NL8005134A - Optisch transmissiesysteem. - Google Patents

Description

t ' ' " * Ν. . * PHN 9843 1 N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Optisch transmissiesysteem"

De uitvinding heeft betrekking op een optisch transmissiesysteem bevattende een half geléiderlaserdiode, welke via een kqppelweg verbonden is met een multimode transmissief iber.

Wanneer men in een optisch transmissiesysteem laser-5 diodes van hoge kwaliteit combineert met multimode fibers treedt het probleem van moderuis op, hetgeen vooral in transmissiesystemen waar analoge modulatie wordt toegepast erg storend is. De grote coherentie-lengte van deze laserdiodes veroorzaken in de transmissie fiber tot qp grote afstanden van de lasers tijdvariërende intensiteitsver-10 delingen over de fiberdoorsnede, welke achter een niet ideale koppeling aanleiding kunnen geven tot intensiteitsmodulatie van het optische signaal. Deze intensiteitsverdelingen warden vanwege hun vorm aangeduid als spikkelpatronen, zoals bijvoorbeeld aangegeven is in Proceedings of the Fourth European Conference on Optical Ccranunication September 15 12-15, 1978, Genova, pp. 492-501.

Verder treedt in een optisch transmissiesysteem het probleem van reflectieruis qp. Deze ruis ontstaat ten gevolge van een . niet-ideale koppeling welke een deel van het in intensiteit variërende licht reflecteert en terugstuurt in de laserdiode. Het in de laser 20' terechtgekomen variërende gereflecteerde licht lean door het actieve medium van de laser in versterkte mate weer in de fiber gekoppeld worden en derhalve het oorspronkelijk gewenste optische signaal danig verstoren, zoals bijv. beschreven is in Electronics Letters van 13 maart 1980, vol. 16, no. 6 pagina 202-204.

25 De uitvinding beoogt een oplossing aan te geven, waardoor de moderuis en de reflectieruis in een optisch transmissiesysteem wordt gereduceerd. De uitvinding heeft als kenmerk, dat de kqppelweg tenminste een monemode fiber bevat.

In een voorkeursuitvoering wordt de kqppelweg gevormd 30 door de serie schakeling van een monemode fiber én een of meerdere stukken multimode fiber, waarbij de numerieke apertuur op de optische as en de kemdiameter van demultimode fibers, gezien vanuit de half-geleiderlaserdiode in grootte toenemen en waarbij de numerieke apertuur 80 0 5 ΐ 3 4 EHN 9843 2 pp de optische as en de kemdiameter van de laatste fiber in de koppelweg kleiner zijn dan de numerieke apertuur op de optische as en de kemdiameter van de transmissiefiber. De lengte van de koppelweg wordt bij "voorkeur groter gekozen dan de coherentielengte van de halfgeleider-5 laserdiode.

De uitvinding zal beschreven worden aan de hand van de tekening.

Figuur 1 geeft een schetsmatige doorsnede weer van een optisch transmissiesysteem volgens de uitvinding.

10 Figuur 2 geeft een schetsmatige tekening weer ter ver klaring van de werking van het systeem volgens de uitvinding.

Figuur 3 geeft een andere koppelweg weer van het systeem volgens de uitvinding.

In het uitvoeringsvoorbeeld volgens figuur 1 is een half-15 geleiderdiode 1 van het meerlagentype gemonteerd op een koelblok 2, welke gevat is in een houder 3. De actieve laag 4 vormt met de beide spiegelende eindvlakken 5 en 6 de laserresanator. De eindvlakken zijn gedeeltelijk doorlatende spiegels, welke een deel van het opvallende licht doorlaten.

Het licht, dat door het eindvlak 5 vordt doorgelaten, wordt via de 20 koppelweg I gekoppeld met de kern 40 van de transmissiefiber 13, welke het begin vormt van een lange-afstands transmissiesysteem. De koppelweg I cmvat een lens 8 en een mononode fiber 10, die een optische as 11 gemeenschappelijk hebben. Dit is gerealiseerd door in een houder 7 een capillaire holte te vormen, waarin aan de ene zijde de fiber 10 en 25 aan de andere zijde de lens 8 wordt geschoven. Tengevolge van de bolronde vorm van de lens 8 zal een verder oriënteren van de lens 8 ten opzichte van de fiber 10 overbodig zijn. Tussen de lens 8 en de fiber 10 wordt een transparante kcppelstof 9 aangebracht, waarmee breking van licht bij het uittreden van de lens 8 en reflecties aan het ingangs-30 oppervlak 12 van de fiber warden vermeden. Bij voorkeur heeft de brekingsindex van de kcppelstof 9 dezelfde waarde als de brekingsindex van het centrum van de fiber 10. De mononode fiber 10 is aan zijn uitgangsopper-vlak 20 gekoppeld met het ingangscppervlak 21 van een multimode transmissiefiber 13, die de optische as 11 gemeenschappelijk hebben. In de 35 houder 14 is een capillaire holte gevormd, waarin de fiber 10 middels een kcppelstof 16 is vastgekit. In de houder 15 is een capillaire holte gevormd, waarin middels een kcppelstof 17 de transmissiefiber 13 is vastgekit. De beide houders 14 en 15 zijn op een gemeenschappelijke 80 0 5 13 4 3 . « EHN 9843 3 drager 19 aangebracht. De drager 19 kan bijvoorbeeld voorzien zijn van een V-vormige groef, waarin de beide cylindrische houders 14 en 15 worden bevestigd, zoals bijvoorbeeld beschreven is in de nederlandse octrooiaanvrage 7,605,819. De houders 14 en 15 worden bij voorkeur 5 ter plaatse van het vlak 18 net een transparante deksel afgesloten. Eventueel kunnen deze deksels van een aiti-reflecterende laag worden voorzien.

Het aan het eindvlak 5 door de laser 1 uitgestraalde licht wordt via de lens 8 in de moncmode fiber 10 gestraald. Door de 10 aanwezigheid van de lens 8 wordt het vanuit de laser 1 divergerende licht in een bundel van nagenoeg parallele lichtstralen omgezet, waardoor het koppelrendement tussen de laser 1 en de moncmode fiber 10 wordt vergroot. De lengte van de moncmode fiber 10 wordt tenminste gelijk gekozen aan de coherentielengte van de laser 1. Hierbij wordt onder de 15 coherentielengte het product van de coherentietijd en de voortplantingssnelheid in de fiber 10 verstaan, waarbij de coherentietijd de tijd is, tot waaraan een lichtgolf mag worden vertraagd, zodat deze nog net interfereert met de onvertraagde lichtgolf. Er zal dus geen interferentie tussen twee lichtgolven optreden, wanneer het verschil tussen de ver-2o tragingstijden van de beide lichtgolven groter is dan de coherentietijd.

Aan de hand van figuur 2 zal dit begrip nader uitgelegd worden. In deze figuur is 1 een laserdiode. De multimodefiber 2 is incorrect gekoppeld _____ ___________met de multimodefiber 3 ter plaatse van de doorsnedelijn II. De multimodefiber 3 is incorrect gekoppeld met demultimodefiber 4 ter plaatse 25 van de doorsnedelijn III. We veronderstellen, dat ter plaatse van de doorsnedelijn I door de laser 1 twee voortplantingsmodes 1 en 2 worden uitgezonden. Beide modes zijn volkomen coherent, omdat er nog geen verschil in vertragingstijd is tussen de beide modes. Het licht plant zich nu voort in de fiber 2 tot aan het doorsnedevlak II. Hierbij ondergaat 30 de mode 1 een vertraging van en de mode 2 een vertraging van

Het verschil in vertragingstijd van de modes 1 en 2 is kleiner dan de coherentietijd t(c) van de laser 1. Vanwege de niet ideale koppeling tussen de fibers 1 en 2 zal nu interferentie tussen de beide modes Optreden, hetgeen aanleiding geeft tot het optreden van de eerder ge-35 noemde moderuis. Het licht plant zich nu verder voort in de fiber 3 tot aan het doorsnedevlak III. Hierbij ondergaat de mode 1 een vertraging van 't 10 en de mode 2 een vertraging van X 20. Het verschil in vertragingstijd tussen de modes 1 en 2 is nu groter dan de 80 0 5 13 4 PHN 9843 4 coherentietijd t(c) van de laser 1. Er kan nu geen Interferentie optreden tussen de beide modes 1 en 2 aangezien de lichtgolven in de modes 1 en 2 nu incoherent met elkaar zijn. Er zal nu in het doorsnedevlak III geen moderuis optreden. Dit betekent dat als er geen verkeerde koppelingen 5 zijn voorATT >t(c) dus als de koppeling ter plaatse van het doorsnedevlak II correct zou zijn, er in het geheel geen moderuis zal optreden. Onder coherentielengte wordt verstaan die weglengte tussen de laser en een doorsnede vlak waar geldt, dat ΑΎ = t(c).

Ctndat enerzijds in de monorodefiber 10 nooit moderuis 10 kan optreden en anderzijds de lengte van de fiber 10 groter is dan de coherentielengte van de laser 1, zal in de transmissiefiber 13 geen moderuis meer kunnen optreden.. De kemdoorsnede van de monanode fiber 10 is veel kleiner dan de kemdoorsnede van de multimode transmissiefiber 13. Dit heeft het voordeel, dat de instelling van de koppeling 15 tussen de fibers 10 en 13 in een richting loodrecht op de optische as 11 veel minder kritisch is dan het geval is bij het koppelen van fibers met gelijke kemdoorsneden, zoals bijvoorbeeld in figuur 2 schematisch is aangegeven. Dit heeft het voordeel, dat de kans, dat door het eindvlak 18 licht teruggereflecteerd zal worden naar de laser 1, te ver-20 waarlozen klein is. Het koppelrendement van de multimode transmissiefiber 13 naar de monanode fiber 10 is zeer laag. Dit heeft het voordeel, dat eventueel vanuit de transmissiefiber 13 teruggereflecteerd licht zeer sterk verzwakt zal worden door de monanode fiber 10, zodat dit teruggereflecteerd licht de laser 1 nauwelijks nog kan beïnvloeden.

25 In figuur 3 is aangegeven hoe de koppeling I uit het systeem volgens figuur 1 cp een andere wijze uitgevoerd kan worden.

De koppelweg wordt gevormd door de serieschakeling van de monanode-fiber 10 en een multimode fiber 51. De kemdiameter 30 van de monanode fiber 10 is kleiner dan de kemdiameter 53 van de multimode fiber 51. De 30 kemdiameter 40 van de transmissiefiber 13 is groter dan de kemdiameter 53 van de multimodefiber 51. De numerieke apertuur op de optische as van de fiber 10 is kleiner dan de numerieke apertuur qp de optische as van de fiber 51. De numerieke apertuur cp de optische as van de fiber 51 is kleiner dan de numerieke apertuur op de optische as van de 35 transmissiefiber 13. Een definitie van de numerieke apertuur is bijvoorbeeld beschreven in Proceedings IEEE, Vol 66, Juli 1978, pag. 746.

In het voorbeeld volgens figuur 3 is slechts de serieschakeling van een mananode fiber en één multimode fiber aangegeven. In de praktijk 80 05 13 4 EHN 9843 5 > < echter zullen na de mononode fiber meerdere stukken multimode fiber toegepast worden. De lengtes van deze stukken fiber worden bepaald door redenen, zoals plaatsen waar een las of verbinding gewenst is bij installatie of onderhoud; laser naar achterkant van het rek; achter-5 kant van het rek naar knooppunt van het gebouw; van knooppunt van het gebouw naar eerste mangat op straat; dan knooppunt in wijkhuis enz.

Het is dus zaak ervoor te zorgen, dat althans over een weglengte van ongeveer gelijk aan de coherentielengte van de toegepaste laser, de stukken fiber uit te voeren, zoals cmschreven is in conclusie 2. De toe-10 gepaste multimode fibers kunnen van het graded-index type zijn of van het step-index type. De ccfribinatie van graded-index fibers en step-index fibers is ook mogelijk. De genoemde fibersoorten zijn bijvoorbeeld beschreven in Proceedings IEEE, Vol 66, Juli 1978, pag. 746.

Ctndat nu bij iedere koppeling de ontvangend fiber een grotere kern en 15 numerieke apertuur heeft dan de voorgaande fiber is de kans gering dat de variërende spikkels gemaskerd worden door een niet ideale verbinding.

De assymetrische koppelingen hebben bovendien het voordeel, dat het kqppelrendement in achterwaartse richting laag is, i.h.b. het achterwaartse koppelrendement tussen de mononode fiber en de eerste graded-20 index fiber. Deze koppeling werkt dus als belangrijkste filter cm ongewenste, teruggereflecteerde lichtsignalen uit de laserdiode te houden.

25 30 35 80 0 5 1 3 4

Claims (6)

1. Optisch transmissiesystemen bevattende een halfgeleider laserdiode, welke via een koppelweg verhanden is net een nultimode transmissie fiber net het kenmerk, dat de koppelweg tenminste een monanode fiber bevat.

2. Optische transmissiesysteem volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de koppelweg gevormd wordt door de serieschakeling van een monanode fiber en een of meerdere stukken multimode fiber, waarbij de numerieke apertuur op de optische as en de kemdiameter van de multimode fibers, gezien vanuit de halfgeleiderlaserdiode, in 10 grootte toeneemt en waarbij de numerieke apertuur qp de optische as en de kemdiameter van de laatste multimode fiber in de koppelweg kleiner zijn dan de numerieke apertuur cp de optische as en de kemdiameter van de transmissiefiber.

3. Optische tranmsissiesysteem volgens conclusie 1 of 2 15 met het kenmerk, dat de lengte van de koppelweg groter is dan de cohe-rentielengte van de halfgeleiderlaserdiode.

4. Optische transmissiesysteem volgens conclusie 2 of 3 met het kenmerk, dat de multimode fibers van het graded-index type zijn.

5. Optische transmissiesysteem volgens conclusies 2 of 3 met het kenmerk, dat de multimode fibers step-index fibers zijn.

6. Optische transmissiesysteem volgens conclusies 2 of 3 met het kenmerk, dat tenminste de eerste multimode fiber een graded-index fiber is, gevolgd door tenminste een step-index fiber. 25 30 35 80 0 5 1 3 4