DE10322110B4 - Arrangement for generating multi-wave optical signals and multi-signal source - Google Patents

Arrangement for generating multi-wave optical signals and multi-signal source Download PDF

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Abstract

Anordnung zur Erzeugung von optischen Mehrwellensignalen, aufweisend mindestens
eine Pumpquelle, die Pumpimpulse erzeugt, und
eine Mehrkern-Photonische-Kristallfaser (MF), die aus N Kernen (Ki) und um die Kerne (Ki) angeordneten Kapillaren (Lij) aus einem Material mit einer kleineren Brechzahl als der des Kerns besteht, wobei jeder Kern (Ki) mit den um ihn angeordneten Kapillaren (Lij) einen Wellenleiter (Wj) bildet und alle Wellenleiter (Wj) geringe Unterschiede in der effektiven Brechzahl aufweisen, wobei
Pumpquelle und Mehrkern-Photonische-Kristallfaser (MF) derart verbunden sind, dass die Pumpimpulse in die gesamte Fläche der Mehrkern-Photonischen-Kristallfaser (MF) eingestrahlt und beim Durchgang der Pumpimpulse durch die einzelnen Wellenleiter (Wj) mittels Vierwellenmischung Idler-Impulse mit unterschiedlichen diskreten Wellenlängen erzeugt werden.
Arrangement for generating multi-wave optical signals, comprising at least
a pump source that generates pump pulses, and
a multi-core photonic crystal fiber (MF) consisting of N cores (K i ) and capillaries (L ij ) arranged around the cores (K i ) of a material having a refractive index less than that of the core, each core (K i ) with the capillaries (L ij ) arranged around it forms a waveguide (W j ) and all waveguides (W j ) have small differences in the effective refractive index, wherein
Pump source and multi-core photonic crystal fiber (MF) are connected such that the pump pulses into the entire surface of the multi-core photonic crystal fiber (MF) irradiated and the passage of the pump pulses through the individual waveguide (W j ) by means of four-wave mixing idler pulses with different discrete wavelengths are generated.

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von optischen Mehrwellensignalen und eine Mehrsignal-Quelle.The The invention relates to an arrangement for generating multi-wave optical signals and a multi-signal source.

Für die Erzeugung von Mehrwellensignalen für eine große Anzahl von Kanälen in WDM (wavelength division multiplex)-Übertragungssystemen wurden dem Stand der Technik nach bisher vor allem DFB-Laser (distributed feedback laser) mit fixierter Wellenlänge verwendet. Solche Laser bestehen aus einem Halbleiterlaser mit einem Gitter, das in die aktive Schicht der Diode geätzt wird. Dabei ist für jeden Kanal ein separater Laser mit einer fixierten Wellenlänge notwendig, was bei der hohen Anzahl von bis zu 160 Kanälen zu beträchtlichen Nachteilen und hohen Kosten führt. Gegenwärtig werden solche Laser mit fixierter Wellenlänge zunehmend durch abstimmbare Laser ersetzt, wobei verschiedene Methoden für die Abstimmbarkeit der Wellenlänge realisiert werden, wie z.B. durch Temperaturveränderungen mittels thermo-elektrischer Kühler. Der Abstimmbereich kann bei solchen Lasern dadurch vergrößert werden, dass ein Array von Lasern mit verschiedener Wellenlänge in einen einzigen Chip integriert wird. Fortschritte bei der Entwicklung abstimmbarer Laser in letzter Zeit sowie ihr Vergleich mit den Anforderungen des Marktes in der Telekommunikation werden z.B. durch B. Pezheski in Optics & Photonic News, Bd. 12, Nr. 5, S. 34-38 (2001) beschrieben.For the generation of multi-wave signals for a big Number of channels in WDM (wavelength division multiplex) transmission systems the prior art according to previously mainly DFB laser (distributed feedback laser) with fixed wavelength used. Such lasers consist of a semiconductor laser with a grid, which in the etched active layer of the diode becomes. It is for each channel requires a separate laser with a fixed wavelength, which at the high number of up to 160 channels to considerable disadvantages and high Costs leads. Currently For example, such fixed wavelength lasers are becoming increasingly tunable Laser replaces, using different methods for the tunability of the wavelength realized be such. by temperature changes by means of thermoelectric Cooler. The tuning range can be increased by such lasers, that an array of lasers of different wavelengths into one single chip is integrated. Progress in development tunable laser lately and their comparison with the requirements of the telecommunications market are e.g. by B. Pezheski in Optics & Photonic News, Vol. 12, No. 5, pp. 34-38 (2001).

Diese Lösungen sind technisch sehr aufwändig und mit hohen Kosten verbunden.These solutions are technically very complicated and high costs.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine kompakte Anordnung zur Erzeugung von optischen Mehrwellensignalen anzugeben, die einfacher und preiswerter in ihrer Herstellung als die dem Stand der Technik nach bekannten Lösungen ist.task The invention is therefore a compact arrangement for the production specify of multi-wave optical signals, the simpler and cheaper in their production as known in the prior art solutions is.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Anordnung zur Erzeugung von optischen Mehrwellensignalen mindestens eine Pumpquelle, die Pumpimpulse erzeugt, und eine Mehrkern-Photonische-Kristallfaser (MCPCF) aufweist, die aus N Kernen und um die Kerne angeordneten Kapillaren aus einem Material mit einer kleineren Brechzahl als der des Kerns besteht, wobei jeder Kern mit den um ihn angeordneten Kapillaren einen Wellenleiter bildet und alle Wellenleiter geringe Unterschiede in der effektiven Brechzahl aufweisen, und Pumpquelle und MCPCF derart verbunden sind, dass die Pumpimpulse in die gesamte Fläche der MCPCF eingestrahlt und beim Durchgang der Pumpimpulse durch die einzelnen Wellenleiter mittels Vierwellenmischung Idler-Impulse mit unterschiedlichen diskreten Wellenlängen erzeugt werden.According to the invention Task solved by that the arrangement for generating multi-wave optical signals at least one pump source that generates pump pulses and a multicore photonic crystal fiber (MCPCF) consisting of N nuclei and arranged around the nuclei Capillaries made of a material with a smaller refractive index than that of the core, with each core arranged around it Capillaries forms a waveguide and all waveguides low Have differences in effective refractive index, and pump source and MCPCF are connected such that the pump pulses into the entire Area of MCPCF radiated and the passage of the pump pulses through the single waveguide using four-wave mixing idler pulses be generated with different discrete wavelengths.

Zwar sind dem Stand der Technik nach auch Mehrkernfasern bekannt (multicore fibre), siehe z.B. US 6,097,868 , oder auch Mehrkern-Photonische-Kristallfasern, z. B. beschrieben in US 6,301,420 . Die Erfindung geht jedoch von einer Mehrkern-Photonischen-Kristallfaser aus, in der jeder Kern eine unterschiedliche Brechzahl aufweist, die für die Zwecke der Erzeugung von Mehrwellensignalen derart eingestellt ist, dass bei Einstrahlung von Pumpimpulsen in die gesamte Fläche der MCPCF die Frequenz der in jedem Wellenleiter mittels der Vierwellenmischung entstehenden Idler-Strahlung eine kleine Verschiebung erhält. Die Frequenzen der entstehenden Mehrwellensignale werden durch die Bedingung der Phasenanpassung, was im Folgenden beschrieben wird, bestimmt. Die entstehenden Mehrwellensignale sind für die Informationsübertragung mittels WDM nutzbar.Although multicore fibers are also known in the prior art (multicore fiber), see, for example US 6,097,868 , or multi-core photonic crystal fibers, z. B. described in US 6,301,420 , However, the invention is based on a multi-core photonic crystal fiber, in which each core has a different refractive index, which is set for the purpose of generating multi-wave signals such that upon irradiation of pump pulses in the entire surface of the MCPCF the frequency of each Waveguide by means of four-wave mixing resulting Idler radiation receives a small shift. The frequencies of the resulting multi-wave signals are determined by the phase matching condition, which will be described below. The resulting multi-wave signals can be used for information transmission via WDM.

Optische Mehrkern-Fasern sind beispielsweise auch in WO 02/088802 A1 und WO 02/16985 A1 beschrieben. So ist aus WO 02/088802 A1 ein zusammengesetztes Material von in einer Matrix eingebetteten Zylindern bekannt, deren Dispersionseigenschaften durch Wahl der Materialien, Durchmesser der Zylinder und ihrer geometrischen Anordnung sowie durch Dotierung mit anderen Materialien in einem großen Bereich variiert und aktiv steuerbar ist. In WO 02/16985 A1 ist eine optische Mehrkern-Faserstruktur beschrieben, deren Struktur sich besonders günstig an andere Bauelemente anpassen lässt. Beiden Veröffentlichungen ist kein Hinweis auf die erfindungsgemäße Lösung zur Erzeugung von Mehrwellensignalen zu entnehmen.optical Multicore fibers are also described, for example, in WO 02/088802 A1 and US Pat WO 02/16985 A1. Thus, WO 02/088802 A1 is a composite Material of embedded in a matrix cylinders known whose Dispersion properties by choice of materials, diameter the cylinder and its geometric arrangement as well as by doping varied and active with other materials in a wide range is controllable. WO 02/16985 A1 discloses a multicore optical fiber structure described, whose structure is particularly favorable to other components can be adjusted. Both publications is not an indication of the inventive solution for generating multi-wave signals refer to.

In erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ist vorgesehen, die unterschiedlichen effektiven Brechzahlen in den Wellenleitern durch unterschiedliche Kernmaterialien oder durch ein Basismaterial mit unterschiedlicher Dotierung oder durch unterschiedliche Größe der Kerndurchmesser oder durch unterschiedliche Abstände und Durchmesser der sie umgebenden Kapillaren zu erzeugen. Das Kernmaterial ist beispielsweise Quarzglas oder ein Material mit großem nichtlinearen Brechzahlkoeffizienten, beispielsweise As2S3-Glas.In embodiments according to the invention, the different effective refractive indices in the waveguides are produced by different core materials or by a base material with different doping or by different sizes of the core diameters or by different distances and diameters of the capillaries surrounding them. The core material is, for example, quartz glass or a material with a large non-linear refractive index coefficient, for example As 2 S 3 glass.

Die Querschnitte der um die Kerne angeordneten Kapillaren können kreisförmig oder elliptisch sein oder andere Formen aufweisen. Wie die Querschnitte der Kapillaren der entsprechenden Anwendung anpassbar sind, sind auch die Abstände zueinander und zu den Kernen einstellbar.The Cross sections of the capillaries arranged around the cores can be circular or be elliptical or have other shapes. Like the cross sections the capillaries of the corresponding application are adaptable also the distances adjustable to each other and to the cores.

Als Pumpquelle ist in Ausführungsformen ein Diodenlaser oder ein Diodenlaser mit mindestens einem Verstärker oder ein Festkörperlaser vorgesehen. Zur Erhöhung der Effizienz kann zusätzlich eine zweite Strahlungsquelle angeordnet sein, beispielsweise ein weiterer Diodenlaser, der eine spektral breite Strahlung im Bereich der Signal-Wellenlänge in die MCPCF einstrahlt.When Pump source is in embodiments a diode laser or a diode laser with at least one amplifier or a solid-state laser intended. To increase The efficiency can be additional a second radiation source may be arranged, for example a Another diode laser, which has a spectrally broad radiation in the range the signal wavelength into the MCPCF.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, einen Faserverstärker am Ausgang der MCPCF anzuordnen. Dieser – beispielsweise nachgeordnete oder integrierte Erbium-dotierte-Faserverstärker verstärkt die Mehrwellensignale, so dass die Leistung der Idler-Impulse die für Langstreckenübertragungssysteme notwendigen Werte erhält.In a further embodiment The invention provides for arranging a fiber amplifier at the output of the MCPCF. This - for example downstream or integrated erbium-doped fiber amplifier amplifies the multi-wave signals, so that the performance of idler pulses is the same for long distance transmission systems necessary values.

Die Erfindung umfasst auch Mehrwellen-Quellen, die mehrere parallel angeordnete MCPFC oder in longitudinaler Anordnung mehrere von gleichen Pumpimpulsen durchlaufende Segmente von MCPFC gemäß der Anordnung zur Erzeugung von optischen Mehrwellensignalen für eine Anzahl von N Kanälen aufweisen. Damit erzeugt die Mehrsignal-Quelle eine noch größere Anzahl von Kanälen.The The invention also encompasses multi-wave sources that are multiple in parallel arranged MCPFC or in the longitudinal arrangement of several of the same Pump pulses passing segments of MCPFC according to the arrangement for generating multi-wave optical signals for a number of N channels. In order to The multi-signal source generates an even larger number of channels.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass zur Erzeugung von Mehrwellensignalen in der MCPCF nur eine Pumpquelle notwendig ist, während bisher dem Stand der Technik nach für jeden Kanal ein einzelner Laser benötigt wird. Eine effiziente Umwandlung von Pumpstrahlung in Idlerstrahlung erfolgt unter der Bedingung der Phasenanpassung.Of the The essential advantage of the solution according to the invention is that for Generation of multi-wave signals in the MCPCF only one pump source is necessary while Previously the state of the art for each channel a single Laser needed becomes. An efficient conversion of pump radiation into idler radiation occurs under the condition of phase matching.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung können die hohen Anforderungen, die durch gegenwärtig realisierte WDM-Quellen gegeben sind, beträchtlich reduzieren werden.With the solution according to the invention can high demands made by currently realized WDM sources given, considerably reduce.

Die erfindungsgemäße Lösung geht – wie bereits beschrieben – von einer Mehrkern-Photonischen-Kristallfaser (MCPCF) aus.The inventive solution is - as already described - by a multi-core photonic crystal fiber (MCPCF).

Photonische Kristallfasern (PCF) haben in den letzten Jahren ein beträchtliches wissenschaftliches und technisches Interesse hervorgerufen. Derartige Fasern bestehen aus einem Kern aus Quarzglas oder aus einem anderen optischen Material, der von einem Mantel aus Kapillaren umgeben ist, die mit Luft gefüllt sind (siehe beipielsweise J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. Russel and D. M. Atkins, „All-silica single-mode optical Fiber with photonic crystal cladding", Opt. Lett. 21, 1547 (1996); T. A. Birks, W. J. Wadsworth and P. St. J. Russel, „ Endlessly single-mode photonic crystal fiber" Opt. Lett. 25, 1415 (2000); WO 00/60388; WO 01/42831). Der im Mikrometer-Bereich liegende Durchmesser und der Abstand der Kapillaren bestimmen die Ausbreitungseigenschaften des im Kern geführten Lichts. Solche PCF-Strukturen führen zu neuen und applikativ sehr interessanten Fasereigenschaften. Um nur einige zu nennen: Die Fasern können in einem sehr großen Wellenlängenbereich monomodal sein, man kann sehr große oder auch sehr kleine Modenfelddurchmesser für die Grundmode erreichen und es können neuartige Dispersionseigenschaften erzeugt werden, wie z.B. anomale Dispersion bis in den sichtbaren Bereich.Photonic Crystal fibers (PCF) have considerable in recent years scientific and technical interest. such Fibers consist of a core of quartz glass or another optical material surrounded by a sheath of capillaries is that filled with air (See, for example, J.C. Knight, T.A. Birks, P.S. Russel and D.M. Atkins, "All-silica single-mode optical fiber with photonic crystal cladding ", Opt. Lett. 21, 1547 (1996); T.A. Birks, W.J. Wadsworth and P.S.J. Russel, "Endlessly single-mode photonic crystal fiber "Opt. Lett. 25, 1415 (2000); WO 00/60388; WO 01/42831). The lying in the micrometer range diameter and The distance between the capillaries determines the propagation properties of the core Light. Such PCF structures to lead to new and applicatively very interesting fiber properties. Around just to name a few: the fibers can be in a very large wavelength range be monomodal, you can have very large or very small modenfelddurchmesser for the Reach and can do basic fashion novel dispersion properties are generated, e.g. abnormal Dispersion into the visible range.

Die in der erfindungsgemäßen Lösung vorgeschlagene Mehrkern-Photonische-Kristallfaser weist im Unterschied zur oben beschriebenen photonischen Kristallfaser mit einem Kern in einem gemeinsamen Mantel eine Vielzahl von N Kernen auf, die jeweils von Kapillaren umgeben sind. Wird in einer photonischen Kristallfaser eine Kapillare ausgelassen, besitzt der photonische Kristall einen Defekt. Der räumliche Bereich der fehlenden Kapillare bildet einen Kern (core) für einen optischen Wellenleiter, da seine Umgebung einen höheren Brechungsindex besitzt. Dadurch wird Licht im Kern analog wie in einer üblichen optischen Faser geleitet. In analoger Weise kann eine photonische Kristallfaser mit mehreren Kernen gebildet werden, indem mehrere Kapillaren ausgelassen werden. Damit ist eine Lichtleitung in Abhängigkeit der Eigenschaften des Kerns und/oder seiner Umgebung in mehreren Wellenleitern, bestehend aus Kern und den ihn umgebenden Kapillaren, gewährleistet. Die Kerne können auch ohne Schwierigkeiten mit zusätzlichen Materialien dotiert werden, wobei unterschiedliche Dotierungskonzentrationen oder Materialien möglich sind. Durch die unterschiedlichen Dotierungsraten entstehen kleine Unterschiede in der effektiven Brechzahl der Wellenleiter, die für die erfindungsgemäße Lösung eine notwendige Voraussetzung sind.The proposed in the solution according to the invention Multi-core photonic crystal fiber differs from the photonic crystal fiber described above with a core in a common coat a variety of N cores each surrounded by capillaries. Is in a photonic Crystal fiber omitted a capillary, the photonic possesses Crystal a defect. The spatial Missing capillary area forms a core for one optical waveguide, because its environment has a higher refractive index has. As a result, light in the core becomes analogous as in a conventional passed optical fiber. In an analogous manner, a photonic Crystal fiber with several cores are formed by several Capillaries are omitted. This is a light pipe in dependence the properties of the core and / or its environment in several Waveguides, consisting of core and surrounding capillaries, guaranteed. The cores can also doped with additional materials without difficulty with different doping concentrations or materials possible are. The different doping rates result in small ones Differences in the effective refractive index of the waveguide, the one for the inventive solution necessary condition.

Die für die Anwendung in WDM-Übertragungssystemen geeigneten Mehrwellenlängensignale werden gemäß der Erfindung in der beschriebenen Mehrkern-Photonischen-Kristallfaser durch entartete Vierwellenmischung erzeugt. Bei der entarteten Vierwellenmischung (beispielsweise beschrieben von G.P. Agrawal in „Nonlinear Fiber Optics", Academic Press (1994); pp. 289-314) wird ein Pumpimpuls mit der Frequenz ωp in eine Faser eingekoppelt. Infolge der nichtlinearen Suszeptibilität dritter Ordnung erzeugt der Pumpimpuls einen Idler- und einen Signalimpuls mit den Frequenzen ωi und ωs, wobei zwei Photonen des Pumpimpulses in je ein Photon der Signal- und der Idlerwelle umgewandelt werden: 2ωp → ωi + ωs. Eine effiziente Umwandlung erfolgt nur, wenn die Bedingung der Phasenanpassung erfüllt ist: κ = 2β(ωp) – β(ωi) – β(ωs) – 2γpPp = 0 (1)wobei β(ω) die Wellenzahl bei der Frequenz ωi Pp die Leistung des Pumpimpulses, γp = n2ωp/cAeff, Aeff die effektive Fläche der MCPCF und n2 den nichtlineare Brechzahlkoeffizient bedeutet. Um die effektive Brechzahl eines Wellenleiters in der MCPCF zu bestimmen, wird die Wellenzahl β(ω) durch numerische Lösung der Helmholz-Gleichung für eine oben beschriebene Wellenleiterstruktur bestimmt. Die Effizienz der Umwandlung von Pumpstrahlung in Idler-Strahlung mit der Frequenz ωi kann dadurch erhöht werden, dass in dem nichtlinearen photonischen Kristall neben der Pumpwelle zusätzlich eine Signalwelle mit der Frequenz ωs eingekoppelt wird.The multi-wavelength signals suitable for use in WDM transmission systems are generated according to the invention in the described multicore photonic crystal fiber by degenerate four-wave mixing. In degenerate four-wave mixing (described for example by GP Agrawal in "Non Linear Fiber Optics ", Academic Press (1994); pp. 289-314), a pump pulse having the frequency ω p is coupled into a fiber. As a result of the third-order non-linear susceptibility, the pump pulse generates an idler and a signal pulse with the frequencies ω i and ω s , where two photons of the pump pulse are converted into one photon each of the signal and idler waves: 2ω p → ω i + ω s An efficient conversion occurs only if the condition of phase matching is met: κ = 2β (ω p ) - β (ω i ) - β (ω s ) - 2γ p P p = 0 (1) where β (ω) represents the wave number at the frequency ω i P p the power of the pump pulse, γ p = n 2 ω p / c eff , A eff the effective area of the MCPCF and n 2 the nonlinear refractive index coefficient. In order to determine the effective refractive index of a waveguide in the MCPCF, the wavenumber β (ω) is determined by numerical solution of the Helmholz equation for a waveguide structure described above. The efficiency of the conversion of pump radiation into idler radiation with the frequency ω i can be increased by additionally coupling in the non-linear photonic crystal a signal wave with the frequency ω s in addition to the pump wave.

Die Leistung des Idler-Impulses lässt sich in diesem Fall durch folgende Formel berechnen Pi(L) = Ps(0)sinh2(gL) (2)wobei Ps(0) die eingestrahlte Leistung der Signalwelle bzw. die des Rauschens (falls keine Signalwelle eingestrahlt wird), Pi(L) die Leistung der Idler-Strahlung am Ende der PCF, g = n2Ipωp/c der parametrische Gewinnkoeffizient und L die Länge der PCF sind. In der Formel ist das Auseinanderlaufen der Impulse infolge unterschiedlicher Gruppengeschwindigkeiten vernachlässigt, dies setzt voraus, dass die Faserlänge kleiner als die so genannte „walk-off"-Länge Li = τ(1/νgp) – 1/νgi))–1 ist, wobei τ die Dauer der Impulse und νg(ω) die Gruppengeschwindigkeit des Pumpimpulses bzw. der Idlerstrahlung ist.The power of the idler pulse can be calculated in this case by the following formula P i (L) = P s sinh (0) 2 (gL) (2) where P s (0) is the radiated power of the signal wave or that of the noise (if no signal wave is radiated), P i (L) is the power of the idler radiation at the end of the PCF, g = n 2 I p ω p / c the parametric gain coefficient and L are the length of the PCF. In the formula, the divergence of pulses due to different group velocities is neglected, assuming that the fiber length is smaller than the so-called "walk-off" length L i = τ (1 / ν gp ) -1 / ν gi )) -1 , where τ is the duration of the pulses and ν g (ω) is the group velocity of the pump pulse or the idler radiation.

In US 5,274,494 ist ein optischer Verstärker beschrieben, bei dem sich in einer optischen Wellenleiter-Struktur Signallicht und Pumplicht ausbreitet. Mittels Vierwellenmischung wird in dem nichtlineare Eigenschaften aufweisenden Material das Signallicht verstärkt. Auf eine Anwendung der Vierwellenmischung zur Erzeugung von Mehrwellensignalen für eine andere Wellenleiter-Struktur ist nicht hingewiesen.In US 5,274,494 An optical amplifier is described in which signal light and pump light propagate in an optical waveguide structure. By means of four-wave mixing, the signal light is amplified in the material having non-linear properties. An application of the four-wave mixing to generate multi-wave signals for another waveguide structure is not noted.

Für gewöhnliche Standardfasern führt die notwendige Erfüllung der Phasenanpassungsbedingung (1) zu erheblichen Einschränkungen, die der Ausnutzung der Vierwellenmischung enge Grenzen setzt, wodurch sie für ähnliche Zwecke wie hier dargelegt kaum anwendbar ist. Die Phasenanpassung ist in solchen Fasern nur in einem sehr engen Spektralbereich in der Nähe des Nullpunkts der Dispersion möglich. Auch durch andere Methoden der Phasenanpassung, wie durch die Ausnutzung der Doppelbrechung, der Selbstphasenmodulation oder durch die Verwendung von Mehrmoden-Fasern können solche Schwierigkeiten nicht wesentlich behoben werden. Photonische Kristallfaser bieten dagegen ein erheblich erweitertes Potential, das u.a. die Steuerung der effektiven Dispersionseigenschaften mittels der Wahl der Abstände und Durchmesser der Kapillaren ermöglicht.For ordinary standard fibers, the necessary fulfillment of the phase matching condition ( 1 ), which severely restricts the use of four-wave mixing, rendering it scarcely applicable for similar purposes as set forth herein. Phase matching is possible in such fibers only in a very narrow spectral range near the zero point of the dispersion. Also by other methods of phase matching, such as by the use of birefringence, self-phase modulation or by the use of multimode fibers, such difficulties can not be substantially eliminated. On the other hand, photonic crystal fibers offer a considerably extended potential which, among other things, makes it possible to control the effective dispersion properties by means of the choice of the distances and diameters of the capillaries.

Zur Erzeugung von optischen Signalen mit einer bestimmten Anzahl diskreter Wellenlängen für die Nachrichtenübertragung mittels Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM) weisen erfindungsgemäß die einzelnen Wellenleiter der Mehrkern-Photonischen-Kristallfaser kleine, bei ihrer Herstellung einstellbare Unterschiede in der effektiven Brechzahl auf. Diese Brechzahldifferenzen können – wie bereits erwähnt – u.a. durch Dotierungen der Kerne mit einem anderen Material mit variabler Konzentration erzeugt werden. Im Prinzip würden auch unterschiedliche Durchmesser der Kerne oder der umgebenden Kapillaren solche Brechzahldifferenzen erzeugen, die dafür erforderlichen Toleranzgrenzen sind jedoch relativ hoch. Mittels Vierwellenmischung wird in jedem Wellenleiter einer solchen Mehrkern-Photonischen-Kristallfaser Strahlung mit einer bestimmten diskreten Idler-Wellenlänge erzeugt, die durch die Bedingung der Phasenanpassung (1) bestimmt ist. Da die Brechzahl in ihrer Frequenzabhängigkeit, z.B. durch kleine Konzentrationsunterschiede von Kerndotierungen mit einem anderen Material, sehr genau und gezielt während der Herstellung eingestellt werden kann, lässt sich dadurch eine Vielzahl optischer WDM-Kanäle im Telekommunikationsfenster erzeugen.In order to generate optical signals with a certain number of discrete wavelengths for message transmission by wavelength division multiplexing (WDM), according to the invention, the individual waveguides of the multicore photonic crystal fiber have small differences in the effective refractive index that can be set during their production. As already mentioned, these refractive index differences can be generated, inter alia, by doping the cores with another material of variable concentration. In principle, different diameters of the cores or the surrounding capillaries would produce such refractive index differences, but the required tolerance limits are relatively high. By means of four-wave mixing, in each waveguide of such a multi-core photonic crystal fiber radiation with a certain discrete idler wavelength is generated, which is characterized by the condition of phase matching ( 1 ) is determined. Since the refractive index can be adjusted in its frequency dependence, for example, by small concentration differences of core dopants with another material, very accurate and targeted during production, can thereby produce a variety of optical WDM channels in the telecommunications window.

Die Erfindung wird in folgenden Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.The Invention will be in the following embodiments closer by means of drawings explained.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 den schematischen Aufbau einer Mehrkern-PCF; 1 the schematic structure of a multi-core PCF;

2 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Erzeugung von optischen Mehrwellensignalen; 2 the schematic structure of an inventive arrangement for generating multi-wave optical signals;

3 eine Kurve mit dem Parameter der Dispersion der Gruppengeschwindigkeiten (GVD) und der Wellenzahldifferenz κ in Abhängigkeit von der Wellenlänge für eine Mehrkern-PCF aus Quarzglas; 3 a curve with the parameter of the dispersion of the group velocities (GVD) and the wavenumber difference κ as a function of the wavelength for a multi-core PCF made of quartz glass;

4 eine Kurve mit dem Parameter der Dispersion der Gruppengeschwindigkeiten (GVD) und der Wellenzahldifferenz κ in Abhängigkeit von der Wellenlänge für eine Mehrkern-PCF aus As2S3-Glas; 4 a curve with the parameter of the dispersion of the group velocities (GVD) and the wavenumber difference κ as a function of the wavelength for a multicore PCF made of As 2 S 3 glass;

5 eine Kurve mit der Idler-Frequenz in Abhängigkeit von der Germanium-Dotierungskonzentration für eine Mehrkern-PCF aus Quarzglas; 5 a curve with the Idler frequency as a function of the germanium doping concentration for a multi-core PCF made of quartz glass;

6 eine Kurve mit der Idler-Frequenz in Abhängigkeit von der Selen-Dotierungskonzentration für eine Mehrkern-PCF aus As2S3-Glas; 6 a curve with the Idler frequency as a function of the selenium doping concentration for a multi-core PCF of As 2 S 3 glass;

7 Kurven zur Darstellung der Umwandlung von Pumpimpulsen in Idler-Impulse für eine Mehrkern-PCF aus As2S3-Glas
a, b: Kurven, die die zeitliche Form der Pumpimpulse darstellen;
c, d: Kurven, die die zeitliche Form der Idler-Impulse darstellen;
e; f: Kurven, die das Spektrum der Idler-Impulse darstellen;
7 Curves illustrating the conversion of pump pulses into idler pulses for a multicore PCF from As 2 S 3 glass
a, b: curves representing the temporal shape of the pump pulses;
c, d: curves representing the temporal shape of the idler pulses;
e; f: curves representing the spectrum of idler pulses;

8 Idler-Spektrallinien berechnet für eine Mehrkern-PCF aus As2S3(1–x) Se3x. 8th Idler spectral lines calculated for a multicore PCF from As 2 S 3 (1-x) Se 3x .

Die in 1 im Querschnitt dargestellte Mehrkern-Photonische Kristallfaser MF mit einem Radius R enthält eine Anzahl von N Kernen Ki (i = 1, ..., N) aus Glas mit einem hohen nichtlinearen Koeffizienten, die von periodisch angeordneten zylindrischen Kapillaren Lij mit einem Durchmesser d und einem Abstand A zueinander umgeben sind. Für die optische Führung von Wellen sind i.A. zwei Schichten von Kapillaren ausreichend. Die Kerne haben somit einen Durchmesser 2d – Λ. Innerhalb der Kerne befindet sich jeweils ein Bereich Bi, der mit einem anderen optischen Material mit der Dotierungsrate αi dotiert ist, wobei αi von Kern zu Kern so variiert, dass die gewünschten Idler-Wellen am Ausgang der Faser phasenangepasst sind. Jeder Kern Ki bildet mit den ihn umgebenden Kapillaren Lij einen Wellenleiter Wj. Licht wird in jedem der Wellenleiter Wj ähnlich wie in einer Standardfaser durch Totalreflexion geleitet; die viel größere Differenz in der effektiven Brechzahl zwischen Kern und Mantel führt jedoch zu erheblichen Modifikationen der dispersiven Eigenschaften, wie z.B. anomale Dispersion im optischen Gebiet.In the 1 A multicore photonic crystal fiber MF with a radius R shown in cross-section contains a number of N nuclei K i (i = 1,..., N) of glass with a high non-linear coefficient, and of periodically arranged cylindrical capillaries L ij with a diameter d and a distance A are surrounded to each other. For the optical guidance of waves, two layers of capillaries are generally sufficient. The cores thus have a diameter 2d - Λ. Within each of the cores is a region B i which is doped with another optical material at the doping rate α i , where α i varies from core to core so that the desired idler waves are phase matched at the output of the fiber. Each core K i forms a waveguide W j with the capillaries L ij surrounding it. Light is guided in each of the waveguides W j by total reflection, similar to a standard fiber; However, the much larger difference in the effective refractive index between the core and cladding leads to considerable modifications of the dispersive properties, such as, for example, anomalous dispersion in the optical field.

In 2 ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur Erzeugung von optischen Mehrwellensignalen dargestellt. Eine Strahlungsquelle, beispielsweise ein Diodenlaser 1 mit einem Verstärker 2, strahlt Pumpimpulse in die Mehrkern-PCF MF ein, wie sie in 1 dargestellt ist. Mittels entarteter Vierwellenmischung wird in jedem Wellenleiter der Mehrkern-PCF MF, Strahlung mit einer definierten diskreten Idler-Wellenlänge erzeugt, wobei wegen der unterschiedlichen effektiven Brechzahl der einzelnen Wellenleiter die gewünschten Mehrwellensignale entstehen. Mittels eines Nachverstärkers, z.B. eines Erbium-dotierte Faserverstärkers 3, kann die Leistung bei Bedarf in jedem Kanal ausreichend verstärkt werden.In 2 an arrangement according to the invention for generating multi-wave optical signals is shown. A radiation source, for example a diode laser 1 with an amplifier 2 , Pumping pulses into the multi-core PCF MF, as in 1 is shown. By means of degenerate four-wave mixing, in each waveguide of the multi-core PCF MF, radiation is generated with a defined discrete idler wavelength, wherein due to the different effective refractive index of the individual waveguides, the desired multi-wave signals. By means of a post-amplifier, for example an erbium-doped fiber amplifier 3 If necessary, the power in each channel can be sufficiently boosted.

In der 3 sind die numerischen Ergebnisse für eine Mehrkern-PCF aus Quarzglas mit den Parametern Λ = 3,5 μm, d = 2,5 μm und in 4 für eine hoch-nichtlineare Mehrkern-PCF aus As2S3-Glas mit Λ = 0,53 μm, d = 0,52 μm dargestellt. In den Kurven 2 ist der sogenannte GVD-Parameter (group velocity dispersion), der die Dispersion charakterisiert, für die entsprechende Mehrkern-PCF dargestellt, wobei sowohl der Materialbeitrag als auch der Wellenleiterbeitrag einbezogen worden sind. Aus den Abbildungen ist ersichtlich, dass der GVD-Parameter in diesen speziellen Beispielen eine Nullstelle für eine Mehrkern-PCF aus Quarzglas bei 1010 nm und zwei Nullstellen für die As2S3-Mehrkern-PCF bei 1034 nm und 1390 nm besitzt und die Dispersion im ersten Fall für Wellenlängen größer als 1010 nm und im zweiten zwischen 1034 nm und 1390 nm anormal ist. In den Kurven 1 ist die für die Vierwellenmischung charakteristische Wellenzahldifferenz κ dargestellt. Eine effiziente Umwandlung in Idler-Strahlung ist nur dann möglich, wenn die Bedingung κ = 0 erfüllt ist. Aus den 3 und 4 ist ersichtlich, dass Phasenanpassung im gewählten Beispiel zur Erzeugung von Idlerstrahlung bei 1504 nm in 3 (Quarzglas) bzw. 1529 nm in 4 (As2S3-Glas) realisiert werden kann, wenn die Pump- und die Signalfrequenz bei 980 nm bzw. 726 nm (3) und bei 1060 nm bzw. 811 nm (4) liegt, diese Frequenzen befinden sich im typischen Bereich von Diodenlasern.In the 3 are the numerical results for a multicore PCF made of quartz glass with the parameters Λ = 3.5 μm, d = 2.5 μm and in 4 for a highly non-linear multicore PCF made of As 2 S 3 glass with Λ = 0.53 μm, d = 0.52 μm. In the curves 2 For example, the so-called group velocity dispersion (GVD) parameter characterizing the dispersion is presented for the corresponding multicore PCF, with both material contribution and waveguide contribution included. From the figures it can be seen that the GVD parameter in these specific examples has a zero for a multicore PCF of fused silica at 1010 nm and two zeros for the As 2 S 3 multicore PCF at 1034 nm and 1390 nm, and the dispersion in the first case, for wavelengths greater than 1010 nm and in the second, between 1034 nm and 1390 nm is abnormal. In the curves 1 is the characteristic of the four-wave mixing wave number difference κ shown. An efficient conversion into idler radiation is only possible if the condition κ = 0 is fulfilled. From the 3 and 4 It can be seen that phase matching in the example chosen to generate idler radiation at 1504 nm in 3 (Quartz glass) or 1529 nm in 4 (As 2 S 3 -Glas) can be realized when the pump and the signal frequency at 980 nm and 726 nm ( 3 ) and at 1060 nm and 811 nm ( 4 ), these frequencies are in the typical range of diode lasers.

Wie bereits erwähnt, ist es für die Erzeugung von Mehrwellensignalen im Telekomminikationsfenster durch eine Mehrkern-PCF notwendig, dass jeder Wellenleiter der MCPCF einen kleinen Unterschied der effektiven Brechzahl im Verhältnis zu den anderen Wellenleitern aufweist, wodurch entsprechend der Bedingung zur Phasenanpassung (1) die Frequenz der Idler-Strahlung in jedem Kern eine kleine Verschiebung erhält. Dadurch entstehen in der gesamten Mehrkern-PCF Mehrwellensignale, die für die Informationsübertragung mittels WDM nutzbar sind. Wie die notwendigen Brechzahlunterschiede erzeugt werden können, wurde bereits mehrfach erwähnt. Die Brechzahl des Kernmaterials kann durch die Sellmeyer-Formel mit experimentell bestimmten Konstanten beschrieben werden, wobei Dotierungen mit einem anderen Material entsprechend ihrem molaren Gewicht berücksichtigt werden.As already mentioned, for the generation of multi-wave signals in the telecommunication window by a multi-core PCF, it is necessary for each waveguide of the MCPCF to have a small difference in the effective refractive index relative to the other waveguides, thus corresponding to the phase matching condition (FIG. 1 ) the idler radiation frequency in each core gets a small shift. This results in multi-core PCF multi-wave signals that can be used for information transmission using WDM. How the necessary refractive index differences can be generated has already been mentioned several times. The refractive index of the core material can be described by the Sellmeyer formula with experimentally determined constants taking into account doping with another material according to its molar weight.

In 5 ist die Idler-Frequenz in Abhängigkeit von der Dotierungskonzentration für eine MCPCF mit einem Kern aus Quarzglas, der mit Germanium dotiert ist, dargestellt. Wie zu sehen ist, lässt sich durch entsprechende Wahl der Konzentrationen eine Vielzahl von Kanälen im für die WDM interessanten Spektralbereich erzeugen.In 5 For example, the idler frequency is represented as a function of the doping concentration for a MCPCF having a core of quartz glass doped with germanium. As can be seen, by appropriate selection of the concentrations, a multiplicity of channels can be produced in the spectral range of interest for the WDM.

In 6 ist das entsprechende Verhalten für eine hoch-nichtlineare MCPCF mit einem Kern aus As2S3-Glas, der mit Selen dotiert ist, dargestellt.In 6 For example, the corresponding behavior is shown for a highly nonlinear MCPCF with a core of As 2 S 3 glass doped with selenium.

Für Anwendungszwecke ist es natürlich wichtig, die geforderten Anforderungen an die Pumpquelle hinsichtlich ihrer Impulsparameter wie insbesondere die geforderte Leistung und die damit realisierbaren Leistungen der Mehrwellensignale der Idler-Impulse zu berechnen. Zur Demonstration wurde die Ausbreitung von einem Pumpimpuls mit der Dauer von 40 ps mit geeigneten Wellenlängen durch die in der 4 charakterisierte MCPCF aus As2S3-Glas numerisch berechnet. Die Erzeugung der Idler-Impulse erfolgt hierbei aus dem Rauschen, wobei für das Rauschen eine 10–10 mal kleinere Leistung als die des Pumplasers angenommen wurde. Der Durchmesser der gesamten MCPCF wurde mit 100 μm bzw. 15 μm angenommen. Die MCPCF besteht aus insgesamt 50 Wellenleitern, wobei jeder Wellenleiter aus einem Kern und um diesen Kern angeordneten Kapillaren gebildet wird. Die anderen Parameter sind der Beschreibung zu 4 und 6 zu entnehmen.For applications, it is of course important to calculate the required requirements for the pump source with regard to their pulse parameters, in particular the required power and the achievable power of the multi-wave signals of the idler pulses. As a demonstration, the propagation of a pump pulse of 40 ps duration at the appropriate wavelengths was performed by the 4 characterized MCPCF from As 2 S 3 glass calculated numerically. The idler pulses are generated from the noise, with a noise 10-10 times smaller than that of the pump laser. The diameter of the entire MCPCF was assumed to be 100 μm and 15 μm, respectively. The MCPCF consists of a total of 50 waveguides, each waveguide consisting of a core and capillaries arranged around this core. The other parameters are as described 4 and 6 refer to.

Die Ergebnisse der numerischen Simulation zur Erzeugung von Idler-Impulsen aus Pumpimpulsen sind in der 7 zunächst für einen einzigen Wellenleiter, also für eine PCF mit nur einem Kern aus As2S3-Glas, dargestellt. Für die Berechnung der einzelnen Parameter wurden die folgenden Gleichungen für die Amplituden der drei beteiligten Impulse (Pumpimpuls, Signalimpuls, Idlerimpuls) unter Berücksichtigung ihrer nichtlinearen Wechselwirkung infolge der nichtlinearen Brechzahländerung, der unterschiedlichen Gruppengeschwindigkeiten und der GVD mit dem GVD- Parameter β'' = ϑ2β/ϑω2 sowie der linearen Verluste gelöst (siehe z. B. G. P. Agrawal, „Nonlinear Fiber Optics", Academic Press (1994), S. 293 ff.)

Figure 00130001
The results of the numerical simulation for generating idler pulses from pump pulses are in the 7 initially for a single waveguide, so for a PCF with only one core of As 2 S 3 glass shown. For the calculation of the individual parameters, the following equations were calculated for the amplitudes of the three pulses involved (pump pulse, signal pulse, idler pulse) taking into account their nonlinear interaction due to the nonlinear refractive index change, the different group velocities and the GVD with the GVD parameter β "= θ 2 β / θω 2 and linear losses (see, for example, BGP Agrawal, "Nonlinear Fiber Optics", Academic Press (1994), p.
Figure 00130001

Hier bedeuten Aj die Amplituden der Impulse, α den Verlustkoeffizienten, η = t – z/νgp) die mit dem Pumpimpuls mitbewegte Zeit, z – die Koordinate längs der Faser und γj = n2ω/cAeff. Die übrigen Symbole wurden bereits oben eingeführt.Here, A j are the amplitudes of the pulses, α the loss coefficients, η = t - z / ν gp ) the time along with the pump pulse, z - the coordinate along the fiber and γ j = n 2 ω / cA eff . The other symbols have already been introduced above.

In 7 ist das Spektrum (e, f) und die zeitliche Impulsform (c, d) des durch Vierwellenmischung in einer PCF mit einem Kern aus As2S3-Glas entstehenden Idler-Impulses dargestellt, der aus der Umwandlung des Pumpimpulses entsteht, wobei als Spitzenleistung des Pumpimpulses in jedem Kanal 3 W (a), (c), (e) und 7 W (b), (d), (f) gewählt wurden.In 7 the spectrum (e, f) and the temporal pulse shape (c, d) of the idler pulse resulting from four-wave mixing in a PCF with a core of As 2 S 3 glass, resulting from the conversion of the pump pulse, is shown as peak power of the pump pulse in each channel were chosen to be 3 W (a), (c), (e) and 7 W (b), (d), (f).

Analoge Rechnungen haben wir auch für eine PCF mit einem Kern aus Quarzglas durchgeführt. Um die gleiche Idler-Leistung zu erreichen ist dabei die benötigte Eingangsleistung für den Pumplaser etwa 30 mal höher.analog We also have bills for a PCF performed with a core of quartz glass. To the same idler performance to achieve this is the required Input power for the pump laser about 30 times higher.

Für die Darstellung der in einer MCPCF enstehenden Spektrallinien in 8 sind Berechnungen für eine MCPCF durchgeführt worden, wobei das Kernmaterial As2S3(1–x)Se3x mit x = 1 % ... 4% ist. Die anderen Parameter wurden bereits oben erwähnt. Im gewählten Beispiel entstehen 50 Kanäle (dargestellt sind 20 Linien, die restlichen 30 Linien sind zur besseren Deutlichkeit der Darstellung ausgelassen). Erkennbar ist, dass in der gesamten MCPCF diskrete Spektrallinien mit gleicher Frequenzdifferenz und nahezu gleicher Amplitude entstehen, die als Übertragungskanäle in WDM-Systemen geeignet sind. Mit anders gewählten Parametern, insbesondere höheren Pumpleistungen, lässt sich eine noch höhere Anzahl von Kanälen realisieren.For the representation of spectral lines in a MCPCF in 8th For example, calculations have been made for an MCPCF where the core material is As 2 S 3 (1-x) Se 3x with x = 1% ... 4%. The other parameters have already been mentioned above. In the selected example, 50 channels are created (20 lines are shown, the remaining 30 lines are left out for better clarity). It can be seen that discrete spectral lines with the same frequency difference and almost the same amplitude arise throughout the MCPCF, which are suitable as transmission channels in WDM systems. With differently selected parameters, in particular higher pump powers, an even higher number of channels can be realized.

In den Ausführungsbeispielen konnte gezeigt werden, dass in der erfindungsgemäßen Anordnung mittels geeigneter Pump-Laserquellen eine Phasenanpassung zur Erzeugung von Idler-Strahlung in einer MCPCF im Spektralbereich des Telekommunikationsfensters realisiert werden kann. Durch Verwendung hoch-nichtlinearer Materialien für das Basismaterial des Kerns mit einer wesentlich höheren nichtlinearen Brechzahl (etwa 100 mal größer verglichen mit Quarzglas), aus dem die Mehrkern-Photonische-Kristallfaser gezogen wird, lässt sich die Effizienz der Umwandlung in Idler-Strahlung wesentlich erhöhen, wodurch entsprechend die Anforderungen an die Leistung der Pumpimpulse reduziert werden. Dies ist aus der Formel (2) für die Leistung des Idler-Impulses unmittelbar ersichtlich.In the embodiments could be shown that in the inventive arrangement by means of suitable Pump laser sources a phase matching for the generation of idler radiation in an MCPCF in the spectral range of the telecommunication window can be realized. By using high-nonlinear materials for the Base material of the core with a much higher nonlinear refractive index (compared to about 100 times bigger with quartz glass), from which the multi-core photonic crystal fiber is pulled, can be significantly increase the efficiency of conversion into idler radiation Accordingly, the requirements for the performance of the pump pulses reduced become. This is from the formula (2) for the performance of the idler pulse immediately apparent.

Claims (16)

Anordnung zur Erzeugung von optischen Mehrwellensignalen, aufweisend mindestens eine Pumpquelle, die Pumpimpulse erzeugt, und eine Mehrkern-Photonische-Kristallfaser (MF), die aus N Kernen (Ki) und um die Kerne (Ki) angeordneten Kapillaren (Lij) aus einem Material mit einer kleineren Brechzahl als der des Kerns besteht, wobei jeder Kern (Ki) mit den um ihn angeordneten Kapillaren (Lij) einen Wellenleiter (Wj) bildet und alle Wellenleiter (Wj) geringe Unterschiede in der effektiven Brechzahl aufweisen, wobei Pumpquelle und Mehrkern-Photonische-Kristallfaser (MF) derart verbunden sind, dass die Pumpimpulse in die gesamte Fläche der Mehrkern-Photonischen-Kristallfaser (MF) eingestrahlt und beim Durchgang der Pumpimpulse durch die einzelnen Wellenleiter (Wj) mittels Vierwellenmischung Idler-Impulse mit unterschiedlichen diskreten Wellenlängen erzeugt werden.Arrangement for generating multi-wave optical signals, comprising at least one pump source which generates pump pulses, and a multi-core photonic crystal fiber (MF) comprising N cores (K i ) and capillaries (L ij ) arranged around the cores (K i ) a material with a smaller refractive index than that of the core, each core (K i ) with the capillaries (L ij ) arranged around it forming a waveguide (W j ) and all the waveguides (W j ) having small differences in the effective refractive index in which the pump source and multi-core photonic crystal fiber (MF) are connected in such a way that the pump pulses are radiated into the entire surface of the multicore photonic crystal fiber (MF) and through the individual waveguides (W j ) through four-wave mixing. Pulses are generated with different discrete wavelengths. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die unterschiedlichen effektiven Brechzahlen der Wellenleiter (Wj) durch unterschiedliche Kernmaterialien erzeugt sind.Arrangement according to claim 1, wherein the different effective refractive indices of the waveguides (W j ) are produced by different core materials. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die unterschiedlichen Kernmaterialien durch ein Basismaterial mit unterschiedlicher Dotierung gebildet sind.Arrangement according to claim 2, wherein the different Core materials by a base material with different doping are formed. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die unterschiedlichen effekttiven Brechzahlen der Wellenleiter (Wj) durch unterschiedliche Abstände oder Größe der Durchmesser der Kapillaren (Lij) erzeugt sind.Arrangement according to Claim 1, in which the different effective refractive indices of the waveguides (W j ) are produced by different spacings or sizes of the diameters of the capillaries (L ij ). Anordnung nach Anspruch 1, bei der die unterschiedlichen effekttiven Brechzahlen der Wellenleiter (Wj) durch unterschiedliche Durchmesser der Kerne (Ki) erzeugt sind.Arrangement according to Claim 1, in which the different effective refractive indices of the waveguides (W j ) are produced by different diameters of the cores (K i ). Anordnung nach Anspruch 1, bei der das Kernmaterial Quarzglas ist.Arrangement according to claim 1, wherein the core material Quartz glass is. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das Kernmaterial ein Material mit großem nichtlinearen Brechzahlkoeffizienten ist.Arrangement according to claim 1, wherein the core material a material with a big one non-linear refractive index coefficient. Anordnung nach Anspruch 7, bei der das Kernmaterial As2S3-Glas ist.An assembly according to claim 7, wherein the core material is As 2 S 3 glass. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der Querschnitt der um die N Kerne (Ki) angeordneten Kapillaren (Lij) kreisförmig sind.Arrangement according to claim 1, wherein the cross section of the capillaries (L ij ) arranged around the N cores (K i ) are circular. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der Querschnitt der um die N Kerne (Ki) angeordneten Kapillaren (Lij) elliptisch sind.Arrangement according to claim 1, wherein the cross section of the capillaries (L ij ) arranged around the N cores (K i ) are elliptical. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Pumpquelle ein Diodenlaser (1) ist.Arrangement according to Claim 1, in which the pump source is a diode laser ( 1 ). Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Pumpquelle ein Diodenlaser (1) mit mindestens einem Verstärker (2) ist.Arrangement according to Claim 1, in which the pump source is a diode laser ( 1 ) with at least one amplifier ( 2 ). Anordnung nach Anspruch 1, bei der eine zweite Strahlungsquelle angeordnet ist, die eine spektral breite Strahlung im Bereich der Signal-Wellenlänge einstrahlt.Arrangement according to claim 1, wherein a second radiation source is arranged, which has a spectrally broad radiation in the range of Signal wavelength irradiates. Anordnung nach Anspruch 1, bei der ein Faserverstärker (3) am Ausgang der Mehrkern-Photonischen Kristallfaser (MC) angeordnet ist.Arrangement according to Claim 1, in which a fiber amplifier ( 3 ) is arranged at the output of the multi-core photonic crystal fiber (MC). Mehrsignal-Quelle, bei der mehrere Mehrkern-Photonische-Kristallfasern (MF) gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche parallel angeordnet sind.Multi-signal source, in which several multi-core photonic crystal fibers (MF) according to at least one of the preceding claims are arranged in parallel. Mehrsignal-Quelle, bei der mehrere von gleichen Pumpimpulsen durchlaufende Segmente der Mehrkern-Photonischen-Kristallfaser (MCPCF gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 longitudinal angeordnet sind.Multi-signal source, where several of the same Pump pulse passing segments of the multi-core photonic crystal fiber (MCPCF according to at least one of the claims 1 to 14 are arranged longitudinally.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011095332A (en) * 2009-10-27 2011-05-12 Furukawa Electric Co Ltd:The Optical fiber manufacturing method
JP2011180243A (en) * 2010-02-26 2011-09-15 Sumitomo Electric Ind Ltd Multi-core optical fiber
CN102841480A (en) * 2011-06-21 2012-12-26 中国人民解放军国防科学技术大学 All-optical wavelength converter based on photonic crystal optical fiber four-wave frequency mixing effect
GB2496214B (en) 2011-11-01 2016-03-16 Fianium Ltd Amplifying optical device pumped or seeded with nonlinearly generated light

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6301420B1 (en) * 1998-05-01 2001-10-09 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Multicore optical fibre
WO2002016985A1 (en) * 2000-08-21 2002-02-28 Corning Incorporated Method for making separable multiple core optical fibers, the resulting fiber structures, and uses thereof
WO2002088802A1 (en) * 2001-04-30 2002-11-07 Blazephotonics Limited A preform for holey optical fibre, a holey optical fibre, and a method for their production

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5274494A (en) * 1991-04-25 1993-12-28 Hughes Aircraft Company Speckle suppression illuminator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6301420B1 (en) * 1998-05-01 2001-10-09 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Multicore optical fibre
WO2002016985A1 (en) * 2000-08-21 2002-02-28 Corning Incorporated Method for making separable multiple core optical fibers, the resulting fiber structures, and uses thereof
WO2002088802A1 (en) * 2001-04-30 2002-11-07 Blazephotonics Limited A preform for holey optical fibre, a holey optical fibre, and a method for their production

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