FI85195C - Optical form field transformer - Google Patents
Optical form field transformer Download PDFInfo
- Publication number
- FI85195C FI85195C FI891439A FI891439A FI85195C FI 85195 C FI85195 C FI 85195C FI 891439 A FI891439 A FI 891439A FI 891439 A FI891439 A FI 891439A FI 85195 C FI85195 C FI 85195C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- refractive index
- shape
- core
- central part
- transducer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
8519585195
Optinen muotokentän muunnin Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 mukainen muotokentän muunnin.The present invention relates to a shape field converter according to claim 1.
Taperointi, eli kuidun ohentaminen on yleisesti tunnettu menetelmä muuttaa yksimuotokuidun ytimessä etenevän muodon (valon) poikittaista jakaumaa. Perinteisissä ohentamalla valmistetuissa muotokentän muuntimissa, tapereissa, on esimerkiksi vetämällä pienennetty muuntimen halkaisijaa siten, että muunnin muodostuu muodoltaan katkaistuksi kartioksi. Samassa yhteydessä voidaan muuttaa myös muuntimen osien geometriaa muuntimen eri päissä. Kuituhaaroittimet ovat esimerkkinä komponenteista, jotka perustuvat tähän ilmiöön. Tunnetut muuntimet ovat ns. askeltaitekertoimisia muuntimia, toisin sanoen muuntimia, joissa on vain yksi taitekertoimel-taan perusmateriaalista poikkeava alue.Taperization, i.e. the thinning of a fiber, is a well-known method of changing the transverse distribution of the shape (light) propagating in the core of a single-mode fiber. In conventional thinned shape field transducers, tapers, for example, the diameter of the transducer has been reduced by pulling so that the transducer forms a truncated cone. In the same context, the geometry of the converter parts at different ends of the converter can also be changed. Fiber splitters are an example of components based on this phenomenon. Known converters are the so-called stepwise refractive index transducers, i.e., transducers having only one region of refractive index different from the base material.
Mikäli tavallista askeltaitekertoimista yksimuotokuitua ohennetaan, tulee kuidun ytimestä "liian pieni", jotta valo olisi pelkästään rajoittunut ytimen alueelle. Tämä jakauman leviäminen on helposti voimakkaampi ilmiö kuin ytimen koon pieneneminen, joten ohennettaessa yksimuotokuitua kuidussa etenevän muodon koko kasvaa.If a single step fiber with a standard step refractive index is thinned, the core of the fiber becomes "too small" for the light to be limited only to the core area. This spreading of the distribution is easily a more powerful phenomenon than the reduction in the size of the core, so as the single-mode fiber is thinned, the size of the shape advancing in the fiber increases.
Käytettäessä taperissa pelkästään askeltaitekertoimista profiilia ei muotokentän jakauma ole kuidun ohentamisen jälkeen gaussinen, vaan se on lähempänä eksponentiaalista jakaumaa. Tämä aiheuttaa kytkentähäviöitä taperin ohennetusta päästä aaltoputkeen, koska aaltoputkien muotokenttien jakauma on yleensä gaussinen. Myös kentän leveys kasvaa voimakkaasti ohentamisen mukana, jolloin toleranssit ohentamisen suhteen ovat tiukat. Samaten askeltaitekertoimisen muotokentän muuntimen valmistusmenetelmä ei salli juurikaan ei-ympyräsymmet-risen ja ympyräsymmetrisen aaltojohteen sovittamista toisiinsa, koska ytimen ohentaminen ei vaikuta merkittävästi muotokentän epäsymmetriaan.When using only a step refractive index profile in the taper, the shape field distribution is not Gaussian after thinning the fiber, but is closer to the exponential distribution. This causes coupling losses from the thinned end of the taper to the waveguide, because the distribution of the shape fields of the waveguides is usually Gaussian. The width of the field also increases strongly with thinning, so that the tolerances for thinning are strict. Similarly, the manufacturing method of the step refractive index shape field transducer does not allow much non-circularly symmetrical and circularly symmetrical waveguide to be matched, because the thinning of the core does not significantly affect the shape field asymmetry.
2 85195 Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatussa tekniikassa esiintyvät haitat ja saada aikaan aivan uuden-tyyppinen muotokentän muunnin.It is an object of the present invention to obviate the disadvantages of the technique described above and to provide a completely new type of shape field converter.
Keksintö perustuu siihen, että taperoidun muotokentän muun-timen ydin koostuu kolmen erilaisen taitekertoimen omaavasta kerroksesta siten, että ytimen keskiosalla on suurin taitekerroin, kuorikerroksella toiseksi suurin taitekerroin ja keskiosan ja kuorikerroksen väliin jäävällä välikerroksella on pienin taitekerroin.The invention is based on the fact that the core of a tapered shape field transducer consists of a layer with three different refractive indices so that the central part of the core has the highest refractive index, the shell layer has the second highest refractive index and the intermediate layer between the middle part and the shell layer has the lowest refractive index.
Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle muotokentän muuntimelle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.More specifically, the shape field converter according to the invention is characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 1.
Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.The invention provides considerable advantages.
Muotokenttäjakauman koko ja muoto taperin eri päissä voidaan muokata toisistaan lähes riippumatta, ja siten saada aikaan hyvä kytkentähyötysuhde kahden hyvinkin erilaisen (sekä muodoltaan että kooltaan) valokanavan välillä.The size and shape of the shape field distribution at different ends of the taper can be modified almost independently of each other, and thus a good switching efficiency can be obtained between two very different light channels (both in shape and size).
Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten piirustusten mukaisten sovellusesimerkkien avulla.The invention will now be examined in more detail with the aid of application examples according to the accompanying drawings.
Kuvio 1 esittää yhden keksinnön mukaisen muotokentän muunti-men ohentamatonta päätä.Figure 1 shows the undiluted end of a shape field converter according to the invention.
Kuvio 2 esittää kenttäjakautuman laskennallista arvoa kuvion 1 mukaisen muuntimen ohentamattomassa päässä.Figure 2 shows the calculated value of the field distribution at the undiluted end of the transducer of Figure 1.
Kuvio 3 esittää kenttäjakautuman laskennallista arvoa kuvion 1 mukaisen muuntimen ohennetussa päässä.Figure 3 shows the calculated value of the field distribution at the thinned end of the transducer of Figure 1.
Kuvio 4 esittää perspektiivikuvantona kuvion 1 mukaista muotokentän muunninta.Fig. 4 is a perspective view of the shape field converter of Fig. 1.
Kuvion 1 esittämällä tavalla keksinnön mukaisessa ratkaisussa ytimen taitekerroinprofiili koostuu kolmesta oleellisen koaksiaalisestia osasta. Sisimmän, keskiosan 1 taitekerroin 3 85195 on suurin. Seuraavalla, välialueella 2 on profiilin alhaisin taitekerroinarvo, ts. se on hauta ja kolmannella, kuoriosalla 3 on keskiosaa 1 pienempi, mutta välialuetta 2 suurempi taitekerroinarvo. Kun kuitu on paksu, rajoittuu perusmuodon kenttä lähes pelkästään keskiosan 1 alueelle, joka täten määrää muotokentän koon ja jakauman. Kun kuitu on ohennettu esim. puoleen alkuperäisestä halkaisijastaan, ei keskiosan 1 koko riitä enää pitämään kenttää sisällään (mikä on tilanne myös tavallisessa askeltaitekertoimisessa tapauksessakin), vaan kenttä "karkaa" muuntimen muihin alueisiin. Koska ytimen kuoriosalla 3 on positiivinen taitekerroinero väliosaan 2 nähden, alkaa se toimia kentän rajoittavana osana. Täten muuntimen ohuessa päässä muotokentän jakauman koon ja muodon määrää lähinnä ytimen uloimman osan 3 muoto ja koko. Niinpä uloimman osan 3 muotoa voidaan vaihdella muuntimen eri päissä aina muuntimeen liitettävän kuidun mukaan.As shown in Figure 1, in the solution according to the invention, the refractive index profile of the core consists of three substantially coaxial parts. The refractive index 3 85195 of the innermost, central part 1 is the highest. Next, the intermediate region 2 has the lowest refractive index value of the profile, i.e. it is a tomb, and the third, the shell part 3 has a lower refractive index value than the central part 1, but higher than the intermediate region 2. When the fiber is thick, the field of the basic shape is almost exclusively confined to the area of the central part 1, which thus determines the size and distribution of the shape field. When the fiber is thinned to e.g. half of its original diameter, the size of the central part 1 is no longer enough to hold the field inside (which is also the case in the usual step refractive index case), but the field "escapes" to other areas of the converter. Since the shell part 3 of the core has a positive refractive index difference with respect to the intermediate part 2, it starts to act as a limiting part of the field. Thus, at the thin end of the transducer, the size and shape of the shape field distribution is mainly determined by the shape and size of the outer part 3 of the core. Thus, the shape of the outer part 3 can be varied at different ends of the transducer depending on the fiber to be connected to the transducer.
Kuvion 1 mukaisessa ratkaisussa taitekerroinerot ympäröivää, kvartsilasisen kuorirakenteen taitekertoimeen no nähden (Δηη = nn - no) ovat seuraavat: Δη^ = 29,5*10“3, Δη£ = -4,83*10-3 ja Δη 3 * 6,43*10-3. LiNbC>3 valokanaviin sopiva keksinnön mukainen muunnin voidaan valmistaa esimerkiksi seostamalla kvartsia GeC>2:lla ja fluorilla. Positiivinen taitekerroinero (Δη^, Δη3) saavutetaan seostamalla kvartsia esimerkiksi germaniumoksidillä ja negatiivinen taitekerroinero (Δη2) puolestaan seostamalla kvartsia esimerkiksi fluorilla. Keskiosan 1 poikkileikkaus on kuvion 1 mukaisessa ratkaisussa ellipsimäinen. Ellipsin akseleiden suhde on n. 3 ja maksimiulottuvuus ohentamattomassa päässsä n. 6 ym. Keskiosaa 1 välittömästi ympäröivän väliosan 2 ulkopinnan poikkileikkaus on ympyränmuotoinen ja ulkohalkaisija on n. 7 ym. Väliosaa 2 välittömästi ympäröivän kuoriosan 3 ulkopinnan poikkileikkaus on myös ympyränmuotoinen ja ulkohalkaisija on n. 15 ym.In the solution according to Figure 1, the refractive index differences with respect to the refractive index no (Δηη = nn - no) of the surrounding quartz glass shell structure are as follows: Δη ^ = 29.5 * 10 “3, Δη £ = -4.83 * 10-3 and Δη 3 * 6, 43 * 10-3. A converter according to the invention suitable for LiNbC> 3 light channels can be prepared, for example, by doping quartz with GeC> 2 and fluorine. A positive refractive index difference (Δη ^, Δη3) is achieved by doping quartz with, for example, germanium oxide and a negative refractive index difference (Δη2) in turn by doping quartz with, for example, fluorine. In the solution according to Figure 1, the cross section of the central part 1 is elliptical. The ratio of the axes of the ellipse is about 3 and the maximum dimension at the undiluted end is about 6, etc. The outer surface of the intermediate part 2 immediately surrounding the central part 1 is circular and 15 ym.
Kuviossa 4 on esitetty katsomissuuntaan taivutettu muunnin siten, että ohentamaton pää 4 on vasemmalla puolella ja 4 85195 ohennettu pää 5 oikealla puolella. Ohennetun pään 5 halkaisija on n. 50 % ohentamattoman pään 4 halkaisijasta. Ydintä ympäröivän kvartsilasisen kuorirakenteen 6 halkaisijaa on kuviossa piirustusteknisistä syistä pienennetty. Substraat-tiputken ulkohalkaisija 6 on tyypillisesti n. 100 pm.Fig. 4 shows a transducer bent in the viewing direction so that the undiluted end 4 is on the left side and the 85195 thinned end 5 is on the right side. The diameter of the thinned head 5 is about 50% of the diameter of the undiluted head 4. The diameter of the quartz glass shell structure 6 surrounding the core has been reduced in the figure for drawing technical reasons. The outer diameter 6 of the substrate drop tube is typically about 100.
Tässä yhteydessä on matemaattisesti mallitettu keksinnön mukaisen profiilin mahdollisuuksia. Kyseinen mallitus suoritettiin A. Tervosen kehittämällä Beam Propagation-menetel-mään perustuvalla tietokoneohjelmalla. Kuvion 1 ja 4 mukaisen esimerkkitapauksen muotokentän koot on esitetty kuvioissa 2 ja 3, kun taperointisuhde on 2 (= muuntimen päiden halkaisijoiden suhde). Kuten kuviosta 2 voidaan nähdä, pysyy kenttä kuvion 4 mukaisen muuntimen ohentamattomassa päässä 4 likimain ellipsimäisen keskiosan 1 alueella. Ohennetussa päässä 4 kenttä on kuvion 3 mukaisesti levinnyt koko ytimen alueelle, jonka ulkohalkaisija on n. 7,5 pm ja kenttä on samalla muuttunut ellipsimäisestä ympyränmuotoiseksi.In this context, the possibilities of the profile according to the invention have been mathematically modeled. This modeling was performed with a computer program based on the Beam Propagation method developed by A. Tervonen. The shape field sizes of the example case according to Figures 1 and 4 are shown in Figures 2 and 3 when the tapering ratio is 2 (= ratio of the diameters of the transducer ends). As can be seen from Fig. 2, the field remains at the undiluted end 4 of the transducer according to Fig. 4 in the region of the approximately elliptical central part 1. At the thinned end 4, according to Fig. 3, the field has spread over the entire area of the core with an outer diameter of about 7.5 μm and at the same time the field has changed from elliptical to circular.
Keksinnön mukaisella ratkaisulla kentän muoto voidaan muuntimen ohentamattomassa päässä määritellä keskiosan 1 muodolla ja ohennetussa päässä puolestaan uloimman osan 3 muodolla. Esitetyn ellipsi-ympyrämuunnoksen lisäksi keksinnön mukainen ratkaisu mahdollistaa periaatteessa kentänmuotomuun-nokset kaikkien tunnettujen optisten komponenttien välillä. Käytetyt taitekertoimet samoin kuin profiilin muodot määräytyvät käytännössä aina sovelluskohteen mukaan.With the solution according to the invention, the shape of the field can be defined at the undiluted end of the transducer by the shape of the central part 1 and at the thinned end by the shape of the outermost part 3. In addition to the elliptic-circular transformation shown, the solution according to the invention in principle enables field-shape transformations between all known optical components. The refractive indices used as well as the profile shapes are practically always determined by the application.
Claims (5)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI891439A FI85195C (en) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | Optical form field transformer |
FI895830A FI83708C (en) | 1989-03-23 | 1989-12-05 | Selected optical field-transforming fiber |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI891439A FI85195C (en) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | Optical form field transformer |
FI891439 | 1989-03-23 |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI891439A0 FI891439A0 (en) | 1989-03-23 |
FI891439A FI891439A (en) | 1990-09-24 |
FI85195B FI85195B (en) | 1991-11-29 |
FI85195C true FI85195C (en) | 1992-03-10 |
Family
ID=8528117
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI891439A FI85195C (en) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | Optical form field transformer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI85195C (en) |
-
1989
- 1989-03-23 FI FI891439A patent/FI85195C/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI891439A (en) | 1990-09-24 |
FI85195B (en) | 1991-11-29 |
FI891439A0 (en) | 1989-03-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100333900B1 (en) | Mode shape converter, its manufacturing method and integrated optical device comprising it | |
US7088890B2 (en) | Dual “cheese wedge” silicon taper waveguide | |
US7668416B2 (en) | Single mode photonic circuit architecture and a new optical splitter design based on parallel waveguide mode conversion | |
JP5764776B2 (en) | Optical conversion element | |
JP2004503800A (en) | Mode transformer provided between low index difference waveguide and high index difference waveguide | |
US20050031266A1 (en) | Mode multiplexing optical coupling device | |
EP1379901B1 (en) | Thin walled core band-gap waveguides | |
US20070031083A1 (en) | Planar waveguide structure with tightly curved waveguides | |
US5757995A (en) | Optical coupler | |
US6934446B2 (en) | Optical waveguiding apparatus having reduced crossover losses | |
US6614961B2 (en) | Method of fabricating a fused-type mode-selective directional coupler | |
JP3403327B2 (en) | Field distribution conversion optical fiber and laser diode module using the field distribution conversion optical fiber | |
CN114252955A (en) | Efficient design method of adiabatic mode connector | |
FI85195C (en) | Optical form field transformer | |
EP1491924A1 (en) | Optical coupler | |
CN1180284C (en) | Multi-mode interference coupler based on ridge type light wave guide | |
JP3224106B2 (en) | Optical fiber for laser input | |
WO2003067291A1 (en) | Dielectric slab waveguides for input and output coupling | |
CN104849811A (en) | Coupling device of high-density waveguide superlattice | |
JP2002311267A (en) | Connecting type optical waveguide | |
JPS60154215A (en) | Fiber type directional coupler | |
JPS60129711A (en) | Formation of optical waveguide | |
US7001789B2 (en) | Method for fabricating a tapered optical coupling into a slab waveguide | |
US6999645B2 (en) | Waveguide crossing | |
SE9401373D0 (en) | Fiberreflektor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM | Patent lapsed | ||
MM | Patent lapsed |
Owner name: VALTION TEKNILLINEN TUTKIMUSKESKUS |