DE10055189B4 - Multiplexer in All-Faser-Anordnung - Google Patents

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Abstract

Multiplexer in All-Faser-Ausführung mit mindestens einem modenselektivem Faserkoppler (5; 6) und mindestens einem Faser-Bragg-Gitter (7),
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine modenselektive Faserkoppler (5; 6) eine mehrmodige (10) und eine einmodige Faser (11; 12) umfaßt und eine Kopplung zwischen der LP01-Grundwelle der einmodigen Faser (11; 12) und einem bestimmten Mode der mehrmodigen Faser (10) ermöglicht,
wobei das mindestens eine Faser-Bragg-Gitter (7) außerhalb des mindestens einen modenselektiven Faserkopplers (5; 6) derart in der mehrmodigen Faser (10) angeordnet ist, dass für mindestens eine vorgebbare Wellenlänge eine kontradirektionale Modenwandlung erfolgt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen optischen Multiplexer in All-Faser-Ausführung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • In der optischen Nachrichtentechnik tritt das Wellenlängenmultiplex, d. h. die Übertragung mehrerer Signalwellenlängen über eine Glasfaser, in den Vordergrund. Insbesondere dafür werden optische Add/Drop-Multiplexer benötigt. Sie dienen dazu, aus dem Bündel der vielen Signalkanäle einen oder einige Kanäle auszukoppeln (to drop) und einen oder einige Kanale bevorzugt bei den freigewordenen Wellenlängen wieder einzukoppeln (to add). Es kann auch die bloße Auskopplung (Drop-Multiplexer) oder Einkopplung (Add-Multiplexer) gefordert sein.
  • Stand der Technik
  • Bekannt sind hierfür neben AWGs (Arrayed Waveguide Gratings) diverse Anordnungen aus GRIN-Linsen und dichroitischen Filterschichten sowie Faser-Bragg-Gitter in Kombination mit einem optischen Zirkulator. Alle diese Anordnungen können sowohl zum Einkoppeln als auch zum Auskoppeln einer oder mehrerer Wellenlängen benutzt werden. Prinzipiell haben Anordnungen mit Zusatzbauelementen Wie Zirkulatoren, Freiraumgittern und Linsen Preis-, Volumen- und Gewichtsnachteile gegenüber integriert-optischen oder All-Faser-Ausführungen.
  • Ein bekannter Add/Drop-Multiplexer in All-Faser-Ausführung besteht aus zwei 3 dB-Kopplern und zwei in deren Verbindungsfasern angeordneten gleichen Faser-Bragg-Gittern [F. Bilodau et al.: An all-fiber Bense-wavelength-division multiplexer/demultiplexer using photoinprinted Bragg gratings. IEEE Phot. Techn. Lett., Vol 7., No 4, S. 388–390 (1995)] . Nachteile dieser Anordnung sind die Erfordernis zweier gleicher Faser-Bragg-Gitter und die Notwendigkeit der exakten 3dB-Kopplung, vor allem aber die äußerst kritische Phasenempfindlichkeit, die daraus resultiert, daß zwei gleich große Teilwellen nach Transmission und Reflexion phasenrichtig nicht nur addiert, sondern auch subtrahiert werden müssen. Diese Empfindlichkeit läßt sich durch Justagemaßnahmen höchstens bei sehr kompakter Ausführung beherrschen, was aber mit großen Herstellungsproblemen verbunden ist.
  • Eine weitere bekannte Ausführungsform eines Add/Drop-Multiplexers ist ein Faserkoppler mit einem in der Koppelzone angeordneten Faser-Bragg-Gitter [I. Baumann, J. Seifert, M. Sauer, W. Nowak: IEEE Photonics Techn. Lett., Vol. 8, Nr. 10, S. 1331 (1996)]. Diese Variante ist jedoch technologisch sehr schwer zu realisieren, da die Koppelzone sehr lang und homogen sein muß. Bisher wurde erst eine praktische Realisierung eines solchen Bauelements publiziert [F. Bakhti et al.: Optical add/drop multiplexer based on UV-written Bragg grating in a fused 100 coupler, Electronics Letters, Vol. 33, No. 9, S. 803–804, (1997)].
  • 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. Aus Reziprozitätsgründen erfolgt auch eine Rückwandlung des anderen Mode in die LP01-Welle.
  • Kontradirektionale Modenwandlung in Mantelmoden wird in EP 0826 990 A1 zur Erzielung von Dämpfungseffekten vorgeschlagen und in EP 0 829 740 A3 in geführte Moden, z.B. in den LP11-Modus, zur Realisierung von Dämpfungselementen mit unterschiedlichen Frequenzcharakteristiken.
  • Aus der DE 199 11 964 A1 ist ein nicht reflektierender Add/Drop-Multiplexer bestehend aus einem Lichtwellenleiterkoppler mit modenkonvertierendem Gitter bekannt. Das Gitter ist innerhalb des Kopplungsbereichs eines ersten und zweiten Wellenleiters durch UV-Belichtung geschrieben und so ausgelegt, dass bei einer charakteristischen Wellenlänge keine Überkopplung stattfindet.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen und gegenüber herkömmlichen Lösungen technisch verbesserten Add/Drop-Multiplexer in All-Faser-Ausführung zu realisieren.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einem Multiplexer mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.
  • Die verwendeten Faserkoppler bestehen aus einer Ein- und einer Mehrmoden-Faser, wobei die Koppgebildet sind, daß ein nahezu vollständiges Überkoppeln infolge der Gleichheit der Phasenkoeffizienten nur zwi schen der LP01-Grundwelle der Einmoden-Faser und einem bestimmten Mode der Mehrmoden-Faser erfolgt, daß ein Überkoppeln zwischen anderen Moden, insbesondere zwischen dem LP01-Mode Einmoden-Faser und dem LP01-Mode Mehrmoden-Faser nahezu vollständig unterdrückt wird, und daß das Dotierungsprofil der Mehrmoden-Faser so ausgeführt ist, daß zwei oder mehrere Moden geführt werden und eine hohe Koppeleffizienz der durch das Faser-Bragg-Gitter zu koppelnden Moden erzielt wird.
  • In einer vorteilhaften Variante wird als Mehrmoden-Faser eine Zweimoden-Faser, in der neben dem Grundmode LP01 auch der LP11-Mode ausbreitungsfähig ist, verwendet. Bei einem bestimmten Winkel zwischen Faserachse und Gitterebene des Faser-Bragg-Gitters kommt es zu nahezu vollständiger kontradirektionaler Modenkopplung des LP01-Modes in den LP11-Mode, wobei eine Kopplung in den gleichen Mode (LP01) nahezu vollständig vermieden werden kann. Die modenselektiven Faserkoppler werden so hergestellt, daß eine nahezu vollständige Kopplung infolge Gleichheit der Phasenkoeffizienten des LP11 der Zweimoden-Faser und des LP01 der Einmoden-Faser erfolgt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Variante wird als Mehrmoden-Faser eine Faser verwendet, in der sowohl der LP01-Mode als auch der LP02-Mode geführt werden. Die modenselektiven Koppler werden entsprechend dimensioniert (Kopplung zwischen LP02-Mode und LP01-Mode). Bei Verwendung rotationssymmetrischer Moden kann eine kontradirektionale Modenkopplung auch durch ein senkrecht zur Faserachse eingeschriebenes Faser-Bragg- Gitter erzielt werden. Dies kann insbesondere Vorteile bei der Unterdrückung störender Mantelmodenkopplungen haben.
  • In einer weiteren vorteilhaften Variante werden zur Erzielung großer Abstände der Phasenkoeffizienten der einzelnen Moden und damit hoher Bandbreite des Bauelements Fasern mit hohen Brechzahldifferenzen oder auch mikrostrukturierte Fasern, sogenannte holey fibers oder photonic crystal fibers, verwendet.
  • In einer weiteren vorteilhaften Variante werden apodisierte Faser-Bragg-Gitter einsetzt, um eine definierte spektrale Funktion zu erhalten und Nebensprechen von Nachbarkanälen entsprechend zu unterdrücken. Es werden weiterhin geeignete Maßnahmen ergriffen, um die bekannte thermische Drift der Bragg-Wellenlänge zu kompensieren.
  • In einer weiteren vorteilhaften Variante werden statt eines Faser-Bragg-Gitters mehrere Teil- bzw. Einzelgitter verwendet. Bei entsprechender Wahl der Gitterparameter wird dadurch das gleichzeitige Auskoppeln oder Einkoppeln mehrerer Signalwellenlängen möglich.
  • In einer weiteren vorteilhaften Variante wird mindestens ein in der Wellenlänge durch Temperatursteuerung oder durch mechanischen Stress abstimmbares Faser-Bragg-Gitter eingesetzt. Dadurch erhält man einen abstimmbaren Add/Drop-Multiplexer, der es gestattet, eine beliebige Signalwellenlänge aus- bzw. einzukoppeln.
  • In einer weiteren vorteilhaften Variante wird mindestens ein gechirptes Faser-Bragg-Gitter eingesetzt, wobei sowohl der Chirp und damit die Dispersion sowie die Bragg-Wellenlänge einstellbar sind. Der Einsatz eines solchen Bauelementes ist insbesondere auf der Senderseite beim Multiplexen mehrerer Sendelaser für eine Signalvorverzerrung als auch auf der Empfängerseite für eine gezielte Kompensation der chromatischen Dispersion der Übertragungsfaser sinnvoll.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme von Zeichnungen näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:
  • 1: Prinzipielle Darstellung der Anordnung eines Add/Drop-Multiplexers
  • 2: Prinzipielle Darstellung der Anordnung eines Drop-Multiplexers
  • 3: Prinzipielle Darstellung der Anordnung eines Add-Multiplexers
  • 4:Prinzipielle Darstellung der Anordnung eines abstimmbaren Add/Drop-Multiplexers
    •
  • 1 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Add/Drop-Multiplexers. Der Add/Drop-Multiplexer besteht aus zwei modenselektiven Kopplern und einem in deren zweimodiger Verbindungsfaser angeordneten kontradirektional modenkoppelnden Faser-Bragg-Gitter.
  • Die Funktionsweise der Anordnung ist folgende:
    Das über die als Eingang des Bauelements 1 fungierende Standardfaser (Einmoden-Faser) einlaufende Kanalbündel aus mehreren Signalwellenlängen passiert den reflexionsarmen Übergang 8 von der Standardfaser zur Zweimoden-Faser 10 ohne Wandlung der LP01-Grundwellen und durchläuft die modenselektiven Koppler 5 und 6 unbeeinflußt, da der Phasenkoeffizient β für die Grundwellen der beiden Fasern unterschiedlich ist. Die Periodenlänge des kontradirektional modenkoppelnden Faser-Bragg-Gitters 7 ist so gewählt, daß nur für die Wellenlänge des Add/Drop-Kanals die Reflexion in die LP11-Welle erfolgt, während der Rest des Kanalbündels den zweiten Übergang 9 passiert und unbeeinflußt in der als Ausgang des Bauelementes 2 fungierenden Standardfaser austritt. Die reflektierte LP11-Welle wird im modenselektiven Koppler 5 unter Modenwandlung in die LP0 1-Welle der Einmoden-Faser übergekoppelt, so das dieses Signal am Dropausgang 3 zur Verfügung steht. Wird ein Kanal bei der Add/Drop-Wellenlänge am Add-Eingang 4 des modenselektiven Kopplers 6 zugeführt, so wird es in diesem Koppler unter Modenwandlung in die LP11-Welle übergekoppelt, vom Gitter 7 als LP01-Welle reflektiert und damit dem auslaufenden Bündel 2 hinzugefügt. Der jeweils ungenutzte Port 13, 14 der modenselektiven Koppler 5, 6 ist reflexionsarm abgeschlossen.
  • Da keine Leistungsteilungen und Überlagerungen erfolgen, bestehen keinerlei Phasenbedingungen. Ein voll überkoppelnder Koppler ist toleranzunempfindlicher und damit technologisch einfacher herstellbar als ein 3-dB-Koppler, da die Kopplung mit dem Sinusquadrat des Produktes aus optischer Frequenz, Koppelfaktor und Baulänge geht und der erstere im flachen Maximum, der zweite aber beim steilsten Anstieg der Sinusquadratkurve arbeitet. Ein weiterer gravierender Vorteil dieser Anordnung ist die Verwendung nur eines Faser-Bragg-Gitters, welches separat hergestellt werden kann und nicht wie bei der als Stand der Technik zitierten Variante in die Koppelzone des Faserkopplers ein-geschrieben werden muß.
  • Durch Weglassen eines modenselektiven Kopplers erhält man einen Drop-Multiplexer (2) bzw. einen Add-Multiplexer (3).
  • 4 zeigt schematisch den Einsatz eines abstimmbaren Faser-Bragg-Gitters zur Realisierung eines abstimmbaren Add/Drop-Multiplexers. Analog kann auch ein gechirptes Faser-Bragg-Gitter zur Erzielung von Dispersionseffekten bzw. ein in Bragg-Wellenlänge und/oder Chirp einstellbares Faser-Bragg-Gitter verwendet werden. Gleiches gilt natürlich auch für bloße Drop- und bloße Add-Multiplexer.
  • Vorstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Selbstverständlich sind verschiedene Abwandlungen möglich. So kann diese Anordnung aus ein oder mehreren Kopplern und Bragg-Gittern beispielsweise auch integriert-optisch realisiert werden.
    • 1
    Eingang des Add/Drop-Multiplexers
    2
    Ausgang des Add/Drop-Multiplexers
    3
    Drop-Ausgang
    4
    Add-Eingang
    5,6
    Modenselektive Faserkoppler
    7
    Faser-Bragg-Gitter
    8,9
    Übergang Einmoden-Zweimoden-Faser
    10
    Zweimoden-Faser
    11,12
    Einmoden-Faser
    13,14
    Reflexionsfreie Abschlüsse

Claims (20)

  1. Multiplexer in All-Faser-Ausführung mit mindestens einem modenselektivem Faserkoppler (5; 6) und mindestens einem Faser-Bragg-Gitter (7), dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine modenselektive Faserkoppler (5; 6) eine mehrmodige (10) und eine einmodige Faser (11; 12) umfaßt und eine Kopplung zwischen der LP01-Grundwelle der einmodigen Faser (11; 12) und einem bestimmten Mode der mehrmodigen Faser (10) ermöglicht, wobei das mindestens eine Faser-Bragg-Gitter (7) außerhalb des mindestens einen modenselektiven Faserkopplers (5; 6) derart in der mehrmodigen Faser (10) angeordnet ist, dass für mindestens eine vorgebbare Wellenlänge eine kontradirektionale Modenwandlung erfolgt.
  2. Multiplexer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Realisierung einer Drop-Funktion einen modenselektiven Faserkoppler (5) umfaßt, wobei das Faser-Bragg-Gitter (7) in Ausbreitungsrichtung der LP01-Grundwelle der mehrmodigen Faser (10) nach dem modenselektiven Faserkoppler (5) angeordnet ist, so dass durch kontradirektionale Modenwandlung die LP01-Grundwelle der mehrmodigen Faser (10) in den bestimmten Mode der mehrmodigen Faser (10) gewandelt wird und die reflektierte Welle im modenselektiven Faserkoppler (5) unter Rückwandlung in die LP01-Grundwelle in die einmodige Faser (11) überkoppeln kann.
  3. Multiplexer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Realisierung einer Add-Funktion einen modenselektiven Faserkoppler (6) umfaßt, wobei das Faser-Bragg-Gitter (7) in Ausbreitungsrichtung der LP01-Grundwelle der einmodigen Faser (12) nach dem modenselektiven Faserkoppler (6) angeordnet ist, wobei die LP01-Grundwelle der einmodigen Faser (12) im modenselektiven Faserkoppler (6) in den bestimmten Mode der mehrmodigen Faser (10) überkoppelt und durch kontradirektionale Modenwandlung am Faser-Bragg-Gitter (7) in die LP01-Grundwelle der mehrmodigen Faser (10) reflektiert wird.
  4. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Realisierung einer Add/Drop-Funktion einen ersten und einen zweiten modenselektiven Faserkoppler (5; 6) umfaßt, wobei das Faser-Bragg-Gitter (7) zwischen dem ersten und dem zweiten modenselektiven Faserkoppler (5; 6) angeordnet ist, wobei der erste Faserkoppler (5) einen Drop-Ausgang (3) und der zweite Faserkoppler (6) einen Add-Eingang (4) aufweist, wobei der Drop-Ausgang (3) und der Add-Eingang (4) mit jeweils einer einmodigen Faser (11; 12) verbunden sind und der erste und der zweite modenselektive Faserkoppler (5; 6) und das Faser-Bragg-Gitter (7) entlang derselben mehrmodigen Faser (10) angeordnet sind.
  5. Multiplexer nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu übertragende optische Kanalbündel als LP01-Grundwellen in der durchgehenden mehrmodigen Faser (10) in Vorwärtsrichtung den mindestens einen modenselektiven Faserkoppler (5; 6) und das mindestens eine Faser-Bragg-Gitter (7) unbeeinflußt passiert, wobei das am Drop-Ausgang (3) auszuleitende Signal durch kontradirektionale Modenwandlung vom Faser-Bragg-Gitter (7) reflektiert und vom ersten Faserkoppler (5) in dessen einmodige Faser (11) zum Drop-Ausgang (3) übergekoppelt wird.
  6. Multiplexer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu übertragende optische Kanalbündel als LP01-Grundwellen in der durchgehenden mehrmodigen Faser (10) in Vorwärtsrichtung den mindestens einen modenselektiven Faserkoppler (5; 6) und das mindestens eine Faser-Bragg-Gitter (7) unbeeinflußt passiert, wobei ein hinzuzufügender Kanal dem Add-Eingang (4) der einmodigen Faser (12) des zweiten modenselektiven Faserkopplers (6) zugeführt, von ihm in einen bestimmten Mode der mehrmodigen Faser (10) gekoppelt und vom Faser-Bragg-Gitter (7) durch kontradirektionale Modenwandlung als LP01-Grundwelle zum gleichen Ausgang (2) wie die nichtbeeinflußten Kanäle reflektiert wird.
  7. Multiplexer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine verwendete Faser-Bragg-Gitter (7) derart gechirpt ist, so daß zusätzlich auch die Eigenschaft eines Dispersionskompensators für chromatische Dispersion erzielt werden kann.
  8. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als mehrmodige Faser (10) eine Zweimoden-Faser mit einem speziellen Dotierungsprofil verwendet wird, und in dieser Faser neben der LP01-Grundwelle auch die LP11-Welle geführt wird.
  9. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Faser-Bragg-Gitter (7) unter einem bestimmten Winkel zur Faserachse eingeschrieben ist.
  10. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der mehrmodigen Faser (10) die LP02-Welle ausbreitungsfähig ist und verwendet wird.
  11. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mikrostrukturierte Fasern, sogenannte holey fibers oder photonic crystal fibers, verwendet werden.
  12. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Faser-Bragg-Gitter (7) für einen oder mehrere benachbarte Übertragungskanäle ausgelegt ist oder aus Teilgittern für beliebige optische Kanäle besteht.
  13. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Faser-Bragg-Gitter (7) oder die Teilgitter apodisiert sind.
  14. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als das mindestens eine Faser-Bragg-Gitter (7) gechirpte Gitter oder gechirpte Teilgitter zur gezielten Erzeugung von Dispersionseffekten für den Drop- bzw. Add-Kanal verwendet werden.
  15. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Faser-Bragg-Gitter (7) oder mindestens eines zur Realisierung des Faser-Bragg-Gitters (7) verwendetes Teilgitter abstimmbar ist.
  16. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrmodige Faser (10) so dimensioniert wird, dass die Modenfeldradien der einmodigen Faser und der mehrmodigen Faser (10) angepaßt sind und damit die Koppelverluste und die Einfügedämpfung des Bauelements gering sind.
  17. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einmodigen Fasern Standardfasern sind.
  18. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden der durchgehenden mehrmodigen Faser (10) mit reflexionsarmen und die LP01-Reinheit nicht störenden Übergängen auf einmodige Fasern versehen sind.
  19. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der einmodigen Faser an den Faserkopplern (5; 6) reflexionsfrei abgeschlossen sind.
  20. Multiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer integriert-optisch realisiert ist.
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DE19911964A1 (de) * 1999-03-14 2000-09-28 Dietmar Johlen Nichtreflektierender Add/Drop-Multiplexer bestehend aus einem Lichtwellenleiterkoppler mit modenkonvertierendem Gitter

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