DE69526587T2

DE69526587T2 - Effizienter optischer wellenlängenmultiplexer/demultiplexer

Info

Publication number: DE69526587T2
Application number: DE69526587T
Authority: DE
Inventors: A. Ball
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1994-09-23
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2015-09-23
Also published as: JP3683588B2; EP0782799A1; WO1996009703A1; ES2176340T3; DE69526587D1; CA2200300C; EP0782799B1; US5657406A; CA2200300A1; JPH10506203A

Description

Das US-Patent 5 446 809 mit dem Titel "All Fiber Wavelength Selective Optical Switch" und die anhängige US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 08/311 332, fallengelassen, mit dem Titel "Low-Loss Low-Reflection Wavelength Selective Optical Switch", beide gleichzeitig hiermit eingereicht, enthalten Gegenstände, die mit dem vorliegenden Gegenstand verwandt sind.

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft Wellenlängenkopplung und insbesondere eine effiziente Wellenlängenkopplung mehrerer Wellenlängen auf eine optische Faser.

Stand der Technik

Es ist auf dem Gebiet optischer Hochgeschwindigkeits-Kommunikationssysteme bekannt, daß man zum Befördern von Information mehr als eine Wellenlänge nutzen kann. Insbesondere kann jede optische Wellenlänge ein Träger für digitale oder analoge Nachrichtensignale sein. Außerdem kann ein optischer Schalter dazu dienen, auf der Grundlage von Wellenlängen zu unterscheiden, welche der Wellenlängen zu welchem Ausgang oder zu welchen Ausgängen des Schalters geleitet werden soll.
Eine zum Stand der Technik gehörige Methode zum Koppeln mehrerer Wellenlängen, beispielsweise von acht Wellenlängen, auf eine Signalfaser verwendet eine Anordnung von zwei 2 · 2-Kopplern, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind. Speziell werden zwei verschiedene Wellenlängen in jeden in einer Eingangsstufe enthaltenden 2 · 2-Koppler eingespeist. Ein einzelnes Ausgangssignal von jedem der 2 · 2-Koppler wird auf eine zweite Stufe gegeben, wo ein einzelnes Ausgangssignal von jedem Kopplerpaar mit einem weiteren 2 · 2-Koppler kombiniert wird. Ein einzelnes Ausgangssignal von jedem der 2 · 2-Koppler in der zweiten Stufe wird anschließend einer dritten Stufe zugeleitet, wo jedes Paar von Ausgangssignalen der zweiten Stufe von einem weiteren 2 · 2-Koppler innerhalb der dritten Stufe kombiniert wird.
Die in Fig. 1 dargestellte, zum Stand der Technik gehörige Anordnung koppelt acht Wellenlängen auf acht getrennten Fasern in der Eingangsstufe auf eine einzige Faser am Ausgang der Ausgangsstufe. Weil aber drei Stufen vorhanden sind, in denen eine Kopplung stattfindet, und weil in jeder Stufe das Signal einen Verlust von 3 dB erleidet, ergibt sich ein Gesamtverlust für acht Wellenlängen bei Koppeln auf eine Faser von 87,5% (oder 9 dB).
Wünschenswert wäre also, eine Vorrichtung zu haben für das effiziente, mit geringem Verlust behaftete Multiplexen mehrerer Wellenlängen auf einer einzelnen optischen Faser.

Offenbarung der Erfindung

Ziele der Erfindung beinhalten die Schaffung einer effizienten Multiplex-Konfiguration zum Koppeln mehrerer Wellenlängen auf eine einzelne optische Faser.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein optischer Wellenlängenmultiplexer einen optischen Koppler mit einem Eingangsport, zwei bidirektionalen Ports und einem Ausgangsport, welches einem vorbestimmten Anteil des ersten Eingangssignals an dem Eingangsport auf die beiden bidirektionalen Ports als gekoppeltes Eingangslicht koppelt; ein Paar reflektierende Elemente, jeweils in dem Lichtpfad enthalten, der von einem der beiden bidirektionalen Ports weggeht, und jeweils ausgestattet mit einem vorbestimmten Reflexionsvermögen- Profil; die reflektierenden Elemente reflektieren jeweils ein vorbestimmtes Wellenlängenband des auf sie auftreffenden gekoppelten Eingangslichts zurück in ein entsprechendes Port der beiden bidirektionalen Ports in Form von reflektiertem Eingangslicht; eine vorbestimmte Menge von jedem reflektierten Eingangslicht tritt erneut in das entsprechende eine der beiden bidirektionalen Ports ein und wird von dem Koppler auf das Ausgangsort und das Eingangsport gekoppelt; die reflektierenden Elemente, der Koppler und die optischen Weglängen, die von dem gekoppelten Eingangslicht und dem reflektierten Eingangslicht durchlaufen werden, besitzen eine kumulative Phasenverschiebung in der Weise, daß Licht, welches auf das Eingangsport gekoppelt wird, auslöschend an dem Eingangsport interferiert, und Licht, welches auf das Ausgangsport aufgekoppelt wird, aufbauend an dem Ausgangsport interferiert, um dadurch praktisch das gesamte erste Eingangslicht an dem Ausgangsport zu erhalten; auf eines der paarweisen reflektierenden Elemente trifft ein zweites Eingangssignal, und dieses Element läßt ein vorbestimmtes Wellenlängenband des zweiten Eingangssignal durch, welches in ein entsprechendes der beiden bidirektionalen Ports eintritt; ein vorbestimmter Anteil des zweiten Eingangssignals, der in das entsprechende eine Port der beiden bidirektionalen Ports eintritt, wird von dem Koppler auf das Ausgangsport gekoppelt, um dadurch ein vorbestimmtes Wellenlängenband des ersten Eingangssignals und ein vorbestimmtes Wellenlängenband des zweiten Eingangssignals auf das Ausgangsport zu koppeln.
Weiterhin trifft gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf das andere der paarweisen reflektierenden Elemente ein drittes Eingangssignal auf, und das Element läßt ein vorbestimmtes Wellenlängenband des dritten Eingangssignals durch, welches in ein entsprechendes Port der beiden bidirektionalen Ports eintritt; ein vorbestimmter Anteil des dritten Eingangssignals, der in das entsprechende eine der beiden bidirektionalen Ports eintritt, wird von dem Koppler auf das Ausgangsport gekoppelt, um dadurch ein vorbestimmtes Wellenlängenband des ersten Eingangssignals, des zweiten Eingangssignals und des dritten Eingangssignals auf das Ausgangsport zu koppeln.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung besitzt außerdem das Paar von reflektierenden Elementen abgestimmte Reflexionsvermögen-Profile.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung enthält ein optischer Wellenlängen- Demultiplexer einen optischen Koppler mit einem Eingangsport, zwei bidirektionalen Ports und einem Ausgangsport, welcher einen vorbestimmten Anteil eines ersten Eingangssignals am Eingangsport als gekoppeltes Eingangslicht auf die beiden bidirektionalen Ports koppelt; ein Paar reflektierender Elemente, jeweils befindlich in dem Lichtpfad, der von einem der beiden bidirektionalen Ports ausgeht, und jeweils ausgestattet mit einem vorbestimmten Reflexionsprofil; die reflektierenden Elemente reflektieren jeweils ein vorbestimmtes Wellenlängenband des auf sie auftreffenden Eingangslichts zurück in ein entsprechendes der beiden bidirektionalen Ports in Form von reflektiertem Eingangslicht, und mindestens eines der paarweisen reflektierenden Elemente läßt ein vorbestimmtes Wellenlängenband des gekoppelten Eingangslichts zu einem zugehörigen Ausgangswellenleiter durch; ein vorbestimmter Anteil von jedem zurückreflektierten Eingangslicht, welches in das entsprechende eine der beiden bidirektionalen Ports erneut eintritt, wird von dem Koppler auf das Ausgangsport und das Eingangsport gekoppelt; die reflektierenden Elemente, der Koppler und die optischen Wellenlängen, die von dem gekoppelten Eingangslicht und dem reflektierten Eingangslicht durchlaufen werden, besitzen eine solche kumulative Phasenverschiebung, daß Licht, welches auf das Eingangsport gekoppelt wird, auslöschend an dem Eingangsport interferiert, und daß Licht, welches auf das Ausgangsport gekoppelt wird, aufbauend an dem Ausgangsport interferiert, um dadurch praktisch das gesamte erste Eingangslicht auf das Ausgangsport zu geben und so ein vorbestimmtes Wellenlängenband des ersten Eingangssignals auf den Ausgangswellenleiter zu koppeln.
Weiterhin besitzen gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die paarweisen reflektierenden Elemente angepaßte Reflexionsprofile.
Die Erfindung stellt eine signifikante Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, indem sie eine effiziente Multiplexer-Konfiguration schafft, die einfach und billig mehrere individuelle Wellenlängen auf eine einzelne optische Phase koppelt. Alternativ kann die Erfindung auch als Demultiplexer dazu eingesetzt werden, aus einem mehrere Wellenlängen enthaltenden Eingangssignal individuelle Wellenlängen zu trennen und auf mehrere separate Ausgänge zu geben.
Die oben genannten sowie weitere Zeile, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher im Licht der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, wie sie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine zum Stand der Technik gehörige Wellenlängenmultiplexeranordnung.
Fig. 2 ist ein zum Stand der Technik gehöriges Bandpaßfilter mit einer Michelson-Interferometeranordnung.
Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Multiplexerkonfiguration zum Koppeln mehrerer Wellenlängen auf eine einzelne optische Faser gemäß der Erfindung.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des Reflexionsvermögens in Abhängigkeit der Wellenlänge für eine Bandpaßfilterfunktion, die von einem oder mehreren Bragg-Gitter gemäß der Erfindung gebildet wird.
Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform einer Multiplexerkonfiguration zum Koppeln mehrerer Wellenlängen auf eine einzelne optische Faser unter Verwendung von weniger Kopplern gemäß der Erfindung.
Fig. 6 ist ein schematisches Blockdiagramm einer alternativen Anwendung der vorliegenden Erfindung in form eines Demultiplexers entsprechend der Erfindung.

Bester Weg zum Ausführen der Erfindung

Bezugnehmend auf Fig. 2 enthält eine zum Stand der Technik gehörige, auf einen Michelson-Interferometer basierende Bandpaßfilteranordnung einen 2 · 2-Optokoppler 10, z. B. einen 3 dB- oder 50%- oder 50/50- Optokoppler, der ein Eingangssignal 12 über eine optische Faser 14 empfängt, welches einem Port 16 des Kopplers zugeführt wird. Ein vorbestimmter Anteil des Eingangslichts 12, z. B. 50% liegen an einem Port 18 des Kopplers vor, wie durch eine Linie 20 entlang einer Faser 22 angedeutet ist. Der restliche Anteil des Lichts 12 wird auf ein Port 24 des Optokopplers 10 gekoppelt, angedeutet durch eine Linie 26 entlang einer Faser 28.
Das Licht 20 läuft entlang der Faser 22 und trifft auf ein Bragg-Gitter 30, welches ein schmales Wellenlängenband des Lichts, zentriert bei einer Reflexionswellenlänge λg und angedeutet durch eine Linie 32, reflektiert, während es sämtliche übrigen Wellenlängen gemäß einer Linie 34 durchläßt.
Das am Koppler 10 entlang der Faser 28 austretende Licht 26 trifft auf ein Gitter 38, identisch zu dem (oder angepaßt an) Gitter 30, das eine mittlere Reflexionswellenlänge zentriert bei der Wellenlänge λg besitzt. Ein Reflexionsprofil (oder Filterfunktion) der Gitter 30 und 38 ist durch die Kurve 39 dargestellt. Das bei der Wellenlänge λg von dem Gitter 38 reflektierte Licht ist durch eine Linie 40 angedeutet, sämtliche übrigen Wellenlängen werden von dem Gitter 38 gemäß Linie 42 durchgelassen. Das Licht 32 tritt am Port 18 erneut in den Koppler 10 ein, das reflektierte Licht 40 tritt erneut am Port 24 in den Koppler 10 ein. Die ähnelt dem Grundprinzip eines Michelson-Interferometers, welches auf dem Gebiet der Optik bekannt ist. Das Signal 12, das in das Port 16 des Kopplers 10 eintritt, erleidet bei der Kopplung auf den gegenüberliegenden Zweig eine Phasenverschiebung um p/2 und tritt am Ausgangsport 24 über die Faser 28 aus. Bei dem Reflektieren durch das Gitter 38 erleidet das Signal 26 eine weitere Phasenverschiebung um p/2 durch Reflexion an dem Gitter 38. Als Folge gibt es eine Netto-Gesamtphasenverschiebung von 180º oder n von dem Eingangssignal 12 auf das reflektierte Signal 40. In ähnlicher Weise wird das in den Koppler 10 eintretende Licht 12 auch auf das Ausgangsport 18 in die Faser 22 in Form eines Signal 20 ohne jegliche Phasenverschiebung gekoppelt. Das Signal 20 wird von dem Gitter 30 als Signal 32 reflektiert und erleidet damit eine Phasenverschiebung von π/2 oder 90º. Das Signal 32 tritt am Port 18 wieder in den Koppler 10 ein, und derjenige Teil, der auf das Port 50 überkreuzt, erleidet eine weitere Phasenverschiebung um π/2 aufgrund des kreuzweisen Übertritts. Damit enthält das den Koppler 50 verlassende Signal 54 die Wellenlänge λg des Ausgangssignals 12, das zu 50/50 aufgetrennt wurde, um dann erneut vollständig in Phase rekombiniert zu werden, indem es am Ausgangsport 50 des Kopplers aufbauend interferiert, wodurch im wesentlichen das Eingangssignal 12 bei der Wellenlänge λg auf der Ausgangsfaser 52 erscheint. In ähnlicher Weise gibt es eine auslöschende Interferenz am Port 16, wodurch verhindert wird, daß irgend etwas von dem Licht 56 den Koppler 10 über die Faser 14 verläßt. Speziell wird das von dem Gitter 38 reflektierte Licht 40, das den Koppler 10 wieder über das Port 24 betritt, über das Port 16 gekoppelt und erfährt eine zusätzliche Faserverschiebung um π/2, hat also eine Gesamtphasenverschiebung von 270º oder 3 π/2. Allerdings hat das von dem Gitter 30 reflektierte Licht 32, welches am Port 18 wieder eintritt, eine Phasenverschiebung von π/2 oder 90º und wird ohne jegliche zusätzliche Phasenverschiebung auf das Port 16 gekoppelt. Damit besitzt das zurückkehrende Signal 32 eine Gesamtphasenverschiebung von 90º, während das rückkehrende Signal 40 am Port 16 eine Gesamtphasenverschiebung von 270º hat, so daß zwischen den Signalen eine Phasenverschiebung von 180º besteht und es damit am Eingangsport 16 zu einer auslöschenden Interferenz kommt. Daher verläßt kein Licht 56 das Eingangsport 16 über die Faser 14. Ein solches Bauelement ist beschrieben in der Veröffentlichung von W. W. Morey "Tunable Narrow-Line Bandpass Filter Using Fiber Gratings", Technical Digest, Optical Fiber Communication Conference, San Diego, California, Februar 18-22, 1991, hier durch Bezugnahme inkorporiert.
Da das Ausmaß der Phasenverschiebung für jedes Signal für den richtigen Betrieb wichtig ist, muß die Länge des optischen Wegs von dem Port 18 zu dem Gitter 30 genau so lang sein wie die optische Weglänge vom Port 24 zu dem Gitter 38 oder ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge davon. Außerdem sollte gesehen werden, daß diese optischen Weglängen dazu führen, daß die Gesamtphasenverschiebung der Signale anders ist als bei dem oben diskutierten Beispiel. Das einzige Erfordernis jedoch besteht darin, daß sich die Phasen am Eingangsport 16 auslöschen und sich am Ausgangsport 50 addieren, so daß keine Reflexion der Eingangswellenlängen in die Koppler stattfindet. Wenn die Phasen nicht perfekt ausgelöscht werden, ist eine gewisse Reflexion zu beobachten. Das Ausmaß zulässiger Reflexion bestimmt sich durch die jeweilige Anwendung. Folglich sollten thermische Effekte konstant gehalten werden oder angepaßt werden an beide Weglängen, um Änderungen in dem Anteil des reflektierten Lichts zu vermeiden. Außerdem sollte gesehen werden, daß das Maß der Phasenverschiebung auch anders als 90º nach der Reflexion durch das Gitter für solche Wellenlängen des einfallenden Lichts sein kann, die sich von der Reflexionswellenlänge des Gitters unterscheiden. Nunmehr auf Fig. 3 Bezug nehmend, empfängt eine erste Ausführungsform der Erfindung ein Eingangssignal 110, welches entlang einer optischen Faser 112 zu einem optischen Trenner 114 läuft. Der Ausgang des Trenners 114 liefert ein optisches Signal 116 über eine optische Faser 118 zu einem Port 120 eines 2 · 2-Optokopplers 122, z. B. eines 3-dB- oder 50/50- oder 50%-Optokopplers. Ein vorbestimmter Anteil von z. B. 50% des Eingangssignals 116 wird auf ein Ausgangsport 124 des Kopplers 122 gemäß einer Linie 124 auf eine Faser 128 gekoppelt. Das Licht 126 trifft auf das Faser-Bragg- Gitter 130 auf. Das Gitter 130 besitzt ein Reflexionsprofil gemäß einer Kurve 131 entsprechend einem schmalen Bandpaß oder eines Filters mit einem zentralen Teil der Bandpaßzone bei der Wellenlänge λ&sub1;, wobei es sich um die gleiche Wellenlänge handelt wie die Reflexionswellenlänge des Gitters 130. Dementsprechend läßt das Gitter 130 ein schmales Wellenlängenband des Lichts λ&sub1; gemäß einer Linie 132 durch und reflektiert die übrigen Wellenlängen gemäß einer Linie 134.
Symmetrisch verläßt der übrige Teil des Lichts 116 den Koppler 122 über ein Port 136 und gelangt gemäß Linie 140 auf eine Faser 138. Die Linie 140 führt zu einem Gitter 142, welches im Reflexionsprofil identisch angepaßt ist an dasjenige des Gitters 130. Das Gitter 142 läßt ein schmales Wellenlängenband des Lichts, zentriert um die Wellenlänge λ&sub1;, gemäß einer Linie 144 durch und reflektiert die übrigen Wellenlängen gemäß einer Linie 146. Das reflektierte Licht 132, 144 von den angepaßten Gittern 130, 142 tritt erneut in den Koppler 122 ein, und zwar an den Ports 124 und 136, und es interferiert aufbauend innerhalb des Kopplers 122, wie oben in Verbindung mit fig. 2 diskutiert wurde, so daß das gesamte reflektierte Licht mit der Wellenlänge λ&sub0; am Port 150 des Kopplers 122 austritt. Da Licht sowohl die Ports 134 und 136 verläßt als auch dort erneut eintritt, werden die Ports hier als "bidirektional" bezeichnet.
Darüber hinaus läuft ein weiteres Eingangssignal 154 entlang der Faser 138 und trifft auf das Fasergitter 142, so daß das Signal 154 mit einer Wellenlänge λ&sub1;, welches durch das Gitter 142 läuft, an dem Port 136 in den Koppler 120 eintritt. Wie durch eine Linie 156 angedeutet, wird ein vorbestimmter Anteil von z. B. 50% des Lichts 56 entlang der Faser 118 gemäß Linie 158 auf das Port 120 gekoppelt. In ähnlicher Weise wird der übrige Anteil von beispielsweise 50% des Lichts 156 entlang der Faser 152 auf das Ausgangsport 150 gekoppelt. Die Wellenlängen λ&sub0; und λ&sub1;, die aus dem Koppler 122 am Port 150 über die Faser 152 austreten, sind kollektiv durch eine Linie 160 angedeutet. Das Licht 158 läuft entlang der Phase 118 und gelangt in den Trenner 114, der verhindert, daß das Licht 158 über das Eingangsport auf die Leitung 112 austritt.
Deshalb wurde die Wellenlänge λ&sub1; zusammen mit der Wellenlänge λ&sub0; auf die Faser 152 gekoppelt. Außerdem erleidet die Wellenlänge λ&sub1; auf der Faser 152 eine Dämpfung von 3 dB oder 50%. Allerdings erfährt das Eingangssignal 110 mit λ&sub0; eine minimale Dämpfung.
Die Faser 152 wird auf eine ähnliche Konfiguration geführt, wie sie oben in Verbindung mit dem Koppler 122 diskutiert wurde, und die einen 2 · 2-Koppler 180 sowie ein Paar angepaßter Gitter 182, 184 enthält, welche beide ein Bandpaß-Reflexionsprofil gemäß einer Kurve 182 haben, demzufolge die Wellenlänge λ&sub2; durchgelassen und sämtliche übrigen Wellenlängen reflektiert werden. Hierdurch werden die Wellenlängen λ&sub0;, λ&sub1; auf der Eingangsleitung 160 direkt auf den Ausgang zur Faser 186 gekoppelt, wie durch eine Linie 188 angedeutet ist. Zusätzlich beinhaltet ein Eingangssignal 190 eine Wellenlänge λ&sub2; und trifft auf das Gitter 184, um über die Faser 152 gemäß einer Linie 192 und entlang einer Linie 188 auszutreten. Das Licht 190 wird in einem Verhältnis 50/50 über die beiden Fasern 152 und 186 gekoppelt. Damit laufen die Wellenlängen λ&sub0;, λ&sub1; und λ&sub2; entlang der Faser 186.
Die Faser 186 wiederum wird einer ähnlichen Anordnung mit einem 2 · 2-Koppler 200 und einem Paar angepaßter Gitter 202, 204 zugeleitet, deren Bandpaß-Reflexionskennlinie bei λ&sub3; gemäß einer Kurve 205 zentriert ist. Darüber hinaus trifft das Eingangssignal 206 auf das Gitter 204, die die Wellenlänge λ&sub3; durchläßt, und gelangt auf den Koppler 200, wobei ein Teil dieses Signals, beispielsweise 50%, gemäß einer Linie 208 den Koppler 200 verläßt, während der übrige Teil den Koppler 200 über eine Faser 210 gemäß einer Linie 212 verläßt. Die Wellenlängen λ&sub0;, λ&sub1; und λ&sub2; werden in ihrer Gesamtheit auf die Faser 210 gekoppelt, wodurch der früheren Kette von λ&sub0;, λ&sub1; und λ&sub2; die Wellenlänge λ&sub3; hinzugefügt wird, nunmehr sämtlich auf der Faser 212 befindlich.
Die Faser 210 wird einer den obigen Konfigurationen ähnlichen Anordnung mit einem 2 · 2-Koppler 220 und einem Paar angepaßter Gitter 222 und 224 zugeleitet, wobei letztere ein Bandpaß-Reflexionsprofil zentriert bei der Wellenlänge λ&sub4; gemäß einer Kurve 225 besitzen, außerdem den oben diskutierten Michelson Interferometer-Effekt. Damit wird das Gesamtsignal 212 mit den Wellenlängen λ&sub0;, λ&sub1;, λ&sub2; und λ&sub3; über eine Ausgangsfaser 226 gemäß einer Linie 228 gekoppelt. Darüber hinaus trifft ein Eingangssignal 230 mit einer Wellenlänge λ&sub4; auf das Gitter 224, welches die Wellenlänge λ&sub4; durchläßt. Dann läuft das Signal 230 zu dem Koppler 220, der einen vorbestimmten Anteil von z. B. 50% des Signals 230 auf die Faser 226 koppelt, um mit den übrigen Wellenlängen kombiniert zu werden zu einem Ausgangssignal 228 mit den Wellenlängen λ&sub0;, λ&sub1;, λ&sub2;, λ&sub3; und λ&sub4; auf der Faser 226. Der Rest des Signals 230 wird gemäß einer Linie 232 auf die Faser 210 gekoppelt. Außerdem laufen die reflektierten Signale 158, 192, 208 und 232 von den Kopplern 121, 128, 200 bzw. 220 sukzessive entlang der durch die Linien 249, 242 und 244 angedeuteten Kette nach hinten zurück, um schließlich zu dem Trenner 114 zu gelangen, der diesen Signalen nicht erlaubt, auf die Eingangsfaser 112 auszutreten und die stromaufwärts gelegenen Quellen zu stören, und der diese Signale auch nicht zurück in den Koppler 122 reflektiert.
Es sollte gesehen werden, daß dieses Fortschreiten für jede Anzahl von Wellenlängen fortgesetzt werden kann, und daß die maximale Verschlechterung oder Dämpfung, die irgendeines der Eingangssignale erleidet, am Anfang nur einer Dämpfung von 3 dB entspricht (plus mögliche zusätzliche geringe Verluste aufgrund eines Kopplerverlusts oder weil die Gitter keine Reflexion von 100% aufweisen), unabhängig von der Anzahl von Wellenlängen, die auf die Ausgangsfaser gekoppelt werden.
Um das durch die Kurven 131, 185, 205 und 225 nach Fig. 3 dargestellte Bandpaß-Reflexionsprofil zu bilden, kann gemäß Fig. 4 das Gitter durch zwei breit reflektierende Bandgitter 102 gebildet werden, die Seite an Seite mit einem bestimmten Wellenlängenabstand λs, zwischen sich angeordnet sind. Der Wellenlängenabstand λs ist die Bandpaßzone, wobei die Mitte dieser Zone λB die Mitte des Bandpaßprofils ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die Breitband-Reflexionsprofile 100 und 102 lassen sich in bekannter Weise als gechirpte oder aperiodische Berechnungsindex-Veränderungsverteilung entlang dem Kern der Faser erzeugen, wie dies in der anhängigen US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 08/169 796 mit dem Titel "Method and Apparatur for Forming Aperiodic Gratings and Optical Fibers" diskutiert ist.
Bislang wurden breitbandige (z. B. 15 nm) Gitter in stark fotoempfindlichen, mit Wasserstoff beladenen Fasern ausgebildet. Breitere gechirpte Gitter lassen sich interferometrisch dadurch herstellen, daß man geeignete Krümmungsradien an den interferierenden Strahlen plaziert. Eine weitere Methode besteht in der Verwendung bekannter Phasenmasken mit eincodierten Gitterchirp- und Übertragungskerben-Profilen, die durch Belichtung das passende Gitterprofil zuverlässig und wiederholbar in die Faser einbringen.
Erneut auf Fig. 3 Bezug nehmend, kann der Koppler 122, 180, 200, 220 ein durch Schmelzen verjüngter Koppler sein, wie er derzeit im Handel für fotoempfindliche Fasern erhältlich ist, beispielsweise Corning SMF 28. Da diese Technologie gut eingeführt ist, besteht die Möglichkeit, solche sich verjüngenden Koppler in stärker fotoempfindlichen Spezialfasern auszubilden. Darüber hinaus ist auch die Verwendung von Methoden wie z. B. des Wasserstoff-Beladens zur Steigerung der Faser-Fotoempfindlichkeit möglich. Um den Wirkungsgrad zu maximieren, sollten die Gitter in hohem Maß reflektierend und ausreichend breitbandig sein, um die erforderliche Bandbreite des Wellenlängen-Multiplexsystems abzudecken. Das Aufrechterhalten relativ kurzer Interferometer-Arme, auf denen die Gitter plaziert sind, tragen zum Minimieren der Interferometer-Empfindlichkeit durch Umgebungseffekte bei. Außerdem können die Gitter eingeschrieben werden, bevor der durch Schmelzen verjüngte Koppler gehäust wird, um dadurch eine sehr kurze Distanz der Gitter bis zu dem Punkt zu erreichen, wo die Signale gekoppelt werden. Außerdem müssen, wie oben und in dem OFC-Veranstaltungspapier diskutiert ist, die optischen Weglängen zwischen jedem der angepaßten Gitter und dessen zugehörigem Koppler gleich sein oder sich voneinander um ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlängen unterscheiden, damit es zu einer aufbauenden Interferenz kommt.
Nunmehr auf Fig. 5 Bezug nehmend, verwendet eine alternative Ausführungsform der Erfindung die gleiche grundlegende Koppler-/Gitter-Anordnung wie in Fig. 3, nur das hier die Eingangssignale in beide Arme des Kopplers eingespeist werden. In dieser Konfiguration besitzen die zu einem gegebenen Koppler gehörigen Gitter jeweils eine verschiedene Bandpaß-Wellenlänge, wie durch die Kurven 300 bis 314 angedeutet ist. Dies ermöglicht das Koppeln von zwei Wellenlängen in die Ausgangsfaser eines gegebenen Kopplers, im Gegensatz zu der Einkopplung von nur einer Wellenlänge. Diese Konfiguration ist effizienter als die Ausführungsform nach Fig. 3, indem sie nur halb so viel Koppler zum Koppeln der gleichen Anzahl von Wellenlängen benötigt. Es sollte gesehen werden, daß die Phasenverschiebung und das Reflexionsvermögen bei den Wellenlängen für beide Gitter gleich sein sollten, die zurück in die Koppler reflektiert werden (d. h. bei anderen als den Bandpaß-Wellenlängen), um die richtige Phasenwechselwirkung (aufbauende und auslöschende Interferenz) für den Michelson-Interferometerabschnitt der Konfiguration sicherzustellen, wie oben diskutiert.
Zur einfachen Fertigung der Ausführungsform nach Fig. 5 und zur Maximierung der Gitteranpassung können alternativ die beiden zu einem gegebenen Koppler gehörigen Gitter beide Wellenlängen durchlassen (z. B. λ&sub1; und λ&sub2; für den Koppler 122 in Fig. 5), um dadurch zwei Wellenlängen-Bandpaßzonen an jedem Gitter einzurichten, wie durch die Kurve 320 angedeutet ist. In diesem Fall hätten die Gitter für einen gegebenen Koppler identische Filterfunktionen und würden dadurch ermöglichen, daß die Gitter gleichzeitig ausgebildet werden, wobei garantiert ist, daß die Phasenverschiebung jedes Gitters bei den nicht durchgelassenen Wellenlängen die gleiche ist, wodurch die richtige Phasenwechselwirkung (aufbauende und auslöschende Interferenz) für den Michelson-Interferometerabschnitt der Konfiguration garantiert wird, wie oben diskutiert wurde.
Nunmehr auf Fig. 6 Bezug nehmend, kann die Erfindung alternativ als Demultiplexer eingesetzt werden. In diesem Fall ist das Eingangssignal 110 ein breitbandiges Wellenlängensignal mit mehreren Wellenlängen von z. B. λ&sub1; bis λ&sub8;. Wenn die Gitter mit Reflexionsprofilen gemäß den Kurven 300 bis 314 in Fig. 5 konfiguriert sind, ermöglicht jeder Zweig der Koppler mit einem zughörigen Gitter, daß die Durchlaßband-Wellenlänge als Ausgangssignal durchläuft, wie durch die ausgezogenen Linien 400-414 angedeutet ist. In diesem Fall tritt ein Teil jeder Eingangswellenlänge aus den Ports 120, 150 aus. Wenn die Gitter angepaßt sind und mit den Reflexionsprofilen gemäß den Kurven 131, 185, 205 und 225 gemäß Fig. 3 konfiguriert sind, sind alternativ den beiden Zweigen jedes Kopplers Gitter zugeordnet, die die gleiche Durchlaßband-Wellenlänge durchlassen, so daß nur ein Zweig für ein Ausgangssignal verwendet werden muß, wie durch die gestrichelten Linien 420 bis 426 angedeutet ist. Auch in diesem Fall wird der Trenner 114 nicht benötigt.
Gemäß vorliegender Anmeldung nimmt die Erfindung ein Eingangssignal mit einer Mehrzahl von Wellenlängen und demultiplext die Wellenlängen auf eine von mehreren Ausgangsleitungen, um dadurch einen effektiven Demultiplexer für sämtliche Faserwellenlängen zu bilden. Außerdem wird der Trenner 114 am Eingang des Bauelements dann nicht benötigt, wenn die oben diskutierte Michelson-Interferometer-Koppler-Gitter-Anordnung dafür sorgt, daß aus dem Eingangsport 120 des Kopplers 120 keine reflektierten Wellenlängen hinausgelangen, wie dies ansonsten der Fall wäre.

Claims

1. Optischer Wellenlängenmultiplexer, umfassend:

a) mehrere Optokoppler (122, 180, 200, 220), jeweils mit einem entsprechenden Eingangsport (120), zwei entsprechenden bidirektionalen Ports (124, 126) und einem entsprechenden Ausgangsport (150), und jeweils ausgefegt zum Koppeln eines vorbestimmten Anteils eines entsprechenden ersten Eingangssignals an dem entsprechenden Eingangsport (120) auf die beiden bidirektionalen Ports (124, 136) als gekoppeltes Eingangslicht;

b) wobei die Koppler (122, 180, 200, 220) miteinander in einer sequentiellen Reihe verbunden sind, das Ausgangsport (150) jedes Kopplers (122, 180, 200, 220) mit dem Eingangsport (120) des nächsten Kopplers innerhalb der Reihe verbunden ist, ausgenommen den letzten der Koppler innerhalb der Reihe;

c) ein Paar reflektierender Elemente (130, 142, 182, 184, 220, 204, 222, 224) entsprechend jedem der Koppler (122, 180, 200, 220), wobei jedes Paar sich in dem Lichtpfad befindet, der von einem der beiden bidirektionalen Ports (124, 136) ausgeht, und jedes der Elemente ein vorbestimmtes Reflexionsprofil besitzt;

d) wobei die reflektierenden Elemente (130, 142, 182, 184, 220, 204, 222, 224) jeweils ein vorbestimmtes Wellenlängenband des auf sie auftreffenden gekoppelten Eingangslichts auf ein zugehöriges der beiden bidirektionalen Ports (124, 136) als reflektiertes Eingangslicht zurückreflektiert;

e) ein vorbestimmter Anteil von jedem reflektierten Eingangslicht, welches in das entsprechende der beiden bidirektionalen Ports (124, 136) erneut eintritt, von dem Koppler (122, 180, 200, 220) auf das entsprechende Ausgangsport (150) und das entsprechende Eingangsport (130) gekoppelt wird;

f) wobei die reflektierenden Elemente (130, 142, 182, 184, 220, 204, 222, 224), jeder der Koppler (122, 180, 200, 220) und die optischen Weglängen, die von dem gekoppelten Eingangslicht durchlaufen werden, eine kumulative Phasenverschiebung in der Weise aufweisen, daß Licht, welches auf das entsprechende Eingangsport (120) gekoppelt wird, auslöschend an dem entsprechenden Eingangsport (120) interferiert, und daß Licht, welches auf das entsprechende Ausgangsport (150) gekoppelt wird, an dem entsprechenden Ausgangsport (150) aufbauend interferiert, um dadurch praktisch das gesamte entsprechende erste Eingangslicht auf das entsprechende Ausgangsport (150) zu geben;

g) wobei auf eines der paarweisen reflektierenden Elemente (130, 142, 182, 184, 220, 204, 222, 224) für jeden der Koppler (122, 180, 200, 220) ein zweites entsprechendes Eingangssignal auftrifft, und das reflektierende Element ein vorbestimmtes Wellenlängenband von dem zweiten entsprechenden Eingangssignal durchläßt, welches in ein entsprechendes von den beiden bidirektionalen Ports (124, 136) eintritt;

h) wobei ein vorbestimmter Anteil des zweiten entsprechenden Eingangssignals, welches in ein entsprechendes der beiden bidirektionalen Ports (124, 136) eintritt, von dem Koppler (122, 180, 200, 220) auf das entsprechende Ausgangsport (150) für jeden der Koppler (122, 180, 200, 220) gekoppelt wird; und

i) um dadurch ein vorbestimmtes Wellenlängenband des ersten entsprechenden Eingangssignals und ein vorbestimmtes Wellenlängenband von jedem der zweiten entsprechenden Eingangssignale für jeden der Koppler (122, 180, 200, 220) auf das Ausgangsport des letzten der Koppler (122, 180, 200, 220) innerhalb der Reihe zu koppeln.

2. Optischer Wellenlängenmultiplexer nach Anspruch 1, bei dem

a) auf das andere der paarweisen reflektierenden Elemente (130, 142, 182, 184, 220, 204, 222, 224) ein drittes entsprechendes Eingangssignal auftrifft, von dem ein vorbestimmtes Wellenlängenband durchgelassen wird, welches in ein entsprechendes der beiden bidirektionalen Ports (124, 136) eintritt;

b) ein vorbestimmter Anteil des dritten entsprechenden Eingangssignals, der in das entsprechende eine der beiden bidirektionalen Ports (124, 136) eintritt, von dem Koppler (122, 180, 200, 220) auf das Ausgangsport (150) gekoppelt wird; und

c) um dadurch ein vorbestimmtes Wellenlängenband des ersten entsprechenden Eingangssignals, des zweiten entsprechenden Eingangssignals und des dritten entsprechenden Eingangssignals auf das Ausgangsport (150) zu koppeln.

3. Optischer Wellenlängenmultiplexer nach Anspruch 1, bei dem die paarweisen reflektierenden Elemente (130, 142, 182, 184, 220, 204, 222, 224) angepaßte Reflexionsprofile aufweisen.

4. Optischer Wellenlängenmultiplexer nach Anspruch 2, bei dem die paarweisen reflektierenden Elemente (130, 142, 182, 184, 220, 204, 222, 224) passende Reflexionsprofile aufweisen.

5. Optischer Wellenlängenmultiplexer nach Anspruch 1, bei dem die reflektierenden Elemente (130, 142, 182, 184, 220, 204, 222, 224) Bragg-Gitter aufweisen.

6. Optischer Wellenlängen-Demultiplexer, umfassend:

a) mehrere Optokoppler (122, 180, 200, 220), jeweils mit einem entsprechenden Eingangsport (120), zwei entsprechenden bidirektionalen Ports (124, 126) und einem entsprechenden Ausgangsport (150), und je weils ausgelegt zum Koppeln eines vorbestimmten Anteils eines entsprechenden ersten Eingangssignals an dem entsprechenden Eingangsport (120) auf die beiden bidirektionalen Ports (124, 136) als gekoppeltes Eingangslicht;

b) wobei die Koppler (122, 180, 200, 220) miteinander in einer sequentiellen Reihe verbunden sind, das Ausgangsport (150) jedes Kopplers (122, 180, 200, 220) mit dem Eingangsport (120) des nächsten Kopplers (122, 180, 200, 220) innerhalb der Reihe verbunden ist, ausgenommen den letzten der Koppler innerhalb der Reihe;

d) wobei die reflektierenden Elemente (130, 142, 182, 184, 220, 204, 222, 224) jeweils ein vorbestimmtes Wellenlängenband des auf sie auftreffenden gekoppelten Eingangslichts auf ein zugehöriges der beiden bidirektionalen Ports (124, 136) als reflektiertes Eingangslicht zurückreflektiert und mindestens eines der paarweisen reflektierenden Elemente (130, 142, 182, 202, 204, 222, 224) ein vorbestimmtes Wellenlängenband des gekoppelten Eingangslichts auf einen entsprechenden Ausgangswellenleiter koppelt;

e) ein vorbestimmter Anteil von jedem reflektierten Eingangslicht, welches in das entsprechende der beiden bidirektionalen Ports (124, 136) erneut ein tritt, von dem Koppler (122, 180, 200, 220) auf das entsprechende Ausgangsport (150) und das entsprechende Eingangsport (130) gekoppelt wird;

f) wobei die reflektierenden Elemente (130, 142, 182, 184, 220, 204, 222, 224), jeder der Koppler (122, 180, 200, 220) und die optischen Weglängen, die von dem gekoppelten Eingangslicht durchlaufen werden, eine kumulative Phasenverschiebung in der Weise aufweisen, daß Licht, welches auf das entsprechende Eingangsport (120) gekoppelt wird, auslöschend an dem entsprechenden Eingangsport (120) interferiert, und daß Licht, welches auf das entsprechende Ausgangsport (150) gekoppelt wird, an dem entsprechenden Ausgangsport (150) aufbauend interferiert, um dadurch praktisch das gesamte entsprechende erste Eingangslicht auf das entsprechende Ausgangsport (150) zu geben; und

g) um dadurch ein entsprechendes vorbestimmtes Wellenlängenband des ersten entsprechenden Eingangssignals auf die Ausgangswellenleiter jedes der Koppler (122, 180, 200, 220) zu koppeln.

7. Optischer Wellenlängendemultiplexer nach Anspruch 6, bei dem die paarweisen reflektierenden Elemente (130, 142, 182, 202, 204, 222, 224) angepaßte Reflexionsprofile besitzen.

8. Optischer Wellenlängen-Demultiplexer nach Anspruch 6, bei dem aus dem entsprechenden Eingangsport (120) kein Licht reflektiert wird.

9. Optischer Wellenlängen-Demultiplexer nach Anspruch 6, bei dem die reflektierenden Elemente (130, 142, 182, 202, 204, 222, 224) Bragg-Gitter aufweisen.

10. Optischer Wellenlängen-Demultiplexer nach Anspruch 6, bei dem der Ausgangswellenleiter eine optische Faser ist.