FI77944C - Optiskt vaoglaengds-multiplexsystem. - Google Patents

Description

1 77944

Optinen aallonpituus-multipleksi-järjestelmä

Keksintö koskee optista aallonpituus-multipleksi-järjestelmää.

Optista viestisiirtoa varten aallonpituus-multipleksissä, jossa useiden erilaiset aallonpituudet omaavien valolähteiden moduloitu säteily, joista valolähteistä jokainen siirtää erilaisen informaation, lähetetään samanaikaisesti yhden ainoan lasikuidun kautta, tarvitaan optisia multipleksereitä ja de-multipleksereitä.

Riippuen käytetyn valolähteen laadusta (luminesenssidiodit tai laserdiodit), siirrettävien aallonpituuskanavien lukumäärästä ja niiden kanavaetäisyydestä käytetään interferenssisuodatin-tai hilalaitteita multi-/demultipleksereiden toteuttamiseksi. Jos kanavia on vähemmän ja lähettiminä käytetään luminesens-sidiodeja, käytetään mieluummin interferenssisuodatinlaittei-ta, koska ne tuottavat suotuisat arvot välihäviöille ja ylikuulumisen vaimennukselle ja ne voidaan valmistaa sädejakaja-periaatteen mukaisesti yksinkertaisiksi ja kompakteiksi (A. Reichelt, H.F. Mahlein ja G. Winzer: "Low Loss Lensless Wavelength-Division Multiplexers", Conf. on Optical Communication, York, 1980). Kahdeksalla kanavalla varustettu interferenssi-suodatinlaite multiplekserinä tai demultiplekserinä voitaisiin toteuttaa vain hyvin suurella panoksella. Yksistään lumine-senssidiodien Iinjaleveyden johdosta voitaisiin toteuttaa optista viestisiirtoa varten valojohdinkuitujen kautta käytettävissä olevalla aallonpituusalueella 700 nm - 1,6 yum parhaimmassa tapauksessa seitsemän kanavaa.

Useiden aallonpituuskanavien toteuttamiseksi on käytettävä laserdiodeja yhdessä heijastushilojen kanssa. Laserdiodeja varten olevia heijastushilalaitteilla varustettuja multiplek-si- tai vast, demultipleksimoduuleja on voitu toteuttaa tällä välin kymmenellä kanavalla. Mielekkäät kanavavälit ovat tässä 2 77944 alueella λ = 800 nm, n. Δλ = 20 nm ja alueella λ * 1,3 ^um n. 35 nm (K. Kobayashi ja M. Seki: "Microoptic Grating Multiplexers and Optical Isolators for Fiber-Optic Communications", IEEE Journ. Quant. Electronics, QE-16/1 (1980), 11-22). Kana-valukumäärän ylimmäksi rajaksi muodostuisi tästä arvoksi n.

30. Tämä lukumäärä edellyttää kuitenkin, että koko käytettävissä olevalla aallonpituusalueella olisi jakautuneesti samanarvoisia laserdiodeja käytettävissä. Multipleksi- tai vast, demultipleksi-moduulien rakenne yhdellä ainoalla heijastushi-lalla varustettuna on arvioidulle kanavalukumäärälle teknologisesti erittäin vaativa aikomus. Todellisempi multipleksi-tai vast, demultipleksi-moduulien tätä muunnelmaa varten on olettamus, että esityksellä "Useita aallonpituuskanavia" ymmärretään lukumäärää n. 15. Jos heijastushila-multipleksi-tai vast, demultipleksi-moduuleja käytetään useammalle kuin kahdeksalle kanavalle, niin esiintyy välihäviöiden voimakkaita vaihteluita taittumisvaikutusasteen (maksimaalisen voimakkuuden kulma = Blazewinkel) riippuvaisuuden johdosta aallonpituudesta ja suuria välihäviöitä kuiduille, joilla on suuri etäisyys optisesta akselista, aberraatiovirheiden johdosta.

Keksinnön tehtävänä on suurentaa optisessa aallonpituus-multipleksi-järjestelmässä erilaiset kantoaaltopituudet omaa-vien siirtokanavien lukumäärää tunnettuihin ratkaisuihin verrattuna.

Tämän tehtävän ratkaisemiseksi on keksinnölle tunnusomaista se, että multiplekserit tai vast, demultiplekserit on kanavien lukumäärän nostamiseksi varustettu sekä heijastushiloil- la (G -G ) että interferenssisuodattimilla (F ; F , F , 14 12 12 14 F , jolloin heijastushila- ja interferenssisuodatin-multi- pleksi- tai vast, demultipleksi-moduulit on sovitettu toisiinsa. Siten on kanavamäärän suurentaminen mahdollista, ilman että välihäviöt kasvavat mahdottomiksi.

Keksinnön eräässä sovellutuksessa siirtovälin yksittäiskuidut 3 77944 on interferenssisuodatin-multipleksi- tai vast, demultipleksi-moduulien avulla siirtovälin molemmissa päissä tehty viuhka-maisesti jakautuviksi, jolloin muodostuvat kuituportit moninkertaistetaan edelleen heijastushila-multipleksi- tai vast, demultipleksi-moduuleilla.

Tarkoituksenmukaista on se, että heijastushila-multiplekse-rien ulostulokuidut, interferenssisuodatin-multiplekserien, interferenssisuodatin-demultiplekserien kuidut sekä heijatus-hila-demultiplekserien sisäänmenokuidut ovat identtisiä siir-tovälin järjestelmäkuitutyypin kanssa (taitekerroin, numeerinen apertuuri ja ydinläpimitta).

Heijastushila-multiplekseriin menevät sisäänmenokuidut valitaan sitä vastoin yleensä pienemmällä ydinläpimitalla ja/tai pienemmällä numeerisella apertuurilla, kun taas heijastushila-demultiplekserin ulostulokuiduille ovat suuremmat ydinläpimi-tat ja suurempi numeerinen apertuuri tarkoituksenmukaisia.

Valitussa järjestelyssä on edullista, että aallonpituusväli kahden aallonpituuskaistan välillä, jotka on kytketty kahden heijastushilan ja saman interferenssi-reunasuodattimen kautta siirtovälin yksittäiskuituihin, voidaan valita mielivaltaisesti, niin kauan kuin interferenssi-reunasuodattimen reuna-jyrkkyys tämän sallii.

Keksinnön suoritusesimerkkejä on esitetty piirustuksessa ja niitä selitetään seuraavassa lähemmin.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista optista aallonpituus-multipleksijärjestelmää, jossa on heijastushiloja ja reunain-terferenssisuodattimia (2N kanavaa).

Kuvio 2 esittää kuvion 1 suhteen samankaltaista optista aal-lonpituus-multipleksi-järjestelmää, jossa kanavia on kuitenkin 4N.

4 77944

Kanavamäärän suurentaminen optisessa aallonpituus-multipleksi-järjestelmässä on mahdollista siten, että tällainen multi-pleksijärjestelmä on koottu toisiinsa sovitetuilla heijastus-hila- ja interferenssisuodatin-multipleksi- tai vast, demul-tipleksimoduuleista. Tällöin interferenssisuodatin-multiplek-si- tai vast, demultipleksi-moduulit toimivat siirtovälin yk-sittäiskuitujen muodostamiseksi viuhkamaisiksi siirtovälin molemmissa päissä, niin että ensin on käytettävissä kaksi tai vast, neljä kuituporttia siirtovälin molemmilla sivuilla. Nämä kuituportit moninkertaistetaan edelleen heijastushila-multi-pleksi- tai vast, demultipleksi-moduuleilla.

Kuviossa 1 nähdään tässä esitetty järjestely, jossa on ensin yksi suodatinaste (kulloinkin kaksi kuituporttia) ja kuviossa 2 nähdään vastaava järjestely, jossa on kulloinkin neljä kuituporttia. Kuviossa 1 merkitsee LD erilaisilla aallonpituuksilla spektraalisesti porrastetusti emittoivia la-serdiodeja, ja PD merkitsee vastaanottodiodeja, ja kah ta aallonpituuskaistaa varten erilaisesti emittoitua heijas-tushilaa heijastushila-multipleksi- tai vast, demultiplek- si-moduuleissa ja F interferenssi-reunasuodatinta inter- 12 ferenssi-multipleksi- tai vast, deraultipleksi-moduuleissa. Kanavat 1-N ja (N'l) - M johtavat kulloinkin viereisten aallonpituuksien valoa, esim. kaistassa I laserdiodien valoa, jossa on esimerkiksi emissioaallonpituudet λ 1 = 750 nm λ 2 = 780 nm λ 3 = 810 nm λ 4 = 840 nm λ 5 = 870 nm λ 6 = 900 nm.

Aallonpituuden etäisyys (kanavaetäisyys) on tässä esimerkissä Δλ = 30 nm. Annetuille kuituparametreille ovat heijastushila-multipleksi- tai vast, demultipleksi-moduulin mitoitusohjeet tunnettuja, vrt. esimerkiksi viitejulkaisua K. Kobayashi ja 5 77944 M. Seki. Keskiaallonpituuden ollessa λ ja hilavakion d^ seuraa "Blaze"-kulma (maksimaalisen voimakkuuden kulma v yhtälöstä sinv = \ f 2d . Keskiaallonpituudelle on valittava λ «s { λ +λ)/2. Aallonpituuskaistassa II voidaan koota ΒΪ 1 6 esimerkiksi kanavaetäisyyden ollessa suurempi Δλ= 40 nm laserdiodien valo esimerkiksi emissioaallonpituuksilla λ 7 = 1220 nm λ 8 = 1260 nm λ 9 = 1300 nm λ 10 = 1340 nm λ 11 = 1380 nm λ12 = 1420 nm toisella heijastushila-multipleksi- tai vast, demultipleksi- moduulilla. "Blaze"-kulma (maksimaalisen voimakkuuden kulma) tai porttivakio d on määritelty hilassa yhtälöllä + λ )/2. Molempien heijastushila-multiplekserei- den ulostulokuiduissa oleva valo kootaan interferenssi-multi- pleksi-moduulilla. Interferenssi-reunasuodattimen P reuna 12 asetetaan valitussa esimerkissä, jossa M - 12, aallonpituuden keskiosaan, so. arvoon λ (λ + λ )/2. Interferenssiin 6 7 suodatin-multiplekseriltä kytketään long-wave-pass-suodatti-messa kanavien 1-N valo heijastuskanavan kautta ja kanavien (N+l) - M valo siirtokanavan kautta. Kanavat on vaihdettavissa, kun interferenssisuodatin-multiplekseri toteutetaan short-wave-pass-suodattimella. Interferenssisuodatin-demulti-plekserien ja heijastushila-demultiplekserien rakenne on aivan vastaava.

Kuvion 2 mukaisella multipleksi-järjestelmällä siirretään valo neljän kanavaryhmän, joissa on kulloinkin sama tai lähes sama kanavamäärä M/4, yksittäiskuituvälin kautta. Tämän järjestelyn avulla voidaan toteuttaa kulloinkin seitsemässä kanavassa käyttämällä neljää erilaista heijastushilaa G -G ja 1 4 kolmea erilaista reunasuodatinta F , F , F mahdollisesti 12 34 14 jopa aivan käytettävissä olevalla aallonpituusalueella yleen- 6 77944 sä saavutettavissa olevan rajalla kanavamäärä M. Reunasuodattimet porrastetaan niiden spektraalisen aseman suhteen tällöin esim. siten, että λ (p ) on keskellä λ (F ):n ja _ , . K 14 K 12 λ (F ):n välissä.

K 34

Interferenssisuodatin-multipleksi- tai vast, demultipleksi- moduulien (ne sisältävät tässä vain reunasuodattimia eivätkä mitään ylimääräisiä kapeakaistasuodattimia) välivaimennukset

a ovat alle 2 dB:n. Heijastushila-multipleksi- tai vast. sF

demultipleksi-moduuleissa voidaan laskea samoin välivaimen-

nuksilla a = n. 2 dB, koska yksittäishilojen kanavamäärä sG

pysyy alhaisena. Ensimmäisen järjestelmän elementtien läpikulussa (kuvio 1) muodostuu multiplekseille ja demultiplekseil-le etenkin lisähäviöt

a = 2a + 2a » 8 dB

s sG sF

ja toisen järjestelmän elementtien läpikulussa (kuvio 2) lisähäviöt

a = 2a + 4a A 12 dB

s sG sF

Verrattaessa järjestelmiin, joissa käytetään yksinomaan hei-jastushila-multipleksi- tai ast. demultipleksi-moduuleja, on otettava huomioon, että edellä ehdotetulla järjestelyllä voidaan tässä toteuttaa enemmän kanavia ja siten voidaan käyttää paremmin hyväksi kuituvälin siirtokapasiteettia.

Yksityiskohtia interferenssi-suodattimista, jollaisia voidaan käyttää keksinnön mukaisessa laitteessa, on löydettävissä julkaisusta H.F. Mahlein: "Designing of Edge Interference Filters for Wavelength-Division Multiplex Transmission over Multimode Optical Fibers", Siemens Forsch.- und Entw. Ber. 9 (1980), 142-150.

Claims (6)

7 77944

1. Optinen aallonpituus-multipleksi-järjestelmä, jossa on multipleksereitä ja demultipleksereitä, tunnettu siitä, että multiplekserit tai vast, demultiplekserit on kanavien lukumäärän nostamiseksi varustettu sekä heijastushi- loilla {G -G ) että interferenssisuodattimilla (F ; 14 12 F , F , F ), jolloin heijastushila- ja interferens-12 14 34 sisuodatin-multipleksi- tai vast, demultipleksi-moduulit on sovitettu toisiinsa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen optinen aallonpituus-multipleksi- järjestelmä, tunnettu siitä, että siirto-välin yksittäiskuidut on interferenssisuodatin-multipleksi-tai vast, demultipleksi-moduulien avulla siirtovälin molemmissa päissä tehty viuhkamaisesti jakautuviksi, jolloin muodostuvat kuituportit on edelleen moninkertaistettu heijastus-hila-multipleksi- tai vast, demultipleksi-moduuleilla.

3. Jonkin patenttivaatimuksista 1 tai 2 mukainen optinen aallonpituus-multipleksi-järjestelmä, tunnettu siitä, että heijastushila-multiplekserien ulostulokuidut, interfe-renssisuodatin-multiplekserien, interferenssisuodatin-demultiplekserien kuidut sekä heijastushila-demultiplekse-rien sisäänmenokuidut ovat identtisiä siirtovälin järjestel-mäkuitutyypin kanssa (taitelukuprofiili, numeerinen apertuu-ri ja ydinläpimitta).

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen optinen aallonpituus-multipleksi-järjestelmä, tunnettu siitä, että heijastushila-multiplekseriin menevissä sisäänmenokui-duissa on pienempi ydinläpimitta ja/tai pienempi numeerinen apertuuri ja heijastushila-demultiplekserin ulostulokuiduissa on suurempi ydinläpimitta ja suurempi numeerinen apertuuri kuin muissa käytetyissä kuiduissa. 8 77944

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen optinen aallonpituus-multipleksi-järjestelmä, tunnettu siitä, että interferenssisuodattimina käytetään interferenssireuna-suodattimia, joissa on suuri reuna jyrkkyys.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen optinen aallonpituus-multipleksi-järjestelmä, tunnettu siitä, että multiplekserit vast, demultiplekserit kukin on varustettu ainakin yhdellä interferenssisuodattimella (F · F , F , 12 12 14 F ) ja ainakin kahdella heijastushilalla (G -G ). 24 14