DE60019658T2

DE60019658T2 - Optische Vielfachwellenlängen-Multiplex-Vorrichtung, Vielfachwellenlängen-Lichtquelle mit einer solchen Vorrichtung und optischer Verstärker

Info

Publication number: DE60019658T2
Application number: DE60019658T
Authority: DE
Inventors: Ryozo Sakura-shi Yamauchi; Akira Sakura-shi Wada; Kenji Sakura-shi Nishide; Shigefumi Sakura-shi Yamasaki
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2020-02-10
Also published as: EP1028333B1; US6459829B1; JP2000232248A; EP1028333A3; HK1027630A1; DE60019658D1; EP1028333A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Verstärker, der in der faseroptischen Kommunikationstechnik, bei optischen Messungen oder der Laserbearbeitung eingesetzt wird, sowie die Anregungslichtquelle für dessen Laser, wobei mit der vorliegenden Erfindung ein Mittel zum Erzielen einer höheren Ausgangsleistung bereitgestellt wird.
2. Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
Die 10A ist ein Prinzipschema, das ein Beispiel für ein herkömmliches faseroptisches Fernkommunikationssystem darstellt. Wie die Figur zeigt, ist bei diesem herkömmlichen Kommunikationssystem in Abständen von mehreren zehn Kilometern eine Regenerativverstärkung entlang der Sender 1 und Empfänger 2 verbindenden optischen Faser 3 erforderlich, wobei durch die Regenerativverstärker 4, 4 eine optisch-elektrische Wandlung und dann eine elektrisch-optische Wandlung an dem optischen Signal durchgeführt wird.
Die 10B zeigt beispielhaft den Aufbau des Regenerativverstärkers 4. Das optische Signal von der optischen Faser 3 auf der Seite des Senders 1 wird einer optisch-elektrischen Wandlung unterzogen, indem es den Fotodetektor 5, die Wellenformerschaltung 6, den Lasertreiber 7 und den Laser 8 passiert. Dann wird das Signal einer elektrisch-optischen Wandlung unterzogen und zur optischen Faser 3 auf der Seite des Empfängers 2 gesendet.
Dank des Fortschritts in der Optotechnik ist es in den letzten Jahren gelungen, Hochleistungslaser kostengünstig herzustellen. Wie die 11A zeigt, ist entlang der optischen Faser 3 zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 2 ein optischer Verstärker 10 eingefügt, um ein faseroptisches Fernkommunikationssystem zu verwirklichen, bei dem das Lichtsignal direkt vom optischen Verstärker 10 verstärkt wird.
Die 11B zeigt beispielhaft den Aufbau des optischen Verstärkers 10. Beim optischen Verstärker 10 ist eine mit Seltenerdmetall dotierte optische Faser 11 das aktive Medium, in welchem die Verstärkung durchgeführt wird. Das optische Signal wird dadurch verstärkt, dass der mit Seltenerdmetall dotierten optischen Faser 11 Anregungslicht vom Laser 14 (Anregungslichtquelle) zugeführt wird, und zwar über eine optische Faser 13, die mit dem an der Vorderseite der mit Seltenerdmetall dotierten optischen Faser 11 vorgesehenen optischen Multiplex-Element 12 verbunden ist. Das verstärkte optische Signal wird dann von der mit Seltenerdmetall dotierten optischen Faser 11 ausgegeben.
Der Isolator 15, der sich am hinteren Ende der mit Seltenerdmetall dotierten optischen Faser 11 befindet, sorgt durch Verhinderung von Rückkopplungslicht für die Stabilisierung des Betriebs des Lasers 14.
Bei einer derartigen Verwrirklichung eines optischen Verstärkers wird das abgeschwächte optische Signal direkt verstärkt, so dass eine Übertragung ohne Regenerativverstärkung selbst bei einer Übertragung über mehrere Tausend Kilometer möglich ist.
Als mit Seltenerdmetall dotierte optische Faser 11 wird in der faseroptischen Kommunikationstechnik heutzutage überwiegend eine für ihre hohe Leistungsfähigkeit bekannte 1,5-μm-Band verstärkende erbiumdotierte Glasfaser verwendet.
Das Absorptionsspektrum des Seltenerdmetalls zur Bildung der mit Seltenerdmetall dotierten optischen Faser 11 ändert sich je nach Typ des verwendeten Seltenerdmetalls. Wie die 12 zeigt, hat zum Beispiel eine erbiumdotierte optische Faser Absorptionsspektren mit einer vergleichsweise breiten Wellenlängenbreite nahe 980 nm und 1480 nm. So kann in einem 1,5-μm-Band verstärkenden erbiumdotierten Glasfaserverstärker (nachfolgend als „EDFA" bezeichnet) ein 1,5-μm-Band-Lichtsignal üblicherweise durch die Verwendung von Anregungslicht nahe 0,98 μm oder 1,48 μm verstärkt werden.
Um das Anregungslicht in Schwingung zu versetzen, wird üblicherweise ein Halbleiterlaser als Laser 14 verwendet. Dabei wird vorwiegend ein Fabry-Perot-Halbleiterlaser (nachfolgend als „Fabry-Perot-Laser" bezeichnet) verwendet, bei dem die Leistung relativ kostengünstig erzielt werden kann.
Andererseits wurde ein faseroptisches Wellenlängen-Multiplexmodus-Kommunikationssystem zur Multiplex-Übertragung von Signallichtern mit einer Mehrzahl von Wellenlängen realisiert. Dies hat eine weitere Erhöhung der von einer optischen Faser übertragbaren Informationsmenge ermöglicht.
Bei der Durchführung von Wellenlängenmultiplex-Kommunikation mit dem in der 11A dargestellten optischen Kommunikationssystem ist die vom Glasfaserverstärker 10 geforderte Ausgangsleistung höher als bei der Übertragung einer einzigen Wellenlänge. Daher muss auch die Leistung des vom Laser 14 eingespeisten Anregungslichts höher sein.
Zur Erhöhung der Gesamtleistung des Anregungslichts kann beispielsweise ein Verfahren in Betracht gezogen werden, bei dem die Ausgangsleistung des Lasers erhöht wird. Diesem Ansatz sind jedoch Grenzen gesetzt, da die Ausgangsleistung eines typischen Lasers begrenzt ist. Folglich können keine hinreichenden Resultate erzielt werden.
Das folgende Verfahren kann daher in Betracht gezogen werden.
Hierbei wird eine Mehrzahl Laser vorbereitet. Diese Laser versetzen Licht in einem Wellenlängenband in Schwingung, das in der Lage ist, das Seltenerdmetall in der mit Seltenerdmetall dotierten optischen Faser anzuregen, und weisen sich untereinander geringfügig unterscheidende Oszillationswellenlängen auf. Die von diesen Lasern ausgegebenen Lichter werden gemultiplext, und das gemultiplexte Licht wird als Anregungslicht verwendet.
Beispielsweise liegt die Wellenlängenbreite im Anregungswellenlängenband um 1,48 μm in einem EDFA in der Größenordnung von 1,451,49 μm, und die Anregungswellenlängenbreite um 0,98 μm liegt in der Größenordnung von mehreren nm, wie die 12 zeigt. Diese Anregungswellenlängenbreiten sind vergleichsweise breit. Wenn daher eine Mehrzahl Lichter mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen innerhalb dieses Wellenlängenbands gemultiplext werden, wird die Summe der verschiedenen Lichtleistungen zur Leistung des Anregungslichts.
Wenn also n Laser vorbereitet werden, ist es theoretisch möglich, eine n-fach höhere Leistung zu erzielen als bei der Verwendung von nur einem Laser (vorausgesetzt, dass kein Verlust beim Multiplexen auftritt etc.).
Wie die 13 zeigt, gibt es jedoch zahlreiche Vertikalmoden in den Oszillationswellenlängen des Fabry-Perot-Lasers, der üblicherweise als Laser 14 eingesetzt wird. Diese Oszillationswellenlängen haben eine breite Wellenlängenbreite in der Größenordnung von 1520 nm. Im Allgemeinen ist das Multiplexen einer Mehrzahl Lichter mit derart breiter Wellenlängenbreite schwierig. In der Lichtausgangsleistung eines Fabry-Perot-Lasers gibt es jedoch polarisierte Wellen. Daher wird zum Erzielen von Anregungslicht mit einer zweimal höheren Leistung ein Verfahren angewandt, bei dem zwei senkrecht zu einander stehende polarisierte Wellen gemultiplext werden. Theoretisch ist es jedoch auch bei diesem Verfahren nicht möglich, Anregungslicht mit einer über dem Zweifachen des Üblichen liegenden Leistung zu erzielen.
Werden Lichter mit zu breiten Oszillationswellenlängenbreiten gemultiplext, so wird zudem die Breite des Wellenlängenbands des gemultiplexten Lichts aus dem Anregungswellenlängenband herausgedrängt und die Wirksamkeit als Anregungslicht damit gemindert.
Daher kann folgendes Verfahren in Betracht gezogen werden.
Wie die 14A zeigt, wird zunächst ein Reflexionselement 20b (externer Resonator) zum Reflektieren von Licht in einem bestimmten schmalen Wellenlängenband mit einem niedrigen Reflexionskoeffizienten hinter dem Fabry-Perot-Laser 20a angebracht.
Der Fabry-Perot-Laser 20a und das Reflexionselement 20b werden so kombiniert, dass ein mit dem so genannten verteilten Bragg-Reflektor-Laser (DBR-Laser) identischer Aufbau gebildet wird, wobei eine der Reflexionsoberflächen eines Fabry-Perot-Lasers durch einen DBR (verteilter Bragg-Reflektor [distributed Bragg reflector]) ersetzt wird. Anders ausgedrückt, es wird ein Laseroszillatorelement 20 gebildet, das nur Licht im Wellenlängenband in Schwingung versetzt, das von dem Reflexionselement 20b selektiv reflektiert wird.
Folglich wird aus dem über das Reflexionselement 20b erzielten Licht ein wie in der 14B gezeigtes Schmalspektrum gemacht.
Die 15A zeigt beispielhaft eine Lichtquelle zur Mehrfachwellenlängenanregung im Wellenlängen-Multiplexmodus unter Verwendung eines Laseroszillatorelements, das aus diesem Typ Fabry-Perot-Laser und Reflexionselement besteht, sowie die Ausführung eines die zuvor erwähnte Lichtquelle umfassenden optischen Verstärkers. Die 15A ist ein Prinzipschema, das beispielhaft die Verwendung dieses optischen Verstärkers in einem optischen Kommunikationssystem unter Anwendung eines Wellenlängenmultiplex-Übertragungsmodus zeigt.
Hierbei werden n Laseroszillatorelemente, wie oben beschrieben, vorbereitet.
In der Figur bezeichnet die Ziffer 21 ein Laseroszillatorelement, mit dem Licht in einem Schmalbandbereich zentriert auf Wellenlänge λ1 in Schwingung versetzt wird. Das Laseroszillatorelement 21 setzt sich aus dem Fabry-Perot-Laser 21a und dem Reflexionselement 21b zusammen. In ähnlicher Weise setzt sich das Laseroszillatorelement 22, mit dem auf Wellenlänge λ2 zentriertes Licht in Schwingung versetzt wird, aus dem Fabry-Perot-Laser 22a und dem Reflexionselement 22b zusammen. Das n-te Laseroszillatorelement 23 besteht aus dem Fabry-Perot-Laser 23a und dem Reflexionselement 23b und versetzt auf Wellenlänge λn zentriertes Licht in Schwingung.
Die Oszillationswellenlängen λ1, λ2, ... λn der Laseroszillatorelemente 21, 22 ... 23 sind so eingestellt, dass sie in geeigneten Wellenlängenintervallen unterschiedlich sind.
Bei Verwendung einer erbiumdotierten optischen Faser als mit Seltenerdmetall dotierte optische Faser 11 werden zur Bildung eines optischen Verstärkers gemäß 15A eine Mehrzahl Laseroszillatorelemente mit Oszillationswellenlängen vorbereitet, die in bestimmten Intervallen in den 980-nm- und 1480-nm-Anregungswellenlängenbändern unterschiedlich sind.
In dieser Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle werden die von den Laseroszillatorelementen 21, 22 ... 23 in Schwingung versetzten Lichter jeweils den Eingangsanschlüssen 24a, 24b ... 24c des optischen Multiplex-Elements 24 zugeführt, am Multiplex-Element 24 gemultiplext und dann vom Ausgangsanschluss 24d ausgegeben. Wie aus der 15B ersichtlich, wird bei dem gemultiplexten Licht ein Wellenlängenspektrum erzielt, bei dem eine Mehrzahl Spitzen λ1, λ2, ... λn ausgerichtet sind. Die Spitzen λ1, λ2, ... λn haben jeweils schmale Wellenlängenbreiten. Die Leistung des gemultiplexten Lichts ist die Summe der jeweiligen Leistungen der Spitzen.
Das gemultiplexte Licht wird der mit Seltenerdmetall dotierten Faser 11 über das optische Multiplex-Element 12 zugeführt. Folglich wird aufgrund des Anregungseffekts des gemultiplexten Lichts das optische Signal von λ1', λ2', ... λn', das durch die optische Übertragungsfaser 3 unter Anwendung eines Wellenlängen-Multiplexmodus ausgebreitet und der mit Seltenerdmetall dotierten optischen Faser 11 zugeführt wurde, verstärkt.
Es bestehen jedoch folgende Probleme bei dem in der 15A gezeigten Verfahren zum Multiplexen von Licht mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Wellenlängen.
Das erste Problem besteht darin, dass die Reflexionselemente 21b, 22b ... 23b eine große Wellenlängengenauigkeit aufweisen müssen.
Denn die Oszillationswellenlänge muss so ausgelegt sein, dass sie exakt mit jedem Laseroszillatorelement 21, 22, ... 23 übereinstimmt. Ferner wird bei geringer Wellenlängengenauigkeit des Reflexionselements 21b die Oszillationswellenlänge nicht stabilisiert, so dass es nicht möglich ist, leistungsstarkes gemultiplextes Licht zu erzielen.
Wird bei der Bildung eines EDFA beispielsweise ein 980-nm-Band als Anregungswellenlängenband verwendet, so werden eine Mehrzahl Reflexionselemente 21b, ... 23b mit den jeweiligen Reflexionswellenlängen-Charakteristika 977 nm, 978,5 nm, 980 nm und 981,5 nm vorbereitet, und die Oszillationswellenlängen der jeweiligen Laseroszillatorelemente 21, ... 23 müssen angeglichen werden. Mit anderen Worten, da die Oszillationswellenlängen der Mehrzahl Laseroszillatorelemente 21, ... 23 benachbart sind, müssen die Reflexionselemente 21b, ... 23b eine sehr große Genauigkeit aufweisen.
Neben dem ersten Problem ergibt sich ein zweites Problem daraus, dass die Oszillationswellenlängen der Laseroszillatorelemente 21, ... 23 mit den Übertragungswellenlängen-Charakteristika des optischen Multiplex-Elements 24, in welchem die Oszillationswellenlängen gemultiplext werden, übereinstimmen müssen.
Stimmen sie nicht überein, dann werden die von den Laseroszillatorelementen 21, ... 23 in Schwingung versetzten Lichter am optischen Multiplex-Element 24 gedämpft und so ohne hohe Leistungsfähigkeit zur Ausgangsseite des optischen Multiplex-Elements 24 übertragen.
Darüber hinaus ist dieses Phänomen relativ. Selbst wenn das oben beschriebene erste Problem gelöst wird und die jeweiligen Oszillationswellenlängen der Laseroszillatorelemente 21, ... 23 stabil sind, so wird, wenn die Übertragungswellenlänge des optischen Multiplex-Elements 24 variiert, das Licht am optischen Multiplex-Element 24 gedämpft, und die Leistung des gemultiplexten Lichts ändert sich erheblich.
Die Übertragungswellenlängen-Charakteristika des optischen Multiplex-Elements 24 hängen jedoch in hohem Maße von der Temperatur ab.
Angenommen, das optische Multiplex-Element 24 weist beispielsweise eine Temperaturabhängigkeit von 0,013 nm/°C auf. Im Fall, dass für das optische Multiplex-Element 24 kein Temperaturausgleich durchgeführt wird, kommt es bei einer Änderung der verwendeten Temperaturumgebung um 50°C im Temperaturbereich zu einer Parallelverschiebung der Übertragungswellenlänge um nur 0,65 nm auf der Wellenlängenachse. In diesem Fall stimmt die Übertragungswellenlänge des optischen Multiplex-Elements 24 nicht mit der Oszillationswellenlänge der Laseroszillatorelemente 21, ... 23 überein, und der Übertragungsverlust am optischen Multiplex-Element 24 steigt stark an. Folglich ist für das optische Multiplex-Element 24 ein exakter Temperaturausgleich erforderlich.
Wird andererseits für die Oszillationswellenlänge der Fabry-Perot-Laser 21a, ... 23a keine Temperaturregelung durchgeführt, so ändert sich bekanntermaßen zum Beispiel bei einer Temperaturänderung von 0°C auf 40°C die Schwerpunktwellenlänge um 10 nm und mehr. Es ist also ein exakter Temperaturausgleich für die Fabry-Perot-Laser 21a, ... 23a erforderlich, damit die reflektierte Wellenlänge der Reflexionselemente 21b, ..., 23b und die übertragene Wellenlänge des optischen Multiplex-Elements 24 mit der Oszillationswellenlänge der Fabry-Perot-Laser 21a, ... 23a übereinstimmen.
Eine derart hohe Ausgangsleistung ist nicht nur im Bereich der optischen Kommunikation erforderlich, sondern auch bei optischen Verstärkern und ihren Laseranregungslichtquellen, die bei optischen Messungen, der Laserbearbeitung und ähnlichem eingesetzt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung, die zur Ausgabe von Hochleistungsanregungslicht fähig ist, eine diese Vorrichtung umfassende Lichtquelle sowie einen diese Vorrichtung umfassenden optischen Verstärker, und betrifft die Bereitstellung einer Vorrichtung, bei der sich die Charakteristika nicht ohne weiteres in Reaktion auf Temperaturschwankungen verändern.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner auch die Bereitstellung einer Vorrichtung, bei der die Bauteile keine so große Wellenlängengenauigkeit aufweisen müssen, wie dies beim herkömmlichen Stand der Technik erforderlich ist.
Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung, eine diese Vorrichtung umfassende Lichtquelle sowie einen diese Vorrichtung umfassenden optischen Verstärker bereitzustellen, die es gestatten, die Temperaturregelung für die Bauteile zu reduzieren.
Zur Lösung stellt die vorliegende Erfindung folgende Mittel bereit.
Insbesondere eine optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung, umfassend: ein wellenlängenselektives optisches Multiplex-Element (24), das einen Ausgangsanschluss (24d) und eine Mehrzahl von mit Lasern (21a ...) verbundenen Eingangsanschlüssen (24a ... c) aufweist und dazu dient, eine Mehrzahl von Lichtern unterschiedlicher Wellenlängen zu multiplexen, und ein Reflexionselement (30), das an der Ausgangsseite des Ausgangsanschlusses des optischen Multiplex-Elements eingefügt ist und dazu dient, das an dem optischen Multiplex-Element gemultiplexte Licht mit einem niedrigen Reflexionskoeffizienten von der Ausgangsseite zurück zur Eingangsseite des optischen Multiplex-Elements (24) zu reflektieren.
Zusätzlich wird eine Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle gebildet, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jeweilige Laser mit den Eingangsanschlüssen der optischen Multiplex-Elemente in der optischen Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung verbunden sind. Zusätzlich wird ein optischer Verstärker durch Integration der Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle gebildet.
Die folgenden Resultate können mit der optischen Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung und der Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Insbesondere werden die jeweiligen Oszillationswellenlängen der Laser durch das optische Multiplex-Element bestimmt. Selbst wenn also die Übertragungscharakteristika des optischen Multiplex-Elements aufgrund von Temperaturänderungen variieren, so verändert sich die Oszillationswellenlänge des Lasers in Übereinstimmung mit dieser Änderung. Folglich ändert sich die Leistung des gemultiplexten über das optische Multiplex-Element erzielten Lichts nicht ohne weiteres aufgrund von Temperaturschwankungen, so dass ein stabiles Hochleistungsanregungslicht bereitgestellt werden kann.
Dementsprechend kann die Temperaturregelung für das optische Multiplex-Element flexibler gestaltet werden, und die Bauelemente, wie z.B. Reflexionselemente etc., müssen keine so große Wellenlängengenauigkeit aufweisen. Darüber hinaus ist die Anzahl von Bauteilen im Vergleich zur herkömmlichen Ausführung, bei der pro Laser ein Reflexionselement verwendet wurde, geringer. Auf diese Weise können Verlust und Bauteilkosten reduziert werden, so dass die vorliegende Erfindung kostengünstig ist.
Ferner ist es durch die Integration der erfindungsgemäßen Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle in einen optischen Verstärker möglich, einen optischen Hochleistungsverstärker zu erzielen, der sich für die Verwendung in einem optischen Wellenlängen-Multiplexübertragungsmodus-Kommunikationssystem eignet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung und eine diese Vorrichtung umfassende Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle zeigt. 1B ist ein Diagramm, das das in der Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle erzielte Wellenlängenspektrum zeigt.
2 ist eine erläuternde grafische Darstellung, die eine optische Wellenleiter-Gitter-Array-Multiplexschaltung als Beispiel für ein optisches Multiplex-Element zeigt.
3 ist ein Diagramm, das die Wellenlängen-Verlust-Kennlinien des im Beispiel gemäß 1A verwendeten AWG zeigt.
4 ist eine Perspektivansicht, die ein im Beispiel gemäß 1A verwendetes Mehrschichteninterferenzfilter zeigt, das aus einer dielektrischen Mehrfachschicht besteht.
5A ist ein Prinzipschema, das die Grundform des optischen Mach-Zehnder-Filters zeigt. 5B ist ein Diagramm, das die in dieser Grundform erzielten Wellenlängen-Kopplungs-Kennlinien zeigt.
6A ist eine Prinzipschemaansicht, die das optische Multiplex-Element zeigt, bei dem die in 5A dargestellte Grundform integriert ist. 6B ist ein Diagramm, das das in dem optischen Multiplex-Element erzielte Wellenlängenspektrum zeigt.
7 ist eine erläuternde grafische Darstellung, die beispielhaft das Herstellungsverfahren für ein Fasergitter zeigt, um periodische Änderungen des Kernbrechungsindex zu bilden.
8 ist ein Prinzipschema, das ein weiteres Beispiel für die erfindungsgemäße optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung und die Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle, in der diese Vorrichtung verwendet wird, zeigt.
9 ist ein Prinzipschema, das beispielhaft den Vorrichtungsaufbau zur Ausgabe von Licht mit einer Mehrzahl von Wellenlängen unter Verwendung eines polarisationserhaltenden Optokopplers in der erfindungsgemäßen optischen Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung und der Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle, in der diese Vorrichtung verwendet wird, zeigt.
10A ist ein Prinzipschema, das ein Beispiel für ein herkömmliches faseroptisches Fernkommunikationssystem zeigt. 10B ist ein Prinzipschema, das beispielhaft den Aufbau des in 10A verwendeten Regenerativverstärkers zeigt.
11A ist ein Prinzipschema, das beispielhaft das faseroptische Fernkommunikationssystem zeigt, bei dem ein optischer Verstärker verwendet wird. 11B ist ein Prinzipschema, das ein Beispiel für einen optischen Verstärker zeigt.
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Absorptionsspektrum einer 1,5-μm-Band verstärkenden erbiumdotierten optischen Faser zeigt.
13 ist ein Diagramm, das die Oszillationswellenlänge der Ausgangsleistung eines Fabry-Perot-Lasers zeigt.
14A ist ein Prinzipschema, das ein aus einem Fabry-Perot-Laser und einem Reflexionselement bestehendes Laseroszillatorelement zeigt. 14B ist ein Diagramm, das das Wellenlängenspektrum des in dem Laseroszillatorelement erzielten Lichts zeigt.
15A ist ein Prinzipschema, das ein Beispiel für eine Wellenlängenmultiplexmodus-Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle zeigt, bei der das in 14A dargestellte Laseroszillatorelement und ein die Quelle umfassender optischer Verstärker verwendet wird. 15B ist ein Diagramm, das das Wellenlängenspektrum des in der Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle erzielten Anregungslichts zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1A zeigt die erfindungsgemäße optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung und eine Ausführungsform einer diese Vorrichtung umfassenden Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle (Laseroszillatorelement). Die Bauelemente, die identisch mit den in den 15A und 15B gezeigten sind, haben dieselben Bezugszeichen, auf eine entsprechende Erläuterung wird daher verzichtet.
Hierbei besteht eine optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung aus dem optischen Multiplex-Element 24 und dem Reflexionselement 30, das entlang der mit dem Ausgangsanschluss 24d verbundenen optischen Faser 3 eingefügt ist.
Die Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle besteht aus der optischen Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung sowie n Fabry-Perot-Lasern 21a, 22b, ... 23b, die jeweils mit Eingangsanschlüssen 24a, 24b, ..., 24c von n Arraywellenleitern 26 des optischen Multiplex-Elements 24 über optische Fasern (Anschlussfaser) 3 verbunden sind.
In der optischen Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung kann das Reflexionselement 30 in der Nähe der Ausgangsseite des Ausgangsanschlusses 24d des optischen Multiplex-Elements 24 vorgesehen sein. Der Abstand zwischen dem optischen Multiplex-Element 24 und dem Reflexionselement 30 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen dem Ausgangsanschluss 24d und dem Reflexionselement 30 vorzugsweise ungefähr 3 m oder weniger.
In diesem Beispiel werden Fabry-Perot-Laser 21a, 22a, ... 23a als Lichtquelle verwendet. Die Lichtquelle ist jedoch nicht auf einen Fabry-Perot-Laser beschränkt, vorausgesetzt die Lichtquelle ist ein Multimodelaser mit Vertikalmoden und ein Halbleiterlaser, der Licht in dem gewünschten Anregungswellenlängenband in Schwingung versetzen kann.
Die in diesem Beispiel verwendeten Fabry-Perot-Laser 21a, ..., 23a weisen eine dem 1460~1490-nm-Band entsprechende Oszillationswellenlänge auf, dies ist das Anregungswellenlängenband des EDFA.
Als ein Beispiel für das optische Multiplex-Element 24 zeigt die 2 ein als optische Multiplex-Schaltung der Art Wellenleiter-Gitter-Array (AWG [Arrayed Waveguide Grating]) bezeichnetes Multiplex-Element.
In diesem AWG sind eine Mehrzahl annähernd U-förmiger Arraywellenleiter 26, 26 ... ungefähr parallel auf dem Substrat 25 angeordnet. Die Wellenleiterdifferenz (Längenunterschied der Lichtwege) zwischen benachbarten Arraywellenleitern 26 ist auf ΔL eingestellt.
An den Eingangs- und Ausgangsseiten der Arraywellenleiter 26 sind Plattenleiter 27a, 27b zur Interferenz mit den durch die Mehrzahl Arraywellenleiter 26 geführten Lichtern vorgesehen. Ein Wellenleiter 28 ist ein Stück hinter dem Plattenleiter 27b auf der Ausgangsseite vorgesehen.
Hierbei bilden in dem AWG die eingangsseitigen Enden des Arraywellenleiters 26 die Mehrzahl Eingangsanschlüsse 24a, 24b, 24c ..., während das ausgangsseitige Ende des Wellenleiters 28 den Ausgangsanschluss 24d bildet.
Am eingangsseitigen Plattenleiter 27a werden Lichter der Wellenlänge λ1, λ2 ... λn, die jeweiligen Arraywellenleitern 26 von den Eingangsanschlüssen 24a, 24b ... zugeführt werden, auf sich hinter dem Plattenleiter 27a befindende Arraywellenleiter 26 verteilt. Während des Passierens durch die Arraywellenleiter 26 wird eine Wellenleiterdifferenz erzeugt, wobei die Lichter am ausgangsseitigen Plattenleiter 27b interferieren und multiplexen, den Wellenleiter 28 passieren und vom Ausgangsanschluss 24d ausgegeben werden.
Als Substrat 25 kann ein Siliziumsubstrat oder ähnliches verwendet werden. Das AWG kann beispielsweise dadurch gebildet werden, dass ein dünner Quarzfilm auf dem Siliziumsubstrat vorgesehen und in die dünne Quarzfilmschicht dem Wellenleitermuster folgend Germanium dotiert wird.
Wegen seiner hoch auflösenden Spektralcharakteristika eignet sich ein AWG für die Verwendung in Wellenlängen-Multiplexmodi.
Das AWG in diesem Beispiel weist die in der 3 gezeigten Wellenlänge-Verlust-Kennlinien auf. Hierbei werden Lichter bestimmter schmaler Wellenlängenbänder in jeweiligen Arraywellenleitern 26 übertragen. Im 1460~1490-nm-Anregungswellenlängenband sind die Wellenlängen λ1, λ2, λn der übertragenen Lichter in den Arraywellenleitern 26 an jedem bestimmten Intervall unterschiedlich. Insbesondere ist in diesem Beispiel jedes Wellenlängenintervall so eingestellt, dass es zentriert um 1470 nm etwa 1,6 nm beträgt.
Das Reflexionselement 30 reflektiert Licht in dem zuvor genannten Anregungswellenlängenband mit einem vergleichsweise niedrigen Reflexionskoeffizienten.
Der Reflexionskoeffizient des Reflexionselements 30 sollte in Übereinstimmung mit den Charakteristika des Lasers (Fabry-Perot-Laser 21a, ..., 23a) eingestellt werden. Beispielsweise kann im Fall eines Fabry-Perot-Lasers zur Schwingung von Licht in den 980-nm- und 1480-nm-Wellenlängenbereichen, die bei der Anregung eines EDFA mit dem in der 11B gezeigten Aufbau verwendet werden, eine geeignete Lösung erzielt werden, wenn der Reflexionskoeffizient auf etwa 2~10% eingestellt wird.
In diesem Beispiel wird als Reflektor 30 ein Mehrschichteninterferenzfilter 31 verwendet, das aus der in der 4 gezeigten dielektrischen Mehrfachschicht besteht. Mit diesem Mehrschichteninterferenzfilter 31 kann ein Reflexionskoeffizient von etwa 5% bei ungefähr 1460~1480 nm erzielt werden.
Es folgt nun eine Erläuterung, die sich auf einen der Arraywellenleiter 26 im optischen Multiplex-Element (AWG) 24 und auf einen der Fabry-Perot-Laser konzentriert, der mit dessen Eingangsanschluss 24a verbunden ist. Der Arraywellenleiter 26 ist so ausgelegt, dass nur Licht eines auf Wellenlänge λ1 zentrierten Schmalbands übertragen wird.
Wenn Licht mit einer breiten Wellenlängenbreite vom Fabry-Perot-Laser 21a auf einen der Arraywellenleiter 26 fällt, bewegt sich nur Licht der Wellenlänge λ1, das auf den Arraywellenleiter 26 verteilt wird, zum Reflexionselement 30 fort und wird ausgegeben. Licht mit der bestimmten Wellenlänge λ1 wird mit einem relativ niedrigen Reflexionskoeffizienten am Reflexionselement 30 reflektiert.
Bei der Lichtübertragung von der Eingangsseite zur Ausgangsseite und bei der Lichtübertragung von der Ausgangsseite zur Eingangsseite wird für das durch den Arraywellenleiter 26 übertragene Licht dieselbe Wellenlänge gewählt. Reflektierendes Licht fällt also vom Ausgangsanschluss 24d auf das optische Multiplex-Element 24, wird durch denselben Arraywellenleiter 26 übertragen und erreicht den Fabry-Perot-Laser 21a.
Der Wellenlänge λ1 des reflektierten Lichts entsprechendes Licht wird vom Fabry-Perot-Laser 21a in Schwingung versetzt.
Die durch den Arraywellenleiter 26 an der Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle übertragene Wellenlänge wird zur Wellenlänge (Oszillationswellenlänge) des vom Fabry-Perot-Laser 21a in Schwingung versetzten Lichts.
Der gleiche Effekt tritt jeweils beim zweiten Fabry-Perot-Laser 22a, ... n-ten Fabry-Perot-Laser 23a auf. Die Oszillationswellenlängen der Fabry-Perot-Laser 22a, ... 23a werden in Übereinstimmung mit den Wellenlängen λ2, ... λn eingestellt, die durch die Arraywellenleiter 26, mit denen die Fabry-Perot-Laser 22a, ..., 23a verbunden sind, übertragen werden.
Daher wird, nachdem die von den Fabry-Perot-Lasern 21a, 22a, ... 23a jeweils in Schwingung versetzten Lichter am optischen Multiplex-Element 24 gemultiplext sind, ein wie in der 1B gezeigtes Wellenlängenspektrum erzielt, in welchem eine Mehrzahl schmalbandiger λ1-, λ2-, ... λn-Spitzen in bestimmten Intervallen ausgerichtet sind. Hierbei entsprechen die Wellenlängenspektren der von jedem der Fabry-Perot-Laser 21a, 22a, ..., 23a ausgegebenen Lichter jeweils den schmalbandigen λ1-, λ2-, ... λn-Spitzen.
Auf diese Art werden die Oszillationswellenlängen für die Fabry-Perot-Laser 21a, 22a, ... 23a gemäß den ausgewählten Wellenlängencharakteristika (Übertragungscharakteristika) der Arraywellenleiter 26 des optischen Multiplex-Elements 24 in der Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle bestimmt.
Selbst wenn sich die Übertragungswellenlängen der Mehrzahl Arraywellenleiter 26 auf der Wellenlängenachse um genau dieselbe Wellenlängenbreite beispielsweise aufgrund von Veränderungen der Umgebungstemperatur parallel verschieben, werden die Oszillationswellenlängen der Fabry-Perot-Laser 21a, ... 23a also auf Grundlage der verschobenen Übertragungswellenlängen eingestellt. Anders ausgedrückt, die Oszillationswellenlängen der Fabry-Perot-Laser 21a, 22a, ... 23a ändern sich in Reaktion auf Veränderungen der Charakteristika des optischen Multiplex-Elements 24. Dementsprechend ist in der Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle in diesem Beispiel, von den einzelnen Fabry-Perot-Lasern 21a, ... 23a aus gesehen, der Resonator das mit der Ausgangsseite des AWG verbundene Reflexionselement 30.
Selbst wenn sich die Charakteristika des optischen Multiplex-Elements 24 aufgrund von Temperaturänderungen verändern, werden die Verluste bei den von den Fabry-Perot-Lasern 21a, ... 23a in Schwingung versetzten Lichtern am optischen Multiplex-Element 24 demzufolge nicht ohne weiteres zunehmen. Anders ausgedrückt, die Leistung des gemultiplexten Lichts ändert sich nicht ohne weiteres aufgrund von Temperaturänderungen.
Zudem muss das Reflexionselement 30 keine große Genauigkeit aufweisen, vorausgesetzt es besitzt die Eigenschaft, Licht im Wellenlängenband des gemultiplexten Lichts zu reflektieren.
Insbesondere weisen die Übertragungswellenlängencharakteristika des AWG eine Temperaturabhängigkeit von beispielsweise 0,013 nm/°C auf. Dementsprechend tritt bei Verwendung eines AWG als optisches Multiplex-Element 24 ohne Durchführung eines Temperaturausgleichs eine Parallelverschiebung der Übertragungswellenlänge des AWG um 0,65 nm auf der Wellenlängenachse auf, wenn sich die Temperatur während des Einsatzes um 50°C ändert. Mit anderen Worten ändert sich die Wellenlänge des vom optischen Multiplex-Element 24 erhaltenen Anregungslichts (gemultiplextes Licht) um 0,65 nm.
Wie aus der 12 ersichtlich, ist bei einem EDFA die verwendbare Wellenlängenbreite des Anregungslichts relativ breit. So ist im Falle der Anregung mit Mehrfachlasern diese aufgrund einer Temperaturänderung von 50°C auftretende 0,65-nm-Wellenlängenverschiebung im gemultiplexten Licht innerhalb der zulässigen Grenzen für ein anregungsfähiges Wellenlängenband. Mit anderen Worten kann das Lichtsignal, selbst wenn sich die Wellenlänge des gemultiplexten Lichts in diesem Ausmaß ändert, am EDFA ausreichend verstärkt werden.
Auf diese Weise ist es in der oben beschriebenen optischen Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung und der diese Vorrichtung umfassenden Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle möglich, die Temperaturbeschränkungen für das optische Multiplex-Element flexibler zu gestalten. Darüber hinaus muss die Wellenlängengenauigkeit der Bauteile, z.B. des Reflexionselements, nicht so groß sein. Zusätzlich ist die Anzahl der Bauteile im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau, bei dem pro Laser ein Reflexionselement eingesetzt wird, geringer. Auf diese Weise können Verlust und Bauteilkosten reduziert werden, so dass die vorliegende Erfindung kostengünstig ist.
Darüber hinaus kann durch Integration der Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle in den beispielsweise in den 11A und 11B gezeigten optischen Verstärker ein Hochleistungsverstärker erzielt werden, der sich für den Einsatz in einem optischen Wellenlängen-Multiplexmodus-Kommunikationssystem eignet.
Wie oben beschrieben, weisen die erfindungsgemäße optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung und die Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle diese hohe Ausgangsleistung auf. Sie eignen sich also nicht nur für den Einsatz im Bereich der optischen Kommunikation, sondern auch für die optischen Verstärker und deren Laseranregungslichtquellen, die bei optischen Messungen, der Laserbearbeitung etc. verwendet werden.
Bei der in der 1A gezeigten optischen Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung kann als optisches Multiplex-Element 24 auch eine andere Vorrichtung als das oben beschriebene AWG verwendet werden. Die Bestimmung der Oszillationswellenlängen der Fabry-Perot-Laser 21a, 22a, ... 23a durch das optische Multiplex-Element 24 bleibt gleich, auch wenn das optische Multiplex-Element kein AWG ist.
Die 5 und 6 zeigen ein weiteres Beispiel für ein optisches Multiplex-Element. Dieses optische Multiplex-Element ist ein Element mit breiter Anwendbarkeit und umfasst ein optisches Mach-Zehnder-Filter.
In der 5a ist die Grundform eines optischen Mach-Zehnder-Filters dargestellt. Die Grundform 40 ist so ausgelegt, dass der Bereich zwischen zwei faseroptischen Kopplern 41, 41 durch einen ersten und zweiten Arm verbunden ist; diese sind Interferometer. Der erste Arm und der zweite Arm bestehen aus optischen Fasern 3, 3 mit unterschiedlichen Längen. Die Differenz dieser Wellenleiterwege ist ΔL.
Für den faseroptischen Koppler 41 kann beispielsweise das typische schmelzgezogene Produkt verwendet werden, in welchem zwei optische Fasern parallel ausgerichtet sind und es zwei Eingangsanschlüsse und zwei Ausgangsanschlüsse gibt, die jeweils durch Schmelzziehen entlang den optischen Fasern gebildet werden.
Der Vorgang des Multiplexens und Demultiplexens des Lichts an der Grundform 40 wird nun anhand eines Beispiels erläutert, bei welchem ein Eingangsanschluss 42 und zwei Ausgangsanschlüsse 43a, 43b eingestellt sind. Was den unbenutzten Anschluss anbelangt, so wird dieser vorzugsweise einer Antireflexionsbehandlung mit dem üblichen Verfahren unterzogen.
Die 5B ist ein Diagramm, das die Relation Wellenlänge – Kopplungsgrad an der Grundform 40 zeigt. Mit dem Kopplungsgrad wird der Anteil von Licht ausgedrückt, das auf eine beispielsweise mit einer anderen optischen Faser gekoppelte optische Faser fällt. Wie dieses Diagramm zeigt, werden die Charakteristika, bei denen sich der Kopplungsgrad bezogen auf die Wellenlänge periodisch verändert, an der Grundform 40 auf Grundlage der Wellenleiterdifferenz ΔL vom ersten zum zweiten Arm erzielt.
Anders ausgedrückt, wird Licht vom Eingangsanschluss 42 zugeführt, so wird in dem in der 5B gezeigten Diagramm vom ersten Ausgangsanschluss 43a (erster Ausgang) Licht einer Wellenlänge mit einem niedrigen Kopplungsgrad ausgegeben, während vom zweiten Ausgangsanschluss 43b (zweiter Ausgang) Licht einer Wellenlänge mit einem hohen Kopplungsgrad ausgegeben wird.
Im Fall von umgekehrten Eingangsanschlüssen sind die Charakteristika zur Auswahl der Wellenlänge gleich. Wird zum Beispiel, umgekehrt zum oben beschriebenen Fall, dem ersten Eingangsanschluss 43a' und dem zweiten Eingangsanschluss 43b' Licht mit einer vergleichsweise breiten Wellenlänge zugeführt, so wird vom Ausgangsanschluss 42' auf den ersten Eingangsanschluss 43a' und den zweiten Eingangsanschluss 43b' verteiltes gemultiplextes Licht, das in einem Schmalband mit einer bestimmten Wellenlänge liegt, ausgegeben.
Die Grundform 40 kann als Multiplex-Element zum Multiplexen zweier Lichter mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen verwendet werden. Beim Multiplexen von drei oder mehr Lichtern mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen weist die Grundform 40 jedoch den beispielsweise in der 6A gezeigten Aufbau auf.
In der 6A wird ein optisches Multiplex-Element zum Multiplexen von acht Lichtern dadurch geformt, dass 2 × 1 Grundformen 40 mit zwei Eingangsanschlüssen und einem Ausgangsanschluss in drei Stufen verbunden werden, um einen Wellenleiter zur selektiven Übertragung von Lichtern mit acht Wellenlängen zu bilden.
Die Eingangsanschlüsse der Wellenleiter sind in der Figur mit 44a, 44b, 44c ... 44d bezeichnet.
In diesem optischen Multiplex-Element sind die zwei Grundformausgangsanschlüsse in der zweiten Stufe jeweils mit jedem der zwei Grundformeingangsanschlüsse in der ersten Stufe auf ihrer Ausgangsseite verbunden, and die vier Grundformausgangsanschlüsse in der dritten Stufe sind jeweils mit den insgesamt vier Grundformeingangsanschlüssen in der zweiten Stufe verbunden.
Werden, wie aus der 6B ersichtlich, dem Eingangsanschluss 44a, ... 44d Lichter zugeführt, dann werden in diesem optischen Multiplex-Element dem jeweiligen Eingangsanschluss zugeordnete Lichter mit den bestimmten Wellenlängen λ1, λ2, ... λ8 selektiv übertragen. Die übertragenen Lichter werden gemultiplext und vom Ausgangsanschluss 45 ausgegeben.
Neben der Verwendung der im vorhergehenden Beispiel offenbarten dielektrischen Mehrfachschicht ist es auch möglich, ein so genanntes Reflexionsfaser-Bragg-Gitter als in der 1A gezeigtes Reflexionselement 30 zu verwenden.
In diesem Fasergitter wird eine Störung, wie zum Beispiel periodische Änderungen des Kernbrechungsindex oder Kerndurchmessers, entlang der Länge der optischen Faser gebildet. Aufgrund der periodischen Änderungen kann eine charakteristische Reflexion von Licht mit einem bestimmten Wellenlängenband erzielt werden.
Die 7 zeigt beispielhaft ein Verfahren zur Herstellung eines Fasergitters, bei welchem periodische Änderungen des Kernbrechungsindex gebildet werden.
Zunächst wird eine optische Faser 3 vorbereitet, die mit einem Mittelkern 3a und einem Mantel 3b versehen ist, der einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als der Kern 3a. Der Kern 3a besteht aus germaniumdotiertem Quarzglas. Der Mantel 3b ist aus reinem Quarzglas oder fluordotiertem Quarzglas.
Die Eigenschaft, dass der Brechungsindex bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht einer bestimmten Wellenlänge zunimmt (d.h. der so genannte photorefraktive Effekt), ist besonders ausgeprägt bei Germanium, das üblicherweise bei optischen Fasern als Dotierungssubstanz zur Erhöhung des Brechungsindex verwendet wird. Daher eignet sich eine mit einem aus germaniumdotiertem Quarzglas bestehenden Kern 3a versehene optische Faser 3 für den Einsatz als Materialfaser für ein Fasergitter.
Die Bezugsziffer 52 bezeichnet eine Phasenmaske. Die Phasenmaske 52 besteht aus Quarzglas etc. und weist eine Mehrzahl Gitter 52a auf, die an einer Oberfläche in einer festgelegten Periode gebildet sind.
Als nächstes wird, wie aus der 7 ersichtlich, die Phasenmaske 52 so an der seitlichen Oberfläche der optischen Faser 3 angebracht, dass die Oberfläche, auf der die Gitter 52a gebildet sind, der optischen Faser 3 gegenüber liegt. Dann wird ultraviolettes Licht über die Phasenmaske 52 auf die seitliche Oberfläche der optischen Faser 3 gestrahlt.
Folglich wird Licht der +1. Beugungsordnung und ein Licht der –1. Beugungsordnung von den Gittern 52a ... gebeugt, um Interferenzstreifen zu erzeugen und dadurch ein Intensitätsmuster für das ultraviolette Licht zu bilden. Folglich wird der Brechungsindex des Teils des Kerns 3a, der diese Interferenzstreifenänderungen erzeugte, und das Intensitätsmuster des ultravioletten Lichts als semipermanente Brechungsindexänderungen auf den Kern 3a kopiert. Auf diese Weise wird ein Gitterteilstück 53 gebildet, in welchem periodische Änderungen des Brechungsindex des Kerns 3a entlang der Länge der optischen Faser 3 gebildet sind.
Da das Fasergitter den gesamten Oszillationswellenlängenbereich beispielsweise für eine Mehrzahl Laser abdecken muss, hat das Gitter vorzugsweise relativ breite Reflexionswellenlängencharakteristika.
Demzufolge ist ein so genanntes gechirptes Fasergitter mit einem breiten Reflexionswellenlängenband wünschenswert. Die Periode (bezeichnet als Gitterrasterteilung) der periodischen Änderung ist nicht konstant, sondern ändert sich entlang der Länge der optischen Faser in einem gechirpten Fasergitter. Es wurde beispielsweise eine Ausführung offenbart, bei der die Gitterrasterteilung um den Mittelpunkt des Gitterteilstücks am schmalsten ist, wobei die Gitterrasterteilung zu beiden Enden des Gitterteilstücks hin allmählich breiter wird.
Beispielsweise kann bei dem in der 7 gezeigten Beispiel die Gitterrasterteilung dadurch angepasst werden, dass die Periode des Gitters 52a verändert wird.
Zusätzlich sind die Charakteristika des Fasergitters, wie z.B. der Reflexionskoeffizient, das Reflexionswellenlängenband etc., in geeigneter Weise auf Grundlage der geforderten Charakteristika angepasst. Die Charakteristika des Fasergitters können dadurch verändert werden, dass die Gitterrasterteilung, der Änderungsbetrag der Gitterrasterteilung, die Gitterlänge, der Änderungsbetrag des Brechungsindex und ähnliches verändert werden.
Die 8 zeigt ist ein weiteres Beispiel für die erfindungsgemäße optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung und eine Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle, bei der diese Vorrichtung verwendet wird.
In der Figur bezeichnet die Ziffer 63 einen polarisationserhaltenden Optokoppler. Die Fabry-Perot-Laser 61, 62 sind über Lichtfasern (Anschlussfaser) 3, 3 mit den zwei Eingangsanschlüssen 64, 65 des polarisationserhaltenden Optokopplers 63 verbunden. An der Ausgangsseite des Ausgangsanschlusses 66 ist ein Reflexionselement 30 in der mit dem Ausgangsanschluss 66 des polarisationserhaltenden Optokopplers 63 verbundenen optischen Faser 3 eingefügt. Anders ausgedrückt, wird eine optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung in diesem Beispiel durch den polarisationserhaltenden Optokoppler 63 und das Reflexionselement 30 gebildet, und eine Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle wird durch Verbindung der Fabry-Perot-Laser 61, 62 mit dieser Vorrichtung gebildet.
Für den polarisationserhaltenden Optokoppler 63 kann das übliche schmelzgezogene Produkt verwendet werden, wobei zwei polarisationserhaltende optische Fasern ausgerichtet sind und es zwei Eingangsanschlüsse und zwei Ausgangsanschlüsse gibt, die jeweils durch Schmelzziehen entlang den optischen Fasern gebildet werden. Vorzugsweise wird in diesem Beispiel an einem der Ausgangsanschlüsse eine Antireflexionsbehandlung mit dem üblichen Verfahren durchgeführt. Als polarisationserhaltende optische Faser kann eine polarisationserhaltende PANDA-Glasfaser oder ähnliches verwendet werden.
Wird beispielsweise Licht mit X-Wellenpolarisation (λx) und Licht mit Y-Wellenpolarisation (λy) mit identischen Wellenlängen den Eingangsanschlüssen 64 bzw. 65 im polarisationserhaltenden Optokoppler 63 zugeführt, dann wird das Multiplexen unter Beibehaltung der Polarisationszustände durchgeführt, und es wird Licht mit X-Wellenpolarisation und Licht mit Y-Wellenpolarisation umfassendes gemultiplextes Licht (λxy) vom Ausgangsanschluss 66 ausgegeben. Umgekehrt wird, wenn das gemultiplexte Licht des Lichts mit X-Wellenpolarisation und des Lichts mit Y-Wellenpolarisation vom Ausgangsanschluss 66 zugeführt wird, das Licht mit X-Wellenpolarisation und das Licht mit Y-Wellenpolarisation an den Eingangsanschlüssen 64 bzw. 65 gedemultiplext.
Dementsprechend werden, wenn Licht mit X-Wellenpolarisation und Licht mit Y-Wellenpolarisation mit bestimmten Wellenlängenbreiten jeweils von den Fabry-Perot-Lasern 61, 62 zugeführt wird, diese Lichter am polarisationserhaltenden Optokoppler 63 gemultiplext, erreichen vom Ausgangsanschluss 66 das in der optischen Faser 3 eingefügte Reflexionselement 30 und werden reflektiert. Das reflektierte Licht fällt vom Ausgangsanschluss 66 auf den polarisationserhaltenden Optokoppler 63, und Licht mit X-Wellenpolarisation und Licht mit Y-Wellenpolarisation wird an den Eingangsanschlüssen 64, 65 gedemultiplext. Folglich wird von den Fabry-Perot-Lasern 61, 62 Licht mit X-Wellenpolarisation und Licht mit Y-Wellenpolarisation mit einer bestimmten Wellenlänge ausgegeben. Vom Ausgangsanschluss 66 wird also gemultiplextes Licht erhalten, das dieselbe Wellenlänge aufweist wie die Wellenlänge des vom Reflexionselement 30 reflektierten Lichts und das eine Lichtleistung aufweist, die die Summe des Lichts mit X-Wellenpolarisation und des Lichts mit Y-Wellenpolarisation darstellt. Auch in diesem Fall kann eine geeignete Lösung erzielt werden, wenn der Reflexionskoeffizient des Reflexionselements 30 im Bereich von 2~10% liegt.
Die 9 zeigt beispielhaft den Aufbau der Vorrichtung zur Ausgabe von Licht mit einer Mehrzahl von Wellenlängen unter Verwendung eines polarisationserhaltenden Optokopplers.
In diesem Beispiel sind die polarisationserhaltenden Optokoppler 63A, 63B, 63C, die identisch mit dem in 8 gezeigten polarisationserhaltenden Optokoppler 63 sind, ausgerichtet, wobei ihre Ausgangsanschlüsse 66A, 66B, 66C mit den Eingangsanschlüssen 24a, 24b, 24c der optischen Multiplex-Vorrichtung 124 über optische Fasern (Anschlussfaser) 3 verbunden sind.
Das Reflexionselement 30 ist in der Nähe des Ausgangsanschlusses 24d der optischen Faser 3 eingefügt, die mit dem Ausgangsanschluss 24d der optischen Multiplex-Vorrichtung 124 verbunden ist.
Die Eingangsanschlüsse 64A, 65A des polarisationserhaltenden Optokopplers 63A sind mit Fabry-Perot-Lasern 61A, 62A verbunden. Der Fabry-Perot-Laser 61A dient dazu, mit einer vergleichsweise breiten Wellenlängenbreite versehenes Licht mit X-Wellenpolarisation auszugeben, während der Fabry-Perot-Laser 62A dazu dient, mit einer vergleichsweise breiten Wellenlänge versehenes Licht mit Y-Wellenpolarisation auszugeben.
Der polarisationserhaltende Optokoppler 63B ist mit den Fabry-Perot-Lasern 61B, 62B verbunden, die dieselbe Funktion erfüllen wie die Fabry-Perot-Laser 61A, 62A. Zusätzlich ist der polarisationserhaltende Optokoppler 63C mit den Fabry-Perot-Lasern 61C, 62C auf dieselbe Art und Weise verbunden.
In diesem Beispiel ist die optische Multiplex-Vorrichtung 124 ein AWG, das identisch mit dem der 2 ist. Licht mit einer bestimmten schmalen Wellenlängenbreite wird in jeweiligen Arraywellenleitern 26 übertragen. Zum Beispiel sind im 1460~1490-nm-Anregungswellenlängenband die Wellenlängen λ1, λ2, ... λn der übertragenen Lichter in der Mehrzahl Arraywellenleiter 26 an jedem bestimmten Intervall unterschiedlich. Insbesondere ist in diesem Beispiel jedes Wellenlängenintervall so eingestellt, dass es zentriert um 1470 nm etwa 1,6 nm beträgt.
Zunächst wird den Eingangsanschlüssen 64A, 65A des polarisationserhaltenden Optokopplers 63A von den Fabry-Perot-Lasern 61A, 62A Licht mit X-Wellenpolarisation und Licht mit Y-Wellenpolarisation, versehen mit einer bestimmten Wellenlängenbreite, zugeführt.
Das Multiplexen dieser Lichter erfolgt also unter Beibehaltung ihrer Polarisationszustände im polarisationserhaltenden Optokoppler 63A. Das vom Ausgangsanschluss 66A ausgegebene gemultiplexte Licht wird mit einem niedrigen Reflexionskoeffizienten am Reflexionselement 30 reflektiert, nachdem es die optische Multiplex-Vorrichtung 124 passiert hat. Das reflektierte Licht fällt vom Ausgangsanschluss 66A auf die optische Multiplex-Vorrichtung 124 und passiert den Arraywellenleiter 26 der optischen Multiplex-Vorrichtung 124. Folglich wird dem polarisationserhaltenden Optokoppler 63A Licht mit einer bestimmten, am Arraywellenleiter 26 gedemultiplexten Wellenlänge λ1XY selektiv eingespeist.
Nachdem es den polarisationserhaltenden Optokoppler 63A passiert hat, wird dieses Licht in Licht mit X-Wellenpolarisation (λ1X) und Licht mit Y-Wellenpolarisation (λ1Y) gedemultiplext und erreicht dann die Fabry-Perot-Laser 61A, 62A von den Eingangsanschlüssen 64A bzw. 65A. Infolgedessen wird die Oszillationswellenlänge der Fabry-Perot-Laser 61A, 62A zu der Wellenlänge, die von dem mit dem Ausgangsanschluss 66A verbundenen Arraywellenleiter 26 gedemultiplext wurde. Licht mit X-Wellenpolarisation (λ1X) und Licht mit Y-Wellenpolarisation (λ1Y), versehen mit dieser Wellenlänge, wird dann von den Fabry-Perot-Lasern 61A bzw. 62A ausgegeben.
Auch in diesem Fall eignet sich für das Reflexionselement 30 ein Reflexionskoeffizient in der Größenordnung von 2~10%.
In ähnlicher Weise wird von den Fabry-Perot-Lasern 61B, 62B Licht mit X-Wellenpolarisation (λ2X) und Licht mit Y-Wellenpolarisation (λ2Y), versehen mit einer Wellenlänge, die an dem mit dem X Ausgangsanschluss 66B verbundenen Arraywellenleiter 26 gedemultiplext wurde, ausgegeben.
Von den Fabry-Perot-Lasern 61C, 62C wird Licht mit X-Wellenpolarisation (λ3X) und Licht mit Y-Wellenpolarisation (λ3Y), versehen mit einer Wellenlänge, die an dem mit dem X Ausgangsanschluss 66C verbundenen Arraywellenleiter 26 gedemultiplext wurde, ausgegeben.
Infolgedessen wird das über das Reflexionselement 30 ausgegebene Licht zu gemultiplextem Licht, das aus durch Multiplexen von Licht mit X-Wellenpolarisation und Licht mit Y-Wellenpolarisation gebildetem λ1XY-, λ2XY- und λ3XY-Licht besteht. Auf diese Weise kann eine hohe Leistung erzielt werden.
Neben einem AWG kann als optische Multiplex-Vorrichtung 124 ein optisches Mach-Zehnder-Filter, ein wie in der 6 gezeigtes optisches Mach-Zehnder-Filter mit Mehrfachstufen oder ähnliches umwendet werden.
Außerdem kann als Reflexionselement 30 ein Reflexionsfasergitter, ein Mehrschichteninterferenzfilter, in welchem eine mit der oben beschriebenen identische dielektrische Mehrfachschicht verwendet wird, oder ähnliches verwendet werden.
Es wird zudem darauf hingewiesen, dass, wie dem vorhergehenden Beispiel entnommen werden kann, „eine Mehrzahl Lichter mit unterschiedlichen Charakteristika", wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, verschiedene Lichter mit unterschiedlichen Wellenlängen oder Polarisationszuständen bedeutet.
Beispiel
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Beispiels näher erläutert.
Eine mit der in der 1A gezeigten Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle identische Lichtquelle wurde vorbereitet. Sechs Lichtquellen mit je einem Ausgang (Anschlussfaser-Ausgang des Anschlusses der optischen Faser 3) mit ungefähr 100 mW wurden als Fabry-Perot-Laser 21a, 22a, ... 23a verwendet.
Bei Integration dieser Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle in den in der 11B gezeigten EDFA konnte einer erbiumdotierten optischen Faser gemultiplextes Licht mit einer Leistung von etwa 350 mW als Anregungslicht zugeführt werden, obwohl am optischen Multiplex-Element 24 ein Übertragungsverlust auftrat.
Anders ausgedrückt, das von einem Fabry-Perot-Laser ausgegebene Laserlicht wurde aufgrund von Übertragungsverlusten am optischen Multiplex-Element (AWG) 24 von etwa 100 mW auf ungefähr 58,33 mW gedämpft. Folglich bildet das von den sechs Fabry-Perot-Lasern ausgegebene Licht gemultiplextes Licht mit einer Gesamtleistung von ungefähr 350 mW.
Dieselben Ergebnisse wurden bei Durchführung des entsprechenden Experiments mit Veränderung der Umgebungstemperatur um 50°C erzielt.

Claims

Optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung, umfassend: ein wellenlängenselektives optisches Multiplex-Element (24), das einen Ausgangsanschluss (24d) und eine Mehrzahl von mit Lasern (21a ...) verbundenen Eingangsanschlüssen (24a ... c) aufweist und dazu dient, eine Mehrzahl von Lichtern unterschiedlicher Wellenlängen zu multiplexen, und ein Reflexionselement (30), das an der Ausgangsseite des Ausgangsanschlusses des optischen Multiplex-Elements eingefügt ist und dazu dient, das an dem optischen Multiplex-Element gemultiplexte Licht mit einem niedrigen Reflexionskoeffizienten von der Ausgangsseite zurück zur Eingangsseite des optischen Multiplex-Elements (24) zu reflektieren.
Optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionskoeffizient des gemultiplexten Lichts vom Reflexionselement 2–10% beträgt.
Optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionselement ein Mehrschichteninterferenzfilter ist, das aus einer dielektrischen Mehrfachschicht besteht.
Optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionselement ein Reflexionsfasergitter ist.
Optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängen der Mehrzahl von Lichtern entweder ein 980-nm-Band oder ein 1480-nm-Band sind.
Optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Multiplex-Element eine optische Wellenleiter-Gitter-Array-Multiplexschaltung ist.
Optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Multiplex-Element aus einem optischen Mach-Zehnder-Filter besteht.
Optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das optische Multiplex-Element eine optische Wellenleiter-Gitter-Array-Multiplexschaltung ist und worin Lichter spezifischer Wellenlängen (λ1, λ2, ..., λn) in einer Mehrzahl von Arraywellenleitern (26) übertragen werden, wobei die Wellenlängen der in dieser Arraymehrzahl übertragenen Lichter an jedem spezifischen Intervall unterschiedlich sind und jedes Wellenlängenintervall so eingestellt ist, dass es zentriert um 1470 nm etwa 1,6 nm beträgt.
Optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner Folgendes umfasst: eine Mehrzahl von polarisationserhaltenden Optokopplern (63A, 63B, 63C), die jeweils zwei Eingangsanschlüsse (64A-65A) und einen Ausgangsanschluss (66A, 66B, 66C) aufweisen und dazu dienen, eine Mehrzahl von Lichtern mit unterschiedlichen Polarisationseigenschaften zu multiplexen, wobei die Eingangsanschlüsse der polarisationserhaltenden Optokoppler als Eingangsanschlüsse der optischen Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung dienen, worin die Ausgangsanschlüsse der polarisationserhaltenden Optokoppler mit den Eingängen des optischen Multiplex-Elements verbunden sind und worin Licht eines ersten Polarisationszustands in einen der Eingangsanschlüsse der polarisationserhaltenden Optokoppler eingegeben wird, während Licht eines zweiten Polarisationszustands in den anderen Anschluss der polarisationserhaltenden Optokoppler eingegeben wird, wobei das Licht des ersten Polarisationszustands und das Licht des zweiten Polarisationszustands von den Lasern ausgegeben wird.
Mehrfachwellenlängenanregungs-Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.
Optischer Verstärker, dadurch gekennzeichnet, dass er eine optische Mehrfachwellenlängenanregungs-Multiplexvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.