DE69525223T2 - Gitterfilter im optischen Wellenleiter - Google Patents

Gitterfilter im optischen Wellenleiter

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf optische oder Lichtwellenleiter-Gitterfilter und insbesondere auf derartige Filter, die ein relativ hohes Ausmaß an Isolation zwischen Sperr- und Durchlaßbereichen aufweisen.
  • Ein Filter vom Übertragungstyp mit einem definierten Durchlaßbereich kann in einem Längenabschnitt eines optischen Monomoden-Wellenleiters dadurch ausgebildet werden, daß in dem Wellenleiter zwei Bragg-Gitter erzeugt werden, die Sperrbereiche jeweils auf der längeren Wellenlängen entsprechenden Seite und der kürzeren Wellenlängen entsprechenden Seite des vorgesehenen Durchlaßbereiches ergeben. Diese beiden Bragg-Gitter können normalerweise reflektierende Bragg-Gitter sein, deren Elemente sich in parallelen Ebenen senkrecht zur Wellenleiter-Achse erstrecken, wobei in diesem Fall ihre Sperrbereiche durch Reflexion von Licht in diesen Wellenlängen geschaffen werden, die die Ausbreitungsrichtung des geführten Lichtes umkehren. Alternativ können dies Aufspreiz-Bragg-Gitter sein, deren Gitterelemente sich in parallelen Ebenen unter einem schrägen Winkel zur Wellenleiterachse erstrecken, wobei in diesem Fall ihre Sperrbereiche durch die Moden-Umwandlung von sich in dem Wellenleiter ausbreitenden Licht von der geführten Mode in eine ungeführte Mode und damit eine abstrahlende Mode oder Gruppe von Moden umgewandelt werden. Beispielsweise können normalerweise reflektierende Bragg- Gitter in den Lichtleitfaser-Wellenleitern durch das Verfahren hergestellt werden, das in dem US-Patent 4 725 110 beschrieben ist, und aufspreizende Bragg-Gitter können durch das Verfahren hergestellt werden, das in dem US-Patent 5 042 897 beschrieben ist. Es kann ein Filter vom Übertragungstyp dieser Art geschaffen werden, das eine Isolation von ungefähr 30 dB zwischen seinen Sperr- und Durchlaßbereichen hat. Ein ähnliches Ausmaß an Isolation kann in einem Filter vom reflektierenden Typ in einem Monomoden-Lichtwellenleiter durch die Verwendung eines einzelnen normalerweise reflektierenden Bragg-Gitters erzielt werden.
  • Ein Beispiel eines Lichtwellenleiter-Bragg-Gitterfilters mit einer Lichtleitfaser, die mit einem oder mehreren, normalerweise reflektierenden Bragg-Gittern versehen ist, findet sich beispielsweise in dem US-Patent 5 283 686.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf die Schaffung eines Filters gerichtet, das die Möglichkeit einer verbesserten Isolation ergibt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Monomoden-Lichtwellenleiter-Filter geschaffen, das die Serienkombination einschließt, die zwei aufspreizende Lichtwellenleiter-Bragg-Gitter umfaßt, die optisch in Tandem mit einem normalerweise reflektierenden Lichtwellenleiter-Bragg-Gitter angeordnet sind, wobei die Periodizitäten der drei Bragg-Gitter derart sind, daß die Aufspreizgitter spektral selektiv jeweils über getrennte Wellenbereiche λ&sub1; und λ&sub2; modenkoppelnd sind, während das normalerweise reflektierende Gitter spektral selektiv über einen Wellenbereich λ&sub3; reflektierend ist, der zumindest den spektralen Wellenbereich umfaßt, der den Wellenbereich λ&sub1; von dem Wellenbereich λ&sub2; trennt, wobei die Serienkombination optisch mit einem Port eines optischen Mehrport-Bauteils gekoppelt ist, das aus einem optischen Zirkulator oder einem optischen 4-Port-3dB-Koppler besteht.
  • Es sei bemerkt, daß die verbesserte Isolation, die durch eine derartige Struktur erzielt wird, zumindest teilweise durch die Tatsache hervorgerufen wird, daß das von dem Filter übertragene Licht einen vollständigen doppelten Durchlauf durch jedes der beiden Aufspreiz-Bragg-Gitter ausführt.
  • Eine derartige verbesserte Isolation kann beispielsweise in Filtern zur Verwendung in Verbindung mit Lichtwellenleiter-Verstärkern erforderlich sein, um ein Nutzsignal von Spontanemissions-Störungen zu trennen. Eine weitere beispielhafte Anwendung ergibt sich in Wellenlängen-Multiplex- (WDM-) Systemen, die sich zwischen einem oder mehreren optischen Sendern und Empfängern erstrecken, wobei der Wellenlängen- Abstand der multiplexierten Kanäle derart ist, daß die Seitenkeulen eines normalerweise reflektierenden Bragg-Filters, das für einen Kanal ausgelegt ist, sich mit den Spektralbereichen anderer Kanäle decken oder sich zumindest in diese erstrecken. Es ist zu erkennen, daß in manchen Fällen das Vorhandensein von einer der Seitenkeulen ein Problem darstellt, während dies für die andere Seitenkeule nicht der Fall ist. Unter solchen Umständen kann selbstverständlich eines der Aufspreiz- Bragg-Gitter fortgelassen werden.
  • Entsprechend ergibt die Erfindung auch ein optisches Monomoden-Lichtwellenleiter- Filter, das die Serienkombination aus einem aufspreizenden Lichtwellenleiter-Bragg- Gitter optisch in Tandem mit einem normalerweise reflektierenden Lichtwellenleiter- Bragg-Gitter umfaßt, wobei die Periodizitäten der beiden Bragg-Gitter derart sind, daß das Aufspreiz-Gitter spektral selektiv über einen spektralen Wellenbereich λ&sub1; modenkoppelnd ist, während das normalerweise reflektierende Gitter spektral selektiv reflektierend über einen Wellenbereich λ&sub3; ist, wobei sich eine Seitenkeule hiervon in den spektralen Wellenbereich λ&sub1; erstreckt, wobei die Serienkombination optisch mit einem Port eines optischen Mehrport-Bauteils gekopppelt ist, das aus einem optischen Zirkulator oder einem optischen Vier-Port-3dB-Koppler besteht.
  • Es folgt eine Beschreibung von Lichtleitfaser-Filtern, die die Erfindung in bevorzugten Ausführungsformen verwirklichen. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
  • Fig. 1 schematisch einen Längenabschnitt einer Monomoden-Lichtleitfaser zeigt, in der eine Serien-Kombination von zwei Aufspreiz-Bragg-Gittern in Tandem mit einem normalerweise reflektierenden Bragg-Gitter vorgesehen ist,
  • Fig. 2 schematisch die spektrale Übertragungscharakteristik der Serienkombination der zwei Aufspreiz-Bragg-Gitter nach Fig. 1 zeigt,
  • Fig. 3 schematisch die spektrale Reflexionscharakteristik des normalerweise reflektierenden Gitters nach Fig. 1 zeigt,
  • Fig. 4 und 5 schematisch die Lichtleitfaser nach Fig. 1 in optischer Kopplung jeweils mit einem optischen Drei-Port-Zirkulator bzw. einem verjüngten, verschmolzenem Vier-Port-3dB-Koppler zeigen, und
  • Fig. 6 ein Filter zeigt, das einen verjüngten, verschmolzenen 3dB-Lichtleitfaser- Kopppler mit der Anordnung von drei Bragg-Gittern wie in Fig. 1 in beiden Lichtleitfasern auf einer Seite seines Kopplungsbereiches zeigt.
  • Gemäß Fig. 1 sind in dem Kern 1 einer Monomoden-Lichtleitfaser 2 zwei Aufspreiz- Bragg-Gitter 3 und 4 und ein normalerweise reflektierendes Gitter 5 durch Lichteinstrahlung induziert. Die Periodizitäten der Aufspreiz-Gitter 3 und 4 sind derart, daß sie mit Wellenbereichen λ&sub1; und λ&sub2; (Fig. 2) versehen werden, über die sie jeweils Licht von der Ausbreitungs-Mode, die durch die Lichtleitfaser 2 geführt ist, in abstrahlende Moden koppeln, deren Leistung abgestrahlt und vernichtet wird. Entsprechend ergeben sie für einen einzigen Durchgang des Lichtes durch die beiden Aufspreiz-Gitter 3 und 4 eine spektrale Übertragungscharakteristik, wie sie durch die Kurve 20 gezeigt ist. Die Kurve 30 zeigt die entsprechende spektrale Reflexionscharakteristik für das normalerweise reflektierende Bragg-Gitter 5. Dieses Bragg-Gitter als solches wirkt durch Reflexion als ein spektral selektiver Bandpaß- Reflektor, der über einem Wellenbereich λ&sub3; reflektiert, doch neigt die Konstruktion derartiger Filter typischerweise dazu, die spektrale Charakteristik mit Seitenbändern 30a und 30b zu erzeugen.
  • Die Konstruktion des Bragg-Gitters 5 ist derart, daß der spektrale Wellenbereich λ&sub3;, über den es selektiv reflektierend ist, zumindest den Wellenbereich umfaßt, der den Wellenbereich λ&sub1; von dem Wellenbereich λ&sub2; trennt, wobei der Wellenbereich λ&sub3; geringfügig größer als dieser sein kann. Die Wellenbereiche λ&sub1; und λ&sub2; der Bragg- Gitter 3 und 4 sind vorzugsweise so gewählt, daß sie jeweils die Seitenbänder 30a und 30b überdecken. Auf diese Weise weist für in die Lichtleitfaser 2 von den dem Gitter 3 nächstgelegenen Ende aus eingestrahltes Licht die Kombination eine spektrale Reflexionscharacteristik auf, bei der die spektrale Diskrimination der Kurve 30, die sich aus der spektral reflektierenden Charakteristik des Gitters 5 ergibt, zweimal durch die spektrale Diskrimination der Kurve 20 verbessert ist, die sich aus der spektralen Übertragungscharakteristik der Gitter 3 und 4 ergibt.
  • Zur Verwendung als Filter vom Übertragungstyp ist das Ende der Kombination, das dem Gitter 3 näher liegt, mit einem Zirkulator 40 verbunden, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, oder mit einem Port oder Anschluß eines optischen 4-Port-3dB-Kopplers 50, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Dieser Koppler 50 kann in üblicher Weise durch einen sich verjüngenden verschmolzenen Monomoden-Lichtleitfaser-3dB-Koppler gebildet sein. Die Anordnung nach Fig. 5 ergibt einen zusätzlichen 6dB-Verlust, der durch eine Mach-Zehnder-Anordnung vermieden werden kann, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, bei der identische Gitterelemente 3, 4 und 5 in beiden Lichtleitfasern eines sich verjüngenden verschmolzenen 3dB-Kopplers 60 angeordnet sind. Im Fall der normalerweise reflektierenden Gitter 5 ist es verständlich, daß das von diesen Gittern reflektierte Licht eine Interferenz ergibt, so daß die Phasenbeziehung zwischen den beiden reflektierten Signalen kritisch ist, um sicherzustellen, daß wenn sie eine Interferenz ergeben, sie dies in einer Weise tun, die im wesentlichen keine Ausgangsleistung zurück in den Eingangs-Port lenkt. Eine derartige Phasenbeziehung kann durch das Verfahren sichergestellt werden, das in der Beschreibung der UK- Patentanmeldung 2 283 831 beschrieben ist, und die Schaffung der Gitter in beiden Lichtleitfasern gleichzeitig an einem Punkt, in dem Koppler umfaßt, an dem die beiden Fasern miteinander in Seite-an-Seite-Kontakt zusammengehalten werden, so daß die resultierenden Gitter automatisch in optisch aquidistanter Weise von dem Kopplungsbereich des Kopplers gebildet werden.

Claims (7)

1. Optisches Monomoden-Lichtwellenleiter-Filter, das ein normalerweise reflektierendes Lichtwellenleiter-Bragg-Gitter (5) einschließt, das in den Lichtwellenleiter zurück reflektiert, wobei das normalerweise reflektierende Bragg-Gitter optisch mit einem Port eines optischen Mehrport-Bauteil gekoppelt ist, das aus einem optischen Zirkulator (40) oder einem 4-Port-3dB-Koppler (50) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem normalerweise reflektierenden Bragg-Gitter (5) und dem optischen Mehrport-Element optisch ein Lichtwellenleiter-Aufspreiz-Bragg-Gitter (3) eingefügt ist, wobei die Periodizitäten der beiden Bragg-Gitter derart sind, daß das Aufspreiz-Gitter (3) spektral selektiv über einen spektralen Wellenbereich λ&sub1; modenkoppelnd ist, während das normalerweise reflektierende Gitter (5) spektral selektiv über einen Wellenbereich λ&sub3; reflektierend ist, wobei sich eine Seitenkeule hiervon in den spektralen Wellenbereich λ&sub1; erstreckt.
2. Optisches Lichtwellenleiter-Filter nach Anspruch 1, bei dem das optische Mehrport- Bauteil ein sich verjüngender verschmolzener Lichtleitfaser-3dB-Koppler ist.
3. Optisches Lichtwellenleiter-Filter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwischen dem Lichtwellenleiter-Aufspreizfilter und dem normalerweise reflektierenden Lichtwellenleiter-Bragg-Gitter ein zusätzliches Lichtwellenleiter-Aufspreiz-Bragg-Gitter (4) eingefügt ist, wobei die Periodizitäten der drei Bragg-Gitter derart sind, daß die Aufspreiz-Gitter spektral selektiv jeweils über spektral voneinander getrennte Wellenbereiche λ&sub1; und λ&sub2; modenkoppelnd sind, während das normalerweise reflektierende Gitter spektral selektiv über einen Wellenbereich λ&sub3; reflektierend ist, der zumindest den spektralen Wellenbereich umfaßt, der den Wellenbereich λ&sub1; von dem Wellenbereich λ&sub2; trennt.
4. Optisches Lichtleitfaser-Filter, das einen verjüngten verschmolzenen optischen 3dB- Lichtleitfaser-Koppler (60) einschließt, der einen optischen Kopplungsbereich aufweist, der zwischen zwei Monomoden-Lichtleitfasern gebildet ist, wobei auf einer Seite dieses Kopplungsbereiches in beiden Lichtleitfasern eine Serienkombination ausgebildet ist, die ein optisches Lichtleitfaser-Bragg-Aufspreiz-Gitter (3) optisch in Tandem mit einem normalerweise reflektierenden Lichtwellenleiter-Bragg-Gitter (5) einschließt, das Licht zurück in das jeweilige Filter reflektiert, wobei die Periodizitäten der beiden Bragg- Gitter derart sind, daß das Aufspreiz-Gitter spektral selektiv über einen spektralen Wellenbereich λ&sub1; modenkoppelnd ist, während das normalerweise reflektierende Gitter spektral selektiv reflektierend über einen Wellenbereich λ&sub3; ist, wobei sich eine Seitenkeule hiervon in den spektralen Wellenbereich λ&sub1; erstreckt.
5. Optisches Lichtleitfaser-Filter nach Anspruch 4, bei dem die Serienkombination zwei optische Lichtleitfaser-Bragg-Aufspreiz-Gitter (3, 4) optisch in Tandem mit einem normalerweise reflektierenden Lichtwellenleiter-Bragg-Gitter (5) umfaßt, wobei die Periodizitäten der drei Bragg-Gitter derart sind, daß die Aufspreiz-Gitter spektral selektiv über spektral getrennte Wellenbereiche λ&sub1; und λ&sub2; modenkoppelnd sind, während das normalerweise reflektierende Gitter spektral selektiv über einen Wellenbereich λ&sub3; reflektierend ist, der zumindest den spektralen Wellenbereich umfaßt, der den Wellenbereich λ&sub1; von dem Wellenbereich λ&sub2; trennt.
6. Optisches Lichtleitfaser-Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bragg-Gitter durch Lichtstrahlung induzierte Gitter sind.
7. Verfahren zum Betrieb eines optischen Übertragungssystems, wobei das Verfahren des Betriebs die Übertragung optischer Signale von zumindest einem Sender zu zumindest einem Empfänger durch eines oder mehrere Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche einschließt.
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