NL1018063C2

NL1018063C2 - Inrichting en werkwijze voor het ontvangen, bewerken en zenden van optische en elektrische signalen en werkwijze voor het vervaardigen van zo een inrichting.

Info

Publication number: NL1018063C2
Application number: NL1018063A
Authority: NL
Inventors: Alfred Driessen
Original assignee: Lightwave Devices Group Univer
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2002-11-26
Also published as: US20040240771A1; AU2002313333A1; WO2002093221A3; WO2002093221A2

Description

Inrichting en werkwijze voor het ontvangen, bewerken en zenden van optische en elektrische signalen en werkwijze voor het vervaardigen van zo een inrichting

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het ontvangen, bewerken en zenden 5 van optische en elektrische signalen, omvattende: - een optische schakeling voor het bewerken van optische signalen; - een aansluiting voor het optisch koppelen met de optische schakeling van een optische golfgeleider zoals een glasfiber; - ten minste één opto-elektrische omzetter voor het omzetten van een optisch signaal in 10 een elektrisch signaal, welke opto-elektrische omzetter optisch is gekoppeld met de optische schakeling en welke opto-elektrische omzetter elektrisch kan worden gekoppeld met een elektronisch toestel, en - ten minste één elektro-optische omzetter voor het omzetten van een elektrisch signaal in een optisch signaal welke elektro-optische omzetter optisch is gekoppeld met de 15 optische schakeling.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van zo een inrichting. De uitvinding betreft verder een werkwijze voor het ontvangen, bewerken en zenden van optische signalen.

20 Met het groeiend gebruik van Internet, het toenemende telefoonverkeer en door ontwikkelingen als ‘TV on demand’, is de behoefte aan breedbandige bidirectionele datacommunicatie enorm toegenomen. Om in deze behoefte te voorzien worden in hoog tempo optische glasvezelnetwerken aangelegd. Glasvezel technologie is op dit moment het meest geschikt voor lange-afstand communicatie vanwege de grote hoeveelheid data die 25 met weinig verliezen en met grote snelheid over een glasvezelnet kan worden verzonden.

Daarbij wordt gebruik gemaakt van WDM (wavelength division multiplexing) om een groot aantal signalen parallel over een enkele glasvezel te kunnen verzenden.

Bij optische communicatie zijn transceivers van wezenlijk belang. Zij vormen de 30 belangrijke schakel tussen een elektronisch toestel (zoals een computer, telefoontoestellen of audiovisuele apparatuur) en een optisch glasvezelnetwerk. Een optische transceiver combineert de functies van zender en ontvanger in een enkel apparaat. De transceiver zet elektrische signalen, afkomstig van een elektronisch toestel, om in optische signalen en 2 leidt deze, na een eventuele bewerking, een glasvezel binnen. Van de glasvezel afkomstige optische signalen worden, na een eventuele bewerking, omgezet in elektrische signalen en naar het elektronisch toestel geleid. Een typische optische transceiver gebruikt een PIN of fotodiode gekoppeld aan een versterker om een optisch signaal om te zetten in een 5 elektrisch signaal, en een laser diode om een optisch signaal te genereren. Bij hogere transmissiesnelheden of bij meerdere onafhankelijke datakanalen wordt er gebruik gemaakt van een of meerdere snelle modulatoren die elk een deel, meestal vallend binnen een bepaald golflengtebereik, van het van een lichtbron, in deze gevallen meestal een laser diode of LED, afkomstig continu licht van een code voorzien.

10

Optische transceivers zijn relatief duur en worden daarom tot nu toe hoofdzakelijk gebruikt in professionele omgevingen. Het belangrijkste obstakel voor zogenaamde fiber-to-the-home systemen is deze hoge prijs van de benodigde transceiver. Gebruikelijk is daarom de glasvezel te laten lopen tot een knooppunt waarop meerdere gebruikers middels 15 metaalkabels zijn aangesloten: een zogenaamd fiber-to-the-node systeem. Zo worden de hoge kosten voor een transceiver gedeeld, maar dit gaat dan wel ten koste van de transmissiesnelheid.

Samenvattend kunnen we stellen dat er een grote behoefte bestaat aan niet te dure, 20 compacte en snelle transceivers die een grote datastroom aankunnen en daardoor geschikt zijn voor bijvoorbeeld een fiber-to-the-home systeem. Bij voorkeur kunnen deze transceivers tevens multiplexing en de-multiplexing taken verrichten. Doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een dergelijke transceiver.

25 De uitvinding verschaft daartoe een inrichting voor het ontvangen, bewerken en zenden van optische en elektrische signalen, omvattende: - een optische schakeling voor het bewerken van optische signalen; - een aansluiting voor het optisch koppelen met de optische schakeling van een optische golfgeleider zoals een glasfiber; 30 - ten minste één opto-elektrische omzetter voor het omzetten van een optisch signaal in een elektrisch signaal, welke opto-elektrische omzetter optisch is gekoppeld met de optische schakeling en welke opto-elektrische omzetter elektrisch kan worden gekoppeld met een elektronisch toestel, en 3 - ten minste één elektro-optische omzetter voor het omzetten van een elektrisch signaal in een optisch signaal welke elektro-optische omzetter optisch is gekoppeld met de optische schakeling, met kenmerk, dat de optische schakeling meerdere optische ringresonatoren omvat.

5 Onder de term signaal wordt hier een al dan niet gecodeerde lichtstroom of elektrische stroom verstaan. De term optisch sluit golflengtes buiten het zichtbare gebied niet uit. De opto-elektrische omzetter kan een fotodiode zijn. De elektro-optische omzetter kan bijvoorbeeld een direct gemoduleerde lichtbron, bijvoorbeeld een laser diode of LED, zijn dan wel een modulator die (continu) licht afkomstig van een lichtbron van een code 10 voorziet. Voordeel van een dergelijke inrichting is het zeer beperkte aantal benodigde optische componenten. Dit houdt een kostenreductie in ten opzichte van bekende apparatuur.

Bij voorkeur omvat de inrichting ten minste één passieve optische ringresonator en ten minste één actieve optische ringresonator. Deze passieve en actieve ringresonatoren kunnen 15 samen alle benodigde taken verrichten, zoals golflengteafhankelijk filteren, schakelen, moduleren, multiplexen en de-multiplexen.

In een voorkeursuitvoering van een inrichting volgens de uitvinding omvat deze tevens: - ten minste één polarisatiesplitser, en - ten minste één polarisatieomzetter.

20 Voor het bewerken van optische signalen met een willekeurige en in de tijd veranderlijke polarisatierichting, kan dan worden volstaan met optische ringresonatoren geoptimaliseerd voor één polarisatierichting, hetgeen ontwerptechnisch een groot voordeel is.

De uitvinding verschaft tevens een werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting 25 volgens de uitvinding, met het kenmerk, dat de optische schakeling ten minste voor een deel geïntegreerd wordt vervaardigd middels een planaire technologie.

Met planaire technologie wordt hier bedoeld een in het microtechnologisch vakgebied, ook wel ‘microsysteemtechnologie’ geheten, gangbare techniek zoals dunne-füm depositie, diffusie, nat chemisch etsen, ‘reactive ion etching’, al dan niet in combinatie met een 30 lithografische of abrasieve techniek. Voordeel hiervan is de mogelijkheid van geïntegreerde fabricage van één of meerdere inrichtingen, hetgeen vooral bij grotere aantallen een aanzienlijke kostenreductie betekent. Verder kunnen zo zeer compacte inrichtingen worden vervaardigd.

4

Voorts verschaft de uitvinding een werkwijze voor het ontvangen, bewerken en zenden van optische en elektrische signalen, omvattende de stappen: A. het een optische schakeling binnenleiden van een van een optische golfgeleider afkomstig eerste optisch signaal; 5 B. het middels een aantal eerste passieve optische ringresonatoren splitsen van het eerste optisch signaal in een aantal eerste optische deelsignalen elk vallend binnen een gegeven golflengtebereik; C. het middels een aantal eerste actieve optische ringresonatoren afzonderlijk schakelen van ten minste één van de eerste optische deelsignalen; 10 D. het middels een opto-elektrische omzetter omzetten van ten minste één van de geschakelde eerste optische deelsignalen in een eerste elektrisch signaal; E. het genereren van een tweede optisch signaal; F. het middels een aantal tweede passieve optische ringresonatoren splitsen van het tweede optisch signaal in een aantal tweede optische deelsignalen elk vallend binnen 15 een gegeven golflengtebereik; G. het middels een aantal tweede actieve optische ringresonatoren afzonderlijk moduleren van ten minste één van de tweede optische deelsignalen door een tweede elektrisch signaal; H. het middels een aantal derde passieve optische ringresonatoren koppelen van ten minste 20 één van de gemoduleerde tweede optische deelsignalen tot een derde optisch signaal, en I. het leiden van het derde optisch signaal in de optische golfgeleider.

Het tweede optisch signaal is bijvoorbeeld continu licht afkomstig van een laserdiode of LED dat door de tweede passieve optische ringresonatoren wordt gesplitst in deelsignalen waarna de deelsignalen middels de tweede actieve optische ringresonatoren afzonderlijk 25 van codes worden voorzien.

Het is ook mogelijk de stappen E, F en G te vervangen door: Q. het generen van ten minste één tweede optisch signaal, en R. het moduleren van het tweede optisch signaal door een tweede elektrisch signaal.

Het moduleren van het tweede optisch signaal kan bijvoorbeeld geschieden door 30 direct moduleren van een lichtbron door een elektrisch signaal afkomstig van een elektronisch toestel.

5

Zo kunnen alle benodigde taken, zoals golflengteafhankelijk filteren, schakelen, moduleren, multiplexen en de-multiplexen middels een zeer beperkt aantal optische componenten worden verricht.

Bij voorkeur omvat de werkwijze tevens de stappen: 5 X. het splitsen van het eerste optisch signaal middels een polarisatiesplitser in twee gepolariseerde optische deelsignalen, en Y. het omzetten van de polarisatierichting van één van de twee gepolariseerde optische deelsignalen middels een polarisatieomzetter.

Op deze wijze kan een inkomend optisch signaal met een willekeurige en in de tijd 10 veranderlijke polarisatierichting omgezet worden in twee deelsignalen met een enkele polarisatierichting. De ringresonatoren kunnen dan geoptimaliseerd worden voor deze enkele polarisatierichting. Dit betekent tevens een verdere reductie van het aantal benodigde typen optische componenten.

15 De uitvinding wordt in het navolgende toegelicht aan de hand van een niet-beperkend uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 1 toont daartoe schematisch een voorkeursuitvoering van een inrichting volgens de uitvinding.

20 Fig. 1 toont een inrichting 1 volgens de uitvinding voor het ontvangen, bewerken en zenden van optische en elektrische signalen. Een eerste optisch signaal 2 afkomstig van een glasfiber 3 wordt een optische schakeling 4 binnengeleid. Middels de polarisatiesplitser 5 wordt het eerste optisch signaal 2 gesplitst in twee orthogonaal gepolariseerde optische deelsignalen 6,7.

25 Het eerste gepolariseerde optische deelsignaal 6 wordt middels een aantal eerste passieve optische ringresonatoren 8,9,10 gesplitst in een aantal eerste optische deelsignalen 11,12,13 elk vallend binnen een gegeven golflengtebereik. Het aantal golflengtebereiken, in dit uitvoeringsvoorbeeld drie, kan in de praktijk veel groter zijn, bijvoorbeeld honderd of meer. De eerste optische deelsignalen 11,12,13 worden middels een aantal eerste actieve optische 30 ringresonatoren 14,15,16 afzonderlijk geschakeld en middels een fotodiode 17 omgezet in een eerste elektrisch signaal 18 dat naar een elektronisch toestel (niet getoond) wordt geleid.

6

De polarisatierichting van het tweede gepolariseerde optische deelsignaal 7 wordt middels de polarisatieomzetter 17 over 90° gedraaid waardoor deze polarisatierichting gelijk wordt aan die van het eerste gepolariseerde signaal 6, waarna het tweede gepolariseerde optische deelsignaal met gedraaide polarisatierichting 7' middels de passieve optische 5 ringresonatoren 8',9',10' en de actieve optische ringresonatoren 14',15',16' verder verwerkt wordt op gelijke wijze als het eerste gepolariseerde deelsignaal 6 en middels een fotodiode 17' omgezet in een eerste elektrisch signaal 18' dat naar hetzelfde of een ander elektronisch toestel (niet getoond) wordt geleid.

10 Licht 21 afkomstig van een lichtbron 20, bijvoorbeeld een laserdiode, wordt middels een aantal tweede passieve optische ringresonatoren 22,23,24 gesplitst in een aantal tweede optische deelsignalen 25,26,27 elk vallend binnen een gegeven golflengtebereik. Ook hier kan het aantal golflengtebereiken, in dit uitvoeringsvoorbeeld drie, in de praktijk bijvoorbeeld honderd of meer zijn. De tweede optische deelsignalen 25,26,27 worden 15 vervolgens middels een aantal tweede actieve optische ringresonatoren 28,29,30 afzonderlijk gemoduleerd door, van een of meerdere elektronische toestellen (niet getoond) afkomstige, tweede elektrische signalen 19,19', 19" en vervolgens middels een aantal derde passieve optische ringresonatoren 31,32,33 samengevoegd tot een derde optisch signaal 34. Het derde optisch signaal 34 wordt in de optische golfgeleider 3 geleid. Opgemerkt zij dat 20 in principe de lichtbron 20 ook direct gemoduleerd kan worden.

Bijzondere kenmerken van deze transceiver zijn het gebruik van passieve en actieve optische ringresonatoren voor de verschillende optische functies: golflengteafhankelijk filteren, schakelen, moduleren, multiplexen en de-multiplexen.

25 Het belangrijkste voordeel is het gebruik van een beperkt aantal optische componenten. Door het gebruik van de polarisatiesplitter en polarisatieomzetter, kunnen de optische ringresonatoren geoptimaliseerd worden voor één polarisatierichting. Verder is er de mogelijkheid het geheel of ten minste een groot deel van de optische schakeling te vervaardigen middels een geïntegreerde planaire technologie.

30 Een dergelijke inrichting is met name geschikt als optische transceiver in een fiber-to-the-home systeem in verband met haar relatief lage prijs, grote functionaliteit en kleine afmetingen.

Claims

1. Inrichting voor het ontvangen, bewerken en zenden van optische en elektrische signalen, omvattende: 5. een optische schakeling voor het bewerken van optische signalen; - een aansluiting voor het optisch koppelen met de optische schakeling van een optische golfgeleider zoals een glasfiber; - ten minste één opto-elektrische omzetter voor het omzetten van een optisch signaal in een elektrisch signaal, welke opto-elektrische omzetter optisch is gekoppeld met de 10 optische schakeling en welke opto-elektrische omzetter elektrisch kan worden gekoppeld met een elektronisch toestel, en - ten minste één elektro-optische omzetter voor het omzetten van een elektrisch signaal in een optisch signaal, welke elektro-optische omzetter optisch is gekoppeld met de optische schakeling, 15 met het kenmerk, dat de optische schakeling meerdere optische ringresonatoren omvat.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inrichting ten minste één passieve optische ringresonator en ten minste één actieve optische ringresonator omvat.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de inrichting tevens omvat: 20. ten minste één polarisatiesplitser, en - ten minste één polarisatieomzetter.

4. Werkwijze voor vervaardigen van een inrichting volgens één der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de optische schakeling ten minste voor een deel geïntegreerd wordt vervaardigd middels een planaire technologie.

5. Werkwijze voor het ontvangen, bewerken en zenden van optische en elektrische signalen, omvattende de stappen: A. het een optische schakeling binnenleiden van een van een optische golfgeleider afkomstig eerste optisch signaal; B. het middels een aantal eerste passieve optische ringresonatoren splitsen van het eerste 30 optisch signaal in een aantal eerste optische deelsignalen elk vallend binnen een gegeven golflengtebereik; C. het middels een aantal eerste actieve optische ringresonatoren afzonderlijk schakelen van ten minste één van de eerste optische deelsignalen; D. het middels een opto-elektrische omzetter omzetten van ten minste één van de geschakelde eerste optische deelsignalen in een eerste elektrisch signaal; E. het generen van een tweede optisch signaal; F. het middels een aantal tweede passieve optische ringresonatoren splitsen van het tweede 5 optisch signaal in een aantal tweede optische deelsignalen elk vallend binnen een gegeven golflengtebereik; G. het middels een aantal tweede actieve optische ringresonatoren alzonderlijk moduleren van ten minste één van de tweede optische deelsignalen door een tweede elektrisch signaal; H. het middels een aantal derde passieve optische ringresonatoren koppelen van ten minste 10 één van de gemoduleerde tweede optische deelsignalen tot een derde optisch signaal, en I. het leiden van het derde optisch signaal in de optische golfgeleider.

6. Werkwijze voor het ontvangen, bewerken en zenden van optische en elektrische signalen, omvattende de stappen: A. het een optische schakeling binnenleiden van een van een optische golfgeleider 15 afkomstig eerste optisch signaal; B. het middels een aantal eerste passieve optische ringresonatoren splitsen van het eerste optisch signaal in een aantal eerste optische deelsignalen elk vallend binnen een gegeven golflengtebereik; C. het middels een aantal eerste actieve optische ringresonatoren afzonderlijk schakelen 20 van ten minste één van de eerste optische deelsignalen; D. het middels een opto-elektrische omzetter omzetten van ten minste één van de geschakelde eerste optische deelsignalen in een eerste elektrisch signaal; Q. het generen van ten minste één tweede optisch signaal; R. het moduleren van het tweede optisch signaal door een tweede elektrisch signaal;

25 H. het middels een aantal derde passieve optische ringresonatoren koppelen van ten minste één van de gemoduleerde tweede optische deelsignalen tot een derde optisch signaal, en I. het leiden van het derde optisch signaal in de optische golfgeleider.

7. Werkwijze volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de werkwijze tevens omvat de stappen:

30 X. het splitsen van het eerste optisch signaal middels een polarisatiesplitser in twee gepolariseerde optische deelsignalen, en Y. het ontzetten van de polarisatierichting van één van de twee gepolariseerde optische deelsignalen middels een polarisatieomzetter.