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HINTERGRUND
DER ERFINDDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft optische Schalter und insbesondere
einen Polarisationsteilungs-Schalter.
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BESCHREIBUNG
DES VERWANDTEN SACHSTANDES
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Optische
Schalter haben Anwendungen in der integrierten Optik, faseroptischen
Kommunikationen und Erfassungssystemen. Optische Schalter, die Licht
als den Schaltmechanismus verwenden, anstelle dass ein mechanischer
Mechanismus, ein elektrischer Mechanismus, ein thermischer Mechanismus oder
dergleichen verwendet werden, sind als vollständig optische (all-optical)
Schalter bekannt. Ein all-optical Schalter schaltet ein optisches
Signal von einem Ausgangsport auf einen anderen. Dies wird dadurch
erreicht, dass ein Eingangspumpsignal von einer Pumplichtquelle
angelegt wird, um zu bewirken, dass das optische Signal selektiv
geschaltet wird. Der Schalter reagiert auf das Pumpsignal, um das Licht
des optischen Signals selektiv auf den einen oder den anderen Ausgangsport
zu schalten.
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Die
grundlegende Konfiguration für
einen typischen all-optical Schalter ist ein Mach-Zehnder Interferometer,
das einen ersten Faseroptischen Eingangsarm zum Empfangen eines
optischen Eingangssignals und einen zweiten Faseroptischen Eingangsarm
zum Empfangen eines Schaltpumpsignals einschließt. Die Eingangsarme werden
zusammen verschweißt,
um einen ersten Koppler zu bilden, der sich danach in zwei Zwischenarme
verzweigt. Der erste Koppler teilt das Eingangslichtsignal in gleiche Abschnitte
auf, die dann in die zwei zwischenliegenden oder mittleren Arme
eintreten. Die zwei mittleren Arme sind nochmals verschweißt, um einen
zweiten Koppler zu bilden, der sich in zwei Ausgangsports verzweigt.
Nach Durchgang durch die zwei mittleren Arme werden die zwei Signale
durch den zweiten Koppler rekombiniert. Wenn die zwei Signale an
dem zweiten Koppler in Phase sind, dann wird das gesamte Licht in
einen ersten der zwei Ausgangsports gekoppelt. Wenn die zwei Signale
vollständig
phasenverschoben sind, dann wird das Licht in den anderen der zwei
Ausgangsports gekoppelt.
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Eine
Anzahl von Schwierigkeiten sind bei der Entwicklung und Implementierung
von derartigen all-optical Schaltern angetroffen worden. Zum Beispiel
ist eine Schwierigkeit mit dem voranstehend beschriebenen Schalter,
dass bei der Abwesenheit eines Pumpeingangs die Phasenvoreinstellung
als Folge der unterschiedlichen Längen der zwei Armen auf einen
sehr genauen Wert (z. B. 0) eingestellt werden muss. Dies erfordert
eine vorsichtige Steuerung der relativen Länge der zwei Arme auf den Bruchteil
einer Wellenlänge.
Für typische
Armlängen
von wenigen Zentimetern oder mehr ist festgestellt worden, dass dies
relativ schwierig ist. Dieses Problem wird typischerweise dadurch
verringert, dass eine externe fortwährende Phasenverschiebung unter
Verwendung eines Phasenmodulators angewendet wird, der in einem
der Mach-Zehnder Faserarme angeordnet wird, sodass die Phasenvoreinstellung
genau auf ihren gewünschten
Wert eingestellt wird. Diese Technik ist in dem technischen Gebiet
altbekannt.
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Ein
zweites Problem, welches angetroffen worden ist, ist dass die Voreinstellung
bzw. Vorspannung, die durch einen Phasenmodulator eingeführt wird,
höchst
empfindlich gegenüber
externen Temperaturveränderungen
ist. Wenn die Faserlängen
der Arme nicht gleich sind, selbst durch nur einige wenige hundert
Wellenlängen,
und sich die durchschnittliche Temperatur der Einrichtung ändert, ändern sich sowohl
die Indizes als auch die Längen
der zwei Faserarme um unterschiedliche Beträge, was bewirkrt, dass sich
auch die Phasendifferenz als Folge der Differenz in den Längen der
Ausbreitungswege ändert. Die
Differenzen werden durch die Ausdehnungen und Kontraktionen als
Folge von Temperaturveränderungen
verursacht, die proportional zu den Längen der Faser sind, sodass
eine längere
Faser sich zu einer größeren Länge ausdehnen
wird als eine kürzere Faser,
was somit ein Phasenungleichgewicht verursacht. Dieses Phasenungleichgewicht
modifiziert das Signalleistungs-Teilungsverhältnis an den Ausgangsports
des Mach-Zehnder Interferometers. Typischerweise würde eine
derartige Änderung
auf einer Zeitskala vergleichbar mit der Zeit aufgezeigt werden,
die die Umgebungstemperatur der Umgebung des Interferometers benötigt, um
sich um einige wenige Grade Fahrenheit zu ändern.
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Das
Interferometer ist gegenüber
Temperaturgradienten sogar noch empfindlicher. Wenn sich zum Beispiel
die Temperatur der zwei Arme um unterschiedliche Beträge als Folge
der Temperaturgradienten zwischen den Armen verändert, verändert sich das Signalleistungs-Teilungsverhältnis an
den Ausgangsports wiederum, aber schneller.
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Beide
der voranstehend beschriebenen Temperatur-abhängigen Effekte, die vorhanden
sind unabhängig
davon, ob das Mach-Zehnder Interferometer gepumpt wird oder nicht
gepumpt wird, sind unerwünscht.
In der Praxis werden diese Effekte dadurch verringert, dass die
Faserarme physikalisch so nahe wie möglich zueinander gemacht werden
und die Faserarmlängen
so gleich wie möglich
gemacht werden. Jedoch sind diese Maßnahmen im Allgemeinen nicht
ausreichend, um den Mach-Zehnder Interferometerausgang (bei Abwesenheit
eines Pumpsignals) auf den Grad, der für viele Anwendungen erforderlich
ist, stabil zu machen.
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Deshalb
besteht ein anderes Verfahren, welches verwendet worden ist, um
das Ausgangskopplungsverhältnis
des Interferometers aktiv zu stabilisieren, darin eine Steuerungs-
bzw. Regelschleife zu verwenden, bei der das Signal an einem der
Ausgangsports erfasst und mit einer Referenz verglichen wird, um
ein Fehlersignal proportional zu der Differenz zwischen der Referenz
und dem erfassten Ausgangssignal zu erzeugen. Dieses Fehlersignal
wird dann verstärkt
und in den gleichen Phasenmodulator geführt, der die Voreinstellung
bzw. Vorspannung so einstellt, dass gerade eine ausreichende Phase
angewendet wird, um das Fehlersignal dynamisch auf Null zu bringen.
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Obwohl
eine aktive Stabilisation der Voreinstellung bzw. Vorspannung gut
arbeitet, ist sie mühsam,
erhöht
die Kosten der Eiririchtung, erfordert einen Zugriff auf das optische
Signal und führt
zu technischen Schwierigkeiten, wenn das Signal dynamisch geschaltet
wird. Hauptsächlich
erfordert eine aktive Stabilisierung eine elektronische Schaltungsanordnung,
um den Schalter zu betreiben, was typischerweise für ein Sensorfeld
oder andere Anwendungen, für
die eine Minimierung von elektrischen Verbindungen wünschenswert
ist, nicht akzeptabel ist.
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Ein
anderer unerwünschter
Effekt in einem Mach-Zehnder Interferometer Schalter wird durch
die Effekte der Eingangspumpleistung verursacht. Da das Pumpsignal
nur auf einen Arm angewendet wird, wird insbesondere Wärme innerhalb
von diesem Arm erzeugt und Wärme
wird nicht in dem Arm erzeugt, der die Pumpleistung nicht führt. Diese
Temperaturdifferenzierung fuhrt zu einer Pump-induzierten thermischen
Phasenverschiebung, die ein Ungleichgewicht in dem Kopplungsverhältnis für das Mach-Zehnder Interferometer
verursachen kann, wenn die Pumpe eingeschaltet ist. Weil dieser
Effekt thermisch ist, ist er typischerweise so langsam, dass einige
wenige Mikrosekunden oder mehr benötigt werden, dass dieses Ungleichgewicht
verschwindet, nachdem die Pumpe abgeschaltet worden ist. In einigen
Anwendungen kann dieser Effekt ein signifikantes Problem darstellen.
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In
einem Mach-Zehnder Schalter diktiert die thermische Stabilität, dass
die zwei Faserarme nahezu identische Längen aufweisen, um den Effekt
von insgesamten Temperaturänderungen
zu minimieren. Wenn der Schalter über einem großen Temperaturbereich
(z. B. in der Größenordnung
von mehreren Zehn Grad Fahrenheit) arbeiten soll, sollte sich das Teilungsverhältnis der
zwei Koppler, die den Mach-Zehnder Interferometer-Schalter bilden,
mit der Temperatur nicht ändern.
Ferner sollten, wie voranstehend diskutiert, Temperaturgradienten
minimiert werden.
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Es
wird die Offenbarung eines Artikels von T. Morioka et al. in Optical
Engineering 29(3) eines Polarisationsteilungsschalters gewürdigt, der
umfasst: einen ersten und zweiten Eingangsport und einen ersten
und zweiten Ausgangsport; und eine polarisationserhaltende Faser,
die angeordnet ist, um ein erstes optisches Signal und ein optisches
Pumpsignal zu empfangen, wobei das Pumpsignal selektiv abwesend
oder vorhanden ist; und die das optische Signal in erste und zweite
zueinander senkrechte Polarisationszustände trennt; und eine Einrichtung
zum Rekombinieren des ersten und zweiten Polarisationszustands in
ein optisches Signal, das an den einen oder den anderen der zwei
Ausgangsports in Übereinstimmung
mit dessen Polarisation gerichtet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe dieser bevorzugten Ausführungsform
ist ein verbesserter vollständig
optischer (all-optical)
Mach-Zehnder-Typ von Schalter, der nur eine optische Faser verwendet.
Eine Konstruktion, die nur eine einzelne Länger einer Faser verwendet, mit
beiden Armen des Interferometers in der einzelnen Faser, weist einen
Vorteil einer verringerten Empfindlichkeit gegenüber Umwelteffekten wie einer mechanischen
Spannung oder thermischen Schwankungen auf. Eine Anwendung für diese
Erfindung ist ein Polarisationteilungs-Schalter, der in einem vollständig aus
Fasern aufgebauten (all-fiber) akustischen Sensorfeld (Sensor Array)
verwendet wird.
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Die
Erfindung besteht in einem Polarisationsteilungs-Schalter nach Anspruch
1 und einem Verfahren nach Anspruch 6 zum Schalten eines optischen
Signals.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein vollständig aus Fasern aufgebauter
(all-fiber) Polarisationsteilungs-Schalter, der eine polarisationserhaltende
Faser umfasst. Die polarisationserhaltende Faser umfasst einen Signaleingangsport,
der ein erstes Signal empfängt;
einen Pumpeingangsport, der ein optisches Pumpsignal empfängt, wobei
das Pumpsignal an dem Pumpeingangsport selektiv vorhanden oder abwesend
ist; eine ersten Signalausgangsport; und einen zweiten Signalausgangsport
(der Pumpeingangsport kann der gleiche wie die Signalausgangsports
sein). Ein erster Polarisationsquerkoppler ist auf der polarisationserhaltenden
Faser mit einer optischen Kommunikation mit dem optischen Signal gebildet.
Der erste Polarisationsquerkoppler trennt das optische Signal in
erste und zweite zueinander senkrechte Polarisationszustände, wobei
jeder Polarisationszustand eine ungefähr gleiche optische Leistung
aufweist. Ein zweiter Polarisationsquerkoppler ist zu dem ersten
Polarisationsquerkoppler in Reihe geschaltet und ist in einer optischen
Kommunikation mit dem optischen Signal. Der zweite Polarisationsquerkoppler
rekombiniert selektiv die ersten und zweiten Polarisationszustände in ein
kombiniertes optisches Signal, das im Ansprechen auf die Anwesenheit
oder Abwesenheit des optischen Pumpsignals einen ersten bevorzugten
Polarisationszustand oder einen zweiten bevorzugten Polarisationszustand
aufweist. Ein Polarisationsteilungskoppler ist mit der polarisationserhaltenden
Faser verbunden. Der Polarisationsteilungskoppler koppelt das kombinierte
optische Signal an den ersten Ausgangsport, wenn das kombinierte
optische Signal den ersten bevorzugten Polarisationszustand aufweist,
und koppelt das kombinierte optische Signal an den zweiten Ausgangsport,
wenn das kombinierte optische Signal den zweiten bevorzugten Polarisationszustand
aufweist.
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Vorzugsweise
breitet sich das erste optische Signal in einer ersten Richtung
aus und das optische Pumpsignal breitet sich in einer Richtung entgegengesetzt
zu der ersten Richtung aus. Vorzugsweise wird der Polarisationsquerkoppler
durch eine Kammstruktur gebildet. In bevorzugten Ausführungsformen wird
der Polarisationsquerkoppler durch ein optisches Gitter gebildet.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen
koppelt der Polarisationsteilungskoppler das optische Signal an
einen der ersten und zweiten Ausgangsports in Abhängigkeit
von dem Polarisationszustand des ersten optischen Signals. Das Pumpsignal
ist bei einer unterschiedlichen optischen Wellenlänge zu dem
Signal, welches geschaltet werden soll, und der Polarisationsteilungskoppler
koppelt das Pumpsignal nicht.
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Vorzugsweise
umfasst die vorliegende Erfindung ferner einen Pumpausgangsport,
der erlaubt, dass ein nicht verwendeter Teil des Pumpsignals sich von
dem Schalter ausbreitet.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte:
Eingeben eines polarisierten optischen Signals in eine polarisationserhaltende
Faser, die einen ersten Eingangsport aufweist; selektives Eingeben
eines optischen Pumpsignals in einen zweiten Eingangsport der polarisationserhaltenden
Faser; Aufteilen des optischen Signals in einen ersten Signalabschnitt
mit einem ersten Polarisationszustand und einen zweiten Signalabschnitt mit
einem zweiten Polarisationszustand, wobei der erste Signalabschnitt
den ersten Polarisationszustand aufweist, der ungefähr eine
gleiche optische Leistung zu dem zweiten Signalabschnitt mit dem zweiten
Polarisationszustand aufweist; selektives Bewirken einer Phasenänderung
in dem ersten Signalabschnitt relativ zu dem zweiten Signalabschnitt, wenn
das optische Pumpsignal vorhanden ist; Kombinieren der ersten und
zweiten Signalabschnitte in ein kombiniertes optisches Signal, wobei
das kombinierte optische Signal einen kombinierten Polarisationszustand
aufweist, der von der Phasenänderung abhängt; und
Koppeln des kombinierten optischen Signals. Das kombinierte optische
Signal wird an einen ersten Ausgangsport gekoppelt, wenn der kombinierte
Polarisationszustand sich von der Phasenänderung ergibt, wenn das optische
Pumpsignal vorhanden ist; und wird an den zweiten Ausgangsport gekoppelt,
wenn der kombinierte Polarisationszustand sich aus keiner Phasenänderung
ergibt, wenn das optische Pumpsignal nicht vorhanden ist. In einem
bevorzugten Verfahren wird der Polarisationsquerkoppler durch mechanisches
Dehnen der polarisationserhaltenden Faser periodisch gebildet. In
einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist der Polarisationsquerkoppler
ein optisches Gitter, welches periodisch innerhalb der polarisationserhaltenden
Faser durch ultraviolettes Licht von einem Laser geschrieben ist.
Vorzugsweise wird der Polarisationsteilungskoppler verwendet, um
das optische Signal an den ersten oder zweiten Ausgangsport in Abhängigkeit
von dem Polarisationszustand des optischen Signals zu koppeln.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Diese
Erfindung lässt
sich vollständiger
aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Ausführungsform
davon zusammen mit den Zeichnungen verstehen,
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 schematisch
einen beispielhaften nicht-linearen Mach-Zehnder Faser-Interferometer-Schalter;
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2 die
Konfiguration eines Mach-Zehnder Polarisationsteilungsschalters
in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Ausführungsform;
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3 eine
diagrammartige Darstellung des Betriebs des all-optical Mach-Zehnder
Schalters der 2, in einer polarisationserhaltenden
Faser, ohne dass ein Pumpimpuls vorhanden ist;
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4 eine
diagrammartige Darstellung des Betriebs eines all-optical (vollständig optischen) Mach-Zehnder
Schalters in einer polarisationserhaltenden Faser, wobei ein Pumpimpuls
vorhanden ist;
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5 ein
verteiltes Netz von all-optical Schaltern des Mach-Zehnder Typs
in einer polarisationserhaltenden Faser; und
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6 die
Beziehung zwischen dem Eingangspumpsignal und dem Ausgangspumpsignal
für das
verteilte Netz der 5.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
grundlegende Konfiguration für
einen typischen vollständig
optischen (all-optical) Schalter ist in 1 gezeigt.
Die Konfguration der 1 wird typischerweise als ein
Mach-Zehnder Interferometer bezeichnet. Wie in 1 gezeigt
umfasst der Mach-Zehnder Faser-Interferometer-Schalter 100 einen
ersten Eingangsarm 105, der ein optisches Eingangssignal
empfängt,
und er umfasst einen zweiten Eingangsarm 110, der ein Schaltpumpsignal
empfängt.
Die Eingangsarme 105, 110 sind zusammengeschweißt, um einen
Koppler 120 zu bilden, der sich in zwei Ausgangsarme 125, 130 heraus
verzweigt. In bestimmten Konfigurationen werden die Abschnitte 135, 140 der
Arme 125 bzw. 130 behandelt, um nicht lineare
Bereiche zu bilden. Die Arme 125, 130 werden wiederum
verschweißt,
um ein Kopplerelement 150 zu bilden, welches sich in Ausgangsports 155 bzw. 160 verzweigt.
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In
der passiven Form (d. h. einer Form, die die nicht linearen Bereiche 135, 140 nicht
einschließt oder
verwendet), wird das Eingangssignal bei der Wellenlänge λs in
den Eingangsarm 105 hineingeführt und durch den ersten Koppler 120 zu
gleichen Teilen in erste und zweite Abschnitte aufgesplittet (aufgeteilt),
die in die zwei Arme 125, 130 eintreten. Nach
Durchlaufen der jeweiligen Arme werden die zwei Signalabschnitte
durch den zweiten Koppler 150 rekombiniert. Wenn die zwei
Abschnitte an dem zweiten Koppler 150 in Phase sind (d.
h. wenn ihre Phasendifferenz gleich zu null oder einem Vielfachen von
2π ist),
dann rekombinieren sie in dem oberen Ausgangsport 155 konstruktiv.
Das heißt,
das gesamte Signal kommt an dem Ausgangsport 155 heraus.
Wenn die zwei Signale, die durch die Arme 125, 130 gehen,
jedoch vollständig
phasenverschoben sind (d. h. wenn ihre Phasendifferenz π, 3π, etc. ist), wenn
sie den zweiten Koppler 150 erreichen, dann rekombinieren
die Signale in dem unteren Ausgangsport 160 konstruktiv,
sodass im Wesentlichen das gesamte Signal den unteren Port verlässt. Wenn
die Phasendifferenz dazwischen ist (größer als 0 und kleiner als π, oder größer als π oder kleiner
als 2π), wird ein
erster Abschnitt des Signals an dem oberen Ausgangsport 155 herauskommen,
während
ein zweiter Abschnitt des Signals an dem unteren Ausgangsport 160 herauskommen
wird, wobei das Verhältnis
der Intensitäten
der Ausgangssignale durch die Phasendifferenz zwischen den zwei
Signalen, die in den Koppler 150 eintreten, bestimmt wird.
Dieses Prinzip ist altbekannt und viele Anwendungen von Mach-Zehnder Faser-Einrichtungen
sind in der Literatur unter Verwendung von besonderen verschmolzenen
oder polierten Faserkopplern berichtet worden, um den Mach-Zehnder
Interferometer-Faser-Schalter zu bilden. Zum Beispiel werden optische Schalter
des Mach-Zehnder Typs und deren Anwendung in dem U.S. Patent Nr.
5.297.224 dargestellt.
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Wie
voranstehend kurz diskutiert handelt es sich bei einer gegenwärtigen Anwendung
eines Mach-Zehnder
Interferometer-Faser-Schalters um ein vollständig optisches (all-optical)
Schalten. Gemäß dieser
Anwendung sind die Bereiche 135, 140 aus Faser
gebildet, die nicht lineare Effekte aufzeigt. Zum Beispiel verwenden
einige Konfigurationen eine standardmäßige Siliziumoxid (Silica)
Faser (die einen eigentümlichen
Kerr Effekt aufweist) oder eine andere dotierte Faser mit einer
Dotierstoff-Konzentration, die den nicht linearen Kerr Effekt erhöht oder betont.
Wie in dem technischen Gebiet altbekannt ist, ist der Kerr Effekt
ein Phänomen,
das auftritt, wenn der Brechungsindex einer Faser, die ein optisches
Signal (zum Beispiel bei einer Wellenlänge von λs) führt, geringfügig durch
die eigene Intensität
des Signals sowie durch andere Lichtintensitäten, die sich durch die Faser
ausbreiten, modifiziert wird. Um ein all-optical Schalten zu bewirken
wird ein Pumpsignal (bei einer Wellenlänge λp, die
sich von der Wellenlänge λs unterscheidet)
in den zweiten Port 110 injiziert. Der erste Koppler 120 ist
so konstruiert, dass er ein Wellenlängen-Teilungs-Multiplexer (WDM)
ist, sodass – während das
Signal bei der Wellenlänge λs zu gleichen
Teilen zwischen beiden Armen aufgeteilt wird (d. h. ein Kopplungsverhältnis von
50% aufzeigt) – die
Pumpe, die die andere Wellenlänge λp aufweist, nicht
an den oberen Ausgangsarm 125 gekoppelt wird, (d. h. ein
Kopplungsverhältnis
von 0% aufzeigt). Sämtliche
Pumpleistung wird somit an den unteren Ausgangsarm 130 des
Mach-Zehnder-Interferometers gekoppelt.
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Als
Folge der nicht linearen Charakteristiken des Bereichs 140 des
Interferometers 100 modifiziert die Pumpleistung den Index
des Faserkerns in dem Bereich 140 des unteren Arms 130.
Die Energie von dem Pumplicht wird in den Faserbereich 140 hineinabsorbiert,
was bewirkt, dass Elektronen innerhalb der Faser auf ein höheres Energieniveau
gehen. Dies führt
zu einer Modifikation der Ausbreitungscharakteristiken der Faser,
sodass der Brechungsindex des Faserkerns für Wellenlängen von Licht einschließlich der
Signalwellenlänge λs verändert wird.
Durch Ändern
des Brechungsindex in dem Bereich, durch den sich das Signal in
dem unteren Arm 130 ausbreitet, findet eine effektive Änderung
in der Wellenlänge
des Signals statt (d. h. von λs auf λs±Δλ). Diese Änderung der
Wellenlänge
ist nur über
dem nicht linearen Bereich 140 effektiv und das Signal
kehrt auf die Wellenlänge λs zurück, bevor
es in den Koppler 150 eintritt. Wenn über der Länge des nicht linearen Bereichs 140 genommen
ist die Änderung
der Wellenlänge äquivalent
dazu, dass das Eingangssignal bei der Wellenlänge λs eine
nicht lineare Phasenverschiebung δφ in dem
unteren Arm 130 durchläuft.
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Da
das Signal in dem unteren Arm 130 eine Kerr-induzierte
Wellenlängenänderung
durchläuft, die äquivalent
zu einer Phasenschiebung von δφ ist, während das
Signal in dem oberen Arm 125 eine Phasenverschiebung nicht
durchläuft
(da keine Pumpleistung in den oberen Arm eintritt, so dass der Brechungsindex
des oberen Arms unverändert bleibt),
wird eine relative Phasenverschiebung zwischen dem Signal in dem
oberen Arm 125 und dem Signal in dem unteren Arm 130 induziert
(hervorgerufen). Zusätzlich
wird eine konstante relative Phasendifferenz zwischen den zwei Signalen,
die in dem Koppler 150 rekombiniert werden, als Folge irgendeiner
Differenz in den Längen
der zwei Arme 125, 130 beobachtet. Wenn die zwei
Signale durch den zweiten Koppler 150 rekombiniert werden,
ist demzufolge deren relative Phasendifferenz nun δφ plus irgendeine
konstante Phasenverschiebung als Folge der Differenz in der Länge der
Ausbreitungspfade zwischen dem oberen Arm 125 und dem unteren
Arm 130. Die Summe von δφ und dieser
konstanten Phasendifferenz wird nachstehend als Δφ bezeichnet.
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Unter
der Annahme, dass bei Abwesenheit eines Pumpeingangs die Phasendifferenz
als Folge der Differenz in den Ausbreitungslängen durch die Arme 125, 130 so
kalibriert ist, dass sie null ist (d. h. so dass im Wesentlichen
das gesamte Eingangssignal an dem oberen Ausgangsport 155 herauskommt),
wenn die Pumpleistung gewählt
wird, sodass δφ=π ist, dann
wird bei Abwesenheit der Pumpe im Wesentlichen die gesamte Signalleistung
durch den unteren Port 160 austreten wird, so dass das Eingangssignal
effektiv von dem oberen Port 155 auf den unteren Port 160 geschaltet
worden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Typ von Schalter nicht
ein Schalter ist, der verriegelt bzw. hält, da das Eingangssignal nur
solange, wie die Pumpleistung ein ist, geschaltet wird. Wenn die
Pumpleistung abgeschaltet wird, dann kehrt der Signalausgang auf den
oberen Port 155 zurück,
da die Nichtlinearität, die
in dem unteren Arm 130 hervorgerufen (induziert) wird,
aufhört
ein Faktor zu werden.
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Wie
voranstehend beschrieben sind Mach-Zehnder Schalter früher unter
Verwendung von zwei getrennten Monomode-Fasern konstruiert worden.
In der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Mach-Zehnder Schalter nur
eine polarisationserhaltende Faser (Polarization Maintaining Fiber;
PMF). 2 illustriert die Konfiguration eines Mach-Zehnder
Polarisationsteilungsschalters (Polarization Splitting Switch; PSS) 200.
Der PSS 200 umfasst eine PMF 205, die zwei Polarisationsquerkoppler
(Polarization Cross Couplers; PCC) 210, 215, einen
Zwischenbereich 218, und einen Polarisationsteilungskoppler
(Polarization Splitting Coupler; PSC) 220 aufweist. Die
PMF 205 hält
die linearen Polarisationszustände
des optischen Signals λs 203 aufrecht, wenn es entlang
der Polarisationsachsen der PMF 205 eingegeben wird. Wenn das
optische Signal 203 sowohl einen senkrechten Polarisationszustand
als auch einen parallelen Polarisationszustand aufweist und in eine
PMF 205 eingekoppelt wird, dann werden die jeweiligen Polarisationszustände aufrecht
erhalten. Das optische Signal 203 in einem PSS 200 wird
Idealerweise in einem einzelnen Polarisationszustand eingekoppelt.
Der PSS 200 ist vorgespannt, um das optische Signal durchzulassen,
wobei er es vollständig
in der ursprünglichen
Polarization lässt,
wenn das optische Pumpsignal λp 204 nicht vorhanden ist und das
optische Signal nicht geschaltet wird. Wenn das optische Signal 203 den
ersten PCC 210 betritt, teilt es sich in zwei zueinander
senkrechte Polarisationszustände, dargestellt
mit λSp1 und λSp2, die jeweils ungefähr die halbe optische Leistung
aufweisen, auf. Die Signale in den zwei Polarisationszuständen gehen
durch den mittleren Bereich (Zwischenbereich) 218 der Faser 205,
der ein nicht linearer Bereich wie die nicht linearen Bereiche 135, 140 in 1 ist.
Die Signale treten dann in den zweiten PCC 215 ein, der
die optische Leistung in ein kombiniertes optisches Signal 222 rekombiniert.
Wenn das Pumpsignal nicht vorhanden ist, ist das kombinierte optische
Signal 222 in dem ursprünglichen
Polarisationszustand und wird an den ersten Ausgangsport 230 gekoppelt
und davon als ein erstes Ausgangssignal 232 emittiert.
Wenn das optische Pumpsignal vorhanden ist, dann ist das kombinierte
optische Signal 222 in einem zweiten Polarisationszustand,
der orthogonal zu dem ersten Polarisationszustand ist, und wird
an den zweiten Ausgangsport 225 des PSC 220 geschaltet
und wird davon als ein zweites Ausgangssignal 234 ausgegeben.
Die folgende Diskussion ist eine kurze Beschreibung davon, wie optische
Leistung von dem PCC 210, 215 transferiert wird.
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Der
Transfer von optischer Leistung in zwei Polarisationen hinein durch
den PCC 210 wird in vorteilhafter Weise unter Verwendung
einer Kammstruktur erreicht, die die Faser 205 periodisch
unter eine mechanische Spannung setzt (z. B. dehnt). Derartige Kammstrukturen
sind z. B. in dem U.S. Patent Nr. 4.872.738 gezeigt, dass hiermit
durch Bezugnahme Teil der vorliegenden Anmeldung ist. Die Spannung ändert die
normalen Polarisationszustände
des optischen Signals 203 in der Faser 205. Wenn
die Faser über
einen langen Abschnitt gedehnt wird, wird Leistung von einer Polarisation
an die andere während
einer Länge
gleich zu einer Hälfte
der Schwebungslänge
der zwei Polarisationen transferiert. Über die nächste eine Hälfte der
Schwebungslänge
wird die Leistung auf die ursprüngliche
Polarisation zurücktransferiert.
Somit wird über
eine vollständige
Schwebungslänge
keine Nettoleistung transferiert. Die Kammstruktur ist konfiguriert,
um die Faser für
eine Hälfte
der Schwebungslänge
zu dehnen und die Faser für
die nächste
eine Hälfte
der Schwebungslänge nicht
zu dehnen. Die gedehnten und nicht gedehnten Abschnitte werden bei
einer Periodizität
von einer Schwebungslänge
wiederholt. Die Kopplungen zwischen den Polarisationen an jeder
gedehnten Stelle sind kumulativ, um eine gesamte Nettokopplung von Energie
von einem Polarisationszustand auf den anderen bereitzustellen.
Der Kamm ist so konstruiert, dass er eine Anzahl von periodischen
Dehnungsstellen aufweist, um eine gesamte nominelle Kopplung der
optischen Leistung von ungefähr
50% des eingegebenen Polarisationszustands auf den zweiten Polarisationszustand
bei der optischen Signalwellenlänge λs bereitzustellen.
Das optische Signal 203 und das Pumpsignal 204 weisen
unterschiedliche Wellenlängen
auf. Deshalb sind die Schwebungslängen für die Pumpe und das Signal
unterschiedlich. Die Länge von
jedem gedehnten Ort wird so gewählt,
dass die Pumpe eine nahezu Null-Nettokopplung
aufweist. Für
eine PMF 205 ist der Kamm vorzugsweise unter einem Winkel
von 45° zu
der Hauptpolarisationsachse für
einen maximalen Wirkungsgrad angebracht.
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Eine
alternative Vorgehensweise zum Koppeln von Licht zwischen den zwei
Polarisationen besteht darin ein permanentes optisches Gitter zu
verwenden, welches in eine fotoempfindliche Faser mit einem UV Laser
geschrieben ist. Siehe zum Beispiel K.O. Hill et al. „Bragg
Gratings Fabricated in Monomode Photosensitive Optical Fiber by
UV Exposure Through a Phace Mask",
Applied Physics Letters, Vol. 62, Nr. 10, März 8, 1993, Seiten 1035-1037;
siehe auch R. Kashyap, et al., "Wideband
Gain Flattened Erbium Fiber Amplifier Using a Photosensitive Fiber
Blazed Grating",
Electronic Letters, Januar 21, 1993, Vol. 2, Nr. 2, Seiten 154-156.
Der Effekt ist ähnlich
wie derjenige der Kammstruktur. Die Periode des Gitters wird so
gewählt,
dass ungefähr
50% der optischen Leistung in den zwei Polarisationszuständen bei
der Wellenlänge λs des
optischen Signals 203 gekoppelt wird. Die Kopplungsmenge
ist Wellenlängenabhängig und
die Periode des Gitters wird so gewählt, dass das Pumpsignal eine
Netto-Null-Kopplung aufweist. Für
die PMF 200 wird das Gitter vorzugsweise unter einem Winkel
von 45° zu
der Hauptachse der Faser für
einen maximalen Wirkungsgrad geschrieben.
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Wie
in 2 dargestellt trennt der erste PCC 210 (Kamm
oder Gitter) das optische Signal von der ursprünglichen Polarisation in die
zwei zueinander senkrechten Polarisationen die mit λSp1 und λSp2,
gezeigt sind. Dann rekombiniert der zweite PCC 255 die zwei
Polarisationen in das kombinierte Signal 222.
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Mit
der geeigneten Vorspannung, wenn kein Pumpsignal 204 vorhanden
ist, kehrt die gesamte optische Leistung auf die ursprüngliche
Polarisation zurück.
Um die Leistung auf den zweiten Polarisationszustand zu schalten,
wird der Kerr Effekt oder ein anderer nicht linearer Effekt durch
das Pumpsignal 204 erzeugt, um eine differentielle Phasenverschiebung um
180 Grad (π)
zwischen den zwei Polarisationen des optischen Signals 203 zu
erzeugen. Sobald diese differentielle Phasenverschiebung vollständig ist, wird
die gesamte optische Leistung von dem zweiten PCC 215 in
dem zweiten Polarisationszustand gekoppelt.
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Das
abschließende
Element des PSS 200 ist ein Polarisations-Teilungs-Koppler
PSC 220, der das gesamte optische Signal 203 von
dem PCC 215 in einen von zwei Ausgangsports 225, 230 koppelt.
Die Auswahl davon, in welchen der zwei Ausgangsports 225, 230 die
optische Leistung geht, wird durch den Polarisationszustand des
kombinierten optischen Signals 222 gesteuert. Wenn die
Pumpe nicht vorhanden ist und das optische Signal 203.
in den ursprünglichen
Polarisationszustand ist, wird das optische Signal 203 an
den ersten Ausgangsport 230 gekoppelt und davon als ein
erstes Ausgangssignal 232 emittiert. Wenn die Pumpe vorhanden
ist und das optische Signal in dem zweiten Polarisationszustand
ist, dann wird das optische Signal an den zweiten Ausgangsport 225 gekoppelt.
Der PSC 220 Koppler weist einen geringen Verlust bei der
Pumpwellenlänge
auf. Der PSC 220 Koppler weist eine gute Unterscheidung
zwischen den Polarisationen auf und konserviert auch die Pumpleistung.
Im Wesentlichen die gesamte eingegebene Pumpleistung (weniger des Pumplichts,
das in dem Schaltprozess verbraucht wird) wird an den Pump-Ausgangsport 240 (2) gekoppelt
und davon als ein Pumpausgangssignal 236 emittiert. Die
Pumpleistung in dem Pumpausgangssignal 236 kann in vorteilhafter
Weise als ein Eingangspumpsignal an einen nachfolgenden Schalter
(nicht gezeigt) in einem Sensorfeld bereitgestellt werden. Die Polarisationsteilungskoppler,
die Licht in der senkrechten Polarisation koppeln und Licht in der parallelen
Polarisation durchlaufen und die die benötigte Wellenlängenabhängigkeit
aufweisen, sind kommerziell erhältlich,
zum Beispiel von Canadian Instrumentation and Research Limited,
Burlington, Ontario, Canada, als Teil mit der Nr. 918P.
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Die 3 und 4 zeigen
den Betrieb des Polarisationsteilungsschalters mit näheren Einzelheiten. 3 zeigt
den Betrieb eines beispielhaften vollständig optischen (all-optical)
Faser-Mach-Zehnder-PSS 200,
wenn kein optisches Pumpsignal 204 vorhanden ist. Der PSS 200 empfängt das
optische Signal 203 bei der Wellenlänge λs von
einer Eingangslichtquelle (nicht gezeigt) in einer einzelnen Polarisation 310.
Das Signal tritt in die PMF 205 in den Koppler PCC 210 ein.
Der erste PCC 210 trennt das optische Signal in zwei zueinander
senkrechte Polarisationen 312, 314. Die Leistung
wird auch ungefähr
gleich in jedem der Polarisationszustände getrennt. Die einzelnen
Polarisationen werden aufrecht erhalten, bis das Signal den zweiten
PCC 215 erreicht. Der zweite PCC 215 rekombiniert
das optische Signal 310 in den ursprünglichen Polarisationszustand.
Das optische Signal 203 geht weiter an den PSC 220,
wo das optische Signal nicht gekoppelt wird und vollständig von
dem PSC 220 an den ersten Ausgangsport 230 transmittiert
wird und davon als das erste Ausgangssignal 232 emittiert
wird. Der Polarisationszustand für
ein erfolgreiches Schalten hängt
von dem ursprünglichen
Polarisationszustand des optischen Signals 203 ab.
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4 zeigt
den Mach-Zehnder PSS 200, wenn das optische Pumpsignal 204 aktiviert
ist. Das optische Signal 203 tritt in den ersten PCC 210 ein, der
das optische Signal 310 in zwei zueinander senkrechte Polarisationszustände 312, 314 auftrennt,
wie zuvor. Wenn das optische Pumpsignal 204 vorhanden ist,
wird einer der zwei Polarisationszustände (z. B. der Zustand 314)
in der Phase um 180 Grad (π) verschoben,
wie mit einem sich ergebenden Zustand 315 dargestellt.
Sobald das optische Signal den zweiten PCC 215 erreicht,
werden die zwei Abschnitte (Teile) 312, 315 des
optischen Signals mit der durch die Pumpe hervorgerufene relative
Phasenverschiebung durch den PCC 215 in den gedrehten Polarisationszustand 316 rekombiniert.
Dieser gedrehte Polarisationszustand 316 ist orthogonal
zu dem nicht geschalteten Polarisationszustand 318. Weil
die Polarisation des Signals auf den orthogonalen Zustand gedreht
worden ist, wird das optische Signal 203 durch den PSC 220 in
den zweiten Ausgangsport 225 gekoppelt, der das Schalten
des optischen Signals 203 fertig stellt.
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5 illustriert
ein Netz 500 mit einer Leiterstruktur von verteilten Schaltern 200,
die mit einer Vielzahl von Leitersprossen 510 verbunden
sind, die jeweils ein oder mehrere Sensoren aufweisen, die passiv
in jeder Sprosse (Rung) multiplexiert sind. Vorzugsweise werden
die Sensoren in jeder Sprosse 510 passiv unter Verwendung
eines Stern-Multiplexers multiplexiert. Obwohl nur drei Felder 510A,
B, C in 5 gezeigt sind, kann eine wesentlich
größere Anzahl
von Feldern 510 eingeschlossen sein. Die Felder (Arrays) 510 weisen
jeweilige Eingänge
auf, die mit einem optischen Verteilungsbus 512 durch jeweilige
Polarisationsteilungsschalter 200A, B, C in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gekoppelt sind. Die Felder 510 weisen
jeweilige Ausgänge
auf, die mit einem optischen Rückführungsbus 514 durch
jeweilige Polarisationsteilungsschalter 200D, E, F gekoppelt
sind. Jeder der Polarisationsteilungsschalter 200 weist
jeweilige PCCs 210, 215 und einen jeweiligen mittleren
Bereich (Zwischenbereich) 2l8 auf. Das optische Signal 203 tritt
in den ersten PSS 200A ein. Wenn das optische Pumpsignal 204 vorhanden
ist, dann wird das optische Signal 203 in das passive Sensorfeld 510A über einen
ersten Koppler 220 hinein geschaltet. Wenn das optische Pumpsignal 204 nicht
vorhanden ist, dann geht das optische Signal weiter durch den ersten
Koppler 220A an den nächsten
PSS 200B. Eine Verzögerungsleitung 505 ist
zwischen jedem PSS 200 angeordnet, um ein geeignetes Timing
des optischen Pumpsignals 204 in Bezug auf das optische
Signal 203 bereitzustellen. Ein derartiges Timing ist zum Beispiel
in dem U.S. Patent Nr. 5.267.244 von H. J. Shaw beschrieben. Das
optische Pumpsignal 204 wird gepulst, so dass nur ein PSS 200 zu
irgendeiner Zeit aktiv ist. Deshalb empfängt nur ein passives Sensorfeld 510 das
optische Eingangssignal 203 zu irgendeiner Zeit. Sobald
das optische Signal 503 durch eines der passiven Sensorfelder 510 geht, kommt
das optische Signal 503 an dem optischen Rückführungsbus 514 über einen
jeweiligen Schalter 200D, E, F heraus.
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Das
optische Pumpsignal 204 wird vorzugsweise an dem optischen
Verteilungsbus 512 als eine Serie von Eingangspumpimpulsen 204 und
an dem optischen Rückführungsbus 514 als
eine Serie von synchronen Ausgangspumpimpulsen 520, wie
in 6 dargestellt, bereitgestellt. Die Eingangspumpimpulse 204 weisen
eine Eingangspumpbreite (Input Pump Width; IPW) auf und die Ausgangspumpimpulse 520 weisen
eine Ausgangspumpbreite (Output Pump Width; OPW) auf. Die Eingangspumpimpulse 204 und
die Ausgangspumpimpulse 520 werden verzögert, wenn sie sich entlang
der jeweiligen Busse ausbreiten, sodass sie an den jeweiligen Schaltern 200 zu
unterschiedlichen Zeiten ankommen. Insbesondere kommt der Eingangspumpimpuls 204 an dem
Schalter 2000 nach einer Verzögerung (DELAY), bestimmt durch
die Verzögerung 505,
an. Wie voranstehend beschrieben bewirkt der Impuls 530, dass
der Schalter 200C das Eingangssignal durch die Sprosse
1 510C als ein RUNG 1 SIGNAL IN 530 verzweigt.
Nach jeweiligen nachfolgenden Verzögerungen kommt der Eingangspumpimpuls
an dem Schalter 200B an, um das Eingangssignal zu veranlassen,
durch die Sprosse 2 510B als ein RUNG 2 SIGNAL
IN 531 verzweigt zu werden. Danach kommt der Pumpimpuls
an dem Schalter 500A an und bewirkt, dass das Eingangssignal
durch die Sprosse 3 510A als ein RUNG 3 SIGNAL
IN 532 verzweigt wird. Nach einer kurzen Sensorverzögerung (angezeigt als
SD in 6), wird das Signal von der Sprosse 1 510C als
eine Serie von Ausgangsimpulsen (RUNG 1 SIGNAL OUT) 540 ausgegeben.
Jeder der Ausgangsimpulse 540 wird durch einen jeweiligen
Sensor in der Sprosse 1 510C erzeugt. Jeder Impuls weist
ungefähr
die gleiche Dauer wie der Eingangsimpuls 530 auf und jeder
Impuls wird von dem vorangehenden Impuls durch eine kleine Verzögerung, die
als ein Schutzband (Guardband; GB) bezeichnet wird, getrennt. Das
Schutzband wird bereitgestellt, indem die Differenzen in den Pfadlängen durch
jeden Sensor in der Sprosse 1 510C so ausreichend gemacht
wird, dass der Impuls, der durch den Sensor mit der kürzesten
Pfadlänge
erzeugt wird, vollständig ausgegeben
ist und die Schutzband-(GB)-
Verzögerung
vor dem Impuls, der durch den Sensor mit der nächst längsten Pfadlänge erzeugt
wird, abgelaufen ist, und so weiter. In 6 sind fünf Ausgangsimpulse
von jeder der Sprossen 510A, 510B und 510C gezeigt,
was fünf
Sensoren in jeder Sprosse darstellt. Es sei darauf hingewiesen,
dass mehr oder weniger Sensoren in jeder Sprosse bereitgestellt
werden können.
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Das
Ausgangspumpsignal wird getimed, um an den jeweiligen Ausgangsschaltern 200F, 200E, 200D anzukommen,
wenn die Ausgangssignale an dem Ausgang von jeder der Sprossen 510C, 510B, 510A ankommen.
Dies wird dadurch erreicht, dass das Pumpsignal durch entsprechende
Verzögerungen 505 geführt wird.
Zusätzlich
kann das Pumpsignal um einen kleinen Betrag verzögert werden, um die Ausbreitungsverzögerung durch
den kürzesten Sensorpfad
in jeder Sprosse aufzunehmen. Dies kann dadurch erreicht werden,
dass eine Extraverzögerung
in der Verzögerung 505 vor
dem ersten Rückführungsbus-Schalter 200F eingebaut
wird oder indem die Ausgangspumpe um den Betrag der Sensorverzögerung (SD)
verzögert
wird, wie in 6 gezeigt. Jeder Ausgangspumpimpuls 520 weist
eine Dauer (d. h. Output Pump Pulse; OPW) auf, die so gewählt ist,
dass sie wenigstens so lang wie die Gesamtdauer der Signalausgangsimpulse
von den Sprossen 510A, 510B, 510C ist.
In dem dargestellten Beispiel von drei Sprossen und fünf Sensoren
pro Sprosse wird die Dauer (OPW) der Pumpimpulse 520 geringfügig größer als
fünf mal
die Summe der Eingangspumpdauer (Input Pump Duration; IPW) und des
Schutzbandes (GB) (d. h. OPW > 5x
(IPW + GB)) sein.
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Die
erste Verzögerung 505 wird
gewählt,
um zu bewirken, dass der Ausgangspumpimpuls 520 an dem
Schalter 200F als ein ENABLE RUNG 1 OUT Impuls 550 zu
der gleichen Zeit ankommt, zu der die Signalausgangsimpulse 540 von
der Sprosse 1 510C ausgegeben werden. Somit wird der Schalter 200F aktiviert,
um die Impulse 540 auf den Rückführungsbus 514 zu verzweigen.
In ähnlicher
Weise, nach einer zusätzlichen
Verstärkung,
kommt der Pumpimpuls 520 an dem Schalter 200E als
ein ENABLE RUNG 2 OUT Impuls 551 an und kommt dann an dem
Schalter 200D als ein ENABLE RUNG 3 OUT Impuls 552 an.
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Die
Signalimpulse von jeder Sprosse 510A, 510B, 510C sind
in dem zweiten Polarisationszustand. Wenn der Ausgangspumpimpuls
an einem bestimmten optischen Schalter 200 (z. B. dem Ausgangsschalter 200D)
vorhanden ist, wird das optische Signal von dem jeweiligen Feld
(z. B. der Sprosse 3 510A) von dem zweiten Polarisationszustand
in den ersten Polarisationszustand in dem Ausgangsschalter 200D gekoppelt.
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Ansonsten,
wenn der Ausgangspumpimpuls nicht vorhanden ist, bleiben die Signale
in dem zweiten Polarisationszustand.
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Wenn
der Pumpimpuls am Schalter 200D vorhanden ist, dann wird
das Signal auf den ersten Polarisationszustand gekoppelt und breitet
sich auf dem Rückführungsbus 514 in
dem ersten Polarisationszustand aus. Wenn das Signal an dem Schalter 200E ankommt
und danach an dem Schalter 200F, ist kein Pumpimpuls vorhanden
und keine Kopplung tritt auf. Somit breitet sich das Signal weiter
durch die Schalter zu dem Ausgang des Rückführungsbusses 512 aus.
Wenn andererseits die Pumpe an dem Schalter 200D nicht
vorhanden ist, wenn das Signal von der Sprosse 3 ausgegeben wird,
dann bleibt das Signal in der zweiten Polarisation. Wenn das Signal an
dem Schalter 200E in der zweiten Polarisation ankommt,
wird es somit auf den nicht verwendeten Ausgangsport gekoppelt und
dadurch gelöscht,
sodass es sich nicht weiter zu dem Ausgang des Rückführungsbusses 514 ausbreitet.
Irgendein Signal in dem zweiten Polarisationszustand, das den Ausgang
des Rückführungsbusses 514 erreicht,
wird in vorteilhafter Weise durch ein Polarisationsfilter 590 abgeblockt.
Alternativ wird ein Detektor (nicht gezeigt) gewählt, der Licht in dem zweiten
Polarisationszustand nicht erfasst.
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Die
Sprosse 1 Ausgangsimpulse 520 breiten sich durch eine Verzögerung 505 auf
dem Rückführungsbus 514 aus
und werden als eine Serie von Ausgangsimpulsen 560 ungefähr eine
DELAY Zeit später
bereitgestellt. Die Sprosse 2 Ausgangsimpulse 521 breiten
sich durch zwei Verzögerungen 505 auf
dem Rückführungsbus 514 aus
und werden als eine Serie von Ausgangsimpulsen 561 ungefähr zwei DELAY
Zeiten später
bereitgestellt. Die Sprosse 3 Ausgangsimpulse 522 breiten
sich durch drei Verzögerungen 505 auf
dem Rückführungsbus 514 aus und
werden als eine Serie von Ausgangsimpulsen 562 ungefähr drei
DELAY Zeiten später
bereitgestellt. Obwohl die Impulse 540, 541 und 542 zeitlich überlappen,
wenn sie erzeugt werden, verursachen der Effekt der Verzögerung bei
der Erzeugung der Sprosse 2 Ausgangsimpulse 521 und der
Sprosse 3 Ausgangsimpulse 522 und die Verzögerung bei
der Ausbreitung der Ausgangsimpulse durch den Rückführungsbus 514, dass
die Ausgangsimpulse zeitlich getrennt sind, wenn die Impulse an
dem Ausgang des Rückführungsbusses 514 ankommen.
Anstelle davon werden die Ausgangsimpulse auf dem Ausgang des Rückführungsbusses 514 als
eine kontinuierliche Folge von Impulsen, getrennt nur durch kleine
Verzögerungen
um sicherzustellen, dass die Impulse nicht überlappen, bereitgestellt.
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Weil
die Ausgangssignale eine längere
gesamte Dauer als die Eingangspumpimpulse 204 aufweisen,
müssen
die Eingangspumpimpulse 204 durch eine PUMPPERIODE (PUMP
PERIOD) getrennt sein, die so gewählt ist, dass die ersten Ausgangssignalimpulse,
die durch den zweiten Eingangspumpimpuls 204 verursacht
werden, nicht mit dem letzten Ausgangssignalimpulsen, die durch
den ersten Eingangspumpimpuls 204 verursacht werden, überlappen.
Somit sind die Eingangspumpimpulse 204 durch eine PUMP
PERIOD gleich zu 2xDELAYxN getrennt, wobei N die Anzahl von Sprossen
ist. Wie voranstehend diskutiert ist die DELAY (VERZÖGERUNG)
so gewählt,
dass sie ausreichend lang ist, um sicherzustellen, dass die Signale
von einer Sprosse erzeugt und ausgegeben werden, bevor eine Ausgabe
der Signale von der nächsten
Sprosse beginnt. Somit wird die DELAY so gewählt, dass sie geringfügig größer als
eine Hälfte
der Dauer von jeder Serie der Pumpimpulse ist. Durch eine Auswahl der
PUMP PERIOD in Übereinstimmung
mit diesen Kriterien werden die Ausgangssignale von RUNG 1 510C verursacht
durch den zweiten Eingangspumpimpuls 204, als eine Serie
von Impulse 563 ausgegeben, die unmittelbar nach den Ausgangsimpulsen 562,
verursacht durch den vorgehenden Eingangspumpimpuls, folgen.
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Durch
die voranstehend angegebene Vorgehensweise kann das optische Signal
selektiv durch jedes passive Sensorfeld verteilt und davon für eine Datenanalyse
wieder hergestellt werden. Durch ein Timing der Pumpimpulse derart,
dass nur ein Eingangsschalter 200 und nur ein entsprechender
Ausgangsschalter 200 zur gleichen Zeit aktiv sind, können die
Signale von jedem Feld 510 getrennt analysiert werden.
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Obwohl
in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben, sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibungen
der Ausführungsformen
illustrativ für die
Erfindung sind und es nicht beabsichtigt ist, dass sie beschränkend sind.
Verschiedene Modifikationen und Anwendungen werden Durchschnittsfachleuten in
dem technischen Gebiet nahe liegen, ohne von dem Umfang der Erfindung,
so wie sie in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist, abzuweichen.