DE69124504T2

DE69124504T2 - Optische vorrichtung

Info

Publication number: DE69124504T2
Application number: DE69124504T
Authority: DE
Inventors: Keith Blow; Nicholas Doran; Brian Nelson
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JP2944748B2; AU638822B2; JPH05505888A; GB9006675D0; DE69124504D1; AU7545991A; HK112697A; CA2078994A1; CA2078994C; EP0521953A1; WO1991014963A1; EP0521953B1; US5307428A

Description

Diese Erfindung betrifft optische Vorrichtungen für die spezielle, aber nicht ausschließliche Verwendung zur Weiterleitung pulsierender optischer Signale.
M.C. Farries und D.N. Payne in Applied Physics Letters, Band 55 (1), Seiten 25 bis 26, vom Juli 1989 beschreiben die Verwendung eines optischen Sagnac-Faser-Interferometers als optischen Schalter. Das Sagnac-Interferometer ihres Schalters war aus einem verschmolzenen verjüngtem Koppelglied hergestellt, wobei die beiden Ausgangsanschlüsse zusammengespleißt waren. Das Koppelglied hat ein 50/50-Aufteilungsverhältnis bei der Signalwellenlänge und weniger als 5% bei der Pumpwellenlänge. In der ungestörten Faser ist die Fasendifferenz zwischen den beiden entgegenlaufenden Ausbreitungswegen null. Die Schleife der Einzelbetriebsfaser, die die Sagnac-Schleife bildete, wurde von einer gesteuerten Verdrillung geliefert, um der Faser-Doppeibrechung entgegenzuwirken, um die volle Reflextion des Signals aus der ungepumpten Schleife sicherzustellen. Es wurde berichtet, daß die Schaltleistung eine gute Übereinstimmung mit der Theorie zeigte, die davon ausging, daß das Signal und die Pumpe parallel eben polarisiert waren. Es wurde vorgeschlagen, daß die Schleifenstabilität und die Schaltintensität durch Benutzen einer die Polarisation haltenden Faser und eines die Polarisation aufrechterhaltenden Koppelgliedes verbessert werden können. Es liegt allerdings kein Vorschlag vor, daß eine rechtwinklige Polarisationsverschiebung eines Signals vorliegen sollte, das rund um die Sagnac-Schleife läuft.
In der eigenen, früher eingereichten, noch anhängigen, internationalen Patentanmeldung des Anmelders, WO-A-91/04593, ist die Verwendung eines Sagnac-Interferometers als ein Generator optischer Rechteckimpulse beschrieben.
In Zeitvielfach-Kommunikationssystemen besteht kein Erfordernis, Operationen an ausgewählten Bits von Daten vorzunehmen, welche Operationen das Entfernen und Einschieben von Bits in gewählte Zeitschlitze aus einem empfangenen optischen Datenstrom und in diesen umfassen. Die vorliegende Erfindüng trachtet danach, eine optische Leitvorrichtung vorzusehen, die solche Operationen auf dem optischen Bereich durchführen kann, d.h. ohne das Erfordernis, den Datenstrom in einen äquivalenten elektrischen Datenstrom umzuwandeln, woraufhin die Operationen durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung sorgt für eine optische Vorrichtung mit ersten optischen Koppelungsmitteln, die ein erstes und ein zweites optisches Verbindungs-Anschlußpaar aufweisen, worin im wesentlichen gleiche Anteile eines optischen Signals, das an einem Anschluß des einen Anschlußpaares empfangen wird, mit jedem Anschluß des anderen Anschlußpaares gekoppelt sind; optischen Wellenführungsmitteln mit einem optisch nicht-linearen Material, die optisch das zweite Anschlußpaar so koppeln, daß ein optisches Signal mit einer ersten Wellenlänge, das irgendeinen Anschluß des zweiten Anschlußpaares in einem ersten Polarisationszustand verläßt, am anderen Anschluß dieses Paares in einem zweiten Polarisationszustand eintrifft, der im wesentlichen senkrecht zum ersten Polarisationszustand ist; zweiten optischen Kopplungsmitteln zum Ankoppeln eines optischen Signales mit einer zweiten Wellenlänge an die optische Wellenführung so, daß es sich längs mindestens eines Abschnitts dieser in nur einer Richtung ausbreitet; und ersten und zweiten Strahl- Aufteilungseinrichtungen, von welchen jede optisch mit einem jeweiligen Anschluß des ersten Anschlußpaares gekoppelt ist.
Die vorliegende Erfindung sorgt auch für ein Verfahren zum Umschalten eines optischen Signals, mit dem Hindurchleiten des zu schaltenden optischen Signals durch eine erste oder zweite polarisierende Strahl-Aufteilungseinrichtung, dem Anlegen des optischen Signals, das so hindurchgeleitet wurde, an eine optische Vorrichtung mit den folgenden Merkmalen: ersten optischen Kopplungsmitteln mit einem ersten, optischen Verbindungs-Anschlußpaar, wobei an den einen dieser Anschlüsse das optische Signal angelegt wird, und wobei jeder dieser Anschlüsse optisch mit jeweils einem der ersten oder zweiten polarisierenden Strahl-Aufteilungseinrichtungen gekoppelt ist; einem zweiten Paar optischer Verbindungsanschlüsse, worin im wesentlichen gleiche Anteile eines optischen Signals, das an einem Anschluß eines Anschlußpaares empfangen wird, mit jedem Anschluß des anderen Anschlußpaares gekoppelt werden, und optischen Wellenführungsmitteln mit einem optisch nicht-linearen Material, die optisch das zweite Anschlußpaar so ankoppeln, daß ein optisches Signal mit einer ersten Wellenlänge, das irgendeinen Anschluß des zweiten Anschlußpaares in einem ersten Polarisationszustand verläßt, am anderen Anschluß dieses Paares in einen zweiten Polarisationszustand eintrifft, der im wesentlichen senkrecht ist zum ersten Polarisationszustand, und dem wahlweisen Ankoppeln eines optischen Signales mit einer zweiten Wellenlänge an die optische Wellenführung, sodaß es sich längs mindestens eines Abschnitts dieser nur in einer Richtung so ausbreitet, daß die optische Vorrichtung aus einer ersten Betriebsart, in welcher das angelegte optische Signal zur jeweiligen Strahl-Aufteilungseinrichtung zurückreflektiert wird, von woher es angelegt wurde, auf eine zweite Betriebsart umgeschaltet werden kann, worin das angelegte optische Signal zur jeweiligen Strahl-Aufteilungeinrichtung übertragen wird, an welche es nicht angelegt war.
Die optische Wellenführung bildet eine Wellenführungsschleife, die das zweite Anschlußpaar zusammenkoppelt.
In dieser Anmeldung ist mit Material, das einen nichtlinearen Brechungsindex aufweist, gemeint, daß der Brechungsindex des Materials sich mit der Intensität des übertragenen Signals ändert. In typischer Weise ist der Brechungsindex n gegeben durch die Formel n=no ± E ² wobei n der lineare Brechungsindex ist, n&sub2; der Kerr-Beiwert und E ² die Intensität des übertragenen Signals.
Ein Polarisationsregler ist so eingestellt, daß der Polarisationszustand eines Signalabschnitts, wenn er an den ersten optischen Koppelungsmitteln eintrifft, nach der Ausbreitung rund um die optische Wellenführungsschleife senkrecht zu dem Polarisationszustand steht, den er hatte, wenn er die ersten optischen Koppelungsmittel verlassen hatte, bevor er sich rund um die Schleife ausbreitete, gleichgültig, auf welchem Weg er sich rund um die Schleife ausgebreitet hat.
Die ersten optischen Koppelungsmittel und die erste optische Wellenführungsschleife bilden ein antiresonantes Sagnac-Interferometer, das (in der Abwesenheit eines Signals mit der zweiten Wellenlänge) als Mach-Zehnder-Interferometer mit der ersten Wellenlänge wirkt. Weil die sich in Gegenrichtung ausbreitenden Impulse unterschiedliche Polarisationszustände in der Schleife zwischen den Polarisationsreglern haben, werden sie im allgemeinen unterschiedliche optische Weglängen erfahren. Wenn die sich in Gegenrichtung ausbreitenden Abschnitte am Koppler in Phasenübereinstimmung ankommen, wird ein Signal, das in dem Koppler an einen ersten Anschluß eintritt, reflektiert wurden, d.h. es wird den Koppler an demselben Anschluß verlassen, und wenn es um π Randianten Phasen verschoben ist, wird es übertragen, d.h. es wird aus dem Koppler zum anderen Anschluß austreten.
Wenn ein optisches Signal der zweiten Wellenlänge mit geeigneter Intensität (ein Steuersignal) an die optische Wellenführung so angekoppelt ist, daß es sich längs deren nur in einer einzigen Richtung ausbreitet, kann der Abschnitt des sich damit ausbreitenden optischen Signals so ausgebildet werden, daß er eine Phasenverschiebung relativ zu einem Abschnitt erfährt, der sich ohne das Steuersignal rund um die Schleife in der anderen Ridhtung ausbreitet. Dies ist zusätzlich zu irgendeiner Fasendifferenz, die in Abwesenheit des Steuersignals auftritt. Somit wird ein optisches Signal, das an einen Eingabeanschluß des Kopplers angekoppelt ist, übertragen oder reflektiert, statt umgekehrt in der Anwesenheit des Steuersignals.
Die ersten optischen Kopplungsmittel sind bequemerweise ein dichroischer optischer Koppler, der das meiste eines optischen Signals, das an einem Anschluß des ersten Anschlußpaares mit der zweiten Wellenlänge empfangen wurde, an den einen Anschluß des zweiten Paares ankoppelt, wobei die zweiten optischen Kopplungsmittel zwischen dem ersten polarisierenden Strahlaufteiler und dem entsprechenden Anschluß der ersten optischen Koppelungsmittel angeordnet ist.
Eine die Polarisation aufrechterhaltende Faser kann verwendet werden, um eine optische Wellenführungsschleife zu bilden. In diesem Fall sind zwei Polarisationsregler notwendig, um sicherzustellen, daß optische Signale aus jedem Anschluß des zweiten Paares von Anschlüssen sich rund um die Schleife in einer jeweiligen der Ausbreitungs-Betriebsarten ausbreiten. In diesem Fall umfaßt die Vorrichtung vorzugsweise Mittel zum Einstellen der relativen optischen Weglänge der sich in Gegenrichtung ausbreitenden Signale, beispielsweise eine Faser-Verlängerungseinrichtung, wenn die optische Wellenführung eine optische Faser ist. Die Sagnac- Schleife kann dann so eingestellt werden, daß der sich in Gegenrichtung ausbreitende Abschnitt am Koppler in Phasenübereinstimmung oder um π außer Phase in der Abwesenheit des optischen Steuersignals, falls gewünscht, ankommt.
Im letztgenannten Fall wird die Sagnac-Schleife in der Abwesenheit des optischen Steuersignals übertragend sein, und sie wird reflektierend sein, wenn es vorliegt.
Die Schleife kann eine übliche, die Polarisation nicht aufrechterhaltende Faser aufweisen; in diesem Fall kann alleine ein Polarisationsregler verwendet werden, um die gewünschten Ausbreitungscharakteristiken der Faser festzusetzen.
Die Steuerung der Polarisation der optischen Signale innerhalb der Schleife bedeutet, daß übertragene und reflektierte Signale aus dem Sagnac-Schleifen-Interferometer gegenüber den optischen Eingangssignalen durch ihren Polarisationszustand durch die polarisierenden Strahlen-Aufteilungseinrichtungen unterschieden werden, wie unten erläutert wird, was es der Vorrichtung gestattet, die beschriebenen Ein- und Ausschalt-Leitungsfunktionen durchzuführen.
Die ersten optischen Koppelungsmittel sind bequemerweise ein dichroischer, optischer Koppler, der die optische
Vorrichtung ankoppelt, worin die optische Faser eine die Polarisation beibehaltende Faser ist, und es ist ferner ein zweiter Polarisationsregler enthalten.
Das optische Steuersignal könnte aber auch an jedem Ende der Schleifen-Wellenführung mittels eines Paares von (Wellenlängen) Mulitplexer-/Demultiplexer-Wellenlängenkopplern eingeleitet und entzogen werden.
Die Erfindung und ihr Wirkungsprinzip werden nun lediglich beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnung beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Leitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 bis 4 Diagramme sind, die die Ausgabe aus der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 zeigen;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, worin das Steuersignal auf einen Abschnitt des wechselwirkungsbereiches beschränkt ist;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines optischen Speichers ist, der die optische Vorrichtung der Fig. 1 benutzt;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 8(a) bis 8(c) Diagramme sind, die das Umschalten einer Impulskette durch die Ausführungsform der Fig. 7 zeigt.
Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen; eine optische Leitungsvorrichtung weist einen Sagnac-Schleifen-Reflektor auf, der oft als nicht-linearer optischer Schleifenspiegel (NOLM) 2 bezeichnet wird, mit einem ersten Paar optischer Verbindungsanschlüsse 4 und 6. Der Anschluß 4 ist an eine erste polarisierende Strahl-Aufteilungseinrichtung 8 über eine optische Faser 10 angekoppelt, in welche ein erster Wellenlängen-Multiplex-Koppler 12 eingespleißt ist. Der Anschluß 6 ist in ähnlicher Weise an eine zweite polarisierende Strahl-Aufteilungseinrichtung 14 über eine optische Faser 16 angekoppelt, in welche ein zweiter Wellenlängen- Multiplex-Koppler 18 eingespleißt ist.
Die polarisierenden Strahl-Aufteilungseinrichtungen 8 und 14 können optische Vorrichtungen zur Verarbeitung großer Nachrichtenmengen (bulk optic devices) oder Wellenführungseinrichtungen sein.
Die optischen Fasern 20 und 22 sind optisch an die polarisierende Strahl-Aufteilungseinrichtung 8 so angekoppelt, daß vertikal polarisierte optische Signale zwischen den Fasern 20 und 10 hindurchlaufen, während horizontal polarisierete optische Signale zwischen den Fasern 22 und 10 hindurchlaufen.
In ähnlicher Weise sind optische Fasern 24 und 26 optisch mit der polarisierenden Strahl-Aufteilungseinrichtung 14 so gekoppelt, daß vertikal polarisierte Signale zwischen den Fasern 16 und 24 hindurchlaufen, während horizontal polarisierte Signale zwischen den Fasern 16 und 26 hindurchlaufen.
In dieser Ausführungsform wird von einem optischen Eingabe-Datenstrom, der weitergeleitet werden soll, angenommen, daß er sich längs der Faser 20 zu der Strahl-Aufteilungseinrichtung 8 ausbreitet. Ein Polarisationsregler 28 ist verwendet, um sicherzustellen, daß das Datensignal beim Eintritt in die Strahl-Aufteilungseinrichtung 8 vertikal polarisiert ist, und so wird es mit dem Schleifen-Interferometer 2 gekoppelt. In dieser Ausführungsform hat der optische Datenstrom eine wellenlänge von etwa 1,5µm.
Eine Quelle (nicht gezeigt) eines optischen Signals von etwa 1,3µm ist in die Faser 10 durch einen Wellenlängen- Multiplex-Koppler 12 einkoppelbar.
Wie weiter unten erläutert wird, werden übertragene optische Signale aus dem Schleifen-Interferometer 2 beim Verlassen des Anschlusses 6 horizontal polarisiert. Ihre Polarisierung wird sich jedoch im allgemeinen ändern, wenn sie sich zur Strahl-Aufteilungseinrichtung 14 fortpflanzen. Ein Polarisationsregler 30 ist nahe der Strahl-Aufteilungseinrichtung 14 angeordnet, um die Polarisation der übertragenen optischen Signale auf eine vertikale oder horizontale Polarisation einzustellen, in Abhängigkeit davon, ob die Fasern 24 und 26 als Ausgangsfasern für die Weiterübertragung des Datenstromes gewählt sind oder nicht. In diesem Fall wird davon ausgegangen, daß die Faser 26 die Ausgangsfaser ist, sodaß der Polarisationsregler 30 so eingestellt wird, daß er die horizontale Polarisation an der Strahl- Aufteilungseinrichtung 14 vornimmt.
Der Multiplex-Koppler 18 koppelt wahlweise aus der Faser 16 jedes optische Steuersignal mit der zweiten Wellenlänge von 1,3µm aus.
Die Sagnac-Schleife 2 weist einen dichroischen, optischen Koppler 32 auf, der erste, optische Kopplungsmittel bildet, wobei die Schleife die Anschlüsse 4 und 6 als erstes Anschlußpaar und die Anschlüsse 34 und 36 als zweites Anschlußpaar aufweist. Die Anschlüsse 34 und 36 sind von einer Schleife aus einer optischen Quarzglasfaser 38 zusammengekoppelt. Der Koppler 32 ist so nahe an einer 50 : 50-Koppelung bei 1,5µm und 100 : 0 bei 1,3µm wie nur möglich, für maximale Wirkung und Vollständigkeit des Schaltvorganges. Die Wellenlängen, die für den Betrieb gewählt werden, sind beliebig. Andere können benutzt werden, wenn die Koppler in geeigneter Weise ausgewählt werden.
Ein Polarisationsregler 40 ist dicht am Anschluß 34 angeordnet und so eingestellt, daß ein optisches Signal, das aus jedem der Anschlüsse 34 und 36 austritt, am anderen Anschluß in rechtwinkliger Polarisation ankommt. Die Gegenausbreitungsabschnitte eines optischen Signals bei 1,5µm werden im allgemeinen eine beliebige Phasenzuordnung haben. Wenn das Interferometer 2 als ein Reflektor oder als Sender in der Abwesenheit eines 1,3µm-Signals wirken soll, dann sollte die relative Phasendifferenz 0 bzw. π Radianten betragen. In der Ausführungsform der Fig. 1 kann der Polarisationsregler 40 so eingestellt sein, daß er die geforderte Phasenzuordnung erzielt.
Es soll ein Strom optischer Datensignale betrachtet werden, die an der Strahl-Aufteileinrichtung 8 vertikal polarisiert sind. Die Verbindung zwischen der Faser 20 und der Strahl-Aufteileinrichtung 8 wird als V1 bezeichnet. Das Signal wird an den Anschluß 4 des Interferometers 2 angekoppelt und wird aus dieser öffnung zurück zur Strahl-Aufteileinrichtung 8 reflektiert. Das horizontale Signal wird infolge der Wirkung des Polarisationsreglers 40 und der wechselseitigen Ausbreitungsbedingungen der Faser 10 horizontal polarisiert sein. Dieses horizontal polarisierte Signal wird deshalb durch die polarisierende Strahl-Aufteilungseinrichtung 8 mit der Faser 22 verbunden, und diese Verbindung wird mit H1 bezeichnet.
Wenn ein optisches 1,3µm-Steuersignal an den Anschluß 4 des Interferometers 2 über den Koppler 12 angekoppelt wird, wird es im wesenlichen nur in einer Richtung rund um den Wechselwirkungsabschnitt 38 fortschreiten, weil der Koppier 32 nahe an einem 100 : 0-Koppier bei der zweiten Wellenlänge liegt. Die Intensität ist so gewählt, daß eine ausreichende Phasen-Kreuzmodualtion zwischen dem Steuersignal und dem sich zusammen damit ausbreitenden Abschnitt des 1,5µm-Signals vorgesehen ist, um für eine relative Phasenverschiebung bei π-Radianten zwischen den sich gemeinsam ausbreitenden Abschnitten zu sorgen. Das 1,5µm-Signal, das so bewirkt wird, wird nun aus dem Interferometer am Anschluß 6 austreten. Wie oben festgestellt, wird dieses Signal vom Polarisationsregler 30 so gesteuert, daß es eine horizontale Polarisation aufweist, und es wird so aus der Strahl-Aufteileinrichtung 14 austreten, um eine Ankopplung an die Faser 26 herzustellen. Diese Verbindung ist mit H2 bezeichnet. Die Verbindung zwischen der Strahl-Aufteileinrichtung 14 und der Faser 24 ist mit V2 bezeichnet.
-Die symmetrische Natur der Anordnung sorgt für das folgende Verbindungsmuster für 1,5µm-Signale, zunächst mit dem 1,3µm-Steuersignal:
V1 ----H2
H1 ----V2
V2 ----H1
H2 ----V1
und zweitens ohne das 1,3µm-Steuersignal:
V1 ----H1
H1 ----V1
V2 ----H2
H2 ----V2
Wenn das optische Signal, das in die Verbindung V1 der Ausführungsform der Figur 1 eintritt, ein Strom optischer Impulse ist, die binäre Ziffern darstellen, kann eine Abfailfunktion dadurch durchgeführt werden, daß man einen Steuerimpuls anlegt, der den abzusenkenden Impuls überdeckt. Dieser Impuls wird vom Interferometer 2 zurück in die Strahl-Aufteileinrichtung 8 reflektiert, um bei H1 auszutreten. Um eine Einschiebefunktion durchzuführen, wird der einzuschiebende Impuls an das Interferometer 2 so angekoppelt, daß er mit einem Steuerimpuls an der geeigneten Stelle im Datenstrom übereinstimmt. Der Steuerimpuls wird die Daten, die einzuführen sind, veranlassen, bei H2 auszutreten, zusammen mit dem Rest des Datenstromes, der nicht vom Steuerimpuls umgeschaltet wurde.
Die Abfailfunktion kann für eine hohe Bit-Rate bei Zeit-Multiplex dadurch benutzt werden, daß man eine Folge von Steuerimpulsen an den Koppier 12 bei einem Untervielfachen der Leitungsrate anlegt. Pakete von Daten können zum Abfall gebracht werden, wenn ein Steuersignal mit der Länge mehrer Bits verwendet wird.
Die Ausführungsform der Fig. 1 kann in der Betriebsart betrieben werden, in welcher das Interferometer 2 normalerweise in Abwesenheit eines Steuersignais reflektierend wirkt, d.h. der Polarisationsregler 40 ist so eingestellt, daß die sich in Gegenrichtung ausbreitenden Impulse beim Erreichen des Kopplers 32 in Phasenübereinstimmung sind. In diesem Fall ist das Verbindungsmuster für die Anwesenheit und Abwesenheit eines Steuersignais das Gegenteil des schon vorher beschriebenen Vorgangs.
Es wird nun auf die Fig. 2 bis 4 bezug genommen; dort sind Diagramme der Ausgabeimpulse gezeigt, die aus der Ausführungsform der Fig. 1 erzielt werden, die gemessen sind, nachdem sie vom Koppier 18 her vorbeilaufen, indem die Steuersignale bei 1,3µm 130ps-Impulse aus einem Nd:YAG-Laser aufweisen, und das umzuschaltende Eingabesignal umfaßt ein gepulstes Niederleistungssignal aus einem Halbleiter-DFB- Laser, der bei 1,53µm arbeitet und an den Anschluß 4 angekoppelt ist.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die Ausgabe der DFB-Impulse bei 1,53µm aus dem Anschluß 6 bzw. 4. Das heißt, die Interferometerschleife ist so eingestellt, daß sie Impulse vom Anschluß 4 zum Anschluß 6 in Abwesenheit eines Steuersignais bei 1,3mm überträgt. Die Fig. 4 zeigt die DFB-Impulse, die auf den Anschluß 6 durch Anwesenheit des Steuersignals umgeschaltet sind, wenn das Interferometer 2 dazu eingestellt ist, in der reflektiven Betriebsart in Abwesenheit eines Steuersignais zu arbeiten.
Fig. 2 zeigt die DFB-Laserimpulse, die erfaßt werden, wenn das Sagnac-Schleifen-Interferometer 2 so eingerichtet ist, daß es in Abwesenheit des 1,3µm-Steuersignals überträgt und keine Steuerung vorliegt.
Fig. 3 zeigt die Auswirkung der Ausgabe bei Fig. 2, wenn man die 1,3µm-Steuersignale in die optische Wellenführung einleitet. Jeder vierte Impuls wird teilweise von der Sagnac-Schleife 2 reflektiert. Das teilweise erfolgende Umschalten der Mitte der 1,53µm-Impulse erfolgt, weil der Steuerimpuls schmäler ist als die 1,53µm-Impulse.
Fig. 4 zeigt Impulse aus dem DFB-Laser mit 1,53µm, die nach dem Koppier 18 in Anwesenheit der 1,3µm-Steuerimpulse empfangen werden, wenn die Sagnac-Schleife 2 reflektiert, und zwar in Abwesenheit der Steuersignale. In diesem Fall werden alle 1,53µm-Impulse reflektiert, außer es liegt ein Steuerimpuls vor.
Fig. 5 zeigt die Anordnung der Fig. 1, worin jedoch die Wellenführung, die die Anschlüsse 34 und 36 verbindet, eine die Polarisation aufrechterhaltende Faser ist, und es liegt ein weiterer Polarisationsregler 42 vor. Die Polarisationsregler 40 und 42 sind so eingestellt, daß der eine Abschnitt eines Eingabesignais, der über die Faser 20 bei 1,5µm angekoppelt ist, rund um die Faser 38 in entweder der langsamen oder der schnellen Achse der Faser oder umgekehrt sich ausbreitet, wobei der sich in Gegenrichtung ausbreitende Abschnitt sich in der anderen Achse befindet. Die Faser 38 wird dann noch besser fähig sein, den Abschnitt im selben Polarisationszustand beizubehalten, wenn die Signale rund um die Faser 38 fortschreiten. Einer der Regler 40 und 42 könnte durch einen Polarisationsregler neben dem Anschluß 4 ersetzt werden. Ein Faserverlängerer 44 ist an der die Polarisation aufrechterhaltenden Faser angebracht, um Mittel zu liefern, um die gewünschte Phasendifferenz in Abwesenheit eines Steuersignais einzustellen.
Das 1,3µm-Steuersignal wird innerhalb der Sagnac- Schleife über Wellenlängen-Multiplex-Koppler 46 und 48 eingeführt und abgezogen. Die Koppier 12 und 18 der Fig. 1 sind deshalb nicht erforderlich. Der Wirkungsablauf ist der wie bei der Vorrichtung der Fig. 1.
Es wird nun auf Fig. 6 übergegangen; ein optischer Speicher weist die Ausführungsform der Fig. 1 auf, die als optische Leiteinrichtung 50 mit Anschlüssen V1, H1, V2 und H2 gezeigt ist. Die Leiteinrichtung so ist so eingestellt, daß sie normalerweise überträgt, d.h. V1 und H2 sind zusammengekoppelt und V2 und H1 sind zusammengekoppelt. Der Anschluß H1 ist außen an den Anschluß V2 durch eine optische Wellenführung 51 über eine Halbwegplatte 52 und einen optischen Verstärker 54 angekoppelt. Die Halbwegplatte 52 stellt sicher, daß optische Signale, die aus H1 ausgekoppelt sind, in die Leiteinrichtung 50 in dem ordnungsgemäßen Polarisationszustand an V2 angekoppelt werden können. Ein Polarisationsregler kann notwendigenfalls enthalten sein. Ein optisches Steuersignal ist über eine optische Wellenführung 56 anlegbar.
In Abwesenheit eines Steuersignals werden die optischen Signale, die an den Anschluß V1 angekoppelt werden, über die Leiteinrichtung 50 an den Anschluß H2 angekoppelt, und dieser Anschluß V2 wird an den Anschluß H1 angekoppelt. Wenn ein Steuersignal vorliegt, dann wird die Eingabe am Anschluß V1 auf den Anschluß H1 umgeschaltet. Wenn somit die Eingabe an den Anschluß V1 ein Strom optischer Impulse ist, dann kann sie wahlweise auf die Wellenführung 51 umgeschaltet werden. Wenn das Steuersignal entfernt ist, bevor ein geschalteter Impuls den Anschluß V2 erreicht, dann werden die geschalteten Impulse über die Leiteinrichtung 50 mit dem Anschluß H1 gekoppelt und fahren so fort, in der Schleife umzulaufen, die von der Wellenführung 51 und der Leiteinrichtung 50 gebildet ist. Der Verstärker 54 hält die Impulsintensität aufrecht.
In ähnlicher Weise werden dann, wenn das Steuersignal zur geeigneten Zeit angelegt wird, die Impulse, die in der Schleife umlaufen, ausgeschaltet werden, da der Anschluß V2 mit dem Anschluß H2 gekoppelt ist.
Andere spezielle Anordnungen optischer Speicher werden durch Verwendung der vorliegenden Erfindung realisierbar.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Ergebnisse eines optischen Impulsschaltvorganges, die hiermit erzielt wurden, wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 7 sowie 8(a) und 8(c) beschrieben.
Das erste Ziel ist es, die erforderliche Schaltleistung zu verringern, so daß Halbleiterlaser in der Vorrichtung durchgehend benutzt werden können. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man die Länge der Faserschleife erhöht, die in der Sagnac-Schleife verwendet wird. Das ursprüngliche Experiment verwendete eine born-Schleife, die eine Spitzenleistung von 10 Watt für einen vollständigen Schaltvorgang erforderte. Das Erhöhen der Schleifenlänge wird proportional die geforderte Schaltleistung verringern, aber wie weit dies geführt werden kann, hängt u.a. von der Stabilität der Schleife bei großen Längen ab. In einer Reihe von Experimenten haben wir festgestellt, daß bei der Verwendung einer üblichen Kommunikationsfaser die Schleife stundenlang bei Längen mindestens bis zur Verlustlänge von Siliziumoxyd stabil war. Das heißt, daß die Sagnac-Schleife die erste nicht-lineare Faservorrichtung ist, die imstande ist, Zugriff zum vollen Potential der nicht-linearen Güteziffer von Siliziumoxyd zu gewinnen (das Verhältnis des nicht-linearen Coeffizienten zum Verlust). Die im gegenwärtigen Experiment verwendete Schleife bestand aus 6,4km einer Standardfaser 70 mit Streuungsverschiebung, und Stabilitätsmessungen zeigten keine bedeutende Verlagerung während einer Stunde. Bei dieser Schleife betrug die Spitzenleistung, die für einen vollständigen Schaltvorgang erforderlich war, etwa 160mw. Das Bedeutet, daß beispielsweise bei einem 10ps-Impuls die Schaltleistung nur 1,6pJ betrug.
Das nächste Problem, an das man sich richten mußte, war die Bereitstellung einer Schaltquelle und einer Signalquel le. Die beiden Wellenlängen, die für das Experiment gewählt waren, betrugen 1,53µm für die Schaltquelle und 1,56µm für die Signalquelle. Diese Wellenlängen wurden so gewählt, daß sie beide innerhalb des ER-Ertragsfensters liegen, und daß sie das Streuungsminimum der Faser 70 überspreizen, um die Gruppenverzögerungsdifferenz zwischen den beiden Wellenlängen zu minimieren. Diese Differenz in der Gruppenverzögerung veranlaßt das eine Signal, durch das andere Signal "hindurchzugehen", so daß der effektive Schaltimpuls breiter wird. Deshalb war es bei hohen Bit-Raten wesentlich, diese Differenz dadurch zu minimieren, daß man sichergestellt hat, daß die Wellenlängen gleichmäßig auf den gegenüberliegenden Seiten der Null-Steuerungs-Wellenlänge eingestellt waren. Diese Bedingung war leichter zu erfüllen, wenn die Wellenlängen einen dichten Abstand hatten, weil die Gruppenverzögerungsfunktion, die sich nahe der Null-Streuungs-Wellenlänge langsam bewegt, somit die Toleranzerfordernisse für die beiden Wellenlängen erleichtert. Demzufolge hatte die Faser, die für die Schleife gewählt wurde, eine Null-Streuungs-Wellenlänge bei 1,545µm.
Das Schaltsignal wurde von einem verstärkungsgradgeschalteten DFB-Laser 72 erzeugt, der bei 2,5GHz betrieben wurde. Die resultierenden Impulse wurden dann unter Verwendung von 700m einer Faser 74 mit negativer Gruppenverzögerungsstreuung komprimiert. Das Halbmaximum bei voller Breite (FWHM) der Impulse betrug 27ps, wenn es an einem Erfassungssystem 76 mit einem Oszilloskop mit schnellansprechender Fotodiode angezeigt wurde. Das Entrollen des ansprechenden Verhaltens des Erfassungssysstems impliziert eine Impulsbreite von 16ps. Diese Impulse wurden dann unter Verwendung eines Erbium-Verstärkers mit Pumpdioden verstärkt, was zu einer mittleren Ausgangsleistung von 20mW führte. Selbst wenn man Verluste in den folgenden Kopplern berücksichtigt, ist dies eine ausreichende Leistung, um für das Umschalten in einen 6,4km-NOLM zu sorgen.
Die Signalquelle war ein phasengekoppelter Laser 78, der bei 1,56µm arbeitete, mit einer Wiederholungsrate von 10GHz. Diese Impulse wurden unter Verwendung eines Faser- Mach-Zehnder 80 verschachtelt, um eine Impulsfolge von 20GHz zu erzeugen. Die beiden Wellenlängen wurden dann unter Verwendung eines WDM-Kopplers 82 kombiniert und in die Schleife 70 abgegeben. Die Schleife 70 wurde aus einem Koppler 84 aufgebaut, der ein 50 : 50-Kopplungsverhältnis für das 1,56µm-Signal und 100 : 0-Kopplungsverhältnis für das 1,53µm-Schaltsignal aufwies. Polarisationsregler 86 in der Schleife ermöglichten es uns, die Schleife entweder in der "reflektierenden" oder "übertragenden" Betriebsart zu betreiben. Im Reflexionsbetrieb betrug die Schleifenausgabe für das 1,56µm-Signal null in der Abwesenheit der Schaltimpulse, und das vollständige Signal wurde reflektiert. Das Einschießen der Schaltimpulse veranlaßte die Signalimpulse, auf den Ausgang 88 der Schleife 70 umgeschaltet zu werden. Im Übertragungsbetrieb war die Situation umgekehrt, und die ausgeschalteten Impulse wurden reflektiert. Die Ausgabe der Schleife 70 wurde an ein Filter 90 angeschlossen, das das 1,56µm-Signal hindurchließ und die Schaltimpulse sperrte. Das verbleibende Signal wurde von einem Erbium-Faser-Verstärker verstärkt, erfaßt von einer Fotodiode 94, und dann auf den Prüfosziloskop 76 angezeigt.
Um den Schaltvorgang bei dieser Anordnung herzustellen, wurde die phasengekoppelte Signalwelle 78 ersetzt von einer Welle, die bei derselben Wellenlänge arbeitete (1,56µm). Die "effektive" Breite, die geschaltet wurde, wurde bestimmt durch eine Kombination aus der Differenz in der Gruppenverzögerung zwischen den beiden Wellenlängen und der ursprünglichen Impulsbreite. Die Schleife wurde auf die reflektierende Betriebsart eingestellt und die Breite des Impulses, der von der ungedämpften Quelle hergeschaltet wurde, wurde auf dem Osziloskop 76 mit 33ps gemessen, welches auf 25ps abwickelte. Die ursprüngliche Impulsbreite betrug 16ps, was somit eine Differenz in der Streuung zwischen den beiden Wellenlängen von 3ps/km anzeigte. Dies erhärtete, daß wir bei dieser Anordnung imstande sein sollten, mindestens bis zu 40Gbit aus der Multiplexbildung aufzulösen. Nachdem die Brauchbarkeit der Schaltimpulsbreite erwiesen war, wurde die ungedämpfte Quelle ersetzt vom phadengekoppelten Laser 78. Damit der Schaltvorgang stattfinden konnte, war es notwendig, die beiden Impulsketten zu synchronisieren. Dies wurde dadurch bewirkt, daß man in einem Arm der Antriebsimpulse, die die beiden Quellen antrieben, eine einstellbare Verzögerung hatte.
In Fig. 8 zeigen wir die Ergebnisse. Fig. 8(a) zeigt die phasengekoppelte, 1,56µm-"Signal"Impulskette bei 20GHz. Fig. 8(b) zeigt den geschalteten Ausgang, wobei sich die Schleife in der "reflektierenden" Betriebsart befand, d.h. eine Übertragung nur jener Impulse, die mit den Schaltimpulsen zusammenfielen, d.h. jeder achte Impuls. Fig. 8 (c) zeigt das Ergebnis, wenn die Schleife auf die "Übertragungs"-Betriebsart eingestellt war, und zeigt deutlich, daß jeder achte Impuls ausgeschaltet war. Es gibt noch immer eine kleine Restkomponente des ausgeschalteten Impulses. Dies liegt daran, daß wir nicht ganz an der Total-Schalt- Energie waren. Das Erhöhen der Verstärkung der 1,53µm-Impulse wird zu einer vollständigeren Auslösung führen.
Wir haben gezeigt, daß der NOLM (nicht-lineare optische Schleifenspiegel) imstande ist, Raten mit vielen Gigabit zu schalten, und haben den stabilen Betrieb bei der Siliziumoxyd-Verlustlänge (beispielsweise 6km) demonstriert, was eine ultraschnelle, vollständige optische Verarbeitung ermöglicht, die gänzlich mit Halbleiterquellen durchgeführt wird. Diese Vorrichtung ist auch zu einer Anzahl nicht-linearer Verarbeitungsfunktionen imstande, die das Impulseinfügen, die Wellenlängenumwandlung einen logischen und insgesamt optischen Speicher fassen.

Claims

1. Optische Vorrichtung mit ersten optischen Koppelungsmitteln (32), die ein erstes (4, 6) und ein zweites (34, 36) optisches Verbindungs-Anschlußpaar aufweisen, worin im wesentlichen gleiche Anteile eines optischen Signals, das an einem Anschluß des einen Anschlußpaares empfangen wird, mit jedem Anschluß des anderen Anschlußpaares gekoppelt sind; optischen Wellenführungsmitteln (38) mit einem optisch nicht-linearen Material, die optisch das zweite Anschlußpaar (34, 36) so koppeln, daß ein optisches Signal mit einer ersten Wellenlänge, das irgendeinen Anschluß des zweiten Anschlußpaares in einem ersten Polarisationszustand verläßt, am anderen Anschluß dieses Paares in einem zweiten Polarisationszustand eintrifft, der im wesentlichen senkrecht zum ersten Polarisationszustand ist; zweiten optischen Koppelungsmitteln (12, 46) zum Ankoppeln eines optischen Signales mit einer zweiten Wellenlänge an die optische Wellenführung so, daß es sich längs mindestens eines Abschnitts dieser in nur einer Richtung ausbreitet; und ersten und zweiten Strahl-Aufteiiungseinrichtungen (8, 14), von welchen jede optisch mit einem jeweiligen Anschluß des ersten Anschlußpaares (4, 6) gekoppelt ist.

2. Optische Vorrichtung, wie beansprucht in Anspruch 1, worin die optische Wellenführung (38) einen ersten Polansierungsregler (40) umfaßt.

3. Optische Vorrichtung, wie beansprucht in Anspruch 2, worin mindestens ein Abschnitt der optischen Wellenführung (38) eine die Polarisation beibehaltende Faser ist, und weiter ein zweiter Polarisationsregler (42) umfaßt ist.

4. Optische Vorrichtung, wie beansprucht in irgeneinem der Ansprüche 1 bis 3, worin die ersten optischen Kopplungsmittel (32) ein dichroischer optischer Koppier sind, der den größten Teil eines optischen Signals, das an dem einen Anschluß des ersten Anschlußpaares (4, 6) mit der zweiten Wellenlänge empfangen wird, an den einen Anschluß des anderen Paares (34, 36) ankoppelt, wobei die zweiten optischen Kopplungsmittel (12) zwischen der ersten, polarisierenden Strahl-Aufteilungseinrichtung (8) und dem entsprechenden Anschluß der ersten optischen Kopplungsmittel (32) angeordnet sind.

5. Optische Vorrichtung, wie beansprucht in Anspruch 4, ferner mit dritten, optischen Kopplungsmitteln (18), die zwischen der zweiten polarisierenden Strahl-Aufteilungseinrichtung (14) und der entsprechenden öffnung (6) der optischen Koppelungsmittel zum selektiven Entnehmen optischer Signale mit der zweiten Wellenlänge angeordnet sind.

6. Optische Vorrichtung, wie beansprucht in irgeneinem vorangehenden Anspruch, ferner mit Mitteln (44) zum Ändern der Länge des optischen Weges der optischen Wellenführung (38).

7. Optische Vorrichtung, wie beansprucht in irgeneinem vorangehenden Anspruch, worin die optische Wellenführung eine optische Quarzfaser aufweist.

8. Optische Vorrichtung, wie beansprucht in irgeneinem vorangehenden Anspruch, ferner mit einem Eingangs-Polarisationsregler (28) zum Steuern der Polarisation der optischen Signale mit der ersten Wellenlänge, angekoppelt an die erste polarisierende Strahl-Aufteilungseinrichtung (8), zur weiteren Ausbreitung zu den ersten optischen Kopplungsmitteln (32) hin.

9. Optische Vorrichtung, wie beansprucht in irgeneinem vorangehenden Anspruch, ferner mit einem weiteren Polarisationsregler (30), der zwischen der zweiten polarisierenden Strahl-Aufteilungseinrichtung (14) und den ersten optischen Kopplungsmitteln (32) angekoppelt ist.

10. Verfahren zum Umschalten eines optischen Signals, mit: Hindurchleiten des zu schaltenden optischen Signals durch eine erste oder zweite polarisierende Strahl- Aufteilungseinrichtung (8, 14),

Anlegen des optischen Signals, das so hindurchgeleitet wurde, an eine optische Vorrichtung mit den folgenden Merkmalen:

ersten optischen Kopplungsmitteln (32) mit einem ersten, optischen Verbindungs-Anschlußpaar (4, 6), wobei an den einen dieser Anschlüsse das optische Signal angelegt wird und wobei jeder dieser Anschlüsse optisch mit jeweils einem der ersten oder zweiten polarisierenden Strahl-Aufteilungseinrichtungen (8, 14) gekoppelt ist, und einem zweiten Paar (34, 36) optischer Verbindungsanschlüsse, worin im wesentlichen gleiche Anteile eines optischen Signals, das an einem Anschluß eines Anschlußpaares empfangen wird, mit jedem Anschluß des anderen Anschlußpaares gekoppelt werden, und

optischen Wellenführungsmitteln (38) mit einem optisch nicht-linearen Material, die optisch das zweite Anschlußpaar (34, 36) so ankoppeln, daß ein optisches Signal mit einer ersten Wellenlänge, das irgendeinen Anschluß des zweiten Anschlußpaares in einem ersten Polarisationszustand verläßt, am anderen Anschluß dieses Paares in einem zweiten Polarisationszustand eintrifft, der im wesentlichen senkrecht ist zum ersten Polarisationszustand, und

wahlweises Ankoppeln eines optischen Signales mit einer zweiten Wellenlänge an die optische Wellenführung, so daß es sich längs mindestens eines Abschnitts dieser nur in einer Richtung so ausbreitet, daß die optische Vorrichtung aus einer ersten Betriebsart, in welcher das angelegte optische Signal zur jeweiligen Strahl-Aufteilungseinrichtung zurückreflektiert wird, von woher es angelegt wurde, auf eine zweite Betriebsart umgeschaltet werden kann, worin das angelegte optische Signal zur jeweiligen Strahl-Aufteilungseinrichtung übertragen wird, an welche es nicht angelegt war.