DE19713547C1

DE19713547C1 - Multiplexer for uncoupling and insertion from wavelength channel into wavelength multiplexed transmission channel

Info

Publication number: DE19713547C1
Application number: DE19713547A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof Dr Sohler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-04-03
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2017-04-04

Abstract

The optical multiplexer has an optical wave transmission with acoustic surface wave operated mode converters, with input and output side polarising parts (P1,P2,P3,P4). The transmission channel is connected between the first mode converter (K1) and a second mode converter (K2), with an input side, and with output side polarisers (P1,P2), The uncoupled channels are connected through a fourth mode converter (K4) to a second output (D). The basic element has two inputs I,A and two outputs D,O. The unit has a lithium niobat crystal LN with the optical waveguides W1-W6 produced by titanium diffusion.

Description

Die Erfindung betrifft einen Multiplexer zur Auskopplung und zur Einfügung von Wellenlängenkanälen in einen Wellenlängenmultiplexer-Übertragungskanal bestehend aus einem Lithiumniobatkristall, in den optische Wellenleiter durch eine Titandiffusion zwischen einem ersten Eingang des Übertragungskanals und einem ersten Ausgang des Übertragungskanals und einem zweiten Ausgang der ausgekoppelten Kanäle und einem zweiten Eingang der einzukoppelnden Kanäle eindiffundiert sind, wobei die optischen Wellen jeweils einen mit akustischen Oberflächenwellen betriebenen Modenkonverter mit einem eingangsseitigen und mit einem ausgangsseitigen Polarisationsteiler durchlaufen.The invention relates to a multiplexer for decoupling and for inserting wavelength channels into one Wavelength multiplexer transmission channel consisting of one Lithium niobate crystal, into the optical waveguide through a Titanium diffusion between a first input of the Transmission channel and a first output of the Transmission channel and a second output of the decoupled channels and a second input of the channels to be injected are diffused, the optical waves each with acoustic Surface wave operated mode converter with a input side and with an output side Pass through polarization splitter.

Ein derartiger akustooptischer Multiplexer ist aus der IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 2, NO. 2, 6/96, Wehrmann et al, Integrated Optical, Wavelength Selective, Acoustically Tunable 2 × 2 Switches (Add-Drop Multiplexers) in LiNbO₃, bekannt.Such an acousto-optical multiplexer is from the IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 2, NO. 2, 6/96, Wehrmann et al, Integrated Optical, Wavelength Selective, Acoustically Tunable 2 × 2 Switches (Add-Drop Multiplexers) in LiNbO ₃ .

Weiterhin ist aus der US 5.173.794 eine optische Übertragungsstrecke bekannt, in die Laserlichtkanäle verschiedener Frequenz eingespeist sind, und die ausgangsseitig einen Verteiler aufweist, an dessen Zweigenden jeweils ein abstimmbares akusto-optisches Filter angeschlossen ist, dessen akustische Welle von einem elektrischen Signal gesteuert erzeugt wird und dessen gefiltertes optisches Ausgangssignal einem opto-elektrischen Empfangskonverter zugeführt ist. Es können bei entsprechender, gleichzeitiger Erregung mehrerer akustischer Wellen mehrere optische Bänder ausgefiltert werden, die jedoch weiter geteilt werden müssen. Die jeweils im Filter stark gedämpften optischen Wellen bleiben ungenutzt; eine Einkopplung optischer Wellen in die freigewordenen Kanäle der ausgefilterten Wellen ist nicht möglich.Furthermore, an optical is from US 5,173,794 Known transmission path into the laser light channels different frequency are fed, and the has a distributor on the output side, at the branch ends a tunable acousto-optical filter is connected is whose acoustic wave is from an electrical signal is generated in a controlled manner and its filtered optical Output signal from an opto-electrical reception converter is fed. With appropriate, simultaneous Excitation of multiple acoustic waves multiple optical bands are filtered out, but they have to be shared further. The optical waves strongly attenuated in the filter remain unused; coupling optical waves into the free channels of the filtered waves is not possible.

Das Funktionsprinzip akustooptischer Add-Drop Multiplexer beruht auf der Wechselwirkung geführter akustischer Oberflächenwellen (Surface Acoustic Wave, SAW) mit den in einem optischen Wellenleiter geführten TE- und TM-polarisierten optischen Feldern. Dabei kommt es zu einer Polarisationskonversion, d. h. Umwandlung von TE nach TM bzw. TM nach TE, wenn die Phasenanpaßbedingung erfüllt ist. Diese erfordert, daß die Differenz der Ausbreitungskonstanten der optischen Moden (annähernd) gleich der Wellenzahl der akustischen Welle ist. Durch diese Phasenanpaßbedingung ist der Konversionsprozeß wellenlängenselektiv. Über die Frequenz der akustischen Oberflächenwelle läßt sich die optische Wellenlänge einstellen, bei der Phasenanpassung erfüllt ist. Mit der Konversion ist ein Frequenzversatz verbunden. Dabei wird die Frequenz der konvertierten optischen Welle um die Frequenz der akustischen Welle versetzt. Das Vorzeichen des Frequenzversatzes hängt von der Richtung der Konversion, d. h. TE → TM oder TM → TE, und von der Laufrichtung der akustischen Welle relativ zur Propagationsrichtung der optischen Wellen ab. Durch Kombination solcher akustooptischer Polarisationskonverter mit Polarisationsteilern lassen sich Add-Drop-Multiplexer realisieren. Aufgabe der Multiplexer ist es, mindestens einen Informationskanal einer bestimmten Wellenlänge aus der Übertragungsstrecke auszukoppeln (Drop-Funktion) und gleichzeitig jeweils einen neuen Kanal wieder in die Strecke einzuspeisen (Add-Funktion). Dieser muß dann die gleiche Wellenlänge haben wie der ausgekoppelte Kanal oder bei einer noch freien Wellenlänge liegen, die eingangsseitig nicht in der Übertragungsstrecke belegt ist. Während bei statischen Multiplexern die ein- und auszukoppelnden Wellenlängen beim Herstellungsprozeß festgelegt werden, ermöglichen abstimmbare Multiplexer die Einstellung dieser Wellenlängen über ein Kontrollsignal. Somit erreicht man mit abstimmbaren Multiplexern eine größere Flexibilität. Ein solcher Multiplexer wird auf einem Lithiumniobatkristall ausgebildet, in dem dort strukturierte Lichtleiter durch eine Titandiffusion erzeugt werden. Diese werden an einigen Stellen zu Polarisationsteilern ausgebildet und mit akustischen Oberflächenwellenstrecken versehen, die als Modenkonverter dienen. The principle of operation of the acousto-optical add-drop multiplexer relies on the interaction of guided acoustic Surface Acoustic Wave (SAW) with the in an optical waveguide guided TE and TM polarized optical fields. There is one Polarization conversion, d. H. Conversion from TE to TM or TM to TE if the phase matching condition is met. This requires that the difference in the propagation constants of the optical modes (approximately) equal to the wavenumber of acoustic wave is. Because of this phase matching condition the conversion process is wavelength selective. About the The frequency of the surface acoustic wave can be Set optical wavelength during phase adjustment is satisfied. With the conversion there is a frequency offset connected. The frequency of the converted optical wave around the frequency of the acoustic wave transferred. The sign of the frequency offset depends on the Direction of conversion, d. H. TE → TM or TM → TE, and from the direction of travel of the acoustic wave relative to Direction of propagation of the optical waves. By Combination of such acousto-optical polarization converters With polarization splitters, add-drop multiplexers can be used realize. The task of the multiplexers is, at least an information channel of a certain wavelength from the Decouple transmission path (drop function) and at the same time each time a new channel in the route feed (add function). This must then be the same Have wavelength like the decoupled channel or at one are still free wavelength that are not in on the input side the transmission path is occupied. While with static Multiplexers the wavelengths to be coupled in and out at Manufacturing process to be determined, enable tunable multiplexers to adjust these wavelengths via a control signal. So you can achieve with tunable ones Multiplexers greater flexibility. Such a Multiplexer is on a lithium niobate crystal trained in the structured light guide there a titanium diffusion can be generated. These will be on some Formed into polarization splitters and with surface acoustic wave paths provided as Serve mode converter.

Dabei wird die Wechselwirkung zwischen akustischen Oberflächenwellen und optischen Feldern ausgenutzt. Diese Wechselwirkung führt zu einer Polarisationskonversion; die Wellenlängenselektivität wird durch die Forderung nach Phasenanpassung erzielt.The interaction between acoustic Surface waves and optical fields exploited. This Interaction leads to a polarization conversion; the Wavelength selectivity is required by Phase adjustment achieved.

Das Funktionsprinzip solcher bekannten Multiplexer ist folgendes:
In einem ersten Eingang wird das Licht aus der Übertragungsstrecke eingekoppelt, ein zweiter Eingang wird mit dem Add-Signal, also einem Lichtsignal mit den zu ergänzenden Wellenlängen, verbunden. In einem ersten Polarisationsteiler werden die kombinierten optischen Signale in ihre Polarisationskomponenten zerlegt und zu getrennten Modenkonvertern geführt. Ohne Konversion werden die in den ersten Eingang eingekoppelten Kanäle zu einem ersten Ausgang geleitet. Soll ein optischer Kanal einer bestimmten Wellenlänge oder mehrerer Wellenlängen zu einem Drop-Ausgang gelenkt werden, so wird in beiden Konvertern eine oder mehrere akustische Wellen erzeugt, die zu einer Moden-Konversion des ausgewählten Kanals oder der ausgewählten Kanäle führt, so daß über einen zweiten, ausgangsseitigen Polarisationsteiler das Licht dann zum Drop-Ausgang gelangt. Entsprechend erfolgt gleichzeitig die Konversion für das Add-Signal, damit dieses dann zum ersten Ausgang geführt wird. Die Laufrichtungen der akustischen Wellen sind in den beiden Konvertern entgegengesetzt. Damit ist garantiert, daß der Frequenzversatz des konvertierten Lichtes für beide Polarisationsanteile gleich ist. Bei diesem Multiplexer hat sich die Extinktion im ersten Ausgang als besonders problematisch erwiesen. Das heißt die Auskopplung in den Drop-Ausgang war unvollständig und ein Restanteil (typisch -17 . . . -20 dB) gelangte zum ersten Ausgang. Darüber hinaus ergab sich ein relativ starkes Übersprechen des Add-Signals in den Drop-Ausgang von ebenfalls typischerweise -17 . . . -20 dB. Beide Effekte lassen sich durch unvollständige Polarisationskonversion in den Modenkonvertern erklären. Obwohl beide Konverter mit akustischen Wellen der gleichen Frequenz betrieben werden, zeigt sich, daß die Konversionscharakteristiken, d. h. die konvertierte optische Leistung als Funktion der optischen Wellenlänge, geringfügig gegeneinander verschoben sind. Dieses ist im wesentlichen auf kleine Unterschiede von Herstellungsparametern, z. B. Streifenbreite, Titan-Schichtdicke usw., zurückzuführen. Damit differieren die Frequenzen der akustischen Wellen für vollständige Modenkonversion in den beiden Konvertern. Wählt man als Kompromiß eine Frequenz, die zwischen den optimalen Frequenzen für die beiden einzelnen Konverter liegt, so erreicht man keine vollständige Konversion in beiden Konvertern mehr und es kommt zu dem unerwünschten Nebensprechen.The principle of operation of such known multiplexers is as follows:
The light from the transmission path is coupled in at a first input, and a second input is connected to the add signal, that is to say a light signal with the wavelengths to be supplemented. In a first polarization splitter, the combined optical signals are broken down into their polarization components and led to separate mode converters. Without conversion, the channels coupled into the first input are routed to a first output. If an optical channel of a certain wavelength or several wavelengths is to be directed to a drop output, one or more acoustic waves are generated in both converters, which leads to a mode conversion of the selected channel or the selected channels, so that a second , polarization splitter on the output side, the light then reaches the drop output. Accordingly, the conversion for the add signal takes place at the same time, so that it is then led to the first output. The directions of the acoustic waves are opposite in the two converters. This guarantees that the frequency offset of the converted light is the same for both polarization components. With this multiplexer, the extinction in the first output has proven to be particularly problematic. This means that the coupling into the drop output was incomplete and a remaining portion (typically -17 ... -20 dB) came to the first output. In addition, there was a relatively strong crosstalk of the add signal into the drop output, which was also typically -17. . . -20 dB. Both effects can be explained by incomplete polarization conversion in the mode converters. Although both converters are operated with acoustic waves of the same frequency, it can be seen that the conversion characteristics, ie the converted optical power as a function of the optical wavelength, are slightly shifted relative to one another. This is mainly due to small differences in manufacturing parameters, e.g. B. strip width, titanium layer thickness, etc. attributable. The frequencies of the acoustic waves for complete mode conversion differ in the two converters. If a frequency is chosen as a compromise, which lies between the optimal frequencies for the two individual converters, complete conversion in both converters is no longer achieved and undesired crosstalk occurs.

Ein weiteres Problem bei den bekannten Multiplexern sind die Einfügeverluste und deren Polarisationsabhängigkeit. Diese ist besonders problematisch für die durchgehenden Signale vom ersten Eingang zum ersten Ausgang, wenn mehrere Multiplexer in komplexen Netzen kaskadiert werden. Die Hauptursache für die Verluste sind die Wellenleiterkrümmungen, die für die Faserankopplung und im Mittelbereich des Bauelements zur räumlichen Trennung der beiden Konversionsstrecken nötig sind. Typische Zusatzverluste durch die Wellenleiterkrümmungen lagen bei den Multiplexern bei 1 dB für die TN-Polarisation bzw. bis zu 3 dB für die TE-Polarisation.Another problem with the known multiplexers is that Insertion losses and their polarization dependency. This is particularly problematic for the continuous signals from the first entrance to the first exit, if several Multiplexers can be cascaded in complex networks. The The main cause of the losses are Waveguide curvatures for fiber coupling and in Middle area of the component for spatial separation of the both conversion lines are necessary. Typical Additional losses due to the waveguide curvatures were included the multiplexers at 1 dB for TN polarization or up to to 3 dB for the TE polarization.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den eingangs bezeichneten Multiplexer dahingehend zu verbessern, daß er eine geringere Einfügedämpfung und eine höhere Extinktion der ausgekoppelten Wellenlängen aufweist. It is an object of the invention, the one mentioned Multiplexer to improve that it has a lower Insertion loss and a higher extinction of the coupled out wavelengths.

Die Lösung besteht darin, daß der Übertragungskanal anschließend an den ersten Modenkonverter einen zweiten Modenkonverter mit einem eingangsseitigen und mit einem ausgangsseitigen Polarisationsteiler durchläuft und von dem ausgangsseitigen Polarisationsteiler des ersten Modenkonverters die ausgekoppelten Kanäle durch einen vierten Modenkonverter zum zweiten Ausgang geführt sind und vom zweiten Eingang die einzukoppelnden Kanäle durch einen dritten Modenkonverter in den eingangsseitigen Polarisationsteiler des zweiten Modenkonverters geführt sind und daß alle Oberflächenwellen der Modenkonverter gleichgerichtet sind.The solution is that the transmission channel after the first mode converter a second one Mode converter with one input and one passes through the output polarization splitter and from the output polarization splitter of the first Mode converter the coupled channels through a fourth mode converter are led to the second output and from the second input the channels to be coupled in by a third mode converter in the input side Polarization divider of the second mode converter are performed and that all surface waves of the mode converter are rectified.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments are in the subclaims specified.

Ein vorteilhaftes Beispiel ist in den Fig. 1 und 2 beschrieben.An advantageous example is described in FIGS. 1 and 2.

Fig. 1 zeigt ein Schema des Multiplexers, nicht maßstabgerecht, Fig. 1 shows a diagram of the multiplexer, not to scale,

Fig. 2 zeigt die Transmissionen auf der Durchgangsstrecke, dem auskoppelnden Zweig und den einkoppelnden Zweig, abhängig von der Wellenlänge. Fig. 2 shows the transmissions on the through path, the coupling branch and the coupling branch, depending on the wavelength.

Die Gesamtanordnung befindet sich auf einem Lithiumniobat-Kristall, an den die Übertragungsstrecke mit Lichtleitfasern angekoppelt ist. Auch die einzukoppelnden Lichtkanäle werden über eine Glasfaser eingespeist und die auszukoppelnden Kanäle sind über eine weitere Glasfaser abgeführt.The overall arrangement is on a lithium niobate crystal, to which the transmission link with optical fibers is coupled. The light channels to be coupled are also fed via an optical fiber and the ones to be decoupled Channels are discharged through another glass fiber.

Die Konverter (K1-K4) werden jeweils über einen elektroakustischen Transducer (T1-T4) betrieben, die von einem Generator (G) gespeist werden. Da alle Lichtwellenleiter (W1-W6) und alle Konverter sowie die zugehörigen Polarisationsteiler (P1-P4) jeweils auf dem gleichen Kristall mit den gleichen Verfahrensschritten und Masken erstellt werden, sind deren Eigenschaften mit sehr geringen relativen Toleranzen behaftet. Insbesondere auch die Parallelität der Wellenleiter (W1, W2; W5, W6) in den beiden Konvertern (K1, K2), die jeweils die aufgespaltenen, zusammengehörigen Moden führen, gewährleisten eine einheitliche Konversion der angepaßten Wellenlängen.The converters (K1-K4) are each one electroacoustic transducer (T1-T4) operated by be fed to a generator (G). Since all Optical fiber (W1-W6) and all converters as well as the associated polarization splitter (P1-P4) each on the same crystal with the same process steps and Masks are created, their properties are very different low relative tolerances. Especially also the parallelism of the waveguides (W1, W2; W5, W6) in the two converters (K1, K2), each of which split the associated fashions ensure a uniform conversion of the adjusted wavelengths.

Eine deutliche Verbesserung der Multiplexereigenschaften erbringt die neue Struktur. Die wesentlichen Maßnahmen sind dabei die räumliche Trennung der Add- und der Drop-Funktion, eine zweistufige Filterung zur Verbesserung des Extinktionsverhaltens und minimale Wellenleiterkrümmungen für die Strecke vom den ersten Eingang (I) zum ersten Ausgang (O). A significant improvement in the multiplexer properties provides the new structure. The main measures are the spatial separation of the add and drop functions, a two-stage filtering to improve the Absorbance behavior and minimal waveguide curvatures for the distance from the first entrance (I) to the first exit (O).

In Fig. 1 ist die Struktur des Multiplexers dargestellt. Er besteht aus vier akustooptischen Modenkonvertern (K1-K4) und vier Polarisationsteilern (P1-P4).The structure of the multiplexer is shown in FIG . It consists of four acousto-optical mode converters (K1-K4) and four polarization splitters (P1-P4).

Das Bauelement hat zwei Eingänge (I, A) sowie zwei Ausgänge (D, O). Am ersten Eingang (I) werden die aus dem Netzwerk ankommenden Signale der λ-Wellenlängenkanäle in den Multiplexer eingekoppelt und normalerweise zum ersten Ausgang (O) geführt. Die Auskopplung einzelner Kanäle (Drop-Funktion) geschieht mittels des ersten Modenkonverters (K1) Die Konversion für beide im ersten Polarisationsteiler (P1) gewonnenen Polarisationskomponenten erfolgt im selben Konverter (K1), in den zwei parallele optische Wellenleiter (W1, W2) eingebettet sind. Durch Ansteuerung mit den geeigneten Frequenzen (fx, fy) der akustischen Wellen wird der Polarisationszustand des Lichtes mit den entsprechenden Wellenlängen (λx, λx) geändert, so daß die konvertierten Wellen im folgenden, zweiten Polarisationsteiler (P2) zum vierten Konverter (K4) hin gelenkt werden. Da die akustooptische Konversion zu einem Frequenzversatz der optischen Welle mit unterschiedlichen Vorzeichen bei der TE bzw. TM Eingangspolarisation führt, haben die beiden Polarisationskomponenten am Eingang des vierten Konverters (K4) einen unterschiedlichen Frequenzversatz. Um diesen zu kompensieren, wird der vierte Konverter (K4) bei den gleichen Frequenzen wie beim ersten Konverter (K1) betrieben. Damit erreicht man im vierten Wellenleiter (W4) eine zweite Polarisationskonversion die gleichzeitig bewirkt, daß der Frequenzversatz rückgängig gemacht wird. Analog zur Drop-Funktion wird die Add-Funktion des Bauelementes realisiert. Dazu werden entsprechend ein zweiter und dritter Konverter (K2, K3) benutzt.The component has two inputs (I, A) and two outputs (D, O). At the first entrance (I) they are from the network incoming signals of the λ wavelength channels in the Multiplexer coupled in and usually to the first Exit (O) led. The decoupling of individual channels (Drop function) is done using the first mode converter (K1) Conversion for both in the first polarization divider (P1) obtained polarization components takes place in the same Converter (K1) in which two parallel optical waveguides (W1, W2) are embedded. By control with the suitable frequencies (fx, fy) of the acoustic waves the state of polarization of the light with the corresponding Wavelengths (λx, λx) changed so that the converted Waves in the following, second polarization divider (P2) for fourth converter (K4) can be directed. Since the acousto-optical conversion to a frequency offset of the optical wave with different signs in the TE or TM leads input polarization, have the two Polarization components at the input of the fourth converter (K4) a different frequency offset. To this compensate, the fourth converter (K4) at the same frequencies as the first converter (K1) operated. So you can reach the fourth waveguide (W4) a second polarization conversion at the same time causes the frequency offset to be canceled. Analog to the drop function, the add function of the Realized component. To do this, enter accordingly second and third converter (K2, K3) used.

Das Licht mit den einzuspeisenden Wellenlängen wird in einen dritten Wellenleiter (W3) zuerst durch den dritten akustischen Konverter (K3) geleitet, dessen akustische Betriebsfrequenzen denen der eingespeisten Lichtwellenlängen angepaßt ist, so daß ein erster Frequenzversatz am Konverterausgang auftritt. Vor dem zweiten Konverter (K2) wird dann der vom ersten Konverter (K1) und nachgeschalteten zweiten Polarisationsteiler (P2) ankommende durchgehende Lichtanteil zusammen mit dem zu addierenden Licht in den dritten Polarisationsteiler (P3) geführt und von diesem mit getrennten Moden durch die parallelen Wellenleiter (W5, W6) des zweiten Konverters (K2) geführt, dessen ausgangsseitiger vierter Polarisationsteiler (P4) das frequenzmäßig restaurierte mit dem Add-Signal kombinierte erste Ausgangs-Lichtsignal abgibt.The light with the wavelengths to be fed into one third waveguide (W3) first through the third acoustic converter (K3) passed, its acoustic Operating frequencies to those of the light wavelengths fed in is adjusted so that a first frequency offset on Converter output occurs. Before the second converter (K2) is then that of the first converter (K1) and downstream second polarization divider (P2) incoming through Light component together with the light to be added in the third polarization splitter (P3) guided by this with separate modes by the parallel waveguides (W5, W6) of the second converter (K2), whose output side fourth polarization divider (P4) the frequency restored first combined with the add signal Output light signal.

Im Unterschied zu den Multiplexern nach dem bekannten Design sind bei den neuen Bauelementen die Add- und die Drop-Funktion entkoppelt. Über den ersten und vierten Konverter (K1, K4) wird die Drop-Funktion und über den zweiten und dritten Konverter (K2, K3) die Add-Funktion erreicht. Betrachtet man die entsprechenden Lichtwege, so wird sofort deutlich, daß das Nebensprechen zwischen dem Add-Eingang und dem Drop-Ausgang vernachlässigbar klein sein muß. Auch eine bessere Extinktion des zum Drop-Ausgang geführten Lichtes wird erzielt, wenn zusätzlich der zweite Modenkonverter (K2) mit dem entsprechenden HF-Signal zur Konversion bei der Drop-Wellenlänge angesteuert wird. Der im ersten Konverter (Kl) fehlgeleitete Anteil wird dann nämlich im zweiten Konverter (K2) konvertiert und zu dem nicht benutzten Ausgang des ausgangsseitigen Polarisationsteiler (P4) geleitet. Das heißt, das Licht auf der Strecke vom ersten Eingang (I) zum ersten Ausgang (O) durchläuft zwei Sperrbandfilter für die Drop-Wellenlänge.In contrast to the multiplexers based on the well-known design are the add and drop functions for the new components decoupled. About the first and fourth converters (K1, K4) is the drop function and over the second and third converter (K2, K3) achieves the add function. If you look at the corresponding light paths, you will immediately clearly that the crosstalk between the add input and the drop output must be negligibly small. Also one better absorbance of the light led to the drop output is achieved if the second mode converter (K2) is also with the corresponding RF signal for conversion at Drop wavelength is driven. The one in the first converter (Kl) misguided portion then namely in the second Converter (K2) converted and to the unused Output of the polarization splitter on the output side (P4) headed. That means the light on the route from the first Entrance (I) to the first exit (O) goes through two Stop band filter for the drop wavelength.

Ferner ergeben sich geringere Verluste bei Bauelementen auf der Strecke vom ersten Eingang (I) zum ersten Ausgang (O) Innerhalb dieser Strecke befinden sich nämlich keine Wellenleiterkrümmungen; die Wellen erfahren lediglich in den Polarisationsteilern einen geringen lateralen Versatz. Allerdings erkauft man diesen Vorteil mit etwas stärkeren Wellenleiterkrümmungen in dem Add- und dem Drop-Zweig. Da ein Signal diese Zweige aber in einem Netzwerk jeweils nur einmal durchläuft, während das durchgehende Signal u. U. viele Multiplexer einer Gesamtübertragungsstrecke jeweils entlang einer Strecke vom ersten Eingang (I) zum ersten Ausgang (O) durchlaufen, sind geringfügig höhere Verluste bei der Add- und der Drop-Funktion tolerabel.There are also lower losses in components the distance from the first entrance (I) to the first exit (O) There are none within this route Waveguide curvatures; the waves only experience in the Polarization splitters have a small lateral offset. However, you buy this advantage with something stronger Waveguide curvatures in the add and drop branches. There one signal these branches in a network only runs through once, while the continuous signal u. U. many multiplexers of a total transmission path each along a route from the first entrance (I) to the first Pass through output (O) are slightly higher losses tolerable with the add and drop function.

Sämtliche akustischen Transducer (T1-T4) der vier Konverter (K1-K4) sind parallel von dem gleichen Generator (G) betrieben, der jeweils mit denjenigen Frequenzen (fx, fy) angesteuert ist, deren zugehörigen Lichtwellenlängen (λx, λy) ein- bzw. ausgekoppelt werden. Die Ansteuersignale (SS) für die auszuwählenden, abzutrennenden oder einzufügenden Kanäle werden über Netzsteuervorrichtungen dem Frequenzwähler (FW) zugeführt.All acoustic transducers (T1-T4) of the four Converters (K1-K4) are in parallel from the same generator (G) operated, each with those frequencies (fx, fy) is controlled, the associated light wavelengths (λx, λy) can be coupled in or out. The control signals (SS) for those to be selected, separated or inserted Channels are provided through network control devices Frequency selector (FW) supplied.

Die Grundkomponenten der Multiplexer-Schaltkreise sind jeweils akustooptische Modenkonverter und passive Polarisationsteiler. In den akustooptischen Modenkonvertern (K1-K4) sind die Ti-diffundierten optischen Wellenleiter (W1-W6) jeweils in einem akustischen Richtkoppler eingebettet. In dieser akustischen Richtkopplerstruktur werden die akustischen Oberflächenwellen (SWA) jeweils von den elektroakustischen Transducern (T1-T4) von der Seite über den optischen Wellenleiter geführt und endseitig an einem Absorber (A1-A4) verschluckt. Der Vorteil solcher Richtkoppler gegenüber einfachen geraden Wellenleitern für akustische Wellen liegt in der verbesserten Konversionscharakteristik für die akustooptische Polarisationskonversion. Man erreicht eine gewichtete Kopplung, die zu einer starken Unterdrückung der Nebenmaxima führt. Die akustischen Richtkoppler bestehen aus zwei dicht benachbarten akustischen Wellenleitern. In einem dieser Wellenleiter sind die optischen Wellenleiter eingebettet, im anderen Wellenleiter werden die Oberflächenwellen mittels eines kammartigen Transducers angeregt. Die akustische Welle koppelt längs der Ausbreitungsstrecke in den Nachbarwellenleiter und führt dort zur akustooptischen Modenkonversion. Die Länge der Modenkonverter beträgt bevorzugt 19.3 mm; diese Länge ist so gewählt, daß die akustische Oberflächenwelle (SAW) gerade eine komplette Koppelperiode in der Richtkopplerstruktur durchläuft.The basic components of the multiplexer circuits are each acousto-optic mode converter and passive Polarization splitter. In the acousto-optical mode converters (K1-K4) are the Ti-diffused optical waveguides (W1-W6) each in an acoustic directional coupler embedded. In this acoustic directional coupler structure the surface acoustic waves (SWA) are each from the electro-acoustic transducers (T1-T4) from the side guided over the optical waveguide and at the end swallowed by an absorber (A1-A4). The advantage of such Directional coupler compared to simple straight waveguides for acoustic waves lies in the improved Conversion characteristic for the acousto-optical Polarization conversion. You get a weighted one Coupling leading to a strong suppression of the secondary maxima leads. The acoustic directional couplers consist of two tight neighboring acoustic waveguides. In one of these The optical waveguides are embedded in the waveguide the surface waves by means of other waveguides of a comb-like transducer. The acoustic wave couples into the Neighboring waveguide and leads there to the acousto-optical Fashion conversion. The length of the mode converter is preferably 19.3 mm; this length is chosen so that the surface acoustic wave (SAW) just a complete Coupling period in the directional coupler structure passes.

In den ersten und zweiten Konverter (K1, K2) sind jeweils zwei optische Wellenleiter (W1, W2; W5, W6) in der akustischen Richtkopplerstruktur eingebettet. Diese optischen Wellenleiter (W1, W2; W5, W6) haben dort einen Abstand von 40 µm voneinander. Damit ist gewährleistet, daß einerseits die Kopplung zwischen den benachbarten optischen Wellenleitern vernachlässigbar klein bleibt und andererseits auch keine Kopplung in die Ti-diffundierten Berandungen des 110 µm breiten akustischen Wellenleiters auftritt.In the first and second converters (K1, K2) are each two optical waveguides (W1, W2; W5, W6) in the acoustic directional coupler structure embedded. This optical waveguides (W1, W2; W5, W6) have one there Distance of 40 µm from each other. This ensures that on the one hand the coupling between the neighboring optical Waveguides remains negligibly small and on the other hand also no coupling in the Ti-diffused borders of the 110 µm wide acoustic waveguide occurs.

Als passive Polarisationsteiler (P1-P4) dienen bekannte optische Richtkoppler. Sie sind so dimensioniert, daß TE-polarisierte Strahlung in den Kreuz-Ausgang der Struktur geleitet wird und TM-polarisiertes Licht in den Geradeaus-Ausgang. Die Richtkoppler bestehen aus zwei eng benachbarten optischen Wellenleitern; deren Abstand reduziert sich im mittleren Bereich bis auf Null, so daß sich ein Stammbereich ausbildet, der aus einem optischen Wellenleiter besteht, der doppelt so breit ist wie die zugeführten Einzelwellenleiter. Der Öffnungswinkel im Zuführungsbereich beträgt 0,620.Known ones serve as passive polarization splitters (P1-P4) optical directional coupler. They are dimensioned so that TE polarized radiation in the cross-exit of the structure is directed and TM polarized light into the straight-ahead output. The directional couplers consist of two closely adjacent ones optical waveguides; their distance is reduced in middle area down to zero so that there is a root area forms, which consists of an optical waveguide, the is twice as wide as the supplied single waveguide. The opening angle in the feed area is 0.620.

Zum Auseinanderführen der Wellenleiter im Add- und im Drop-Arm sind Wellenleiterkrümmungen nötig. Es hat sich gezeigt, daß solche Krümmungen signifikante (polarisationsabhängige) Verluste bringen. For spreading the waveguides in the add and drop arms waveguide bends are necessary. It has shown, that such curvatures are significant (polarization dependent) Bring losses.

Die beiden Eingänge (I, A) und die beiden Ausgänge (O, D) müssen jeweils räumlich voneinander getrennt sein, damit sie mit Lichtleitfasern versehen werden können. Es wurde ein Abstand von 330 µm gewählt. Zur Ankopplung der Fasern werden diese vorher in V-Gräben eingebettet, die in ein Silizium-Substrat geätzt worden sind. Damit ist garantiert, daß der Wellenleiterabstand mit dem Abstand der Glasfasern übereinstimmt. Um die Koppeleffizienz in die Glasfaser zu verbessern, sind die Wellenleiter im Bereich der Faserkopplung von 7 µm auf 5 µm verjüngt. Die Modenprofile in den schmaleren Wellenleitern sind dadurch besser an die Profile der Lichtleitfaser angepaßt.The two inputs (I, A) and the two outputs (O, D) must be spatially separated from each other so that they can be provided with optical fibers. It became a Distance of 330 µm selected. For coupling the fibers these previously embedded in V-trenches, which are in a silicon substrate have been etched. This guarantees that the Waveguide distance with the distance of the glass fibers matches. To improve the coupling efficiency in the fiber improve, the waveguides are in the range of Fiber coupling tapered from 7 µm to 5 µm. The fashion profiles in the narrower waveguides are better at that Profiles of the optical fiber adapted.

Die oberen beiden Diagramme in Abb. 2 geben die Transmissionskurven vom ersten Eingang (I) zum ersten Ausgang (O) wieder. Die Einfügeverluste liegen zwischen etwa 6 dB und 9 dB. Es wird eine Auslöschung von mehr als 30 dB erreicht.The top two diagrams in Fig. 2 show the transmission curves from the first input (I) to the first output (O). The insertion losses are between about 6 dB and 9 dB. An extinction of more than 30 dB is achieved.

Die Drop-Funktion ist in dem mittleren Diagramm dargestellt. Hier liegen die Einfügeverluste bei etwa 7 dB. Die Unterdrückung bei 4 nm Kanalabstand beträgt im ungünstigsten Fall etwa 18 dB. Bei der Add-Funktion sind die Verluste mit etwa 7 dB vergleichbar mit den Verlusten bei der Drop-Funktion.The drop function is shown in the middle diagram. The insertion losses here are around 7 dB. The Suppression at 4 nm channel spacing is the worst Case about 18 dB. The losses are included in the add function about 7 dB comparable to the losses at Drop function.

Es wurden eine Reihe von Proben hergestellt. Nach jedem Herstellungsschritt wurden die Proben charakterisiert. Hinsichtlich der Herstellungsparameter wurde die Ti-Schichtdicke variiert. Einige Proben wurden mit etwa 100 nm Schichtdicke, eine Reihe weiterer Proben mit nur etwa 90 nm Schichtdicke hergestellt. Die Proben mit geringerer Schichtdicke zeigten schon nach 7-stündiger Diffusion bei 1030°C niedrige Dämpfungen von typischerweise 0.2 dB/cm für TE und < 0.1 dB/cm für TM. In TM-Polarisation sind durchgehend gute Teilungsverhältnisse von mehr als 20 dB gegeben. Mit wachsender Stammlänge verbessert sich das Teilungsverhältnis. Proben, die Strukturen mit 320 µm Stammlänge haben, zeigten gute Teilungsverhältnisse und geringe Dämpfung im TE- und im TM-Modus. Messungen haben gezeigt, daß die optimale Stammlänge für die Polarisationsteiler bei über 300 µm, vorzugsweise bei etwa 360 µm, liegt.A number of samples were made. After every The samples were characterized in the manufacturing step. With regard to the manufacturing parameters, the Ti layer thickness varies. Some samples were measured at around 100 nm Layer thickness, a number of other samples with only about 90 nm Layer thickness produced. The samples with less Layer thickness already showed after 7 hours of diffusion 1030 ° C low attenuation of typically 0.2 dB / cm for TE and <0.1 dB / cm for TM. Are in TM polarization consistently good division ratios of more than 20 dB given. This improves with increasing stem length Division ratio. Samples with structures of 320 µm Stem length showed good division ratios and low damping in TE and TM mode. Have measurements shown that the optimal trunk length for the Polarization splitter at over 300 microns, preferably at about 360 µm.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gegeben, daß eine Entdämpfung in den Wellenleitern, vorzugsweise des Übertragungskanals, vorgesehen ist, indem diese eine Erbiumdotierung erhalten und eine Laserpumplichtquelle daran angeschlossen wird, wie in WO 92/14176 angegeben.An advantageous further development is given in that an attenuation in the waveguides, preferably the Transmission channel is provided by this one Received erbium doping and a laser pump light source on it is connected as specified in WO 92/14176.

Claims

1. Multiplexer for decoupling and for inserting wavelength channels in a wavelength division multiplexer transmission channel, consisting of a lithium niobate crystal (LN), in the optical waveguide (W1-W6) by titanium diffusion between a first input (I) of the transmission channel and a first output (O) of the transmission channel and a second output (D) of the decoupled channels and a second input (A) of the channels to be coupled in, the optical waves each having a mode converter operated with surface acoustic waves (K1, K2) with an input and with a pass through the output-side polarization splitter (P1, P2; P3, P4), characterized in that the transmission channel, after the first mode converter (K1), passes through a second mode converter (K2) with one input-side and one output-side polarization splitter (P3, P4) and by the output polarization divider (P2) of the first mode converter (K1) the outcoupled channels are led through a fourth mode converter (K4) to the second output (D) and from the second input (A) the channels to be coupled in through a third mode converter (K3) into the input-side polarization divider (P3) of the second mode converter (K2) and that all surface waves of the mode converters (K1-K4) are rectified.

2. Multiplexer according to claim 1, characterized in that in the first and second mode converter (K1, K2) optical waveguide (W1, W2; W5, W6) closely adjacent trained to lead and convert the different fashions.

3. Multiplexer according to claim 2, characterized in that the optical waveguide (W1, W2; W5, W6) of the first and second mode converter (K1, K2) with only a small one lateral offset by connecting the output polarization divider (P2) with the following polarization splitter on the input side (P3) connect to each other.

4. Multiplexer according to one of the preceding claims, characterized in that the third mode converter (K3) with large arcs in the polarization divider on the input side (P3) of the second mode converter (K2) and the fourth mode converter (K4) with large arches on the output polarization divider (P2) of the first Mode converter (K1) is connected.

5. Multiplexer according to one of the preceding claims, characterized in that all mode converters (K1-K4) are structured similarly and their electroacoustic Transducer (T1-T4) controlled with the same signal be, so that there is an intermittent frequency offset of each two of the mode converters (K1, K2; K1, K4; K3, K2) continuous light compensated.

6. Multiplexer according to claim 5, characterized in that that the mode converter (K1-K4) has a directional coupler structure have and their length of a complete coupling period corresponds.

7. Multiplexer according to claim 3, characterized in that the parallel waveguide (W1, W2; W5, W6) of the first and second mode converter (K1, K2) each 40 µm are spaced and the acoustic waveguide 110 microns wide and with a titanium doping and end are completed with an absorber (A1, A2).

8. Multiplexer according to one of the preceding claims, characterized in that the polarization splitters (P1-P4) each of two with an angle of 0.620 converging waveguides as light guides with double the width of the single waveguide and are formed accordingly again diverging.

9. Multiplexer according to claim 4, characterized in that that the large arcs of the waveguides (W3, W4) have a radius of about 160 mm.

10. Multiplexer according to one of the preceding claims, characterized in that its two inputs (I, A) and both outputs (O, D) each a distance of 330 µm have and is each connected to a glass fiber that equally spaced in a V-trench in a silicon substrate is embedded by the other.

11. Multiplexer according to claim 10, characterized in that that the glass fiber ends from 7 microns in diameter to 5 microns Tapered diameter.

12. Multiplexer according to one of the preceding claims, characterized in that the titanium diffusion of the optical Waveguide (W1-W6) from an approximately 90 nm thick Titanium layer at a temperature of about 1030 ° C above about 7 hours is generated.

13. Multiplexer according to claim 8, characterized in that that the polarization splitter (P1-P4) a trunk length in common waveguide area of over 300 µm, preferably about 360 microns.

14. Multiplexer according to one of the preceding claims, characterized in that the mode converters (K1-K4) each with a comb-type electroacoustic transducer (T1-T4) are provided.

15. Multiplexer according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the optical Waveguide (W1-W6) is provided with an erbium doping and a laser pump light in this waveguide Attenuation compensation is fed.