DE10010676B4

DE10010676B4 - Verfahren zur Erzeugung eines optischen Bandpaßfilters

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Publication number: DE10010676B4
Application number: DE2000110676
Authority: DE
Original assignee: Thorlabs GmbH
Current assignee: Thorlabs GmbH
Priority date: 2000-03-04
Filing date: 2000-03-04
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2020-03-05
Also published as: DE10010676A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung eines optischen Bandpassfilters, umfassend die Bereitstellung eines Faserbauelements, das aus einem oder mehreren hintereinandergeschalteten gechirpten Faser-Bragg-Gittern besteht, wobei der Sperrbereich des Bandpassfilters durch die Bandbreite der Faser-Bragg-Gitter festgelegt wird und die Faser-Bragg-Gitter zur Vermeidung von Rückreflexionen zum Eingang des Faserbauelements durch Erzielung kontradirektionaler Modenkopplung unter einem bestimmten Winkel zur Faserachse angeordnet werden und zur Erzielung einer optimalen Kopplung eine Mehrmodenfaser verwendet wird, wobei in dem Sperrbereich ein Passband durch Auslassen eines entsprechenden Gitterabschnitts erzielt wird und das Passband eine bestimmte Dämpfung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassen eines entsprechenden Gitterabschnittes bereitgestellt wird dadurch, dass beim Belichten eine zusätzliche Blende verwendet wird, so dass ein bestimmter Gitterabschnitt nicht belichtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines optischen Bandpassfilters gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Optische Bandpassfilter werden u. a. in der Wellenlängenmultiplextechnik zur Selektion einzelner Kanäle benötigt. Wellenlängenmultiplextechnik bedeutet, daß über eine Glasfaser mehrere optische Nachrichtenkanäle mit unterschiedlichen Wellenlängen übertragen werden.
Bekannt sind hierfür neben dichroitischen Filterschichten und diversen Anordnungen aus GRIN-Linsen und Filterschichten vor allem Faser-Bragg-Gitter in Kombination mit einem optischen Zirkulator. Diese Anordnung kann sowohl zum Multiplexen als auch zum Demultiplexen einer oder mehrerer Wellenlängen benutzt werden. Nachteilig ist die Notwendigkeit eines Zirkulators, der als zusätzliches und teures Bauelement benötigt wird.
Bekannt ist auch, daß Faser-Bragg-Gitter, die (als klassische Anwendung) bei einer Wellenlänge die Fasergrundwelle reflektieren, bei anderen Wellenlängen in andere Moden reflektieren. Das wird als kontradirektionale Modenwandlung bezeichnet, es liegt bei entsprechender Dimensionierung eine reflektierende Modenwandlung vor. Kontradirektionale Modenwandlung in Mantelmoden wird in EP 0826 990 A1 zur Erzielung von Dämpfungseffekten vorgeschlagen und in EP 0 829 740 A2 in geführte Moden, z. B. in den LP₁₁ – Modus, zur Realisierung von Dämpfungselementen mit unterschiedlichen Frequenzcharakteristiken.
Bekannt sind ferner sogenannte langperiodische Fasergitter, die kodirektionale Modenkopplung, Modenwandlung in Transmissionsrichtung, bewirken. Kodirektionale Kopplung in Mantelmoden wird in US 5 430 817 A und in geführte Moden in US 5 818 987 A jeweils zur Erzielung von Filtereffekten vorgeschlagen. Nachteilig ist, daß so nur Bandsperren und keine Bandpässe realisierbar sind und aufgrund des großen Sperrbereiches das Selektieren eines einzelnen Kanals nicht möglich ist.
Bekannt sind weiterhin sogenannte Phasensprunggitter, wobei durch einen Phasensprung in der Gitterstruktur im Sperrbereich ein schmales Passband erzielt wird. Aufgrund der geringen Bandbreiten des Sperrbereiches als auch des Passbandes ist diese Anordnung für den Einsatz in WDM-Systemen nicht geeignet.
Bekannt sind ferner Untersuchungen von z. B. L. Zhang et al: „Fabrication of high rejection-low-loss single-passband filters in cladding depressed fiber by chirped-grating concatenation method” in Optics Letters, Vol. 23 No. 21 (1998), S. 1665 bis 1667 zum Einsatz eines oder mehrerer hintereinandergeschalteter sogenannter gechirpter Faser-Bragg-Gitter zur Erzielung eines ausreichend großen Sperrbandes. Bandpaßverhalten wird durch Auslassen eines entsprechenden Gitterabschnittes erzielt.
Eine weitere Methode zur Erzielung eines Passbandes in einem gechirpten FBG wird ebenfalls von L. Zhang: „Postfabrication exposure of gap-type bandpass filters in broadly chirped fiber gratings” in Optics Letters, Vol. 20, No. 18 (1995), S. 1927 bis 1929 beschrieben, wobei das Passband in einem Postprozeß durch Nachbelichten und damit Auslöschen eines bestimmten Gitterabschnittes erzielt wird.
Ein gravierender Nachteil aller bisher bekannten, auf gechirpten Faser-Bragg-Gittern beruhenden Bandpassfilter ist die Rückreflexion des gesamten Sperrbandes zum Eingang des Bauelements: Dieses Verhalten ist in WDM-Systemen extrem störend und kann nur durch den zusätzlichen Einsatz eines optischen Isolators am Eingang des Bauelementes vermieden werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung eines optischen Bandpassfilters anzugeben, welches ausschließlich aus einem oder mehreren gechirpten Faser-Bragg-Gittern besteht, störende Rückreflexionen zum Eingang Bauelemente vermeidet und eine individuelle Einstellung der Dämpfung für das jeweils erzeugte Passbanderlaubt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
In einer vorteilhaften Variante wird eine Zweimodenfaser, in der neben dem Grundmode LP₀₁ auch der LP₁₁ ausbreitungsfähig ist, verwendet. Bei einem bestimmten Winkel zwischen Gitterebene und Faserachse kommt es zu nahezu vollständiger kontradirektionaler Modenkopplung von LP₀₁ in LP₁₁. LP₁₁ wird jedoch in normaler Einmodenfaser nicht geführt, sondern abgestrahlt. Die Benutzung höherer Moden ist möglich. Durch Ausnutzung dieses Effektes werden störende Rückreflexionen zum Eingang des Bauelements vermieden.
Erfindungsgemäß bei der Herstellung der gechirpten Faser-Bragg-Gitter eine zusätzliche Blende verwendet, so daß ein bestimmter Gitterabschnitt nicht belichtet wird. Durch das Einbringen mehrerer nicht belichteter oder nachträglich ausgelöschter Bereiche können mehrere Passbänder erzielt werden.
In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform wird dieses Bauelement einem Sendelaser nachgeschaltet. In dieser Anordnung dient es zur Verbesserung des optischen Signal-Rausch-Verhältnisses des Sendelasers, wobei der Grad der Verbesserung durch die Dämpfung im Sperrbereich des Filters und die Transmissionsverluste im Passband bestimmt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform dieses Bauelementes enthält Passbänder für jeden zu übertragenden Nachrichtenkanal, wobei die spektrale Breite des Passbandes entsprechend der spektralen Breite des Nachrichtenkanals gewählt wird. Ein solches Bauelement kann besonders vorteilhaft vor, in oder nach optischen Verstärkern zur Rauschunterdrückung zwischen den einzelnen Kanälen und bei unterschiedlichen Dämpfungen in den einzelnen Passbändern auch zum sogenannten „Gain-Flattening” eingesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird dieses Bauelement auf der Übertragungsstrecke oder beim Empfänger zur Selektion eines oder mehrerer optischer Nachrichtenkanäle eingesetzt.
Die Erfindung soll nachfolgend durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:
1: eine einfache Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung in prinzipieller Darstellung
2: exemplarisch berechnetes Transmissionsspektrum
3: exemplarisch berechnetes Reflexionsspektrum
4: Prinzipielle Darstellung der Anordnung zur Verbesserung des optischen Signal-Rausch-Verhältnisses einer Laserdiode
5: Experimentelle Ergebnisse zur Verbesserung des optischen Signal-Rausch-Verhältnisses einer Laserdiode
6: Prinzipielle Darstellung verschiedener Anordnungen zur ASE-Unterdrückung optischer Verstärker
7: Schematisches Funktionsprinzip des Gain-Flattening
Nach 1 besteht das Bandpassfilter (1) aus einer Mehrmodenfaser (2), in deren Kern ein gechirptes Faser-Bragg-Gitter (3) unter einem bestimmten Winkel zur Faserachse eingeschrieben ist. Ein bestimmter Abschnitt (4) des Gitters wird nicht erzeugt.
Die Funktionsweise der Anordnung ist folgende:
Die spektrale Breite des Sperrbereiches des Filters wird durch die Länge der Gitterstruktur und die Chirprate festgelegt. Die spektrale Lage des Passbandes wird durch die Position des Abschnitts (4) in der Gitterstruktur bestimmt. Die spektrale Breite des Passbandes hängt von der Länge des Abschnittes (4) und der Chirprate ab. Licht der Wellenlänge des Passbandes passiert das Bauelement und gelangt zum Ausgang (5), Licht anderer Wellenlängen wird dagegen unter kontradirektionaler Modenwandlung zum Eingang (6) des Bauelementes zurückreflektiert. Andere Moden als der Grundmodus sind jedoch außerhalb des Bauelements (in Einmodenfaser) nicht ausbreitungsfähig und werden abgestrahlt. Störend sind Rückreflexionen im Grundmodus (LP₀₁), welche jedoch durch eine geeignete Wahl des Winkels nahezu vollständig unterdrückt werden können.
Ein solches Bauelement wurde exemplarisch berechnet. 2 zeigt das Transmissionsspektrum, 3 das Reflexionsspektrum.
4 zeigt das Bandpassfilter (1) in Kombination mit einer Laserdiode (7), wobei es in dieser Anordnung zur Verbesserung des optischen Signal-Rausch-Verhältnisses der Laserdiode nachgeschaltetet wird. Die Verbindung zwischen Laserdiode und Bandpassfilter erfolgt mit Einmodenfaser (8).
5 zeigt experimentelle Ergebnisse, bei denen das optische Bandpassfilter einer Laserdiode nachgeschaltet wurde, um die Möglichkeit der Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses zu demonstrieren.
6 zeigt schematisch Anordnungsmöglichkeiten eines Bandpassfilters (1) mit einem oder mehreren Passbändern vor, in oder nach einem optischen Verstärker (8) zur ASE-Unterdrückung, wobei der optische Verstärker nur durch die aktive Faser dargestellt wird.
7 verdeutlicht anhand von schematischen Spektren den Einsatz des Bandpassfilters (1) zum Gain-Flattening eines optischen Verstärkers, wobei das Bandpassfilter für jeden zu übertragenden Nachrichtenkanal ein Passband mit bestimmter Dämpfung aufweist und vor, in oder nach den optischen Verstärker angeordnet werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Optisches Bandpaßfilter
2: Mehrmodenfaser
3: Gechirptes Faser-Bragg-Gitter
4: Gitterabschnitt, welcher nicht erzeugt oder nachträglich ausgelöscht wird
5: Ausgang des Bauelements
6: Eingang des Bauelements
7: Laserdiode
8: Optischer Verstärker

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines optischen Bandpassfilters, umfassend die Bereitstellung eines Faserbauelements, das aus einem oder mehreren hintereinandergeschalteten gechirpten Faser-Bragg-Gittern besteht, wobei der Sperrbereich des Bandpassfilters durch die Bandbreite der Faser-Bragg-Gitter festgelegt wird und die Faser-Bragg-Gitter zur Vermeidung von Rückreflexionen zum Eingang des Faserbauelements durch Erzielung kontradirektionaler Modenkopplung unter einem bestimmten Winkel zur Faserachse angeordnet werden und zur Erzielung einer optimalen Kopplung eine Mehrmodenfaser verwendet wird, wobei in dem Sperrbereich ein Passband durch Auslassen eines entsprechenden Gitterabschnitts erzielt wird und das Passband eine bestimmte Dämpfung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassen eines entsprechenden Gitterabschnittes bereitgestellt wird dadurch, dass beim Belichten eine zusätzliche Blende verwendet wird, so dass ein bestimmter Gitterabschnitt nicht belichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gechirpten Faser-Bragg-Gitter apodisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser-Bragg-Gitter und somit auch die Lage des Passbandes spektral abstimmbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Faserbauelement ein Abschnitt Einmodenfaser vorgeschaltet wird, um die Abstrahlung des LP₁₁-Modus zu gewährleisten.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Faserbauelement zur Verbesserung des optischen Signal-Rausch-Verhältnisses von Sendelasern diesen nachgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrbereich des Faserbauelements der Rauschbandbreite der eingesetzten Sendelaser und optischen Verstärker entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Faserbauelement für jeden zu übertragenden Nachrichtenkanal ein Passband enthält, wobei die spektrale Breite des Passbandes der spektralen Breite des Nachrichtenkanals angepasst ist und dieses Faserbauelement vor, in oder nach einem optischen Verstärker angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Passbänder unterschiedliche Dämpfungen aufweisen und so eine Korrektur der spektral unterschiedlichen Verstärkungen , sogenanntes „Gain-Flattening”, erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Faserbauelement zum Selektieren eines oder mehrerer optischer Nachrichtenkanäle auf der Übertragungsstrecke oder beim Empfänger eingesetzt wird.