NL9100952A - Optische reflectiesterinrichting. - Google Patents

Description

Optische reflectiesterinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een optische reflectiesterinrichting met een aantal poorten voor het verdelen van elk aan een poort toegevoerd signaal over de andere poorten, omvattende een aantal sterelementen en een aantal op reflectieplaatsen in de reflectiesterinrichting aangebrachte reflectoren. Een dergelijke inrichting is bekend uit het artikel "Reflective Single-Mode Fibre-Optic Passive Star Couplers", verschenen in Journal of Lightwave Technology, vol. 6, nr. 3. maart 1988, biz. 392-398.

In het genoemde artikel wordt de opbouw van diverse stercon-figuraties beschreven, alsmede het voordeel van minder verliezen van de sterconfiguratie ten opzichte van de busconfiguratie. Daarom wordt een sterconfiguratie steeds meer toegepast in LAN netwerken.

Voorts wordt in het genoemde artikel de voorkeur gegeven aan reflectiesterinrichtingen ten opzicht van transmissiesterinrichtin-gen, aangezien bij de eerstgenoemde inrichtingen het aantal glasvezels en dus de daarbij behorende componenten een faktor 2 minder is ten opzichte van de transmissiesterinrichting. In plaats van aparte in- en uitgangen voor een zend- en ontvanginrichting heeft de reflectiesterinrichting poorten die elk dienen voor zowel het in- als uitvoeren van de signalen naar de reflectiesterinrichting vanaf een zend- en ontvanginrichting. De diverse aansluitingen zouden dan kunnen worden voorzien van diplexers voor het scheiden van de uitgezonden en ontvangen signalen.

De bekende reflectiesterinrichting is opgebouwd uit een aantal sterelementen, bijvoorbeeld 3-db koppelinrichtingen, transmissiesterelementen of reflectiesterelementen die een aan een poort van een dergelijk sterelement toegevoerd signaal verdelen over de andere poorten daarvan. Op een aantal poorten van de elementen zijn voor het creëren van reflectieplaatsen reflectoren aangesloten.

Wanneer een signaal aan een van de poorten van de reflectie- · sterinrichting wordt toegevoerd, wordt dit signaal verdeeld over de andere poorten daarvan, echter wordt ook een reflectiesignaal via de toevoerpoort aan de daarop aangesloten zend- en ontvanginrichting aangeboden. Het is algemeen bekend dat bepaalde lasers sterk gevoelig zijn voor extern geïnjecteerd licht, in het bijzonder wanneer dit rond de eigen optische oscillatiefrequentie ligt.

Bovendien zijn dergelijke lasers vooral gevoelig voor reflecties in hun eigen polarisatierichting en minder gevoelig voor reflecties met een loodrechte polarisatie. Bij een conventionele reflectiesterin-richting kan het ook naar de eigen poort gereflecteerde signaal iedere willekeurige polarisatie hebben.

Een van de toegepast standaardoplossingen is het slecht inkoppelen van lasers in glasvezel met het nadeel van een groot vermogensverlies. Een andere standaardoplossing is het toepassen van optische isolatoren bij alle lasers, zodat een groot aantal extra componenten nodig is en wel per poort een optische isolator.

De uitvinding heeft ten doel te voorzien in een reflectie-sterinrichting van de in de aanhef genoemde soort, waarbij de bovengenoemde problemen worden vermeden.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat ten minste een van de reflectoren een orthogonale polarisatiereflector is.

De uitvinding is gebaseerd op het inzicht dat een optische polarisatiereflector steeds de orthogonale polarisatie reflecteert en deze orthogonaliteit blijft in ieder reciprook systeem behouden. Het gevolg is dat de reflectie met een loodrechte polarisatie bij de laser binnenkomt. De eisen aan de optische isolatie aan de laser-zijde kunnen dus worden verzacht. Hierdoor kan doorgaans worden afgezien van de toepassing van het grote aantal isolatoren, waarbij slechts het veel kleinere aantal normale reflectoren vervangen behoeft te worden door een aantal orthogonale polarisatiereflec-toren.

Bij een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt de orthogonale polarisatiereflector gevormd door een 45° Faraday rotator en een daaropvolgende spiegel of spiegelend facet.

Bij een andere uitvoeringsvorm bevat de orthogonale polarisatiereflector een signaaloverdrachtlus waardoor het aan de polarisatiereflector toegevoerde signaal weer in omgekeerde richting wordt teruggevoerd. In deze signaaloverdrachtlus is een niet-reciprook · element opgenomen.

Bij een verdere uitwerking van de uitvinding wordt dit niet-reciproke element gevormd door eem 90° Faraday rotator. Bovendien kan de signaaloverdrachtlus een half-λ retarder bevatten.

Bij een andere verdere uitwerking van de uitvinding bevat de signaaloverdrachtlus behalve de 90® Faraday rotator nog een oneven aantal spiegels of spiegelende facetten.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een optisch transmissienetwerk dat voorzien is van een of meer reflectie-sterinrichtingen volgens een van de hierboven genoemde uitvoeringsvormen.

Onder extreme condities kan bij een dergelijk netwerk in het zendgedeelte van een of meer van de op het netwerk aangesloten zenden ontvanginrichtingen een polarisatiefilter worden aangebracht, dat het residusignaal met ongewenste polarisatie uitfiltert.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van de tekeningen. In de tekeningen tonen:

Figuur 1 een blokschema van een conventioneel netwerk opgebouwd uit een of meer reflectiesterinrichtingen;

Figuur 2 een uitvoeringsvorm van de reflectiesterinrichting volgens de uitvinding;

Figuren 3. 4 en 5 uitvoeringsvormen van orthogonale polarisatie-reflectoren volgens de uitvinding.

In figuur 1 is een conventionele reflectiesterinrichting N met de daarbij behorende poorten 1-n getoond. Op de poort 1 is een zend-ontvanginrichting TRI met het daarbij behorende inkoppelverlies L van de zender aangesloten. De zender zendt een optisch signaal met een vermogen PT uit, welk signaal door de reflectiesterinrichting N wordt verdeeld over de andere poorten, zodat in de zend-ontvanger TRn een vermogen PR wordt ontvangen. Dit netwerk heeft de eigenschap, dat ook in de richting van de zend-ontvanger TRI een reflectiesig-naal met het vermogen PB wordt af gegeven.

Voor het beschreven netwerk of topologie gelden de volgende vergeli j kingen: PBmax = PT.L2.n (1) PRmin = PT.L.n (2)

In de genoemde vergelijkingen is PT het zendvermogen, PB max het maximaal toegestane vermogen dat naar de zender wordt gereflecteerd en PRmin het minimaal toegestane ontvangvermogen. Uit de vergelijkingen 1 en 2 kunnen de volgende betrekkingen worden afgeleid: L = PRmin / PBmax (3) n = PBmax . PT / P2R min (4)

Typische waarden kunnen zijn: PT = 10 mW (10 dBm) PR min = 1 pW (—30 dBm) PB max = 10 nW (—50 dBm)

Voor dit voorbeeld met de daarbij gestelde eisen volgt voor het optimale netwerk L = 100 (20 dB inkoppelverlies) en n = 100 aansluitingen of poorten.

De reflectiegevoeligheid wordt dikwijls als één getal verondersteld. Echter is van zogenaamde DFB lasers bijvoorbeeld bekend dat deze veel gevoeliger zijn voor injectie van licht op of rond de eigen optische frequentie dan voor andere frequenties. Tevens is een DFB laser veel gevoeliger voor reflectie in de eigen polarisatierichting dan in andere polarisatierichtingen en het minst gevoelig in een polarisatierichting loodrecht op de eigen polarisatierichting. Dit is zeker het geval wanneer de DFB laser wordt gevolgd door een polariseerinrichting.

Voor een conventionele reflectiesterinrichting geldt dat de reflectie een willekeurige polarisatierichting heeft. Dit komt doordat in de glasvezel naar de ster de polarisatie willekeurig kan veranderen en dat bij het reflectiepunt de polarisatie van het teruggaande of gereflecteerde signaal ofwel hetzelfde is als de heengaande (de lineaire polarisatie), ofwel juist orthogonaal (bij circulaire polarisatie), ofwel iets daar tussen in (bij eliptische polarisatie), kortom willekeurig.

Er is een trend waarneembaar in de fabricage van halfgelei-derlasers, waarbij lasers van hoog vermogen slecht worden ingekop- . peld om op deze wijze de reflectiegevoeligheid te verminderen. Een dergelijke slechte inkoppeling zal kunnen worden toegepast bij een reflectiesterinrichting, echter ten koste van groot vermogenverlies.

Voor de opbouw van reflectiesterinrichtingen geeft het artikel "Reflective Single-Mode Fibre-Optic Passive Star Couplers" een aantal voorbeelden. In dit artikel is beschreven dat de reflectiesterinrichting een aantal reflectieplaatsen bezit, waar reflectoren worden aangebracht.

In figuur 1 is een reflectiesterinrichting volgens de uitvinding van beperkte omvang beschreven.

Deze reflectiesterinrichting bestaat uit drie transmissie-sterinrichtingen van drie maal drie poorten, welke reflectiesterinrichting negen in- uitvoerpoorten 1-9 bezit, die gevormd worden door de rechter poorten van de sterinrichtingen van drie maal drie.

Op een van de linker poorten van de sterinrichtingen van drie maal drie is telkens een orthogonale polarisatiereflector OPR aangesloten. De resterende linker poorten van de genoemde reflectie-inrichtingen van drie maal drie zijn verbonden met de linker poorten van de andere reflectie-inrichtingen van drie maal drie. Bij de in figuur 2 getoonde configuratie is dus voldaan aan het voorstel volgens de uitvinding, dat op één of meer reflectieplaatsen orthogonale polarisatiereflectoren zijn aangebracht in plaats van de bekende gewone reflectoren. Hierdoor zal de polarisatie van het teruggaande gereflecteerde signaal bij een poort orthogonaal zijn aan de polarisatie van het heengaande signaal. Deze orthogonaliteit blijft behouden over alle glasvezels en koppelinrichtingen, mits uiteraard deze geen polarisatie-afhankelijk verlies vertonen. Op deze wijze zal aan de laser van de zendende zend- ontvanginrichting een reflectiesignaal worden toegevoerd, dat een polarisatie heeft met een richting die het minst gevoelig is voor de laser.

In figuur 3 is een principe schema van een orthogonale polarisatiereflector getoond, welke bestaat uit een 45° Faraday rotator en een spiegel. Vertikaal gepolariseerd licht komt horizontaal gepolariseerd terug, linksom gepolariseerd licht komt rechtsom gepolariseerd terug, etc. De spiegel kan op eenvoudige wijze worden gevormd door een spiegelend facet.

In figuur 4 is een orthogonale polarisatiereflector volgens de uitvinding getoond, die bestaat uit een signaaloverdrachtlus waarin een niet-reciprook element is opgenomen, dat volgens de getoonde uitvoeringsvorm de vorm heeft van een 90° Faraday rotator.

Op deze 90" Faraday rotator is een half-λ retarder aangesloten.

In figuur 5 is een andere uitvoeringsvorm van een orthogonale polarisatiereflector getoond, waarbij in de signaaloverdrachtlus achtereenvolgens een spiegel, een 90° Faraday rotator FR 90° en twee spiegels zijn opgenomen. De spiegels kunnen worden vervangen door spiegelende facetten.

Wanneer de afname van de reflectiegevoeligheid bij de * reflectiesterinrichting volgens de uitvinding MX" stellen, dan veranderen de vergelijkingen (1) t/m (4) in: PLaser = ΡΤ·Χ·^.η (5)

Pr = PT.L.n (6) L = PR/(PB.X) (7) n = X.Pb.Pt/P2r (8)

De factor X kan al gauw 10-100 (10-20 dB) worden, afhankelijk van de kwaliteit van de Faraday-rotator, het netwerk en het eventuele gebruik van een polariseer-inrichting.

Wanneer de factor X = 10 (10 dB) wordt verondersteld, volgt: L = 10 (10 dB inkoppelverlies) en n = 1000 aansluitingen.

Bij de bekende oplossing van optische isolatoren aan de zendzijde zijn bij een reflectiesterinrichting met n poorten n isolatoren nodig. De uitvinding biedt het voordeel, dat in plaats van de isolatoren slechts Vn Faraday rotators op de reflectieplaat-sen van de reflectiesterinrichting behoeven te worden aangebracht, hetgeen een aanzienlijke besparing aan apparatuur en kosten met zich meebrengt.

Een of meer reflectiesterinrichtingen volgens de uitvinding kunnen in een optisch transmissienetwerk worden opgenomen, waarbij een aantal poorten wordt verkregen voor het aansluiten van zendon tvanginrichtingen.

Indien gewenst kan in het zendgedeelte van één of meer zendon tvanginrichtingen een polarisatiefilter worden aangebracht.

Claims (8)

1. Optische reflectiesterinrichting met een aantal poorten voor het verdelen van elk aan een poort toegevoerd signaal over de andere poorten, omvattende een aantal sterelementen en een aantal op reflectieplaatsen in de reflectiesterinrichting aangebrachte reflectoren, met het kenmerk, dat tenminste een van de reflectoren een orthogonale polarisatiereflector is.

2. Inrichting volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de orthogonale polarisatiereflector een 45° Faraday rotator en een daaropvolgende spiegel of spiegelend facet bevat.

3· Inrichting volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de orthogonale polarisatiereflector een signaalover-drachtlus bevat, waarin een niet-reciprook element is opgenomen.

4. Inrichting volgens conclusie 3. met het kenmerk, dat het niet-reciproke element wordt gevormd door een 90° Faraday rotator.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de signaaloverdrachtlus een half-lambdaretarder bevat.

6. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de signaaloverdrachtlus een oneven aantal spiegels of spiegelende facetten bevat.

7· Optisch transmissienetwerk voorzien van een of meer reflectiesterinrichtingen volgens een van de voorafgaande conclusies en een aantal poorten voor het aansluiten van zend- en opvanginrichtingen.

8. Transmissienetwerk volgens conclusie 7> ® e t het kenmerk, dat in het zendgedeelte van een of meer zend- en opvanginrichtingen een polarisatiefilter is aangebracht.