NL8401315A

NL8401315A - Optische multiplex- /demultiplexinrichting.

Info

Publication number: NL8401315A
Application number: NL8401315A
Authority: NL
Original assignee: American Telephone & Telegraph
Priority date: 1983-04-25
Filing date: 1984-04-24
Publication date: 1984-11-16
Also published as: SE8402180L; IT1176113B; CA1257415A; FR2544883B1; SE454121B; JPS59210413A; IT8420660A0; DE3414724C2; GB2139374B; NL192171B; JPH0676907U; GB2139374A; FR2544883A1; NL192171C; DE3414724A1; GB8410197D0; SE8402180D0; IT8420660A1

Description

9 % V.Ο.6224

Optische multiplex- /demultiplexinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een optische multiplexinrich-ting en demultiplexinrichting.

Waar het golflengtegebied met geringe verliezen van optische vezels is uitgebreid, zijn methoden voor het benutten van deze grotere 5 bandbreedte door het gelijktijdig overdragen van een aantal signalen met verschillende golflengten langs elke vezel onderzocht. Bij een dergelijke methode wordt gebruik gemaakt van angulairdispersieve inrichtingen, zoals roosters. (Zie bijvoorbeeld "Optical Devices for Wavelength Multiplexing and Demultiplexing" door W.J.Tomlinson; zie ook 10 "High-capacity Wavelength Demultipleer with a Large Diameter GRIN Rod Lens" van B.D.Metcalf en andere, gepubliceerd in het nummer van 1 maart 1982 van Applied Optics, vol. 21, nr. 5 pag. 794-796? en "20-Channel Micro-Optic Grating Demultiplexer for 1.1-6.6 ^im Band Using a Small Focussing Parameter Graded-Index Rod Lens" van M.Seki en andere, gepu-15 bliceerd in het nummer van 18 maart 1982 van Electronics Letters vol. 18 nr. 6, pagina 257-258.

Deze inrichtingen omvatten meer in het bijzonder een vezelstel-sel, een lens en een rooster. Bij gebruik als demultiplexinrichting treedt een aantal signalen met verschillende golflengten de inrichting 20 langs een ingangsvezel binnen, worden de signalen door de lens gecoördineerd en op het rooster gericht, waar zij als een functie van de golflengte worden gedispergeerd. Elk van de groep afgebogen bundels wordt dan op een verschillende vezel van de resterende vezels gefocus-seerd. Qp deze wijze worden de signalen ruimtelijk gescheiden voor een 25 daaropvolgende onafhankelijke verwerking. Bij een werking in omgekeerde zin, kunnen signalen in elk van de vezels aan een multiplexbewerking worden onderworpen voor een gelijktijdige overdracht langs een gemeenschappelijke vezel.

Deze inrichtingen zijn goed geschikt voor het aan een demulti-30 plexbewerking onderwerpen van signalen met een aantal modes en een enkele modus. Zoals echter door Tomlinson is opgemerkt, zijn zij niet zeer doeltreffend wanneer zij worden gebruikt voor een multiplexwerking van signalen met enkelvoudige modus. Het probleem is het gevolg van het feit, dat bij een vezel met enkelvoudige modus de kemdiameter klein is 8401315 -2- ! 5 ** vergeleken mat debuitendiameter van de bekleding. Derhalve kan geen dichte pakking van de kanalen worden verkregen, hetgeen leidt tot een ondoeltreffend gebruik van de beschikbare bandbreedte.

De uitvinding voorziet nu in een optische multiplexinrichting 5 of demultiplexinrichting, welke is voorzien van een lineair stelsel van optische ingangs/uitgangsvezels met enkelvoudige modus, een buigings-rooster voor hét selectief koppelen van optische golfenergie tussen één van de vezels en de anderen van de vezels, een lens om dé gekoppelde energie te focusseren en een geïntegreerd optisch, convergerend golf-10 geleiderstelsel, dat zich tussen de vezels en de lens bevindt.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij· toont: fig. 1 een bekende multiplex- /demultiplexinrichting van het reflectietype met buigingsrooster; 15 fig. 2 ter toelichting de responsiekarakteristiek van de multi- plex-/demultiplexinrichting volgens fig. 1; fig. 3 een muitiplex-/demultiplexinrichting volgens de uitvinding, en fig. 4 en 5 gedeelten van gewijzigde uitvoeringsvormen volgens 20 de uitvinding.

In de tekeningen toont fig. 1 een bekende golflengtedeelmulti-plex-/demultiplexinrichting 10 van het reflectietype met buigingsrooster Ter illustratie en ter toelichting is de inrichting weergegeven als werkende als een demultiplexinrichting, voorzien van een gemeenschappens lijke optische ingangsvezel 9 voor een aantal modes, en een lineair stelsel van optische uitgangsvezels met een aantal modes 11-1. 11-2....

11-6. Signalen bij verschillende golflengten λ , λ......λ^, die door de vezel 9 worden geleverd, worden ruimtelijk gescheiden door middel van een gegroefd buigingsrooster 13 van het reflectietype. Een lens 12, 30 welke tussen het vezelstelsel en het rooster is opgesteld, dient om de verschillende optische bundels te focusseren.

Tijdens het bedrijf wordt golfenergie bij de golflengten van λ^, X2.......λ , geëmitteerd door de vezel 9, gefocusseerd op het roos ter 13, van waaruit de energie selectief wordt teruggekaatst. De resul-35 terende intensiteitsverdeling, als een functie van de afstand D langs het vezelstelsel, is aangegeven in fig. 2. Gemeten vanuit een wille- 8401315 -3- keurige referentiepunt O, treedt de eerste intensiteitspiek bij de golflengte op bij een afstand langs de D-as. Op een soortgelijke wijze treden pieken bij de golflengte .........λ^ op bij afstanden bij d , d ........d . Derhalve kunnen de verschillende componenten 2 3 6 5 van het ingangssignaal elk overeenkomende met een afzonderlijk signaal-kanaal, ruimtelijk worden gescheiden door een vezel in het brandpunt bij.· elk van de gebogen signalën-op te stellen als aangegeven in fig. 1.

Bij voorkeur is het rooster 13 zodanig uitgevoerd, dat de afstand D tussen de intensiteitspieken gelijk is aan de buitendiameter van de ve-10 zeis. Hierdoor wordt het meest doeltreffend gébruik gemaakt van debeschik-bare optische bandbreedte. De kanaalbandbreedte is een functie van de kerndiameter, c. Voor vezels voor een aantal modes, waarbij de verhouding tussen de kerndiameter en de bekledingsdiameter bij benadering 0,5 bedraagt, wordt derhalve een doeltreffend gebruik gemaakt van de be-15 schikbare bandbreedte. In tegenstelling daarmede is de kem-bekledings-verhouding voor vezels met enkelvoudige modus zeer veel kleiner. Typerende kem-en bekledingsdiameters zijn respectievelijk 8 p en 125 pa zodat het rendement van 50% tot ongeveer 61 wordt gereduceerd. Hetgeen nodig is, is een middel om de pakkingsdichtheid van de kanalen te ver-20 groten. Dit geschiedt door tussen de vezels en het reflecterende rooster een convergerend golfgeleiderstelsel op te stellen, als aangegeven in fig. 3. Meer in het bijzonder omvat de multiplex-/demultiplexinrich- ting een stelsel 31 van ingangs-/uitgangsvezelssecties 31-1, 31-2......

31-n, een geïntegreerd, optisch convergerend golfgeleiderstelsel 30, 25 een lens 32 en een gegroefd buigingsrooster 34. Bij voorkeur is elke vezelsectie afgesloten met een geschikt (niet afgebeeld) verbindingsor-gaan voor het tot stand brengen van een verbinding met de stelselvezels. Bij deze illustratieve uitvoeringsvorm .is de lens 32 een grinlens met een spoed van 1/4, die op een meer geschikte wijze met het golfgeleider-30 stelsel dan een discrete lens kan worden gekoppeld. Er is een wig 33 aanwezig voor een meer doeltreffende koppeling tussen de lens 32 en het rooster 34.

Zoals boven is vermeld, is een dichte pakking van de signaal-kanalen onmogelijk wanneer gebruik wordt gemaakt van conventionele 35 vezels met enkelvoudige modes tengevolge van de kleine kem-bekledings-verhouding. Het gebruik van niet genormaliseerde vezels voor enkelvou- 8401315 -4- dige modes met zeer dunne bekledingen en een dientengevolge grotere kem-bekledingsverhouding zou tot aanzienlijke manipulatiemoeilijkheden leiden. Door gebruik te maken van een geïntegreerd golfgeleiderstelsel worden deze beide problemen vermeden. Zoals aangegeven, is elk van de 5 vezels 31-1. 31-2.......31-n afgesloten aan een uiteinde van een van de golfgeleiders 30-1, 30-2........31n. Het golfgeleiderstelsel conver geert zodanig, dat bij het lenseind de afstand tussen de golfgeleiders veel kleiner is dan de bekledingsdiameter van de standaardvezel voor enkelvoudige modus. Overspreken zal tenslotte de golfgeleiderpakkingsdicht-10 heid begrenzen. Het overspreken is evenwel gering voor afstanden van een orde 2 maal zo groot als de modusafmeting en kan, indien nodig, verder worden gereduceerd door in de golfgeleidersubstraattussennaasteLkaar gelegen golfgeleiders groeven aan te brengen, als aangegeven in fig. 4.

In deze figuur is het eind van het stelsel bij de lens aangegeven. Ter 15 illustratie zijn vijf golfgeleiders 41, 42, 43, 44 en 45 weergegeven, die in een geschikte substraat 46 zijn ingebed. Om de verschillende kanalen op een meer doeltreffende wijze te isoleren, worden in de substraat 46 in het gebied tussen naast elkaar gelegen golfgeleiders groeven 50, 51, 52 en 53 gevormd. Men kan een grotere isolatie verwezenlijken 20 door de voortplantingsconstanten .van·naast elkaar gelegen golfgeleiders ongelijk aan elkaar te maken.

De bovenbeschreven multiplexinrichting kan op een gemeenschappelijke substraat worden geïntegreerd. Een dimenslonele focusserings- en buigingsmethode voor optische golfgeleiders met dunne film verkrijgt 25 men onder gebruik van glazen substraten. Het gebruik van een electro-optische actieve substraat, zoals LiNbO^, maakt ook de integratie van andere ketenfuncties op dezelfde substraat mogelijk. Zo toont bijvoorbeeld fig. 5 een verdere modificatie van het golfgeleiderstelsel, waarin modulatoren 61-1, 61-2, 61-3 en 61-4 langs de respectieve golfge-30 leiders 60-1, 60-2, 60-3 en 60-4 zijn opgesteld. Bij deze uitvoeringsvorm worden cw signalen bij de golflengten , en aan het golfgeleiderstelsel 60 toegevoerd. Het uitgangssignaal langs de golfgeleider 65 omvat in golflengte aan een multiplexbewerking onderworpen gemoduleerde signalen.

8401315

Claims

1. Optische multiplexinrichting of demultiplexinrichting voorzien van een lineair stelsel van optische ingangs-/uitgangsvezels, een buigingsrooster om optischegolfenergie op een selectieve wijze tussen een van de vezels en de andere van de vezels te koppelen*en een lens 5 om de gekoppelde energie te focusseren met het kenmerk, dat de vezels (31) vezels met enkelvoudige modus zijn en een geïntegreerd, optisch, I convergerend golfgeleiderstelsel (30) tussen de vezels en de lens is opgesteld. I

2. Multiplexinrichting of demultiplexinrichting volgens conclusie I 10. met het kenmerk, dat het golfgeleiderstelsel (30) is voorzien van een I aantal golfgeleidende stroken (41-45) welke zijn ingebed in een sub- I straat 46 met kleinere brekingsindex,en de afstand tussen naast elkaar I gelegen golfgeleidende stroken vanaf een maximum bij een eerste uiteinde van het golfgeleiderstelsel, bij de vezels (31) afneemt tot een minimum I 15 bij een tweede eind van het golfgeleiderstelsel bij de lens (32). I

3. Multiplexinrichting of demultiplexinrichting volgens conclusie I 2, gekenmerkt door groeven (50-53) die zich in de substraat (46) in de I gebieden van het tweede eind tussen naast elkaar gelegen golfgeleider stroken (41-45) uitstrekken.

4. Multiplexinrichting of demultiplexinrichting volgens conclusie I 2 of 3, met het kenmerk, dat de substraat (46) uit een electro-optisch materiaal bestaat.

5, Multiplexinrichting of demultiplexinrichting volgens conclusie 4. gekenmerkt door organen (62) om een optisch signaal te moduleren, 25 welke organen langs golfgeleidende stroken van het golfgeleiderstelsel aanwezig zijn.

6. Multiplexinrichting of demultiplexinrichting volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de voortplantingsconstanten vein naast elkaar gelegen golfgeleiders in het golfgeleiderstelsel on- 30 gelijk zijn. 8401315