ser realizada, faz-se referência agora, como exemplo, aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 mostra, esquematicamente, em seção transversal uma grade de guia de onda de fibra óptica de acordo com uma primeira configuração da invenção;

a figura 2 mostra em seção axial a grade de guia de onda de fibra óptica da figura 1;

a figura 3 é um gráfico mostrando o perfil de índice de retração δη como uma função da distância χ ao longo de uma direção de transmissão de uma grade de guia de onda sinc-amostrada de quatro canais de um primeiro exemplo;

a figura 4 mostra a refletibilidade relativa R em decibéis, como função do comprimento de onda λ em nanômetros para a grade da figura 3;

a figura 5 mostra a refletibilidade R em decibéis, como função do comprimento de onda λ em nanômetros para uma grade de oito canais de acordo com um segundo exemplo;

a figura 6 mostra a refletibilidade R em decibéis, como função do comprimento de onda λ em nanômetros para uma grade de dezesseis canais de acordo com um terceiro exemplo;

a figura 7 é um gráfico mostrando o perfil de índice de refração δη como uma função da distância χ ao longo de uma direção de transmissão de uma grade de Moiré de dois canais de um quarto exemplo; a figura 8 mostra a refletibilidade R em decibéis, como função do comprimento de onda λ em nanômetros para a grade da figura 7;

a figura 9 mostra o retardo de tempo At em picossegundos em função do comprimento de onda λ em nanômetros para a grade da figura 7;

a figura 10 mostra o desvio do retardo de tempo linear δ(Δί) em picossegundos para o canal I da grade da figura 7;

a figura 11 mostra o desvio do retardo de tempo linear δ(Δΐ) em picossegundos para o canal II da grade da figura 7;

a figura 12 mostra a refletibilidade R em decibéis como uma função de comprimento de onda λ em nanômetros para uma grade de Moiré de dois canais de acordo com um quinto exemplo;

a figura 13 mostra o retardo de tempo At em picossegundos em função do comprimento de onda em nanômetros para a grade da figura 12;

a figura 14 mostra a refletibilidade R em decibéis em função do comprimento de onda λ em nanômetros de uma grade sinc-amostrada chilreante de quatro canais de acordo com um sexto exemplo;

a figura 15 mostra o retardo de tempo At em picossegundos em função do comprimento de onda λ em nanômetros para a grade chilreante de quatro canais da figura 14;

as figuras 16 a 19 mostram o desvio do retardo de tempo linear δ(Δt) em picossegundos como função do comprimento de onda λ em nanômetros para os quatro canais I-IV da grade da figura 14;

a figura 20 mostra esquematicamente uma unidade de transmissão compreendendo uma grade chilreante multicanal de acordo com a primeira ou segunda configurações da invenção, servindo como um pré- compensador de dispersão WDM;

a figura 21 mostra esquematicamente uma unidade repetidora compreendendo uma grade chilreante multicanal de acordo com a primeira ou segunda configurações da invenção, servindo como um compensador dispersão WDM; e

a figura 22 mostra esquematicamente uma unidade receptora compreendendo uma grade chilreante multicanal de acordo com qualquer uma da primeira a terceira configurações da invenção, servindo como um pós-compensador de dispersão WDM.

As figuras 1 e 2 mostram em seção transversal e em seção axial, respectivamente, uma grade multicanal de acordo com uma primeira configuração da invenção idealizada em uma fibra óptica. A fibra óptica compreende um revestimento de vidro 2 e um núcleo guia de luz fotossensível 4. A fibra pode, por exemplo, ser uma fibra de Ge/Si carregada com deutério. E provida uma seção 6 do núcleo de fibra 4 possuindo um comprimento Lgr. A seção 6 tem um perfil de modulação de índice de refração e perfil de fase. A modulação provê uma grade multicanal. O comprimento Lgr da porção modulada 6 do núcleo 4 é, em exemplos típicos, da ordem de dez centímetros a um metro.

EXEMPLO 1

O exemplo 1 é descrito agora com referência às figuras 3 e 4.

Uma grade de fibra amostrada não-chilreante de quatro canais é feita usando uma versão ampliada da técnica de escaneamento de gradeamento contínuo de máscara fibra/fase descrita no pedido de patente GB-A-2.316.760. Esta técnica permite a formação de grade não-uniforme com uma máscara de fase uniforme. Um laser de íon de argônio de intracavidade de freqüência dupla, produzindo 100 mW de luz CW de 244 nm, é empregado como uma fonte de UV. Uma fluência total de aproximadamente 0,8 kJ/cm2 é usada para imprimir a grade. A grade é impressa em uma fibra de germânio-silicato (Ge/Si) carregada com deutério do tipo mostrado esquematicamente nas figuras 1 e 2 e possuindo uma abertura numérica NA de aproximadamente 0,2. De modo a uniformizar as marcas de ondas de retardo de tempo, a grade é apodizada por 10% do comprimento total de gradeamento em cada lado da grade.

O tempo gasto para imprimir a grade deste exemplo foi de 30 minutos e a grade tem 10 cm de comprimento.

A figura 3 mostra o perfil de índice de refração complexo e as regiões de mudança de fase na grade do exemplo 1. O perfil se ajusta a uma função sinc. As seções amostradas em forma de sinc fazem com que o envelope geral do espectro de reflexão seja quadrado ou de topo plano. Além disso, a grade é feita de um número de subseções concatenadas para assegurar um perfil de fase e amplitude de índice de refração se alternando continuamente. As subseções concatenadas têm, cada uma, o mesmo, ou substancialmente o mesmo, índice de refração e perfil de fase para criar uma pluralidade de canais de comprimento de onda dentro do envelope geral. A separação de canal Δλ é definida pelo período de envelope P entre os máximos da modulação de amplitude do índice de refração de freqüência mais longo, ou seja, por:

<formula>formula see original document page 10</formula>

onde neff é o índice de refração efetivo na grade e λΒ é o comprimento de onda de Bragg da grade. Como mostrado na figura 3, a modulação de amplitude possui um máximo de ônmáx.

O perfil de índice de refração pode ser expresso como a soma das componentes espectrais de cada um dos comprimentos de onda característicos. A Teoria de Fourier pode ser usada para exprimir o perfil de índice de refração como uma função de amostragem única Σ(ζ), onde ζ é o eixo de comprimento ao longo da direção de propagação na estrutura do guia de onda, a saber.

<formula>formula see original document page 10</formula> onde N é o número de canais de comprimento de onda (um inteiro, maior que um) e Lgr é o comprimento total da grade.

Novamente com referência à figura 3, pode ser visto que o perfil de índice de refração tem dois lobos laterais entre máximos sucessivos.

Geralmente, o número de lobos laterais entre máximos sucessivos é de menos dois do que o número de comprimentos de onda característicos. Por exemplo, uma grade de oito canais possui um perfil de índice de refração com seis lobos laterais, uma grade de dezesseis canais, quatorze lobos laterais e assim por diante. A forma sinc da modulação do índice de refração é gerada pela apodização ao longo do comprimento da grade. De modo a criar a mudança de sinal no perfil de índice de refração entre os lobos laterais, uma mudança de fase discreta δφ de π é inserida.

A figura 4 mostra a refletividade R da grade da figura 1 em função do comprimento de onda λ. A grade amostrada possui um comprimento de onda de Bragg de 1560,5 nm e tem quatro canais de comprimento de onda. Todos os canais de comprimento de onda possuem supressão completa de comprimento de onda fora-de-faixa como evidenciado pela figura 4. Todos os canais de comprimento de onda apresentam características aproximadamente idênticas, sendo uniformes com uma largura de faixa de 16 pm e, aproximadamente, 10 dB de perda de transmissão. A separação de canal é de 100 GHz, dando uma finura (relação da separação dos máximos de canal adjacente com a metade da largura de um máximo de canal) de 50.

EXEMPLO 2

Uma grade de fibra amostrada não-chilreante de oito canais é feita com a mesma técnica referida no Exemplo 1 e impressa sobre uma porção de 10 cm de comprimento de uma fibra de Ge/Si com NA de aproximadamente 0,2, como também no Exemplo 1. O perfil de índice de refração possui um perfil de forma sinc analisável com a mesma aplicação da Teoria de Fourier como descrito com referência ao Exemplo 1. Os oito canais de comprimento de onda têm todos completa supressão de comprimento de onda fora-de-faixa, como evidenciado pela figura 5, que mostra a refletibilidade R da grade em função do comprimento de onda λ. Os canais são distribuídos ao redor do comprimento de onda central de Bragg de 1560,5 nm, definido pelo passo de gradeamento uniforme subjacente e todos possuem características aproximadamente iguais, sendo uniformes com uma largura de faixa de 16 pm e, aproximadamente, perda de transmissão de 10 dB. A separação de canal é de 100 GHz resultando uma finura de 50.

EXEMPLO 3

Uma grade de fibra amostrada não-chilreante de oito canais é feita com a mesma técnica referida no Exemplo 1 e impressa sobre uma porção de 10 cm de comprimento de uma fibra de Ge/Si com NA de aproximadamente 0,2, como também no Exemplo 1. O tempo gasto para imprimir a grade amostrada foi de 15 minutos e a mudança de índice de refração de, aproximadamente, 2 χ 10-4. O perfil de índice de refração possui um perfil em forma de sinc analisável com a mesma aplicação da teoria de Fourier, como descrito com referência ao Exemplo 1. Os dezesseis canais de comprimento de onda têm todos completa supressão de comprimento de onda fora-de-faixa, como evidenciado pela figura 6, que mostra a refletibilidade R da grade em função do comprimento de onda λ. Os canais são distribuídos ao redor do comprimento de onda central de Bragg de 1560,5 nm, definido pelo passo de gradeamento uniforme subjacente, e todos possuem características aproximadamente iguais, sendo uniformes com uma largura de faixa de 16 pm e, aproximadamente, perda de transmissão de 10 dB. A separação de canal é de 100 GHz resultando uma finura de 50.

EXEMPLO 4

O Exemplo 4 é descrito agora com referência às figuras 7 a 11.

Uma grade de fibra chilreante de dois canais é provida. A grade foi feita usando uma técnica similar como a referida para o Exemplo mas modificada de modo que o período subjacente da modulação usada para definir os canais de comprimento de onda individuais varie continuamente ao longo de uma porção impressa da fibra Ge/Si. De preferência, a variação de período ao longo do comprimento da grade é monotônica e linear, dando uma grade linearmente chilreada. A fibra tem um NA de aproximadamente 0,2, como no Exemplo 1. O tempo gasto para imprimir a grade foi de 30 minutos. De modo a uniformizar as marcas de onda de retardo de tempo, as grades são apodizadas por 10% do comprimento total de grade em qualquer lado da grade.

O comprimento de onda de Bragg da grade é de 1531,9 nm e a grade possui um período de modulação de índice de refração de 291 μιη, conduzindo a uma separação de comprimento de onda dos canais de reflexão de 2,7 nm (338 GHz). A largura de faixa de cada canal é idêntica, sendo, aproximadamente, de 2,7 nm. Estes valores são derivados por uma simples aplicação da equação (1) acima.

A figura 7 mostra o perfil de índice de refração complexo e as regiões de mudança de fase na grade do Exemplo 4. O perfil se ajusta a uma função-seno e resulta em dois canais de reflexão característicos. Isto segue a Teoria de Fourier que mostra que uma variação senoidal no índice de refração de uma grade gera duas faixas laterais idênticas dispostas simetricamente ao redor do comprimento de onda de Bragg λΒ da grade. A variação senoidal implica em que regiões de índice de refração "negativos" sejam necessárias. O efeito desejado é realizado pela inserção de uma mudança de fase discreta δφ de π (pi) após cada meio período da variação de seno na amplitude de índice de refração, como pode ser visto na figura 7. A separação Δλ entre os dois comprimentos de onda é definida pelo período P entre os máximos da modulação de índice de refração e pela equação (1) acima.

Um chilro linear é imposto sobre a grade como indicado na figura 7 pela seta apontando a partir de um comprimentos de onda. relativamente curtos λι, característicos da grade em uma extremidade da seção modulada do guia de onda, e um comprimento de onda relativamente longo X2, característico da grade na outra extremidade da seção modulada do guia de onda.

Imprecisões na magnitude da mudança de fase entre as seções e modulação perturbarão a imagem coerente do perfil de índice de refração senoidal. Faixas laterais de intensidades desiguais serão geradas do lado de fora das duas faixas laterais centrais e perturbarão o coeficiente de acoplamento em cada um destes, causando, desse modo, dispersões e larguras de faixa não-idênticas.

As figuras 8 a 11 mostram a reflexão e o retardo de tempo dos dois canais I e II em uma grade de Moiré chilreada continuamente de 1 m de comprimento destinada a compensar dispersão de 200 km em uma fibra com uma dispersão de 17 ps/nm/km. A caracterização de grade para refletibilidade e retardo de tempo foi executada com uma resolução de comprimento de onda em 2 pm usando um laser sintonizável e um medidor de onda de alta precisão. Cada um dos dois canais experimentam um retardo de tempo total de 9672 ps. O canal I tem uma dispersão de 3630 ps/nm. O canal II tem uma dispersão de 3607 ps/nm. A dispersão é definida pelo comprimento da grade e a largura de faixa do canal. A grade foi testada também em transmissão, e cada canal de dispersão mostrou uma perda de transmissão de, aproximadamente, 10 dB, indicando uma refletibilidade de, aproximadamente, 90%. Um escaneamento de comprimentos de onda bastante fora da faixa das grades mostra que nenhum outro comprimento de onda que não os dois produzidos pela superestrutura são evidentes.

Como evidente pelas figuras 8 a 11, os dois canais I e II são aproximadamente idênticos em termos de refletibilidade e retardo de tempo, mas o Canal I é o mais fraco. Isto é devido à perda de modo de revestir gerada pelo Canal II.

As características mostradas nas figuras 8 a 11 demonstram o alto grau de controle sobre os parâmetros de grade que é disponível, como evidenciado pela carência de artefatos que existiriam se houvesse erros significativos na magnitude das mudanças de fase entre as seções de modulação.

EXEMPLO 5

Uma grade de fibra chilreante de dois canais é feita com a mesma técnica referida no Exemplo 4 e impressa em uma porção de fibra de Ge/Si carregada com deutério com um NA de aproximadamente 0,2, como também no Exemplo 4. O comprimento da porção carregada é de 35,1 cm.

As figuras 12 e 13 mostram a grade de Moiré chilreada de 35,1 cm de comprimento, a qual é destinada a compensar IOOkm de dispersão em fibra normal. A grade tem uma separação de canal de 2,4 nm (300 GHz) e cada um dos dois canais de comprimento de onda tem uma largura de faixa de, aproximadamente, 2 nm. Isto provê uma dispersão de aproximadamente 1770 ps/nm para cada canal. Cada canal apresenta uma perda de transmissão de aproximadamente 8 dB, indicando uma refletibilidade de, aproximadamente, 84%. Uma varredura de comprimentos de onda bastante fora da faixa das grades mostra que nenhum comprimento de onda que não os dois produzidos pela superestrutura é evidente.

Pelas figuras 12 e 13, pode ser visto que os dois canais são aproximadamente idênticos em termos de refletibilidade e de retardo de tempo. O Canal I é o mais fraco. Isto se deve à perda de modo de revestimento gerada pelo canal II.

As características mostradas nas figuras 12 e 13 demonstram o alto grau de controle dos parâmetros de grade que é disponível.

EXEMPLO 6

Uma grade de fibra chilreante de quatro canais é feita pela mesma técnica referida no Exemplo 4 e impressa em uma porção de fibra de Ge/Si carregada com deutério com um NA de aproximadamente 0,2, como também no Exemplo 4. O comprimento da porção modulada é de 22,5 cm.

As figuras 14 e 15 mostram as características de reflexão medida e de retardo de tempo da grade de fibra chilreada continuamente. Os quatro canais de comprimento de onda são separados por 1,6 nm (200 GHz) e têm larguras e faixa de canal de 1,6 nm. As figuras 15 a 18 mostram os desvios medidos a partir do retardo de tempo linear dos canais I, II, III e IV, respectivamente, como mostrado nas figuras 14 e 15.

A grade é uma grade de fibra chilreada sinc-amostrada com um comprimento de onda de Bragg de 1554 nm e comprimento de 22,5 cm. As larguras de faixa de canal são, cada uma, de aproximadamente 200 GHz. De modo a gerar esta separação de canal, um período de amostragem P de 521 μm é usado. As dispersões médias resultantes dos quatro canais são:

D1 = -1410 ps/nm

D11 = -1406 ps/nm

Dm= -1392 ps/nm

Div = -1392 ps/nm

Para reduzir a marca de onda nas características de dispersão, a grade é apodizada por 10% do comprimento total de grade em qualquer extremidade, usando apodização de co-seno. Os desvios resultantes do retardo de tempo linear é de 30 ps pico-a-pico (ver figuras 16 a 19). Cada canal apresenta uma perda de transmissão de aproximadamente 8 dB, indicando uma refletibilidade de, aproximadamente, 84%. A grade foi testada quanto à refletibilidade, como mostrado na figura 14, com uma resolução de comprimento de onda de 1 pm usando um laser sintonizável e medindo o retardo de grupo entre etapas sucessivas de comprimento de onda em um analisador de rede. A freqüência de modulação usada é de 500 MHz.

O dispositivo deste exemplo é relativamente simples de fabricar de acordo com a especificação, barato de fabricar e estável quando acondicionado. As separações de comprimento de onda são muito precisas. Os quatro canais são, aproximadamente, iguais em termos de refletibilidade e retardo de tempo, como evidenciado pelas figuras 14 a 19. Os canais de comprimento de onda possuem uma resposta espectral livre de canais de comprimento de onda fora-de-faixa como evidenciado pela figura 14.

Os dispositivos compreendendo grades de acordo com qualquer um dos Exemplos 1 a 6 são beneficiados pelo fato de múltiplos canais serem impressos no mesmo comprimento de fibra relativamente curto. O comprimento é de 10 cm no caso dos Exemplos 1 a 3; 1 m no caso do Exemplo 4; 35,1 cm no caso do Exemplo 5; e de 22,5 cm no caso do Exemplo 6. O comprimento comparativamente curto de material de guia de onda necessário, seja de fibra ou estado sólido, reduz demandas de acondicionamento e de estabilização de temperatura em comparação com dispositivos baseados em grades impressas para cada canal de comprimento de onda em série ao longo da guia de onda. Além disso, devido ao fato de um único perfil de índice de refração gerar todos os canais de comprimento de onda, uma separação muito precisa e acurada é atingida. Erros de costura são evitados também, uma vez que os múltiplos canais são definidos por um único perfil de índice de refração e/ou perfil de fase que é pré-computado e depois impresso sobre a guia de onda em uma única etapa. De modo a uniformizar as marcas de onda de retardo de tempo, as grades podem ser apodizadas em suas extremidades, por exemplo, por 10% do comprimento total do gradeamento em qualquer lado. As características de diversas grades de comprimento de onda de reflexão podem, assim, ser configuradas em um único perfil de índice de refração, por exemplo, o qual pode ser impresso em uma única porção da guia de onda. Problemas dispendiosos resultantes da implementação das diversas grades ou em série, ou em diferentes portas de um circulador podem ser, desse modo, evitados. As características mostradas nos exemplos acima mostram o alto grau de controle sobre os parâmetros da grade que é disponível, como evidenciado pela carência de artefatos que existiriam se houvesse qualquer erro significativo na magnitude das mudanças de fase entre as seções de modulação. Em todos os Exemplos acima, os canais são mostrados como apresentando características idênticas ou aproximadamente idênticas e comprimentos de onda fora-de-faixa são completamente, ou quase completamente, suprimidos.

Além disso, como mostrado nos Exemplos 4 a 6, os dispositivos podem ser providos para compensação de dispersão WDM com chilreamento altamente uniforme em cada um dos canais de uma pluralidade de canais de comprimento de onda.

Nos exemplos acima, o alto grau de conformidade entre os canais de comprimento de onda e suas separações, e o alto grau de supressão fora-de-faixa, são obtidos através da natureza funcional da modulação do perfil de amplitude de índice de refração e perfil de fase na fibra, o que se ajusta aos Exemplos 4 a 6, com uma função sinc. Deve-se observar que outras formas funcionais podem ser usadas e selecionadas de acordo com suas propriedades de Fourier para a aplicação concernente, por exemplo, à modelagem ou à filtragem de pulso. Em particular, uma combinação de freqüências não-uniformemente espaçadas pode ser usada como base para a função de envelope, o que dará, então, canais não-uniformemente espaçados na resposta do gradeamento. Nos Exemplos acima, entretanto, a função sinc é usada, uma vez que a transformada de Fourier de uma função sinc é um pulso quadrado e isto provê propriedades particulares desejáveis para compensação de dispersão WDM.

Os exemplos específicos mostram como é possível prover iguais características de dispersão sobre um número de canais de comprimento de onda. Além disso, o uso de grades chilreadas, como nos Exemplos 4 a 6, simplifica grandemente a dispersão e o ajuste do comprimento de onda de grades onde separações de comprimento de onda muito precisas são requeridas, como é o caso da implementação de um grande número de dispositivos baseados em gradeamento, como compensadores de dispersão, no mesmo enlace WDM.

O espaçamento de canal pode ser conjugado de uma maneira direta à frente para qualquer separação de comprimento de onda normal, por exemplo, aquelas definidas pelas especificações da International Telecommunications Union (ITU).

Aplicações de grades multicanal chilreadas configurando a invenção em uma unidade transmissora, uma unidade repetidora e uma unidade receptora de um sistema de transmissão por fibra de transporte longo são agora descritas com referência às figuras 20, 21 e 22, respectivamente.

A figura 20 mostra uma unidade transmissora para lançar um sinal WDM em uma fibra óptica. A unidade transmissora possui uma unidade conversora eletro-óptica convencional 10, que tem uma entrada 12 para receber um sinal portando dados elétricos. A unidade conversora 10 pode, por exemplo, ser baseada em uma fonte de laser semicondutor (não mostrada) e um modulador óptico (não mostrado) através dos quais o sinal elétrico é impresso sobre a saída de laser de uma maneira convencional. A unidade conversora possui uma saída conectada a um circulador 16 possuindo duas conexões adicionais, uma para um amplificador de fibra de érbio dopada (EDFA) 14, servindo como amplificador de potência sobre o lado de saída da unidade transmissora, e uma outra a uma grade de fibra multicanal chilreada 20 configurando a invenção. O circulador 16 é arranjado de modo a transmitir um sinal recebido da grade 20 para a EDFA 14. O lado de saída da EDFA 14 conduz a um terminal 18 para conexão a uma extremidade de um enlace de fibra de longo transporte (não mostrado). A grade de fibra multicanal chilreada 20 serve como um pré-compensador de dispersão para desviar parcial ou totalmente a distorção induzida por dispersão do sinal de um comprimento de fibra pré-especificado de um tipo particular.

A figura 21 mostra uma unidade repetidora baseada em amplificador de fibra para um sistema de transmissão WDM. A unidade repetidora possui uma entrada 8 sobre o lado à montante do enlace de transmissão e uma saída 18 sobre o lado à jusante do enlace de transmissão. A unidade repetidora é provida de unidades EDFA no lado de entrada e no lado de saída, 9 e 14, respectivamente. A unidade EDFA do lado de entrada 9 é arranjada para receber o sinal WDM de um enlace de transmissão através de uma entrada 8 e para amplificar o sinal, por exemplo, com ganho seletivo de canal de comprimento de onda, como conhecido na técnica. A saída do lado de entrada de EDFA 9 é suprida a uma entrada de um circulador 16 que tem duas conexões adicionais, ou seja, uma para uma grade de fibra multicanal chilreada 20 e uma outra para uma entrada do lado de saída EDFA 14. O circulador 16 é arranjado de modo a transmitir um sinal recebido de uma unidade EDFA do lado de entrada 9 para a grade 20 e para transmitir um sinal recebido da grade 20 para a unidade EDFA do lado de saída 14. A grade de fibra multicanal chilreada 20 serve como um compensador de dispersão em-linha, ou combinado de (pós-) compensador e pré-compensador, e é destinada a prover uma quantidade de compensação para desviar totalmente, ou mais do que totalmente, para dispersão do sinal no enlace de fibra à montante precedente da unidade repetidora anterior ou da unidade transmissora.

A figura 22 mostra uma unidade receptora para converter opto-eletronicamente um sinal WDM recebido de um enlace de fibra óptica em correspondentes sinais elétricos. A unidade receptora possui uma entrada 8 para receber o sinal WDM de um enlace de fibra óptica. A entrada 8 é conectada a uma unidade EDFA 9 que pode ter um projeto similar ao da unidade EDFA do lado de entrada descrita acima com referência à unidade repetidora. A unidade EDFA 9 é conectada sobre seu lado de saída a um circulador 16 possuindo duas conexões adicionais, ou seja, a uma grade de fibra multicanal chilreada 20 e a uma unidade conversora opto-eletrônica 11. O circulador 16 é arranjado de modo a transmitir um sinal recebido da unidade EDFA 9 para a grade 20 e para transmitir um sinal recebido da grade 20 para a unidade conversora 11. A grade de fibra multicanal chilreada 20 serve como um (pós-) compensador de dispersão e é projetada para prover uma quantidade de compensação para desviar totalmente uma quantidade esperada de dispersão no sinal de entrada recebido do enlace de fibra à montante do precedente.

Como deverá ser entendido, é provido um sistema de transmissão unidirecional compreendendo uma unidade transmissora de acordo com a figura 20, uma ou mais unidades repetidoras de acordo com a figura 21 e uma unidade receptora de acordo com a figura 22, cada unidade interconectada por um enlace de fibra óptica. Além disso, um sistema de transmissão bidirecional compreendendo dois destes sistemas de transmissão unidirecional arranjados em sentidos opostos pode ser também provido.

Claims

1. Guia de onda de fibra óptica, em que uma seção da mesma é modulada em índice de refração de modo a formar uma grade com uma pluralidade de canais de comprimento de onda de reflexão característicos, no qual a modulação de índice de refração compreende uma modulação de amplitude possuindo: uma componente de maior freqüência subjacente definindo a forma do perfil de reflexão de cada um dos canais de comprimento de onda; uma componente de menor freqüência impondo envelopes repetidos sobre a componente de maior freqüência e definindo a separação dos canais de comprimento de onda, a forma do envelope da componente de menor freqüência sendo de modo a conferir uma resposta substancialmente uniforme para cada um dos canais de comprimento de onda, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de canais de comprimento de onda é limitada a um número finito destes; e sendo que existem mudanças de fase discretas, substancialmente de pi, pelo menos entre os envelopes adjacentes da componente de menor freqüência.

2. Guia de onda de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a componente de menor freqüência se ajusta a uma função sinc.

3. Guia de onda de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a componente de maior freqüência tem uma freqüência substancialmente constante ao longo do comprimento da seção modulada.

4. Guia de onda de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a componente de maior freqüência tem uma freqüência variando ao longo da seção modulada para definir uma grade chilreante.

5. Guia de onda de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o número finito de canais de comprimento de onda é um dentre: 2, 4, 8 e 16.

6. Guia de onda de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a guia de onda tem uma região de núcleo e uma região de revestimento, a seção modulada sendo definida em pelo menos uma porção da região de núcleo.