DE69736645T2

DE69736645T2 - Polarisationsunabhängiger nichtlinearer optischer Ringspiegel (NOLM)

Info

Publication number: DE69736645T2
Application number: DE69736645T
Authority: DE
Inventors: Sebastien Bigo
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: EP0788017B1; EP0788017A1; ATE339707T1; CA2196332A1; US5848205A; DE69736645D1; JPH09222620A; JP3895417B2; FR2744247A1; FR2744247B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Verarbeitung optischer Signale, die beispielsweise in einem optischen Telekommunikationssystem zirkulieren. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf eine nichtlineare optische Spiegelvorrichtung (auf Englisch NOLM), die für die Leitweglenkung, die Vermittlung oder die Modulation optischer Signale verwendet werden kann.
Dem Fachmann sind zahlreiche Ausführungen und Anwendungen der NOLMe in Photonenschaltungen bekannt, beispielsweise Telekommunikationsverbindungen über Optikfaser.
In 1 wird ein herkömmlicher NOLM gezeigt. Ganz allgemein enthält ein NOLM eine Schleife aus Optikfaser L; einen ersten Optokoppler C1 mit seinen vier Toren 1, 2, 3 und 4, wobei dieser Koppler C1 einen Kopplungskoeffizienten ξ/(1 – ξ) hat, der die Aufteilung der optischen Leistung zwischen den verschiedenen Toren beschreibt; und einen zweiten Optokoppler C2, um über eine erste Steuer-Optikfaser F3 ein erstes Steuersignal in den NOLM zu injizieren.
Die etwaige Hinzufügung eines optischen Verstärkers GL in die Schleife kann dem Ganzen eine positive Verstärkung verleihen, was daraus einen verstärkenden nichtlinearen Spiegel (NALM) macht; oder ein solcher Verstärker kann die Einsetzverluste ausgleichen, um dem Komplex eine Verstärkung um eine Einheit zu verleihen.
Das vom NOLM zu vermittelnde optische Signal wird durch die Eingangsfaser F1 am Tor 1 des Kopplers C1 eingegeben. Wir wollen zunächst den Fall eines Kopplungskoeffizienten ξ/(1 – ξ) des 50/50-Kopplers bei Nichtvorliegen eines Steuersignals an der Faser F3 beschreiben. In diesem Fall befinden sich 50 % der Leistung dieses optischen Signals an Tor 4, während die übrigen 50 % sich an Tor 3 des Kopplers C1 befinden, jedoch mit einer relativen Phasenverschiebung von π/2 Radianten (90°) zwischen den beiden. Die zwei Signale breiten sich also in entgegen gesetzten Richtungen in der Faserschleife aus, die eine Länge in der Größenordnung von 5 bis 10 km hat. Da die Lichtwege der beiden Signale identisch sind, treffen die Signale an Tor 3 beziehungsweise 4 des Kopplers C1 ein, wo sie interferieren. Der Koppler C1 führt noch eine relative Phasenverschiebung um ±π/2 ein.
Da die zwei Signale nun um ±π oder 0 verschoben sind, gibt es eine destruktive Interferenz (Phasenverschiebung um ±π) für die resultierende Welle, die zu Tor 2 des Kopplers C1 geleitet wird ist, also erfolgt keine Übertragung des Signals an die Ausgangsfaser F2. Hingegen handelt es sich bei der zu Tor 1 des Kopplers C1 gerichteten resultierenden Welle um eine konstruktive Interferenz (Phasenverschiebung 0), also wird das an Tor 1 präsentierte Signal in diesem Fall vom NOLM-Spiegel vollständig zu Tor 1 gespiegelt.
Nun betrachten wir den Fall, wo ein Steuersignal auf der Steuer-Optikfaser F3 vorhanden ist. Dieses Signal wird in der Schleife des NOLM durch den Optokoppler C2 gekoppelt und breitet sich in der Schleife im Uhrzeigersinn aus. Die Wellen des Signals, die in der Schleife in Gegenrichtung umlaufen, sind gar nicht oder nur sehr wenig vom Vorhandensein eines Steuersignals betroffen. Hingegen werden die Wellen des Signals, die sich in der gleichen Richtung in der Schleife ausbreiten, gestört. Die Faser der Schleife L weist nämlich einen nichtlinearen Effekt auf, der den Brechungsindex der Faser in Abhängigkeit von der optischen Leistung ändert, oder genauer gesagt, in Abhängigkeit von der Amplitude des elektrischen Feldes in der Faser (Kerr-Effekt). Da die elektrischen Felder der Wellen, die gemeinsam umlaufen, die sich also in der so genannten „Ko-Ausbreitung" befinden, sich linear überlagern, ist die daraus resultierende Stärke des elektrischen Feldes größer als die der Wellen, die sich in der anderen Richtung in der Schleife L ausbreiten.
Der effektive Brechungsindex der Schleife L von den Wellen in Ko-Ausbreitung betrachtet unterscheidet sich von demjenigen, der von den Wellen in Gegen-Ausbreitung betrachtet wird. Ihre Ausbreitungsgeschwindigkeiten sind also unterschiedlich. Ihre Ankunftszeiten am Koppler C1 sind unterschiedlich, also interferieren diese Wellen nicht oder kaum. Die ganze optische Leistung oder fast die ganze optische Leistung befindet sich an Tor 2 des Kopplers C1, transportiert auf der optischen Ausgangsfaser F2.
So ist das Vorhandensein eines Steuersignals an der Steuerfaser F3 im Stande, die Umschaltung des nichtlinearen optischen Spiegels zu steuern, der bei Vorliegen des Steuersignals transparent und bei Nichtvorliegen eines Steuersignals spiegelnd ist. Die Umschaltung kann sehr schnell sein, in der Größenordnung von mindestens 100 GHz. Das Einsetzen eines doppelbrechenden Elements in die Schleife des NOLM kann die Umschaltcharakteristika umkehren, um den Spiegel bei Nichtvorliegen des Steuersignals transparent zu machen und spiegelnd bei Vorliegen eines Steuersignals.
In seiner Beschreibung bis hierher entspricht der NOLM einem NOLM des vorherigen Stands der Technik, der beispielsweise in einer Vorrichtung zur Regeneration von Solitonen durch Umschaltung eines Taktsignals mit Hilfe eines NOLM eingesetzt werden kann, wie im Dokument D1 = J.K. Lucek und K. Smith, (1993) „All optical signal regenerator", Opt. Lett. Band. 18, Nr. 15, S. 1226–1228, 1. August 1993 beschrieben.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung sind weitere Dokumente sachdienlich, welche hierfür kurz mit einer Beurteilung ihres Beitrags eingeführt werden.
D2 = N. Finlayson et al., (1992) „Switch inversion and polarization sensitivity of the nonlinear-optical loop mirror (NOLM)", Optics Lett., Band 17, Nr. 2, Seite 112–114, 15. Januar 1992. Dieses Dokument lehrt, dass der NOLM wie ein Schalter gestaltet werden kann, der gar nicht oder wenig empfindlich ist gegenüber der Polarisation des in seinem linearen Bereich zu vermittelnden Lichtsignals, und dass die Doppelbrechung der Schleife zu den Instabilitäten beitragen kann, die bei ringförmigen Lasern mit Modusblockierung festgestellt werden.
In der Literatur werden verschiedene NOLM-Konfigurationen beschrieben, die den NOLM von der Polarisation des einen oder anderen im NOLM zirkulierenden Lichtsignals unabhängig machen.
D3 = K. Uchiyama et al., (1992) „Ultrafast polarisation – independent all-optical switching using a polarisation diversity scheme in the nonlinear optical loop mirror (NOLM)", electron. lett., Band 28, Nr. 20, S. 1864–1866, 24. September 1992. Dieses Dokument zeigt die Verwendung eines NOLM als Schalter, der gegenüber der Polarisation des Lichts des zu vermittelnden Signals unempfindlich gemacht wird. Dieses erzielt man durch Verwendung einer Faser mit Polarisationsaufrechterhaltung, die abgeschnitten und auf 90° am Mittelpunkt der Schleife des NOLM gedreht wurde. Das zugehörige Prinzip wird in 2 veranschaulicht.
Die Schleife des NOLM wird beispielsweise gebildet aus einer Faser mit PANDA-Polarisationsaufrechterhaltung mit zwei Öffnungen. Wenn man eine Drehbewegung um 90° zwischen der Achse A1 und der Achse A2 auf halbem Ausbreitungsweg durchführt, wird die schnelle (beziehungsweise langsame) Achse des linken Teils zur langsamen (beziehungsweise schnellen) Achse des rechten Teils der Schleife in 2. Die Faser der Schleife (L) ist in der Polarisation streuend, das heißt, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes im Inneren der Faser bei einer mit der schnellen Achse ausgerichteten Polarisation anders ist als bei einer Polarisation orthogonal zu der schnellen Ausbreitungsachse, das heißt der langsamen Achse der Faser. Es ist erforderlich, sich der Polarisationsstreuung zu entledigen, was man dadurch bewerkstelligt, dass man zwei äquivalente Faserlängen verwendet, die eine gegenseitig orthogonale Anordnung der Achsen A1, A2 zur Polarisationsaufrechterhaltung verwendet, was bewirkt, dass die Polarisationsstreuung auf der Länge der Schleife L annulliert wird.
Um das System von der Polarisation des vermittelten Signals unabhängig zu machen, wird die Polarisation des Steuersignals, das in die Schleife L durch den Koppler C2 an der Steuer-Eingangsfaser F3 eingefügt wird, in 45° zu den beiden orthogonalen Achsen A1, A2 injiziert. Ebenso wie vorstehend heben sich die Wirkungen der Polarisationsstreuung auf.
D4 = Uchiyama et al. (1995) „Polarisation independent wavelength conversion using non linear optical loop mirror", Elect. Lett. 31 (21), S. 1862, 12. Oktober 1995, beschreibt ein System zur Wellenlängenumwandlung eines optischen Signals mit unbestimmter Polarisation, angewandt auf den Steuereingang eines NOLM wie oben mit Hilfe der 1 beschrieben. Um die Leistung dieser Vorrichtung von der Polarisation des in Wellenlänge umzuwandelnden optischen Signals unabhängig zu machen, wird der NOLM aus Faser mit Polarisationsaufrechterhaltung wie in D3 hergestellt und das Taktsignal wird am Eingang des Kopplers C1 mit einer Polarisation injiziert, die bezogen auf die neutralen Achsen der Schleife des NOLM auf 45° ausgerichtet sind.
Das Dokument, das von der Anmelderin als das dem vorherigen Stand der Technik am nächsten kommende Dokument betrachtet wird, ist D5 = D. Sandel et al., (1994): „Polarisation-independent regenerator with nonlinear optoelectonic phase-locked loop", Optical Fiber Conference proceedings 1994, paper FG2. Die Kennzeichen aus dem Oberbegriff von Anspruch 1 werden bereits in diesem Dokument bekannt gemacht. Dieses Dokument nimmt Bezug auf eine Nutzung eines NOLM, der einen Koppler 3 × 3 an seinem Haupteingang hat. In einer Ausführung der Erfindung wird ein solcher Koppler 3 × 3 verwendet, um ein gewisses Phasenverhältnis wie in diesem Dokument gelehrt zu erzielen. In der Tat führt die Verwendung eines Kopplers 3 × 3 anstelle eines Kopplers 2 × 2 eine nicht symmetrische Phasenverschiebung in die Schleife des NOLM ein. Die dementsprechende Verschlechterung des Löschungsverhältnisses der durchschnittlichen Pumpleistung (oder des Füllgrades der Schleife durch Taktsignale) gesehen durch die Signale in Gegenausbreitung kann durch diese Phasenverschiebung beseitigt werden, wenn die verschiedenen Parameter sinnvoll gewählt werden.
Der NOLM aus D5 beinhaltet vier Abschnitte (T1, T2, T3, T4) von Faser mit Polarisationsaufrechterhaltung, mit äquivalenten optischen Längen. Diese vier Abschnitte (T1, T2, T3, T4) sind optisch untereinander über drei Spleißstellen (E1, E2, E3) an drei Stellen verbunden. An der ersten und an der dritten Spleißstelle sind die Polarisationsaufrechterhaltungsachsen der Faser um 90° gedreht. An der zweiten Spleißstelle wird in die Schleife ein Modenwandler eingefügt, der eine in Polarisation streuende optische Faser enthält, deren Länge gewählt wird in Abhängigkeit von den zwei Wellenlängen des Signals und der Steuerung (Wellenlängen λ_s beziehungsweise λ_c).
Es handelt sich um eine kurze Faserlänge mit Polarisationsaufrechterhaltung, deren Achsen im 45°-Winkel zu den neutralen Achsen der Nachbarabschnitte (T2, T3) ausgerichtet sind. Die Länge dieser Faser wird gewählt, um eine Lichtweglänge aufzuweisen, dergestalt, dass eine ganze Zahl n von Schwebungslängen für das Signal (mit der Wellenlänge λ_s) und n ±1/2 Schwebungslänge für das Pumplicht (hier äquivalent mit dem Steuerlicht, das die Wellenlänge λ_c hat) vorliegt.
Die Ausführung dieses Dokuments D5 beinhaltet Nachteile, denen die Erfindung abhelfen will. In der Tat wirft diese Vorrichtung schwere Probleme hinsichtlich ihrer praktischen Ausführung auf. Die Kennzeichen der Faser, die als Modenwandler dient, müssen ganz genau bekannt sein, und ihre Länge muss mit einer Toleranz angepasst werden, die weit unter einer Schwebungslänge liegt (einige Millimeter bei einer Faser mit hoher Doppelbrechung). Der Modenwandler muss Temperaturregelung haben. Zum anderen ist es klar, dass die Modenwandlung nur für ein genau bestimmtes Wellenlängenpaar (λ_s, λ_c) durchgeführt werden kann. Außerdem wird die Polarisationsstreuung nicht kompensiert und die Modenwandlung für sich allein wie sie theoretisch im Dokument D5 dargestellt wird, reicht nicht aus, um die Unabhängigkeit bei der Polarisation der Steuerung zu erzielen.
D6 = US-A-5 377 284 auf den Namen H. Bülow beschreibt ein SAGNAC-Interferometer für die rasche Vermittlung eines optischen Signals als Antwort auf die Anwendung eines optischen Steuersignals. Das beschriebene Interferometer wirkt auf die gleiche Weise wie der oben beschriebene NOLM und seine Funktionsweise beruht auf den gleichen physikalischen Prinzipien. Bülow beschreibt eine Art und Weise, wie man die Funktion des Schalters von der Polarisation des zu vermittelnden optischen Signals unabhängig machen kann, indem das optische Steuersignal quasi depolarisiert wird.
Laut Bülow kann der Impuls des optischen Steuersignals eine Vielzahl von Polarisationszuständen enthalten, die im Inneren des Impulses verteilt sind. Eine andere Lösung, die vorgeschlagen wird, ist die Verwendung von zwei Lichtstrahlen im Steuerimpuls, wobei diese beiden Strahlen mit linearer Polarisation zu ihren Polarisationsachsen sind, welche gegenseitig orthogonal sind.
D7 = Whitaker, N.A. et al. (1992): „Polarisation-independent all-optical switching", IEEE Photon. Tech. Lett. 4 (3), S. 260–263, 3. März 1992. In diesem Artikel schlägt der Autor einen von der Polarisation des Steuersignals unabhängigen NOLM vor, wobei die Polarisationsstreuung der Faser des NOLM genutzt wird. Das Signal und die Steuerung (nach Durchlaufen einer PDM -> TDM-Vorrichtung) breiten sich jeweils auf einer der Polarisationsachsen aus (d.h. die Polarisation des Signals wird auferlegt!) und kreuzen sich N Mal, um den nichtlinearen Effekt zu erhöhen (N Abschnitte Faser mit Polarisationsaufrechterhaltung, deren Achsen an jeder Spleißstelle auf 90° gedreht sind.). Außerdem beschreibt Mahgerefteh et al. „Bandwidth and bit error rate performance of walkoff compensating 1.5/1.3 μm wavelength converter" ELECTRONICS LETTERS, 3. August 1995, UK, Band 31, Nr. 16. Seite 1380–1381 einen NOLM, der im Bereich der optischen Kommunikation als ein Wellenlängenwandler verwendet wird. Die Schleife des NOLM ist nacheinander in fünfzehn Abschnitte optische Monomodefaser mit Streuungsverschiebung geteilt. Nicht nur das Eingangssignal, sondern auch das Steuersignal unterliegt einer Polarisationssteuerung.
Zweck der Erfindung ist es, den Problemen und Nachteilen des vorherigen Stands der Technik abzuhelfen.
Hierzu bietet die Erfindung einen nichtlinearen Ringspiegel (NOLM) an, wobei dieser NOLM eine Schleife aus optischer Faser (L) enthält, diese Schleife (L) einen Signaleingang für die Injektion eines ersten optischen Signals hat, zum Teil gekennzeichnet durch eine erste Wellenlänge (λ_s) und einen Signalausgang und einen ersten Optokoppler (C1) für Signaleingang/-ausgang mit einem Kopplungskoeffizienten ξ/(1 – ξ), um diesen Eingang und diesen Ausgang an diese Schleife (L) zu koppeln, wobei dieser NOLM außerdem einen ersten Steuereingang über die Faser F3 und einen zweiten Optokoppler (C2) enthält, um diesen ersten Steuereingang an diese Schleife L zu koppeln, um die Injektion eines zweiten optischen Signals, des so genannten Steuersignals zu ermöglichen, zum Teil gekennzeichnet durch eine zweite Wellenlänge (λ_c) in dieser Schleife (L) über die Faser F3, wobei diese Schleife aus optischer Faser (L) eine gerade Anzahl (2i > 2,i ganz) von Abschnitten (T1, T2, T3, T4) Faser mit Polarisationsaufrechterhaltung enthält, die zwei neutrale Ausbreitungsachsen hat, wobei diese Abschnitte von äquivalenter optischer Länge sind und optisch untereinander durch 2i-1 Spleißstellen (E1, E2, E3, ...) an 2i – 1 Stellen verbunden sind, wobei diese neutralen Ausbreitungsachsen der Faser an allen Spleißstellen, außer derjenigen in der Mitte der Schleife (die i.te) (E1, E3) um 90° gedreht sind, und die i.te Spleißstelle einen Modenwandler enthält, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Modenwandler einen optischen Demultiplexer (C3) und einen optischen Multiplexer (C4) mit Polarisationsaufrechterhaltung beinhaltet, sowie einen ersten und einen zweiten sie verbindenden Lichtweg (Fλ_s, Fλ_c), um diese erste beziehungsweise diese zweite Wellenlänge (λ_s, λ_c) zu transportieren, wobei diese Lichtwege aus Faser mit Polarisationsaufrechterhaltung sind, und dadurch gekennzeichnet, dass die neutralen Achsen dieses zweiten Wegs (Fλ_c) um 90° gedreht sind, während die neutralen Achsen dieses ersten Wegs (Fλ_s) nicht gedreht sind.
Gemäß einer besonderen Ausführung sind dieser optische Demultiplexer und dieser optische Multiplexer Optokoppler mit Polarisationsaufrechterhaltung und wellenlängenselektiv (C3, C4), welche diese ersten und zweiten optischen Signale trennen und kombinieren, die diese erste und zweite Wellenlänge (λ_s, λ_c) haben.
Gemäß einer Variante sind die Abschnitte vier an der Zahl und die Spleißstellen drei. Gemäß einer bevorzugten Ausführung werden die Längen (L1, L2, L3, L4, ...) dieser 2i Abschnitte (T1, T2, T3, T4, ...) Faser mit Polarisationsaufrechterhaltung so gewählt, dass die nichtlineare Phasenverschiebung, die durch die Steuerung an einer der neutralen Achsen induziert und auf den i ersten Abschnitten (die erste Hälfte der Schleife, T1, T2) integriert wird, gleich der nichtlinearen Phasenverschiebung ist, die durch die Steuerung an der anderen Achse induziert und auf den i letzten Abschnitten (die zweite Hälfte der Schleife, T3, T4) integriert wird.
Der NOLM aus der Erfindung kann vorteilhaft im Hinblick auf bekannte Anwendungen gestaltet werden, deren Leistungen aber bisher durch die Polarisationsempfindlichkeit der NOLM-Vorrichtungen des vorherigen Stands der Technik gefährdet waren. So bietet die Erfindung ebenfalls folgendes an:

– eine optische Wellenlängenwandlervorrichtung, die einen NOLM gemäß der Erfindung enthält;
– eine optische Schaltervorrichtung, die einen NOLM gemäß der Erfindung enthält;
– eine optische Modulatorvorrichtung für einen Laser mit Ringfaser, die einen NOLM gemäß der Erfindung enthält;
– eine Vorrichtung zur Regeneration optischer Solitonen durch Korrektur von zeitlichem Jitter, die einen NOLM gemäß der Erfindung enthält.

Die Erfindung mit ihren verschiedenen Kennzeichen und Vorteilen kann im Lichte der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, wobei:

– die bereits beschriebene 1 schematisch ein Beispiel für einen bekannten nichtlinearen optischen Spiegel (NOLM) nach dem vorherigen Stand der Technik zeigt;
– die bereits beschriebene 2 schematisch einen NOLM-Schalter zeigt, der unempfindlich ist gegenüber der Polarisation des zu vermittelnden Signals, wie er aus Dokument D3 aus dem vorherigen Stand der Technik bekannt ist;

3 schematisch einen NOLM-Wellenlängenwandler zeigt, der gegenüber der Polarisation des Steuersignals unempfindlich ist, so wie er durch Dokument D4 aus dem vorherigen Stand der Technik bekannt ist;
4 schematisch ein Beispiel für die erfindungsgemäße Ausführung eines NOLM zeigt, der unempfindlich ist gegenüber der Polarisation der Signale, die an den beiden Ausgängen, nämlich Signalausgang und Steuerausgang, präsentiert werden;
5 schematisch ein Beispiel für eine Modenwandlervorrichtung zeigt, die in der Ausführung von 4 verwendet werden kann.
Die Zeichnungen werden zum Zwecke der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung als nicht einschränkende Beispiele angegeben. Auf allen Figuren beziehen sich die gleichen Kennzeichen auf die gleichen Elemente und aus Gründen der Klarheit wird der Maßstab nicht immer eingehalten.
3 zeigt schematisch ein Beispiel für einen nichtlinearen optischen Ringspiegel (NOLM), der geeignet ist, als ein Wellenlängenwandler wie in Dokument D3 beschrieben eingesetzt zu werden. Die mechanische Struktur der Vorrichtung aus 3 ist identisch mit derjenigen, die oben unter Bezugnahme in 2 beschrieben wird. Lediglich die Polarisationen der in die Schleife L injizierten Signale sind verglichen mit denjenigen aus 2 umgekehrt. Der NOLM aus 3 ist nämlich unempfindlich gegenüber der Polarisation des Signals des Pumplichts (λ_c), das in die Schleife über den Optokoppler C2 injiziert wird, unter der Bedingung, dass das Licht des Taktsignals (λ_s) gemäß einer Richtung polarisiert ist, die 45° bezogen auf die neutralen Ausbreitungsachsen der Fasern mit Polarisationsaufrechterhaltung der Schleife L ausgerichtet ist.
Die NOLM, die bisher beschrieben wurden, entsprechen denjenigen vom vorherigen Stand der Technik, die nicht gleichzeitig unempfindlich sein können gegenüber den Polarisationen der zwei optischen Signale, die an den zwei Optokopplern des NOLM (C1, C2) injiziert werden, und die Polarisationsstreuung an der Schleifen kompensieren können.
Ein Ziel der Erfindung ist es, den Nachteilen des vorherigen Stands der Technik abzuhelfen und es insbesondere dem NOLM zu ermöglichen, gegenüber den Polarisationen der zwei optischen Signale, die an den zwei Optokopplern des NOLM (C1, C2) injiziert werden, unempfindlich zu sein, und die Polarisationsstreuung an der Schleife zu kompensieren. Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen NOLM herzustellen, bei dem diese Eigenschaften gleichzeitig mit Komponenten erzielt werden können, die industriell leichter hergestellt werden können als diejenigen, die der vorherige Stand der Technik lehrt, und die auch relativ unempfindlich sind gegenüber den Schwankungen der Umgebungstemperatur.
Die Funktionsweise des NOLM aus der Erfindung, von dem ein Beispiel schematisch in 4 gezeigt wird, ist identisch mit derjenigen der NOLM, die oben mit Hilfe der 1, 2 und 3 beschrieben werden. Ebenso wie die NOLM der 2 und 3 wird der NOLM der Erfindung ausgehend von einer Vielzahl von Faserabschnitten mit Polarisationsaufrechterhaltung hergestellt. Gemäß der Erfindung ist die Anzahl der Abschnitte eine gerade Zahl 2i, wobei i eine ganze Zahl und größer als 1 ist. Gemäß 4 benötigt man als Minimum vier Abschnitte (T1, T2, T3, T4) mit äquivalenten optischen Längen (L1, L2, L3 beziehungsweise L4). Diese vier Abschnitte (T1, T2, T3, T4) sind untereinander optisch verbunden durch drei Spleißstellen (E1, E2, E3) an drei Stellen. An der ersten und der dritten Spleißstelle (E1, E3) sind die neutralen Ausbreitungsachsen der Faser mit Polarisationsaufrechterhaltung um 90° gedreht, wie oben unter Bezugnahme auf die einzige Spleißstelle von 2 erläutert wird.
Gemäß der Erfindung wird an der zweiten Spleißstelle E2 zwischen den Abschnitten T2 und T3 in die Schleife L ein Modenwandler eingefügt, wie in 5 gezeigt, der einen optischen Demultiplexer C3 und einen optischen Multiplexer C4 enthält, sowie zwei sie verbindende Lichtwege (Fλ_s und Fλ_c) mit Polarisationsaufrechterhaltung. Der Demultiplexer C3 teilt die zwei optischen Signale, die an seinem Eingang (λ_s, λ_c) präsentiert werden beziehungsweise an diesen zwei Wegen (Fλ_s, Fλ_c). An dem Weg (Fλ_c), der das Steuersignal (λ_c) transportiert, wird eine Spleißstelle E4 mit 90°-Drehung der neutralen Ausbreitungsachsen der Faser mit Polarisationsaufrechterhaltung durchgeführt. Auf dem anderen Weg (Fλs) erfolgt keine Drehung der Achsen. Dieser Multiplexer C4 rekombiniert anschließend die zwei Signale (λ_s und λ_c).
Solche Demultiplexer- (C3) und Multiplexervorrichtungen (C4) können beispielsweise mit drei Fasern mit Polarisationsaufrechterhaltung, mit einem dichroitischen Filter und einem Optokoppler mit Polarisationsaufrechterhaltung ausgeführt werden. Eine solche Vorrichtung ist im Handel zum Beispiel bei dem kanadischen Unternehmen JDS FITEL Inc., Nepean, Ontario unter der Katalognummer WD1555-ALLSJMI erhältlich. Es ist ebenfalls möglich, dass in naher Zukunft eine solche Komponente in der Technologie der integrierten Optik ausgeführt werden kann.
Man braucht sich nicht mehr einrichten, um das optische Steuersignal (λ_c) in den NOLM über den Koppler C2 mit seiner Polarisationsachse auf 45° bezogen auf die Halte-Achsen A1, A2 in der Faser der Schleife L zu injizieren. Die Funktionsweise der Vorrichtung ist somit unempfindlich gegenüber der Polarisation der zwei Signale (λ_s und λ_c), was ein Hauptvorteil verglichen mit den Ausführungen nach dem vorherigen Stand der Technik wie in den Dokumenten D1, D2, D3 und D4 beschrieben darstellt.
Verglichen mit der Vorrichtung aus Dokument D5 wurde die Ausführung erheblich vereinfacht, denn die Längen der beiden Lichtwege (Fλ_s, Fλ_c) sind nicht kritisch wie es die Länge des Modenwandlers aus D5 ist. Außerdem ist der Modenwandler der Erfindung relativ unempfindlich gegenüber der Umgebungstemperatur, während die Vorrichtung aus D5 für eine korrekte Funktionsweise eine Temperaturregelung erfordert. Außerdem kompensiert der NOLM aus D5 nicht die Polarisationsstreuung der Signale, die sich auf der Schleife L ausbreiten.
Somit kann der NOLM aus der Erfindung korrekt und reproduzierbar mit Signalen (λ_s, λ_c) mit beliebigen unbekannten Polarisationen, die eventuell nicht beherrscht werden können, funktionieren. Außerdem erfolgt die Polarisationsstreuung automatisch ohne Regelung.
Zwecks präziserer Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung empfiehlt es sich, zu beschreiben, was im vorliegenden Zusammenhang äquivalente optische Längen der Abschnitte (T1, T2, T3, T4) bedeutet. Hierfür müssen die optischen Verluste berücksichtigt werden, die die optischen Signale erleiden, welche sich in den Abschnitten der Schleife L und durch die sie verbindenden Spleißstellen hindurch ausbreiten, denn die Unabhängigkeit von der Polarisation hängt von der Gleichheit der nichtlinearen Phasenverschiebungen (Kerr-Effekt) vor und nach dem Modenwandler ab und somit von der Amplitude der Signale.
Um ein Beispiel für die Berechnung der Abschnittlängen zu geben, werden einige Annahmen aufgestellt, um die Darstellung zu erleichtern. Man wählt die gerade Anzahl Abschnitte 2i = 4. In jedem Abschnittepaar werden die Längen identisch gewählt (L1 = L2, L3 = L4), um die Polarisationsstreuung in jedem Paar zu kompensieren. Wie in 4 gezeigt ist der Optokoppler C2 nahe am Anfang des ersten Abschnitts T1 angeordnet. Ein Steuersignal, das über diesen Koppler C2 injiziert wird, erleidet nacheinander Verluste in T1, E1, T2, E2, T3, E3, T4. Dieses Signal wird im letzten Abschnitt T4 am schwächsten sein, und die nichtlinearen Effekte werden in diesem Abschnitt ebenfalls am schwächsten sein. Um gleich große Effekte im letzten Abschnitt T4 wie im ersten T1 zu erzielen, ist es also erforderlich, dass die Länge L4 des letzten Abschnitts T4 größer ist als die Länge L1 des ersten Abschnitts T1.
Man nimmt einen konstanten Wert für die Faserabschwächung für alle Abschnitte, der beispielsweise auf α = 0,23 dB/km festgesetzt ist und die Verluste der Spleißstellen E1, E2, E3 werden P1, P2, P3 geschrieben.
Wenn man die Bedingung nimmt, dass die nichtlineare Phasenverschiebung, die durch die Steuerung an einer der neutralen Achsen induziert und auf den i ersten Abschnitten (die erste Hälfte der Schleife, T1, T2) integriert wird, gleich der nichtlinearen Phasenverschiebung ist, die von der Steuerung an der anderen Achse induziert und auf den i letzten Abschnitten (die zweite Hälfte der Schleife, T3, T4) integriert wird, können wir schreiben: (1 – e-αL1)/α + (P1.e-αL1)·(1 – e-αL1)/α = P1.P2.(e-αL1)(1 – e-αL4)/α + P1.P2.P3.[e-α(2L1 + L4)][1 – e-αL4]/α
Wir erhalten das Ergebnis, dass L1 und L4 das Verhältnis: 1 + (P1 – 1)e-αL1 + P1.e-αL1 = [P1.P2.e-2αL1][1 + (P3 – 1)e-αL4 + P3.e-2αL4)]bestätigen müssen.
Die Einfügeverluste in den Modenwandler eines Lichtwegs ohne Drehung der Polarisationsachsen sind verglichen mit den Termen, die man in den Gleichungen oben wählt, vernachlässigbar.
Der NOLM aus der Erfindung kann eine größere (gerade) Zahl von Abschnitten enthalten, aber das erhöht die Komplexität der Vorrichtung, sowie die Verluste, die auf die Spleißstellen zurückzuführen sind.
Der Fachmann wird im Stande sein, dieses Konzept abzuwandeln, um es an zahlreiche Anwendungen via diverse Ausführungen anzupassen, ohne deshalb den Rahmen der vorliegenden Erfindung in ihrer Definition durch die nachfolgenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

Nichtlinearer Ringspiegel, wobei dieser nichtlineare Ringspiegel eine Schleife aus optischer Faser (L) enthält, diese Schleife (L) einen Signaleingang für die Injektion eines ersten optischen Signals hat, zum Teil gekennzeichnet durch eine erste Wellenlänge λ_s und einen Signalausgang und einen ersten Optokoppler (C1) mit einem Kopplungskoeffizienten, um diesen Eingang und diesen Ausgang an diese Schleife (L) zu koppeln, wobei dieser nichtlineare Ringspiegel außerdem einen ersten Steuereingang über eine Steuer-Optikfaser (F3) und einen zweiten Optokoppler (C2) enthält, um diesen ersten Steuereingang an diese Schleife L zu koppeln, um die Injektion eines zweiten optischen Signals, des so genannten Steuersignals zu ermöglichen, zum Teil gekennzeichnet durch eine zweite Wellenlänge λ_c in dieser Schleife (L) über die Steuer-Optikfaser (F3), wobei diese Schleife aus optischer Faser (L) eine gerade Anzahl 2i, mit i ganze Zahl und größer als 1, von Abschnitten (T1, T2, T3, T4) Faser mit Polarisationsaufrechterhaltung enthält, die zwei neutrale Ausbreitungsachsen (A1, A2) hat, wobei diese Abschnitte von äquivalenter optischer Länge sind und optisch untereinander durch 2i – 1 Spleißstellen (E1, E2, E3, ...) an 2i – 1 Stellen verbunden sind, wobei diese neutralen Ausbreitungsachsen der Faser an den 2i – 2 Spleißstellen, außer derjenigen in der Mitte der Schleife (E1, E3), um 90° gedreht sind, und die i.te Spleißstelle einen Modenwandler enthält, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Modenwandler einen optischen Demultiplexer (C3) und einen optischen Multiplexer (C4) mit Polarisationsaufrechterhaltung beinhaltet, sowie einen ersten und einen zweiten sie verbindenden Lichtweg (Fλ_s, Fλ_c), um diese erste beziehungsweise diese zweite Wellenlänge (λ_s, λ_c) zu transportieren, wobei diese Lichtwege (Fλ_s, Fλ_c) aus Faser mit Polarisationsaufrechterhaltung sind, und dadurch gekennzeichnet, dass die neutralen Achsen (A1, A2) dieses zweiten Wegs (Fλ_c) um 90° gedreht sind, während die neutralen Achsen dieses ersten Wegs (Fλ_s) nicht gedreht sind.
Nichtlinearer Ringspiegel gemäß Anspruch 1, bei dem dieser optische Demultiplexer und dieser optische Multiplexer (C3, C4) Optokoppler mit Polarisationsaufrechterhaltung und wellenlängenselektiv sind, welche dieses ersten und zweite optischen Signale trennen und kombinieren, die diese erste und zweite Wellenlänge haben.
Nichtlinearer Ringspiegel gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem diese Abschnitte Faser mit Polarisationsaufrechterhaltung (T1, T2, T3, T4, ...) vier an der Zahl und diese Spleißstellen (E1, E2, E3) drei an der Zahl sind.
Nichtlinearer Ringspiegel gemäß Anspruch 3, bei dem die Längen (L1, L2, L3, L4,) dieser vier Abschnitte (T1, T2, T3, T4) Faser mit Polarisationsaufrechterhaltung so gewählt werden, dass die nichtlineare Phasenverschiebung, die durch die Steuerung an einer der neutralen Achsen induziert und auf den i ersten Abschnitten, welche die erste Hälfte der Schleife (T1, T2) bilden, integriert wird, gleich der nichtlinearen Phasenverschiebung ist, die durch die Steuerung an der anderen Achse induziert und auf den i letzten Abschnitten, welche die zweite Hälfte der Schleife (T3, T4) bilden, integriert wird.
Optischer Wellenlängenwandler, der einen nichtlinearen Ringspiegel gemäß einem der vorstehenden Ansprüche enthält.
Optischer Schalter, der einen nichtlinearen Ringspiegel gemäß einem der vorstehenden Ansprüche enthält.
Optischer Modulator für einen Laser mit Ringfaser, der einen nichtlinearen Ringspiegel gemäß einem der vorstehenden Ansprüche enthält.
Vorrichtung zur Regeneration optischer Solitonen durch Korrektur von zeitlichem Jitter, die einen nichtlinearen Ringspiegel gemäß einem der vorstehenden Ansprüche enthält.