DE69706726T2

DE69706726T2 - Einrichtung zur optischen Signalformung für Anwendungen bei komplexen Spektral-formen

Info

Publication number: DE69706726T2
Application number: DE69706726T
Authority: DE
Inventors: Justin Boyd Judkins; Janet Renee Pedrazzani; Ashish Madhukar Vengsarkar
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1996-02-26
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: JP3527044B2; KR970062731A; CA2195259C; KR100282993B1; JPH09236720A; EP0793123A1; US5764829A; TW316953B; EP0793123B1; AU706676B2; CA2195259A1; AU1489297A; DE69706726D1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein optische Systeme und optische Formungsvorrichtungen und insbesondere optische Systeme und Vorrichtungen, die ein Gitter mit modulierter langer Periode für komplexe spektrale Formungsanwendungen einsetzen.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Optische Fasern sind Schlüsselkomponenten der modernen Telekommunikation. Diese Fasern sind dünne Glasadern, die über große Distanzen ein optisches Signal übertragen können, das eine goße Informationsmenge enthält. Eine optische Faser ist im wesentlichen ein Wellenleiter mit kleinem Durchmesser, der durch einen Kern mit einem ersten Brechungsindex gekennzeichnet ist, der von einem Mantel mit einem zweiten, kleineren Brechungsindex umgeben ist. Typische optische Fasern sind aus hochreinem Quartz mit kleinen Dotierungskonzentrationen zum Steuern des Brechungsindex gefertigt.
Wie weidlich bekannt ist, können einzelne Fasern mehrere Datenpakete tragen, die auf der Faser entweder durch Zeitmultiplexing, bei dem unterschiedlichen Paketen unterschiedliche Zeitschlitze zugewiesen sind, oder durch Wellenlängemultiplexing, bei dem unterschiedlichen Datenkanälen unterschiedliche Wellenlängen zugewiesen sind, gemultiplext werden.
Obschon Signale durch optische Fasern über große Distanzen übertragen werden können, wird die Bit- Detektion am Empfänger bei maximalen Übertragungsdistanzen, die mit dem speziellen faseroptischen System variieren können, unzuverlässig. Um dieses Problem zu lösen, werden in Intervallen längs der Faser optische Verstärker angeordnet, genauso wie herkömmliche Verstärker in analogen Koaxialkabelsystemen eingesetzt werden. Der optische Verstärker ist ein Einzelbauteil, das an seinem Ausgang eine linear verstärkte Kopie dei optischen Eingangssignals ausgibt. Der optische Verstärker ist sehr flexibel und kann für beliebige Modulationsschemata bei beliebigen Bitraten verwendet werden.
Optische Verstärker beitzen jedoch zwei mit ihrer Verwendung verknüpfte Nachteil. Wenn er in einem WDM- System verwendet wird, in dem verschiedene Wellenlängen unabhängige Informationsströme (oder Kanäle) tragen, ist zunächst die von dem Verstärker bereitgestellte Verstärkung nicht für alle Kanäle die gleiche. Dies ist der Fall, weil das Verstärkungsspektrum des Verstärkers ungleichförmig ist. Diese Ungleichförmigkeit ist selbst für Signale offensichtlich, die mit gleichen Amplituden in den Verstärker eintreten, und gilt als lineare Ungleichförmigkeit, da sie nicht von der Intensität des in den Verstärker eintretenden Impulses abhängt. In einem Erbiumdotierten Faserverstärker ist die Verstärkung beispielsweise um 1558 nm maximal. Als Folge davon wird der bei 1558 nm zentrierte Kanal am meisten verstärkt, während der Kanal bei 1555 nm nicht die gleiche Leistungshöhe haben wird, wenn er aus dem Verstärker austritt. Da diese optischen Kanäle eine Folge von Verstärkern durchlaufen, werden die optischen Impulse (Signale) wiederholt verstärkt. Auf dieser Stufe beginnt eine nichtlineare Eigenschaft der Erbium- Ionen in der Faser eine wichtige Rolle zu spielen. Diese nichtlineare Eigenschaft kann am besten als Neigung des Verstärkers beschrieben werden, die Signale zu bevorteilen, die mit höherer Amplitude eintreten; das bedeutet, daß, wenn zwei Signale in den Verstärker eintreten, das eine mit der größeren Amplitude mehr verstärkt wird. Wenn optische Signale wiederholt durch eine Folge von Verstärkern verstärkt werden, wird das ungleichförmige Verstärkungsprofil des Verstärkers in Verbindung mit den nichtlinearen Wechselwirkungen in dem Erbiumverstärker das Problem weiter verschlimmern; das heißt, das bereits hohe, bei 1558 nm zentrierte Signal wird weiter verstärkt, während das Signal bei 1555 nm mit vergleichsweise kleinerer Amplitude eine kleinere Verstärkung erfahren wird. Dies wird zu einer beschleunigten Verschlechterung der Signale führen, die nicht in der Spitze des Verstärkungspektrums des Verstärkers liegen. Es ist daher wünschenswert, die Verstärkung jedes Verstärkers oder jeder Kette von Verstärkern durch Verwendung eines optischen Signalformers hinsichtlich der Wellenlänge so flach wie möglich zu machen.
Der zweite Nachteil bei der Verwendung derzeit verfügbarer optischer Verstärker besteht darin, daß gemeinsam mit dem Signal, das verstärkt wird, ein verstärktes spontanes Rauschen (ASE) erzeugt wird, das typischerweise bei einer anderen Wellenlänge zentriert ist. Dieses Rauschen ist für die Integrität des Signals nachteilig. Bei einem Erbiumverstärker liegt die Spitze des ASE zum Beispiel bei 1532 nm. Es besteht Bedarf für ein wellenlängenabhängiges Dämpfungselement, das einen spektralen Ausschnitt aus den Wellenlängen unmittelbar benachbart zu den Signalwellenlängen entfernen wird. Dieses wellenlängenabhängige Dämpfungselement sollte insbesondere bei jeder der Signalwellenlängen eine verschwindende Dämpfung haben. Mit anderen Worten, das Übertragungsspektrum dieser Vorrichtung, die ASE entfernt, sollte keine Nebenextrema auf der langwelligen Seite seiner Haupttransmissionslücke haben, da die Signalwellenlängen schon bei einer so niedrigen Wellenlänge wie 1545 nm einsetzen können. Auf gleiche Weise besteht bei anderen Arten von Lasern und Verstärkern wie beispielsweise Ramanlasern oder - verstärkern oft Bedarf für eine ähnliche Vorrichtung ohne Nebenextrema auf der kurzwelligeren Seite.
Gitter mit langer Periode, die Licht aus einem leitungsgebundenen Mode in einen nichtleitungsgebundenen Mode koppeln, gehören zum Stand der Technik (siehe US-A-5 430 817). Ein nichtleitungsgebundener Mode ist allgemein ein Mode, der nicht auf den Kern einer optischen Faser begrenzt ist, sondern die Bereiche um den Kern nutzt, um kleine Strecken die Faser entlang zu wandern. Ein nichtleitungsgebundener Mode kann typischerweise ein Mantelmode, ein Strahlungsmode oder im Fall einer Mehrschichtfaser ein Ringmode sein. Diese Gitter mit langer Periode wirken als wellenlängenabhängige Dämpfungselemente und Vorrichtungen mit Transmissionspektren, die der invertierten Verstärkung der Verstärker entsprechen, wurden zuvor vorgestellt. Falls die Spektrenformen komplex sind, können zwei oder mehr Gitter mit langer Periode kombiniert werden, um Spektren mit mehreren Minima zu entsprechen. Dieses Verfahren beinhaltet ein mathematisches Aufbrechen des Spektrums in eine Summe von zwei (oder drei) Gaußkurven, das Herstellen jedes individuellen Filters und dann das Zusammenfügen der Vorrichtungen. Falls das Spektrum jedoch nur ein Minimum hat und asymmetrisch ist, wird das Problem des Entfaltens des Spektrums in eine Summe mehrerer symmetrischer Gaußkurven unter Verwendung mehrfacher herkömnilicher Gitter mit langer Periode nicht durchführbar.
Gitter mit kurzer Periode, deren Periode moduliert wurde, indem die Intensität des Ultraviolett(UV)-Lichts variiert wurde oder indem die optische Faser unter Spannung gesetzt wurde, während das Gitter geschrieben wird, sind ebenso bekannt, siehe J. Martin et al. "Novel writing technique of long in-fiber Bragg gratings and investigation of the linearly chirped component", CLEO '94, und R. Kashyap, "Photosensitive Optical Fibers: Devices and Applications", Optical Fiber Technology, Bd. 1, Seiten 17-34 (1994). Eine weitere Technik zur Herstellung von Gittern mit modulierter Periode ist in der EP-A-0606726 offenbart. Diese Gitter mit kurzer Periode sind jedoch zum Entfernen bestimmter spektraler Schlitze aus der optischen Faser nicht brauchbar. Bei Gittern mit kurzer Wellenlänge ändern derartige Techniken der Periodenmodulation nur die Spitzenwellenlänge, verbreitern das Gitter und ändern die chromatische Dispersion. Sie sind nicht in der Lage, dem invertierten Spektrum des mit Seltenen Erden dotierten Verstärkers zu bilden zu entsprechen. Da sie Gitter mit kurzer Periode sind, reflektieren sie das Licht zudem rückwärts zur Ausbreitungsrichtung im Kern und sind nicht in der Lage, Licht aus dem Kern in Vorwärtsrichtung wirkungsvoll in den Mantel zu entfernen. Sie sind daher nicht wirksam, um eine unerwünschte Verstärkung bei einer gegebenen Wellenlänge zu entfernen oder um komplexe Spektren aus dem Kern zu entfernen, ohne Rückwärtsreflexionen zu bewirken.
Daher besteht in der Technik Bedarf für eine optische Formungsvorrichtung, die selektiv so gestaltet werden kann, daß sie asymmetrischen spektralen Formen entsprechen, die typischerweise von mit Seltenen Erden dotierten Verstärkern erzeugt werden, um dadurch eine unerwünschte Verstärkung bei einer gegebenen Wellenlänge zu entfernen oder um komplexe Spektren aus dem Kern der optischen Faser zu entfernen. Die optische Formungsvorrichtung der vorliegende Erfindung sieht eine solche Vorrichtung vor.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung sieht eine optische Signalformungsvorrichtung wie in Anspruch 1 definiert vor.
Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet, zumindest einen Teil einer kurzen, auf einer kurzwelligen Seite eines Minimums liegenden Wellenlänge in den Mantel abzulenken, um dadurch ein asymmetrisches optisches Signal zu erzeugen, das Nebenextrema auf der kurzwelligen Seite des Minimums aufweist. Vorzugsweise lenkt das Gitter jedoch einen erheblichen Teil der kurzen Wellenlänge in den Mantel ab, um sie im wesentlichen aus dem Spektrum zu entfernen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen an die optische Faser angekoppelten optischen Verstärker. Der optische Verstärker ist von herkömmlicher Bauform, vorzugsweise ein mit Seltenen Erden dotierter Verstärker wie beispielsweise ein mit Erbium dotierter Verstärker, und ist in der Lage, ein verstärktes, asymmetrisches optisches Signal zu der optischen Faser zu übertragen. Bei diesen Anwendungen ist das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet, zumindest einen Teil des verstärkten, asymmetrischen optischen Signals zum Mantel abzulenken und vorzugsweise einen erheblichen Teil des verstärkten, asymmetrischen optischen Signals zum Mantel abzulenken.
Der optische Verstärker kann ein verstärktes, asymmetrisches optisches Signal erzeugen, das eine kurze Wellenlänge auf einer kurzwelligen Seite eines Minimums des asymmetrischen optischen Signals aufweist. In solchen Fällen kann das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet sein, zumindest einen Teil der kurzen Wellenlänge zum Mantel und vorzugsweise einen erheblichen Teil der kurzen Wellenlänge in den Mantel abzulenken. Alternativ kann der optische Verstärker ein verstärktes, asymmetrisches optisches Signal erzeugen, das eine lange Wellenlänge auf einer langwelligen Seite eines Minimums des verstärkten, asymmetrischen optischen Signals aufweist. In solchen Fällen kann das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet sein, zumindest einen Teil und vorzugsweise einen erheblichen Teil der langen Wellenlänge zum Mantel abzulenken.
In jenen Fällen, in denen der optische Verstärker dem verstärkten, asymmetrischen optischen Signal eine Verstärkung verleiht, kann das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet sein, einen vorbestimmten Betrag der Verstärkung zum Mantel abzulenken.
Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Signalformungsvorrichtung vorgesehen, wie es in Anspruch 10 definiert ist.
Bei einer Ausführungsform umfaßt der Schreibschritt den Schritt des Variierens der Intensität des Schreibstrahls auf der vorbestimmten Länge. Bei einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Schreibschritt folgende Schritte: 1) Plazieren einer Gittermaske über der optischen Faser längs der vorbestimmten Länge, und 2) Aufbringen des Schreibstrahls durch die Gittermaske mit langer Periode hindurch auf die optische Faser, wobei die Gittermaske mit langer Periode eine Mehrzahl darin ausgebildeter, ungleichförmig beabstandeter Schlitze aufweist, um dadurch eine Mehrzahl ungleichförmig beabstandeter Brechungsindexstörungen auf zumindest einem Teil der vorbestimmten Länge des Gitters mit langer Periode auszubilden.
Bei einem weiteren Aspekt des vorliegenden Verfahrens umfaßt der Schreibschritt den Schritt des Variierens der Verweildauer des Schreibstrahls auf der vorbestimmten Länge, oder kann alternativ den Schritt des Dehnens der optischen Faser auf der vorbestimmten Länge umfassen.
Bei einem weiteren Aspekt des vorliegenden Verfahrens umfaßt der Schreibschritt ein Schreiben des Gitters mit langer Periode, um zumindest einen Teil einer auf einer langwelligen Seite eines Minimums gelegenen langen Wellenlänge in den Mantel abzulenken, um dadurch ein asymmetrisches optisches Signal zu erzeugen, das Nebenextrema auf der langwelligen Seite aufweist.
Bei einem weiteren Aspekt des vorliegenden Verfahrens umfaßt der Schreibschritt ein Schreiben des Gitters mit langer Periode, um zumindest einen Teil einer kurzen Wellenlänge auf einer kurzwelligen Seite eines Minimums in den Mantel abzulenken, um dadurch ein asymmetrisches optisches Signal zu erzeugen, das Nebenextrema auf der kurzwelligen Seite der Minima aufweist.
Bei einem weiteren Aspekt des vorliegenden Verfahrens weist das verstärkte, asymmetrische optische Signal eine kurze Wellenlänge auf einer kurzwelligen Seite eines Minimums des asymmetrischen optischen Signals auf, und das Gitter mit langer Periode ist dafür eingerichtet, zumindest einen Teil der kurzen Wellenlänge zum Mantel abzulenken. Alternativ kann das verstärkte, asymmetrische optische Signal eine lange Wellenlänge auf einer langwelligen Seite eines Minimums des verstärkten, asymmetrischen optischen Signals aufweisen, und das Gitter mit langer Periode ist dafür eingerichtet, zumindest einen Teil der langen Wellenlänge zum Mantel abzulenken.
Im Vorstehenden wurden die Merkmale und technischen Vorteile der vorliegenden Erfindung ziemlich allgemein skizziert, so daß Fachleute die ausführliche Beschreibung der Erfindung, die folgt, besser verstehen. Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden beschrieben werden, die den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung bilden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile, wird nun Bezug auf die folgenden Beschreibungen genommen, die in Verbindung mit den folgenden beigefügten Zeichnungen erfolgen:
Fig. 1 stellt eine Skizze eines optischen Systems dar, in dem die vorliegende Erfindung verwendet wird;
Fig. 1A stellt eine Skizze eines einlaufenden, schwachen optischen Signals dar, wie es durch den optischen Verstärker läuft, wie es durch die optische Signalformungsvorrichtung läuft und wie es die optische Signalformungsvorrichtung verläßt;
Fig. 2 stellt eine Skizze eines Gerätes dar, das bei der Herstellung der optischen Signalformungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung nützlich ist;
Fig. 3 stellt einen schematischen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Signalformungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 4A stellt eine graphische Auftragung eines herkömmlichen, einfachen Gitters mit einheitlicher langer Periode dar;
Fig. 4B stellt das symmetrische Spektrum dar, das von dem herkömmlichen Gitter mit langer Periode erzeugt wird;
Fig. 5 stellt das komplexe, asymmetrische Ausgnagsspektrum eines herkömmlichen, mit Erbium dotierten Verstärker dar;
Fig. 6A stellt eine graphische Auftragung eines Gitters mit komplexer, nicht einheitlicher langer Periode der vorliegenden Erfindung dar, die die veränderliche Intensität oder Periodizität längs des Gitters zeigt;
Fig. 6B stellt ein komplexes, asymmetrisches Spektrum dar, das von dem Gitter der Fig. 6A erzeugt wird und das durch die durchgezogene Linie mit Nebenextrema gezeigt wird, die auf der langelligen Seite eines Minimums ausgebildet werden, während die gestrichelte Linie das herkömmliche Spektrum wiedergibt, das zuerst in Fig. 5B oben dargestellt wurde;
Fig. 7A stellt eine graphische Auftragung eines Gitters mit komplexer, nicht einheitlicher langer Periode der vorliegenden Erfindung dar, die die veränderliche Intensität oder Periodizität längs des Gitters zeigt, das das Spektrum der Fig. 7B unten erzeugt;
Fig. 7B stellt ein komplexes, asymmetrisches Spektrum dar, das von dem Gitter der Fig. 7A erzeugt wird und das durch die durchgezogene Linie mit Nebenextrema gezeigt wird, die auf der kurzwelligen Seite eines Hauptminimums ausgebildet werden, während die gestrichelte Linie das herkömmliche Spektrum wiedergibt, das zuerst in Fig. 5B oben dargestellt wurde;
Fig. 8A stellt eine graphische Auftragung eines Gitters mit komplexer, nicht einheitlicher langer Periode dar, die die veränderliche Intensität oder Periodizität längs des Gitters zeigt, das das Spektrum in Fig. 8B unten erzeugt;
Fig. 8B stellt ein komplexes, asymmetrisches Spektrum dar, das von dem Gitter der Fig. 8A erzeugt wird;
Fig. 9A stellt einen Graph der Verweildauer eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung des Gitters mit langer Periode der vorliegenden Erfindung dar; und
Fig. 9B stellt das komplexe, asymmetrische Spektrum mit einem Nebenextremum auf der kurzwelligen eines Hauptminimums dar, das von dem Gitter der Fig. 9A erzeugt wird.
Fig. 10A stellt einen Graph der Periodizität eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung des Gitters mit langer Periode der vorliegenden Erfindung dar; und
Fig. 10B stellt das komplexe, asymmetrische Spektrum mit einem Nebenextremum auf der langwelligen eines Hauptminimums dar, das von dem Gitter der Fig. 10A erzeugt wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Bezug zuerst auf Fig. 1 nehmend, ist dort eine Skizze eines optischen Systems 10 dargestellt, in dem die vorliegende Erfindung eingesetzt wird. Wie gezeigt ist, wird ein optisches Signal 12 über eine herkömmliche optische Faser 14 übertragen. Bei maximalen Übertragungsentfernungen wird das optische Signal 12 schwach, wodurch es nötig wird, es zu verstärken, um eine Übertragung der Daten mit hoher Qualität sicherzustellen. Das schwache optische Signal 12 tritt in einen herkömmlichen optischen Verstärker 16 ein und wird uneinheitlich verstärkt, wie durch das schematische Spektrum 18 gezeigt ist, in dem jede der vertikalen Linien in dem schematischen Spektrum 18a eine unterschiedliche Wellenlänge darstellt.
Wie zuvor erläutert, ist der optische Verstärker 16 eine einzelne Komponente, die an ihrem Ausgang eine linear verstärkte Kopie des optischen Eingangssignals 12 liefert. Während das optische Signal 12 von dem optischen Verstärker 16 verstärkt wird, erfahren die verschiedenen Kanäle jedoch unglücklicherweise verschiedene Verstärkungen und werden mit unterschiedlichen Amplituden 18a ausgegeben. Falls dem optischen Signal 18 eine Verstärkung zu Teil wird, wird es fortgesetzt weiter verstärkt, während es aufeinanderfolgende optische Verstärker durchläuft, die längs der optischen Faser 14 angeordnet sind. An einem bestimmten Punkt wird die mit der Mittenwellenlänge verknüpfte Verstärkung auf Kosten der benachbarten Wellenlängen erworben, wodurch diese für Datenübertragungszwecke im wesentlichen nutzlos werden. Ebenso können spektral abhängige Rauschquellen auf beiden Seiten der verstärkten Wellenlänge dem optischen Signal 18 effektiv Verlust zufügen. Daher ist es höchst wünschenswert, eine optische Signalformungsvorrichtung 20 der vorliegenden Erfindung, wie beispielsweise ein Gitter 20a mit langer Periode, in der optischen Faser 14 zu plazieren, um jegliche derartige Verstärkung oder Wellenlängen zu entfernen. Bei einem typischen Gitter mit langer Periode beträgt das zurückreflektierte Licht weniger als 1% des übertragenen Lichts, im Gegensatz zu Gittern mit kurzer Periode, bei denen ein beträchtlicher Teil des Lichtes reflektiert wird. Das veränderte und ausgeglichene Spektrum 22 veranschaulicht, wie die optische Formungsvorrichtung 20 die unerwünschte Verstärkung aus dem Spektrum entfernt, um einen guten Übertragungspegel auszubilden. Die optische Signalformungsvorrichtung 20 kann in der optischen Faser 14 entweder vor dem optischen Verstärker 16, in der Mitte des optischen Verstärker 16 (d. h. zwischen zwei Abschnitte der mit einer Seltenen Erde dotierten Faser eingesetzt) oder hinter dem optischen Verstärker 16 plaziert werden. Die bevorzugte Position der optischen Formungsvorrichtung 20 ist jedoch in der Mitte des optischen Verstärkers 16. Wie unten ausführlich erläutert wird, kann die optische Formungsvorrichtung 20 dafür eingerichtet sein, entweder die unerwünschte Verstärkung oder Rauschwellenlängen oder beide zu entfernen, um das verstärkte, aber abgeglichene optische Signal 22 zu erzeugen.
In Fig. 1A ist schematisch ein achtkanaliges System mit Wellenlängenmultiplexing dargestellt. Das einlaufende, schwache optische Signal 12 tritt in den optischen Verstärker ein, der das Verstärkerspektrum 18 erzeugt. Die gestrichelte Linie 24 repräsentiert den bevorzugten Verstärkungsumfang, der für eine gute Datenübertragung notwendig ist. Wie in der Darstellung gezeigt ist, verleiht der optische Verstärker bestimmten Wellenlängen 28 eine zusätzliche Verstärkung 26, die durch den Teil der vertikalen Linien wiedergegeben wird, der sich über die gestrichelte Linie 24 erstreckt. Die optische Formgebungsvorrichtung erzeugt ein Spektrum 30, das im wesentlichen das invertierte Ebenbild des Verstärkerspektrums 18 ist und das die verliehene Verstärkung 26 beseitigt, die durch jenen Teil der vertikalen Linien dargestellt wird, der sich über die durchgezogene Linie erstreckt, um das abgeglichene verstärkte Signal 22 zu erzeugen.
Wenn man sich nun Fig. 2 zuwendet, ist dort eine Skizze eines Gerätes dargestellt, das bei der Herstellung der optischen Signalformungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung nützlich ist. Die optische Faser 14 ist vorzugsweise eine optische Monomode-Faser, die einen Quartzkern 32 aufweist, der mit einem photosensitiven Material wie beispielsweise Germanium, Phosphor, Zinn oder elektrooptischen oder magnetooptischen Materialien dotiert ist. Die Faser 14 kann außerdem mit molekularem Wasserstoff oder Deuterium beladen sein, um ihre Photosensitivität zu erhöhen. Die optische Signalformungsvorrichtung kann dann beschrieben werden, indem der Kern 32 selektiv mit einem Strahl intensiven Lichts belichtet wird. Die optische Signalformungsvorrichtung besteht aus einem Gitter mit langer Periode mit einem ungleichförmigen Brechungsindexprofil, das sich über zumindest einen Teil ihrer Länge erstreckt und dafür eingerichtet, das optische Signal zu verändern, um ein asymmetrisches optisches Signal zu erzeugen. Die Länge der optischen Signalformungsvorrichtung kann mit der Anwendung variieren, aber typischerweise reicht ihre Länge von etwa einem Zentimeter bis etwa fünf Zentimeter. Einige der Verfahren zum selektiven Belichten des Kerns 32 mit dem Schreibstrahl umfassen ohne aber notwendigerweise darauf beschränkt zu sein: 1) das Variieren der Verweildauer des Strahls in Abhängigkeit von der vorbestimmten Länge der optischen Signalformungsvorrichtung, 2) das Variieren der Intensität des Strahls in Abhängigkeit von der Länge der optischen Signalformungsvorrichtung, 3) das Variieren der Periodizität in Abhängigkeit von der Länge der optischen Signalformungsvorrichtung oder 4) das Dehnen der optischen Faser 14 während der Belichtung durch den Strahl. Die bevorzugte Belichtungsquelle ist Ultraviolettstrahlung aus einem Kryptonfluorid (KrF) Excimerlaser 34, obgleich auch andere Lichtquellen verwendet werden können, die bei photosensitiven Belichtungsverfahren benutzt werden. Eine korrekte Beabstandung oder Lichtintensität, die von dem Spektrum des speziellen optischen Verstärker abhängt, kann bewirkt werden, indem der Kern 32 der optischen Faser mit einem Laserstrahl mit variierenden, über die Länge der optischen Formungsvorrichtung verteilten Intensitäten belichtet wird. Die bevorzugte Intensität des Lasers 34 beträgt 100 mJ/cm², wobei der Laser 34 vorzugsweise eine Emissionswellenlänge gleich 248 nm aufweist. Alternativ kann die optische Faser 14 wie in Fig. 2 gezeigt mit einem breiten Strahl aus einem Laser 34 durch eine Amplitudenmaske 36 belichtet werden, die eine Mehrzahl transparenter Schlitze 38 mit einem variablen Abstandsmuster Λ&sub1;, Λ&sub2;, Λ&sub3;, ... etc. und einer variierenden Abstandsbreite w&sub1;, w&sub2;, w&sub3;, w&sub4; etc. vorsieht. Die Belichtungsdosis für jeden Schlitz 38 liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 1000 Pulsen mit > 100 mj/cm² Leuchtstärke/Puls und die Zahl und die Abstände der Störungen verfügen abhängig von der speziellen optischen Formungsvorrichtung über großen Spielraum.
Welches Verfahren auch eingesetzt wird, das Ergebnis ist jedoch eine optische Formungsvorrichtung mit einem uneinheitlichen Brechungsindexprofil, das sich zumindest über einen Teil der Länge der optischen Formungsvorrichtung erstreckt und dafür eingerichtet ist, das optische Eingangssignal zu verändern, um ein asymmetrisches optisches Ausgangssignal zu erzeugen, wobei zumindest ein Teil des optischen Signals abhängig von der Anmeldung entweder zum Kern oder zum Mantel abgelenkt wird. Ein uneinheitliches Brechungsindexprofil, wie es hier verwendet wird, ist eines, das ein asymmetrisches optisches Spektrum erzeugt.
Mit "im wesentlichen asymmetrisch" ist gemeint, daß die Nebenextrema auf nur einer Seite des Hauptminimums in der Lage sind, effektiv Daten zu übertragen. In solchen Fällen können diese Nebenextrema auf beiden Seiten des Hauptminimums auftreten, aber nur die Nebenextrema auf einer Seite des Hauptminimums sind in der Lage, effektiv Daten in der nach vorne gerichteten Ausbreitungsrichtung zu übertragen. Bei vielen optischen Systemen muß der Übertragungseinbruch für ein gegebenes Nebenextremum etwa 0,5 dB oder weniger betragen, bevor Daten bei der Wellenlänge dieses Nebenextremums effektiv übertragen werden können.
Die Ungleichförmigkeit des Brechungsindexprofils kann sich nur über einen Teil der optischen Formungsvorrichtung oder über die volle Länge der optischen Formungsvorrichtung erstrecken. Diese längs der optischen Formungsvorrichtung variierenden Brechungsindizes hängen von der Art und Weise ab, wie das Brechungsindexprofil in die optische Formungsvorrichtung eingeschrieben wird; die Breite w der Störungen wird variiert und die Intensität des Schreibstrahls, die Stärke der Dehnung, die der optische Faser 14 während der Belichtung des Kerns 32 mit dem Strahl auferlegt wird, oder die Verweildauer des Schreibstrahls längs der optischen Formungsvorrichtung können variiert werden. Die Formulierung "Verweildauer" meint so wie sie hier verwendet wird, die Zeitdauer an einem bestimmten Punkt längs der optischen Formungsvorrichtung, während der der Kern 32 mit dem Strahl belichtet wird.
Nun Bezug auf Fig. 3 nehmend, ist dort ein schematischer Querschnitt einer Ausführungsform einer optischen Formungsvorrichtung 20 der vorliegenden Erfindung dargestellt, die ein Stück einer optische Faser 14 zum Übertragen eines optischen Signals in einem Vorwärtsausbreitungsmode umfaßt. Die optische Faser 14 weist einen Kern 32 mit einem vorbestimmten Brechungsindex n&sub1; auf, der von einem Mantel 40 mit einem niedrigeren vorbestimmten Brechungsindex n&sub2; umgeben ist. Bei einigen Ausführungsformen kann der Mantel 40 mehrere Schichten mit unterschiedlichen Indizes umfassen, die jede einen unterschiedlichen Brechungsindex besitzen. Auch muß der Brechungsindex n&sub1; des Kerns 32 nicht notwendigerweise eine Stufenfunktion sein, sondern kann über den Kern 32 hinweg radial variieren. Der Kern 32 umfaßt vorzugsweise eine oder mehrere optische Formungsvorrichtungen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Gitter mit langer Periode eine Mehrzahl von Indexstörungen p&sub1;, p&sub2;, p&sub3;, p&sub4;, PS, etc. mit variierender Breite w&sub1;, w&sub2;, w&sub3;, ....., etc. die durch einen variierenden Periodenabstand Λ&sub1;, Λ&sub2;, etc. (d. h. Periodizität) beabstandet sind. Die Störungen p&sub1;, p&sub2;, p&sub3; p&sub4;, p&sub5;, ...., etc. weisen jeweils einen unterschiedlichen Brechungsindex auf, der innerhalb des Kerns 32 ausgebildet ist. Die Störungen p&sub1;, p&sub2;. p&sub3;, p&sub4;, p&sub5;, ..., etc. sind vorzugsweise unter einem Winkel θ (2º ≤ θ ≤ 90º) zur Längsachse der optischen Faser 14 ausgebildet. Bei derartigen Konfigurationen ist die optische Faser 14 dafür ausgelegt, ein breitbandiges optisches Signal der Wellenlänge λ zu übertragen.
Ein Gitter mit langer Periode, so wie es in der vorliegende Erfindung verwendet wird, ist ein Gitter mit einer Periodizität größer als die Wellenlänge des Lichtes (typischerweise größer als 2 Mikrometer), das einen leitungsgebundenen Mode in einer optischen Faser in einen sich vorwärts ausbreitenden nichtleitungsgebundenen Mode der optischen Faser koppelt; das heißt, das optische Signal wird nicht reflektiert wie bei einem Gitter mit kurzer Periode. Ein nichtleitungsgebundener Mode könnte entweder ein Mantelmode, ein Strahlungsmode oder im Falle eines mehrschichtigen Wellenleiters ein Ringmode sein. Der Kern des Wellenleiters ist als der Mittelbereich des Wellenleiters mit erhöhtem Index definiert. Das Gitter mit langer Periode 20a arbeitet nach dem Prinzip, daß für eine gegebene Periodizität Λ der leitungsgebundene Kernmode in den nichtleitungsgebundenen Mantelmode auskoppelt, wenn die folgende Phasenanpassungsbedingung erfüllt ist: nKern - nMantel = λ/Λ, wobei nKern der effektive Index des Kernmodes, nMantel der effektive Index des Mantelmodes und λ die Wellenlänge des optischen Signals ist, bei der die Gleichung erfüllt ist. Mit effektivem Indizes der Moden ist gemeint, daß die Ausbreitungskonstante β der einzelnen Modes durch die Ausbreitungskonstante k des freien Raums dividiert wird, wobei k = 2π/λ, so daß nKern = βKern/k und nMantel = βMantel/k. Die obige Phasenanpassungsbedingung zeigt, daß man jeden beliebigen zugänglichen der drei freien Parameter variieren kann, insbesondere den effektiven Index des Kerns 32, den effektiven Index des Mantels 40 oder die Periodizität des Gitters 20a, oder die Wellenlänge ändern kann, bei der die Vorrichtung arbeitet. Allgemein hängen die effektiven Indizes des Kerns nKern und Mantels nMantel direkt von den Brechungsindizes (einer Materialeigenschaft) sowohl des Kerns n&sub1; als auch des Mantels n&sub2; ab.
Dieses allgemeine Verständnis vorausgesetzt, wurden Gleichungen für gekoppelte Moden formuliert, die Vorhersagen darüber erlauben, wie viel des Kernmodes bei einer beliebigen Wellenlänge in den Mantelmode gehen wird, und es daher erlauben, das optische Spektrum genau vorherzusagen. Die Gleichungen für gekoppelte Moden berücksichtigen den Kernmode. Sie berücksichtigen den Mantelmode und sie verkoppeln die beiden Moden miteinander unter Verwendung der Brechungsindexstörungen, die in der optischen Formungsvorrichtung 20 der vorliegende Erfindung ausgebildet sind. Diese Gleichungen sehen somit einen Weg vor, um vorherzusagen, wie die Kern- und Mantelmoden durch die optische Formungsvorrichtung 20 beeinflußt werden.
In einem Wellenleiter existieren zwei Moden mit Amplituden U&sub0;(z) und V&sub0;(z). Diese Moden breiten sich gemeinsam aus und berühren einander in dem Bereich, in dem eine Δ&epsi; Störung des Wellenleiters existiert. Diese Moden U und V entwickeln sich gemäß der Gleichungen für gekoppelte Moden:
dU&sub0;/dZ = j[k&sub1;U0 + k&sub1;&sub2;V&sub0;ejδz] (1)
dV&sub0;/dZ = j[k&sub2;&sub1;U&sub0;ejδz + k&sub2;&sub2;V] (2)
wobei δ = βu - βv.
Die Gleichungen können reduziert werden, indem folgende Ersetzungen vorgenommen werden:
U&sub0; = U&sub1;ejk11z
V&sub0; = V&sub1;ejk22z
dU&sub0;/dz = [dU&sub1;/dz + jk&sub1;&sub1;U&sub1;]eJk11z
dV&sub0;/dz = [dV&sub1;/dz + jk&sub2;&sub2;V&sub1;]eJk22z
Die Gleichungen werden in U&sub1; und V&sub1; wie folgt ausgedrückt:
dU&sub1;/dz = jk&sub1;&sub2;V&sub1;ej(k22 - k11 + δ)z (3)
dU&sub1;/dz = jk&sub2;&sub2;U&sub1;e-j(k22 - k11 + δ)z (4)
Eine Differentialgleichung zweiter Ordnung kann dann nur für U&sub1; wie folgt erzeugt werden:
d²U1/dz² - j(k&sub2;&sub2; - k&sub1;&sub1; + δ) dU&sub1;/dz + k&sub1;&sub2;k&sub2;&sub1;U&sub1; = 0 (5)
Unter Verwendung von Gleichung (5) können U&sub1; und dU&sub1;/dz an der Position z&sub2; aufgelöst werden, falls U&sub1; und dU1/dz an der Position z&sub1; bekannt sind und falls k&sub2;&sub2;, k&sub1;&sub1; und δ zwischen z&sub1; und z&sub2; konstant sind. Die Lösung für Gleichung (5) wird dann:
U&sub1;(z) - Aeαz + Beβz
in einem Bereich mit einheitlichem Brechungsindex. Die Lösung für U&sub1; längs des Gitters wird erhalten, indem man mit z&sub1;, z&sub2;, ... zn+1 schrittweise längs des Gitters fortschreitet und bei jedem Schritt neue Koeffizienten A, B, α und β berechnet. Die endgültige Lösung für die übertragene Intensität lautet:
U&sub0; ² = UU*
Das Spektrum von einem beliebigen optischen Verstärker kann durch herkömmliche Verfahren bestimmt werden. Um die unerwünschten Anteile des Spektrums des optischen Verstärkers zu entfernen, kann eine optische Formungsvorrichtung entwickelt werden, die ein invertiertes Spektrum des Spektrums des optischen Verstärkers erzeugt, um diese unerwünschten Teile zu entfernen, seien es in Form einer unerwünschten Verstärkung, einer Rauschwellenlänge oder beidem. Die obigen Gleichungen können verwendet werden, um zu ermitteln, welcher uneinheitliche Brechungsindex in die optische Formungsvorrichtung geschrieben werden muß, um die unerwünschten Teile des von dem optischen Verstärker erzeugten Signals zu entfernen.
Wenn man sich nun Fig. 4A zuwendet, ist dort eine graphische Auftragung eines herkömmlichen, gleichförmigen Gitters mit langer Periode mit einer Länge z von 5 cm. dargestellt. Wie aus der Auftragung zu ersehen ist, besitzt dieses Gitter ein gleichförmiges Brechungsindexprofil, weil es keine Variation der Intensität I oder der Periodizität Λ längs des Gitters gibt.
Das von dem Gitter der Fig. 4A erzeugte Spektrum ist in Fig. 4B dargestellt. Wie gezeigt, ist das von dem gleichförmigen Gitter erzeugte Spektrum symmetrisch; das heißt, es liegt eine Symmetrie um das Hauptminimum 42 vor, das einen erheblichen Einbruch der Durchlässigkeit wiedergibt. Es ist auch ein Nebenextrema 44 der kurzwelligen Seite, das auf der kurzwelligen Seite 44a des Hauptminimums 42 auftritt, und ein Nebenextrema 46 der langwelligen Seite, das auf der langwelligen Seite 46a des Hauptminimums 42 auftritt, dargestellt. Wegen seiner Symmetrie ist das Gitter nicht in der Lage, ein von einem optischen Verstärker erzeugtes, komplexes, asymmetrisches Signal, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, auf geeignete Weise zu ändern.
Nun Bezug auf Fig. 6A nehmend, ist dort eine graphische Auftragung eines komplexen, ungleichförmigen Gitters mit langer Periode der vorliegenden Erfindung dargestellt, die ein invertiertes Gaußprofil zeigt und eine variierende Intensität I oder Periodizität Λ längs der Gitterlänge von 5 cm aufweist. Wie zuvor gesagt, wird eine Kette von Verstärkern kompensiert, weil das. Spektrum, das sich beim Senden eines breitbandigen Lichtsignals durch die Verstärker hindurch ergibt, wegen der asymmetrischen Übertragungsfunktion der Verstärker verzerrt ist. Für eine Kette von Erbiumdotierten Verstärkern, wie sie in derzeitigen Kommunikationssystemen verwendet werden, die bei einer Wellenlänge um 1550 (nm) arbeiten, liegt die Asymmetrie auf der Seite der kürzeren Wellenlängen vor. Bei dem in Fig. 6B dargestellten Spektrum liegt die Wellenlänge der Hauptspitze oder des Hauptminimums 48 typischerweise bei 1558 nm und die optischen Kanäle des Systems erstrecken sich von 1550 nm auf der kurzwelligen Seite 50 bis 1565 nm auf der langwelligen Seite 52.
Fig. 6B stellt das komplexe, asymmetrische Spektrum dar, das von dem Gitter der Fig. 6A erzeugt wird und von der durchgezogenen Linie mit den Nebenextrema 54 wiedergegeben wird, die auf der langwelligen Seite 52 eines Hauptminimums 48 ausgebildet sind. Die gestrichelte Linie 56 gibt das herkömmliche, symmetrische Spektrum wieder, das zuerst in Fig. 4B oben dargestellt wurde. Obschon die Asymmetrie gering zu sein scheint, ist eine exakte Formentsprechung innerhalb 0,1 bis 0,2 dB für viele optische Systeme kritisch. Ein Schlüsselmerkmal dieses Spektrums besteht darin, daß die Nebenextrema 56a auf der kurzwelligeren Seite 50 auf Kosten erhöhter Nebenextrema 54 auf der langwelligeren Seite 52 effektiv entfernt werden. Dieses Phänomen kann durch eine einfache Eins-zu-Eins- Entsprechung zwischen den Brechungsindexänderung und der Wellenlänge verstanden werden; falls die induzierte Brechungsindexänderung niedrig ist, sind kürzere Wellenlängen betroffen, und wenn umgekehrt die Brechungsindexänderungen zunehmen, beginnen längere Wellenlängen zum Mantel hin ausgekoppelt zu werden. Indem man die Gitterintensität wie in Fig. 6A variieren läßt, wird die Kopplung für längere und kürzere Wellenlängen räumlich getrennt. Das Spektrum wird insgesamt verbreitert werden. Zusätzlich wird angenommen, daß starke Nebenextrema auf der langwelligen Seite als Folge einer interferometrischen Schwebung zwischen dem Kernmode und dem Mantelmode auftreten. Licht mit den längeren Wellenlängen wird folglich nur teilweise in den Mantelmode gekoppelt, wenn es in das Gitter eintritt. Wenn die zwei Modes sich entlang des mittleren Bereichs ausbreiten, wird eine Phasenverschiebung eingeführt, die wellenlängenabhängig ist. Zusätzliche Kopplung tritt dann am fernen Ende des Gitters mit langer Periode auf. Weil jedoch zwischen den zwei Modes eine Phasendifferenz besteht, tritt zwischen den zwei Modes eine Schwebung auf. Das Transmissionsspektrum einschließlich der Schwebungen auf der langwelligen Seite ist in Fig. 6B gezeigt. Die invertierte Gaußkurveneigenschaft des ungleichförmigen Brechungsindexprofils erzeugt somit ein Phänomen, das als Modenschwebung bekannt ist und die erhöhten Nebenextrema 54 auf der langwelligen Seite 52 ergibt. Auf der kurzwelligen Seite 50, gibt es keine Nebenextrema. Diese vereinfachte Erklärung ist nur dafür brauchbar, ein physikalisches Verständnis des Phänomens zu gewinnen. Eine genaue quantitative Analyse erfordert die numerische Lösung der oben beschriebenen gekoppelten Modengleichungen.
Wenn man sich nun Fig. 7A zuwendet, ist dort eine graphische Auftragung eines anderen komplexen, ungleichförmigen Gitters mit langer Periode der vorliegenden Erfindung dargestellt, die eine variierende Intensität oder Periodizität längs des Gitters zeigt, das das Spektrum in Fig. 7B erzeugt. Fig. 7B veranschaulicht ein komplexes, asymmetrisches Spektrum, das von dem Gitter von Fig. 7A erzeugt wird und von der durchgezogenen Linie mit Nebenextrema 58 dargestellt wird, die auf der kurzwelligen Seite 60 eines Hauptminimums 62 ausgebildet sind, während die gestrichelte Linie 64 das herkömmliche Spektrum wiedergibt, das zuerst in Fig. 5B oben dargestellt wurde. Wenn ein Signal sich in einem Erbium-Verstärker ausbreitet, entsteht zusammen mit der Signalverstärkung Rauschen und dieses Rauschen herrscht zusammen mit der Signalverstärkung typischerweise bei um 1530 nm zentrierten Wellenlängen vor. Es ist daher erwünscht, diesen um 1530 nm zentrierten, repräsentativen Spektralabschnitt zu entfernen, ohne das Signal, das sich bei λ > 1550 nm ausbreitet, merklich zu beinträchtigen. Wenn ein gleichförmiger Strahl verwendet wird, um ein bei 1530 nm zentriertes Gitter zu schreiben, werden die Nebenextrema, die wie in Fig. 4B auf der langwelligen Seite auftreten, auch der Signalwellenlänge effektiv eine Dämpfung zufügen. Diese Dämpfung ist für die Leistung des Systems nachteilig. Wie in Fig. 7B dargestellt ist, wurden die Nebenextrema 66, die auf der langwelligen Seite 68 auftreten, entfernt, wodurch jener Teil des Spektrums für eine gute Übertragung zur Verfügung steht. Bei einigen Anwendungen können die Nebenextrema nur in hohem Maße entfernt werden; das heißt, daß der Übertragungseinbruch des Nebenextremums auf etwa 0,5 dB oder weniger reduziert wurde.
Wenn man nun Bezug auf Fig. 8A nimmt, ist dort eine graphische Auftragung eines komplexen, ungleichförmigen Gitters mit langer Periode dargestellt, die eine variierende Intensität oder Periodizität längs des Gitters zeigt, das das Spektrum in Fig. 8B erzeugt. Fig. 8B veranschaulicht ein komplexes, asymmetrisches Spektrum, das von dem Gitter von Fig. 8A erzeugt wird. Diese zwei Figuren veranschaulichen auf einfach Weise, wie die optische Formungsvorrichtung eine komplexe, asymmetrische Form erzeugen kann, ohne mehrere Gitter verketten zu müssen. Fig. 8A ist eine schematische Graphik, die ein Brechungsindex/Perioden-Profil zeigt, das mehrere Spitzen aufweist, die zu einem Spektrum mit komplizierter Form mit mehreren Maxima und Minima führen. Ein derartiges Spektrum ist nützlich, um eine Entsprechung zur Form eines einzelnen Erbium- Verstärkers über einen breiteren Wellenlängenbereich (typischerweise 30-40 nm breit) wie in Fig. 5 gezeigt zu erzeugen.
Wenn man sich nun den Fig. 9 A & 9B zuwendet, ist dort eine reale graphische Auftragung einer Kurve der Verweildauer eines Schreibstrahls für ein bevorzugtes Gitter mit langer Periode, das von der vorliegende Erfindung abgedeckt wird, beziehungsweise ein komplexes asymmetrisches Spektrum mit Nebenextrema auf der kurzwelligen Seite eines Hauptminimums dargestellt, das von dem Gitter der Fig. 9A erzeugt wird. Die optische Formungsvorrichtung wurde in eine herkömmliche dispersionsverschobene Standardfaser eingeschrieben, die in ihrem Kern annähernd 10 Molprozent Germanium aufwies. Die optische Faser wurde mit molekularem Wasserstoff (2% im Kern) beladen und dann mit einem Strahl aus einem KrF-Laser mit einer Emissionswellenlänge gleich 248 nm belichtet. Die Leuchtstärke des Strahls betrug 100 mJ/cm² und der Strahl wurde über eine Länge von etwa einem Zoll entsprechend der in Fig. 9A wiedergegebenen Verweildauern rasternd geführt. Nach dem Abschluß der Rasterung wurde das Gitter in einem Ofen bei 150ºC während 24 Stunden getempert, wodurch jeglicher in dem Kern verbliebener Restwasserstoff entfernt wurde und was auch half, jegliche instabilen Defekte zu entfernen, die in der Faser erzeugt worden sein könnten. Nachdem das Gitter aus dem Ofen entfernt wurde, wurde das resultierende Spektrum, das in Fig. 9B dargestellt ist, gemessen. Wie in Fig. 9B deutlich gezeigt ist, wurden die Nebenextrema auf der langwelligen Seite 70 des Hauptminimums 72 auf Kosten der Zufügung eines starken Extremums 72 auf der kurzwelligen Seite 74 beseitigt.
Wenn man sich nun den Fig. 10A & 10B zuwendet, ist dort eine reale Graphik, die die Periodizität als Funktion der Länge für ein bevorzugtes Gitter mit langer Periode zeigt, beziehungsweise ein komplexes asymmetrisches Spektrum mit einem Nebenextremum auf der langwelligen Seite eines Hauptminimums dargestellt, das von dem Gitter der Fig. 10A erzeugt wird. Die optische Formungsvorrichtung wurde in eine herkömmliche dispersionsverschobene Standardfaser eingeschrieben, die in ihrem Kern annähernd 10 Molprozent Germanium aufwies. Die optische Faser wurde mit molekularem Wasserstoff (2% im Kern) beladen und dann mit einem Strahl aus einem KrF-Laser mit einer Emissionswellenlänge gleich 248 nm durch eine Maske mit einer Periodizität belichtet, wie sie in Fig. 10A wiedergegeben ist. Die Leuchtstärke des Strahls betrug 100 mJ/cm² und der Strahl wurde über eine Länge von etwa einem Zoll entsprechend der in Fig. 10A wiedergegebenen Verweildauern rasternd geführt. Nach dem Abschluß der Rasterung wurde das Gitter in einem Ofen bei 150ºC während 24 Stunden getempert, wodurch jeglicher in dem Kern verbliebener Restwasserstoff entfernt wurde und was auch half, jegliche instabilen Defekte zu entfernen, die in der Faser erzeugt worden sein könnten. Nachdem das Gitter aus dem Ofen entfernt wurde, wurde das resultierende Spektrum, das in Fig. 10B dargestellt ist, gemessen. Wie in Fig. 10B deutlich gezeigt ist, wurden die Nebenextrema auf der kurzwelligen Seite 78 des Hauptminimums 80 auf Kosten der Zufügung eines starken Extremums 82 auf der langwelligen Seite 84 beseitigt.
Obschon die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile ausführlich beschrieben wurden, sollte Fachleuten klar sein, daß sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Umbauten vornehmen können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Optische Signalformungsvorrichtung (20), die ein Gitter mit langer Periode von vorbestimmter Länge aufweist, das innerhalb einer optischen Faser (14) ausgebildet ist, die einen Kern (32) mit einem vorgeschriebenen ersten Brechungsindex n&sub1; und einen Mantel mit einem vorgeschriebenen zweiten Brechungsindex n&sub2; aufweist und dafür eingerichtet ist, ein vorbestimmtes optisches Signal durch sich hindurch zu übertragen, wobei das Gitter mit langer Periode ein ungleichförmiges Brechungsindexprofil aufweist, das sich über zumindest einen Teil der vorbestimmten Länge erstreckt und dafür eingerichtet ist, das optische Signal zu verändern, um ein asymmetrisches optisches Signalübertragungsspektrum zu erzeugen, wobei zumindest ein Teil des optischen Signals von einem leitungsgebundenen Mode in einen sich vorwärts ausbreitenden, nicht leitungsgebundenen Mode abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das ungleichförmige Brechungsindexprofil eine Mehrzahl von Brechungsindexstörungen (P) umfaßt, die durch einen veränderlichen periodischen Abstand beabstandet sind, und daß das asymmetrische Spektrum derart ist, daß nur die Nebenextrema auf einer Seite eines Hauptminimums noch in der Lage sind, wirksam Daten in der Vorwärtsrichtung zu übertragen, und die Nebenextrema auf der anderen Seite effektiv entfernt wurden.

2. Optische Signalformungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der Mehrzahl von Brechungsindexstörungen eine Breite aufweist, die sich von der Breite eines Restes der Mehrzahl von Brechungsindexstörungen unterscheidet.

3. Optische Signalformungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet ist, zumindest einen Teil einer langen, auf einer langwelligen Seite eines Minimums liegenden Wellenlänge in den Mantel abzulenken, um dadurch ein asymmetrisches optisches Signal zu erzeugen, das Nebenextrema auf der langwelligen Seite aufweist.

4. Optische Signalformungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet ist, zumindest einen Teil einer kurzen Wellenlänge auf einer kurzwelligen Seite eines Minimums in den Mantel abzulenken, um dadurch ein asymmetrisches optisches Signal zu erzeugen, das Nebenextrema auf der kurzwelligen Seite des Minimums aufweist.

5. Optische Signalformungsvorrichtung nach Anspruch 1, außerdem mit einem an die optische Faser angekoppelten optischen Verstärker, der in der Lage ist, ein verstärktes, asymmetrisches optisches Signal zu der optischen Faser zu übertragen, und wobei das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet ist, zumindest einen Teil des verstärkten, asymmetrischen optischen Signals zum Mantel abzulenken.

6. Optische Signalformungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der optische Verstärker ein mit Erbium dotierter optischer Verstärker ist.

7. Optische Signalformungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das verstärkte, asymmetrische optische Signal eine kurze Wellenlänge auf einer kurzwelligen Seite eines Minimums des asymmetrischen optischen Signals aufweist und das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet ist, zumindest einen Teil der kurzen Wellenlänge zum Mantel abzulenken.

8. Optische Signalformungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das verstärkte, asymmetrische optische Signal eine lange Wellenlänge auf einer langwelligen Seite eines Minimums des verstärkten, asymmetrischen optischen Signals aufweist, und das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet ist, zumindest einen Teil der langen Wellenlänge zum Mantel abzulenken.

9. Optische Signalformungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet ist, zumindest einen vorbestimmten Teil der dem verstärkten, asymmetrischen optischen Signal verliehenen Verstärkung in den Mantel abzulenken.

10. Verfahren zur Herstellung einer optischen Signalformungsvorrichtung mit folgenden.

Verfahrensschritten:

Fokussieren eines Schreibstrahls auf eine optische Faser längs einer vorbestimmten Länge eines photosensitiven Teils der optischen Faser und

Einschreiben eines ungleichförmigen Brechungsindexprofils, das sich über zumindest einen Teil der vorbestimmten Länge erstreckt, so daß die optische Signalformungsvorrichtung dafür eingerichtet ist, das optische Signal zu verändern, um ein asymmetrisches optisches Signalübertragungsspektrum zu erzeugen, wobei zumindest ein Teil des optischen Signals von einem leitungsgebundenen Mode in einen sich vorwärts ausbreitenden, nicht leitungsgebundenen Mode abgelenkt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Einschreiben das Ausbilden einer Mehrzahl von Brechungsindexstörungen umfaßt, die durch einen veränderlichen periodischen Abstand beabstandet sind, so daß das asymmetrische Spektrum derart ist, daß nur die Nebenextrema auf einer Seite eines Hauptminimums noch in der Lage sind, wirksam Daten in der Vorwärtsrichtung zu übertragen, und die Nebenextrema auf der anderen Seite effektiv entfernt wurden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schreibschritt den Schritt des Variierens der Intensität des Schreibstrahls auf der vorbestimmten Länge umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schreibschritt folgende Schritte umfaßt: Plazieren einer Gittermaske über der optischen Faser längs der vorbestimmten Länge, und Aufbringen des Schreibstrahls durch die Gittermaske mit langer Periode hindurch auf die optische Faser, wobei die Gittermaske mit langer Periode eine Mehrzahl darin ausgebildeter, ungleichförmig beabstandeter Schlitze aufweist, um dadurch die Mehrzahl von Brechungsindexstörungen auf zumindest einem Teil der vorbestimmten Länge des Gitters mit langer Periode auszubilden und um zumindest eine aus der Mehrzahl von Brechungsindexstörungen mit einer Breite auszubilden, die sich von der Breite eines Restes der Mehrzahl von Brechungsindexstörungen unterscheidet.

13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schreibschritt den Schritt des Variierens der Verweildauer des Schreibstrahls auf der vorbestimmten Länge umfaßt.

14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schreibschritt das Dehnen der optischen Faser auf der vorbestimmten Länge umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schreibschritt ein Schreiben des Gitters mit langer Periode umfaßt, um zumindest einen Teil einer auf einer langwelligen Seite eines Minimums gelegenen langen Wellenlänge in den Mantel abzulenken, um dadurch ein asymmetrisches optisches Signal zu erzeugen, das Nebenextrema auf der kurzwelligen Seite aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schreibschritt ein Schreiben des Gitters mit langer Periode umfaßt, um zumindest einen Teil einer kurzen Wellenlänge auf einer kurzwelligen Seite eines Minimums in den Mantel abzulenken, um dadurch ein asymmetrisches optisches Signal zu erzeugen, das Nebenextrema auf der langwelligen Seite des Minimums aufweist.

17. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schreibstrahl ein Laser ist.

18. Optisches Faserübertragungssystem mit:

einer optischen Faser mit einer vorbestimmten Länge, die einen Kern mit einem vorgeschriebenen ersten Brechungsindex n&sub1; und einen Mantel mit einem vorgeschriebenen zweiten Brechungsindex n&sub2; aufweist und dafür eingerichtet ist, ein vorbestimmtes optisches Signal durch sich hindurch zu übertragen,

einer optischen Signalformungsvorrichtung mit:

einem Gitter mit langer Periode von vorbestimmter Länge, das innerhalb eines Teils der optischen Faser ausgebildet ist und ein ungleichförmiges Brechungsindexprofil aufweist, das sich über zumindest einen Teil der vorbestimmten Länge erstreckt, und dafür eingerichtet ist, das optische Signal zu verändern, um ein asymmetrisches optisches Signalübertragungsspektrum zu erzeugen, einen optischen Verstärker, der an die optische Faser angekoppelt ist und der in der Lage ist, ein verstärktes, asymmetrisches optisches Signal zu der optischen Faser zu übertragen, wobei das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet ist, zumindest einen Teil des verstärkten, asymmetrischen optischen Signals zum Mantel abzulenken,

dadurch gekennzeichnet, daß

das ungleichförmige Brechungsindexprofil eine Mehrzahl von Brechungsindexstörungen umfaßt, die durch einen veränderlichen periodischen Abstand beabstandet sind, so daß das asymmetrische Spektrum derart ist, daß nur die Nebenextrema auf einer Seite eines Hauptminimums noch in der Lage sind, wirksam Daten in der Vorwärtsrichtung zu übertragen und die Nebenextrema auf der anderen Seite effektiv entfernt wurden.

19. Optisches Faserübertragungssystem nach Anspruch 18, wobei der optische Verstärker ein mit Erbium dotierter optischer Verstärker ist.

20. Optisches Faserübertragungssystem nach Anspruch 18, wobei das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet ist, zumindest einen Teil einer kurzen Wellenlänge auf einer kurzwelligen Seite eines Minimums in den Mantel abzulenken, um dadurch ein asymmetrisches optisches Signal zu erzeugen, das Nebenextrema auf der kurzwelligen Seite des Minimums aufweist.

21. Optisches Faserübertragungssystem nach Anspruch 18, wobei das Gitter mit langer Periode dafür eingerichtet ist, zumindest einen Teil einer langen Wellenlänge auf einer kurzwelligen Seite eines Minimums in den Mantel abzulenken, um dadurch ein asymmetrisches optisches Signal zu erzeugen, das Nebenextrema auf der langwelligen Seite des Minimums aufweist.

22. Optisches Faserübertragungssystem nach Anspruch 18, wobei das Gitter mit langer Periode an den optischen Verstärker zwischen gegenüberliegenden Enden des optischen Verstärkers angekoppelt ist.