DE10155621A1 - Verfahren zur Filterung eines optischen Signals und Anordnungen für ein optisches Filter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anordnungen zur Filterung eines optischen Signals. Dabei wird das optische Signal in mehrere optische Signale mit unterschiedlicher Laufzeit und einstellbarer Phasenlage aufgeteilt und wieder zu einem optischen Signal zusammengefasst. Ferner wird das optische Signal in weitere optische Signale aufgeteilt, so daß sich paarweise optische Signale ergeben, die jeweils die gleiche Laufzeitänderung, aber unterschiedliche einstellbare Phasenänderungen erfahren.

Description

• Die Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 2 und 3.
• In Nachrichtenübertragungssystemen werden Daten zunehmend mit optischen Signalen übertragen. Dabei muß das optische Signal nach einer gewissen Entfernung wieder erneuert werden, da es durch die Übertragung gedämpft und verzerrt ist. Zur Anpassung des Dämpfungsverlaufs und zur Verringerung bzw. Eliminierung von Verzerrungen wie Dispersion oder Selbstphasenmodulation werden optische Filter eingesetzt. Diese optischen Filter sollen komplex einstellbare Koeffizienten haben, um Amplitude und Phase einstellen zu können.
• Bekannt sind bisher kaskadierte Mach-Zehnder Filterstrukturen mit voller Einstellbarkeit der Koeffizienten. Problematisch ist dabei das Erreichen hoher Filterordnungen, da die Strukturen räumlich groß werden und Wellenleiterverluste mit steigender Filterordnung ansteigen.
• Weiterhin bekannt sind arrayed waveguide gratings, kurz AWGs. Dies sind Filter ohne einstellbare Koeffizienten. Mit Hilfe von Heizelementen oder elektrooptischem Material, wie beispielsweise LiNbO₃, lassen sich diese AWGs auf Filter mit einstellbarem Phasenprofil erweitern.
• Zumeist wird dabei ein bestimmtes Phasenprofil vorgegeben, so daß nicht beliebige Phasen einstellbar sind.
• Bekannt sind ebenfalls Filterstrukturen aus einem NxN Koppler und N Reflektoren mit einstellbaren Reflektionsamplituden, wie beispielsweise Fiber Bragg Gratings. Mit diesen Strukturen kann der Amplitudenverlauf eingestellt werden, allerdings besitzen diese Strukturen einen nichtlinearen Phasengang, der Signalverzerrungen hervorruft.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein kompaktes, dämpfungsarmes Filter mit komplex einstellbaren Koeffizienten herzustellen.
• Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen 1, 2 und 3 aufgeführten Verfahrens- und Anordnungsmerkmale gelöst.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein kompaktes, dämpfungsarmes Filter mit komplex einstellbaren Filterkoeffizienten zur Verfügung steht.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:
• Fig. 1 eine erste Anordnung eines erfindungsgemäßen Filters,
• Fig. 2 eine zweite Anordnung eines erfindungsgemäßen Filters, unter Verwendung einer Reflektionseinrichtung.
• Fig. 1 zeigt eine Anordnung eines Filters, bestehend aus mehreren Lichtwellenleitern LWL1, . . ., LWLn, einem Signalteiler ST, einem Signalkoppler SK und mehreren, jeweils einem Lichtwellenleiter LWL1, . . ., LWLn zugeordneten Phasenstellelementen PS1, . . ., PSn.
• Ein optisches Eingangssignal ES wird dem Signalteiler ST zugeführt, der es in mehrere optische Einzelsignale aufteilt. Diese Signale werden über verschieden lange Lichtwellenleiter LWL1, . . ., LWLn, die eine unterschiedliche Laufzeit dieser optischen Signale hervorrufen, zugeordneten Phasenstellelementen PS1, . . ., PSn zugeführt, die die Phase des jeweiligen optischen Signals verändern. Die in der Phase und Laufzeit veränderten optischen Einzelsignale werden schließlich dem Signalkoppler SK zugeführt, der die aufgeteilten optischen Einzelsignale wieder zu einem Ausgangssignal AS zusammenführt.
• Bei dieser Anordnung wird das Eingangssignal ES in n Signale aufgeteilt, die über die zugeordneten Wellenleiter-Zweige übertragen werden. Jeder Zweig ist um eine feste Länge größer als sein Nachbar, so daß eine feste zunehmende Verzögerung T des optischen Signals von Zweig zu Zweig eintritt. Damit hat der erste Zweig keine relative Verzögerung, der zweite Zweig eine relative Verzögerung T zum ersten Zweig, der dritte eine relative Verzögerung 2T, usw. und der letzte Zweig eine relative Verzögerung (N - 1)T. Der freie Spektralbereich des Filters ist in diesem Fall 1/T.
• Die Phasenänderung für jeden Signalteil kann individuell mit den Phasenstellelementen PS1, . . ., PSn eingestellt werden.
• Zur Amplitudenregelung wird das Filter noch einmal symmetrisch aufgebaut, so daß jeder Zweig bzw. sein zugehöriger Lichtwellenleiter LWL1, . . ., LWLn ein parallel geschaltetes Gegenstück in der Form je eines weiteren Lichtwellenleiters LWL1', . . ., LWLn' mit gleicher Verzögerung und zugehörigem Phasenstellelement PS1', . . ., PSn' erhält. Dadurch kann der Anteil jedes Zweiges konstruktiv oder destruktiv mit dem Anteil seines symmetrischen Gegenstückes interferieren und über die relative Phasenlage der beiden Zweige die Amplitude gesteuert werden.
• Beispielsweise ist im vierten Zweig eine Phasenverschiebung von 30° gewünscht. Die beiden Phasenstellelemente der beiden vierten Zweige werden deshalb auf 30° eingestellt. Damit wird das Einzelsignal ungedämpft mit einer Phasenverschiebung von 30° übertragen.
• Soll die optische Signalleistung des vierten Zweiges außerdem um 50% gedämpft werden, muß die Phasendifferenz beider Zweige 90° betragen. Also muß in einem Zweig 30° + 90° = 120° Phasenverschiebung eingestellt werden. Damit ist eine absolute Phasenverschiebung von 30° und eine Dämpfung um 50% erreicht.
• Soll das Einzelsignal eines Zweiges unterdrückt werden, muß die Phasendifferenz beider Zweige 180° betragen, beispielsweise 0° und 180°.
• Damit ist ein Filter mit komplex einstellbaren Filterkoeffizienten realisiert.
• Fig. 2 zeigt eine weitere Anordnung eines erfindungsgemäßen Filters. Diese Anordnung besteht ebenfalls aus einem Signalteiler ST, paarweise vorhandenen Lichtwellenleitern LWL1, . . ., LWLn und LWL1', . . ., LWLn' sowie jeweils den Lichtwellenleitern zugeordneten Phasenstellelementen PS1, . . ., PSn und PS1', . . ., PSn'. Sie arbeitet prinzipiell wie die erste Anordnung gemäß Fig. 1.
• Der Unterschied besteht jedoch darin, dass anstelle des ausgangsseitigen Signalkopplers SK eine Reflektionseinrichtung RE vorgesehen ist und der eingangsseitige Signalteiler ST bidirektional als kombinierter Signalteiler und Signalkoppler ausgebildet ist.
• Das Eingangssignal ES und das Ausgangssignal AS werden deshalb über den gleichen Wellenleiter geführt und können gegebenenfalls mit einem nicht dargestellten Zirkulator getrennt werden.
• Anstelle eines integrierten Aufbaus in planarer Wellenleitertechnologie können die Strukturen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 auch diskret aufgebaut werden, z. B. mit Faser Bragg Gittern. Bezugszeichenliste AS Ausgangssignal
  Es Eingangssignal
  LWL1, . . ., LWLn Lichtwellenleiter 1, . . ., n
  LWL1', . . ., LWLn' Lichtwellenleiter 1', . . ., n'
  PS1, . . ., PSn Phasenstellelement 1, . . ., n
  PS1', . . ., PSn' Phasenstellelement 1', . . ., n'
  RE Reflektionseinrichtung
  SK Signalkoppler
  ST Signalteiler
  

Claims (4)

1. Verfahren zur Filterung eines optischen Signals, das in mehrere optische Signale mit unterschiedlicher Laufzeit und einstellbarer Phasenlage aufgeteilt und wieder zu einem optischen Signal zusammengefasst wird, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Signal in weitere optische Signale aufgeteilt wird, so daß sich paarweise optische Signale ergeben, die jeweils die gleiche Laufzeitänderung, aber unterschiedliche einstellbare Phasenänderungen erfahren.

2. Anordnung für ein optisches Filter, bestehend aus einem optischen Signalteiler (ST), der ein optisches Signal in mehrere optische Einzelsignale aufteilt, die über optische Wellenleiter (LWL1, . . ., LWLn) unterschiedlicher Laufzeit und jeweils zugeordnete Phasenstellelemente (PS1, . . ., PSn) übertragen und einem Signalkoppler (SK) zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Signalteiler (ST) und dem Signalkoppler (SK) parallel zu jedem der optischen Wellenleiter (LWL1, . . ., LWLn) unterschiedlicher Laufzeit je ein weiterer optischer Wellenleiter (LWL1', . . ., LWLn') mit gleicher Laufzeit und jeweils zugeordnetem Phasenstellelement (PS1', . . ., PSn') eingeschaltet ist.

3. Anordnung für ein optisches Filter, bestehend aus einem optischen Signalteiler (ST), der ein optisches Signal in mehrere optische Einzelsignale aufteilt, die über optische Wellenleiter (LWL1, . . ., LWLn) unterschiedlicher Laufzeit und jeweils zugeordnete Phasenstellelemente (PS1, . . ., PSn) übertragen und einer Reflektionseinrichtung (RE) zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem bidirektional auch als Signalkoppler arbeitenden Signalteiler (ST) und der Reflektionseinrichtung (RE) parallel zu jedem der optischen Wellenleiter (LWL1, . . ., LWLn) unterschiedlicher Laufzeit je ein weiterer optischer Wellenleiter (LWL1', . . ., LWLn') mit gleicher Laufzeit und jeweils zugeordnetem Phasenstellelement (PS1', . . ., PSn') eingeschaltet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter unterschiedlicher Laufzeit als Wellenleiter unterschiedlicher Länge ausgebildet sind.