NL9101244A

NL9101244A - Polarisatie-ongevoelige versterkingsinrichting.

Info

Publication number: NL9101244A
Application number: NL9101244A
Authority: NL
Original assignee: Nederland Ptt
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1993-02-01
Also published as: CA2070194A1; JPH05211368A; FI922823A0; US5295016A; NO922208D0; FI922823A; DE69212402D1; ES2090483T3; EP0523766A1; DE69212402T2; JPH07114299B2; CA2070194C; NO922208L; EP0523766B1; ATE140832T1; NO303897B1

Description

Polarisatie-ongevoelige versterkingsinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een polarisatie-onafhanke-lijke vers terkingsinrichting, omvattende een optische halfgeleider-versterker, aan een zijde waarvan het ingangssignaal van de versterkingsinrichting wordt toegevoerd en aan de andere zijde waarvan een reflector is aangebracht, waarbij aan de ene zijde van de versterker het uitgangssignaal van de versterkingsinrichting wordt afgenomen, gevormd door het door de reflector gereflecteerde en door de versterker versterkte ingangssignaal van de versterkingsinrichting. Een dergelijke inrichting is bekend uit het artikel "Polarisation-independent Configuration Optical Amplifier" verschenen in "Electronics Letters", 18 augustus 1988, volume 2k, nr. 17, blz. 1075 en IO76.

In optische communicatiesystemen worden dikwijls versterkers toegepast, in het algemeen optische halfgeleiderversterkers die een versterking hebben die vaak sterk afhankelijk is van de polarisatie van het daaraan aangeboden lichtsignaal.

Om aan genoemd nadeel tegemoet te komen wordt volgens het hierboven genoemde artikel gebruik gemaakt van een principe waarbij het lichtsignaal de versterker tweemaal doorloopt, namelijk 1 maal in heengaande en 1 maal in terugwaartse richting, waarbij tussen de twee overdrachtsrichtingen de polarisatie van het lichtsignaal over 90° wordt verdraaid. Hiertoe wordt op bekende wijze het ingangssignaal aan een zijde van de versterker toegevoerd, terwijl aan de andere zijde een reflector wordt aangebracht die volgens genoemd artikel bestaat uit een niet-reciproke Faraday rotator met een rotatiehoek van 45° en een daarachter geplaatste spiegel. Nadat het ingangssignaal van de versterker een eerste versterking heeft ondergaan, doorloopt het versterkte signaal de Faraday rotator en wordt daarna gereflecteerd door de spiegel. Het door de spiegel gereflecteerde signaal passeert weer de Faraday rotator en wordt voor een tweede maal versterkt door de versterker. Aan de ene zijde van de versterker waaraan het ingangssignaal wordt toegevoerd, wordt het aan de genoemde zijde optredende en versterkte reflectiesignaal als uitgangssignaal van de versterkingsinrichting afgenomen.

De combinatie van Faraday rotator en spiegel is te beschouwen als een niet-reciproke reflector met betrekking tot de polarisatie. Deze reflector die ook wel orthogonale polarisatie reflector wordt genoemd, reflecteert het licht met een verdraaiing van 90°, zodat de totale versterking, in de heengaande en teruggaande richting onafhankelijk zal zijn van de polarisatierichting van het aan de versterker toegevoerde lichtsignaal. Aangezien het signaal voor de verdraaiing van 90° 2 x dezelfde inrichting doorloopt, schijnt het noodzakelijk te zijn dat een niet-reciproke polarisatieverdraaiings-component wordt toegepast.

De bekende orthogonale polarisatiereflector heeft echter het nadeel dat de Faraday rotator een volumineuze component is, zodat ook een extra lens nodig is met het probleem van uitlijning en reflecties.

De uitvinding heeft ten doel te voorzien in een versterkings-inrichting van de in de aanhef genoemde soort, waarbij de hierboven genoemde nadelen worden vermeden.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat de reflector reciprook is, waarbij een daaraan toegevoerd signaal of signaalcomponent met een polarisatie loodrecht op de hoofdas van de versterker wordt gereflecteerd als een reflectiesignaal met een polarisatie die nagenoeg evenwijdig is aan de genoemde hoofdas en omgekeerd.

Gevonden is dat de polarisatie-onafhankelijkheid ook met eenvoudige reciproke elementen kan worden bereikt. Hierbij wordt een polarisatiespiegeling in plaats van een polarisatiedraaiing uitgevoerd.

Bij een bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm van de uitvinding bestaat de reciproke reflector uit een retarder en een daarachter aangebrachte spiegel. Bij voorkeur is de retarder een λ/4-retarder en de hoek tussen een van de hoofdassen van de retarder en de polarisatie van de versterker gelijk aan ^5°·

Hierbij kan worden volstaan met een eenvoudig en een qua omvang klein λνΐ-plaatje. Dit plaatje kan zeer dun zijn waardoor een lens achterwege kan blijven zodat een compact geheel wordt verkregen.

Bij een uitvoeringsvorm van de uitvinding is de λ/4-retarder gevormd door een stuk dubbelbrekende glasvezel, waarvan de lengte gelijk is aan l/2n+l/4 maal de beatlengte, waarbij n gelijk is aan nul of een geheel getal.

Een zeer compact geheel wordt verkregen wanneer de λ\4-retarder met de versterker is geïntegreerd.

Bij de hierboven genoemde uitvoeringsvormen is het zeer gunstig om als spiegel een deklaag met een hoge reflectie toe te passen, waardoor het geheel nog compacter wordt.

Bij een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding bestaat de reciproke reflector uit een lusreflector met een daarin opgenomen retarder. Bij een verdere uitwerking hiervan omvat de lusreflector een koppelinrichting, op de uitgangen waarvan de uiteinden van een glasvezellus zijn aangesloten, in welke lus een 90° circulaire retarder is opgenomen. Hierbij wordt de circulaire retarder op eenvoudige wijze gevormd door een getordeerd glasvezeldeel.

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

Fig. 1 een bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm van de uitvinding, en

Fig. 2 een andere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Uit de literatuur is een oplossing bekend om een versterker, bijvoorbeeld een optische halfgeleiderversterker minder polarisatie-afhankelijk te maken, waarbij gebruik wordt gemaakt van het principe dat het signaal tweemaal wordt versterkt, t.w. eenmaal in de heenrichting en voor de tweede maal in de terugwaartse richting. Voorafgaand aan de versterking in de terugwaartse richting wordt de polarisatie van het eenmaal versterkte signaal verdraaid. Doordat het ingangssignaal tweemaal met verschillende polarisatierichtingen wordt versterkt, zal de totale versterking minder afhankelijk zijn van de polarisatierichting van het ingangssignaal. Om genoemd effect te bereiken wordt een orthogonale polarisatie reflector gebruikt, waarbij de polarisatie van het ingangssignaal na versterking door de optische versterker orthogonaal wordt gereflecteerd. Een uitvoeringsvorm hiervan omvat een Faraday rotator en een spiegel.

Doordat het ingangssignaal tweemaal met verschillende polarisatierichtingen wordt versterkt, zal de totale versterking minder afhankelijk zijn van de polarisatierichting van het ingangssignaal.

De uitvinding is gebaseerd op het inventieve inzicht, dat niet elke polarisatierichting orthogonaal moet worden gereflecteerd. Een dergelijke reflectie zal uitsluitend nodig zijn voor de horizontale en vertikale polarisatierichting, aangenomen dat de versterker een horizontale polarisatie hoofdas heeft. Hiervan uitgaande kan gebruik worden gemaakt van een reflector die reciprook is, waarbij een daaraan toegevoerd signaal met een vertikale polarisatie wordt gereflecteerd als een reflectiesignaal met een nagenoeg horizontale polarisatie en omgekeerd.

Voor de begrippen "reciprook" en "niet-reciprook" wordt verwezen naar de artikelen "A New Calculus for the Treatment of Optical System I —. VIII" van R.C. Jones, verschenen in respectievelijk Journal of the Opt. Soc. Am., vol. 31» 1941, blz. 488-503. vol 32, 1942, blz. 486-493, vol. 37, 1947, blz. 107-112, vol. 38, 1948, blz. 671-685, vol. 46, 1956, blz. 126-132.

In figuur 1 is een bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm van de uitvinding getoond. Deze uitvoeringsvorm omvat een circulator met ten minste drie poorten, waarbij aan êên poort het ingangssignaal is wordt toegevoerd, dat aan de aangrenzende poort wordt af gegeven. Deze aangrenzende poort is aangesloten op een optische versterker, zoals bijvoorbeeld een optische halfgeleiderversterker. Aan de andere zijde van de optische versterker is een retarder R aangebracht, in het bijzonder een λ/4-retarder, waarachter zich een spiegel S bevindt. De hoek tussen één van de hoofdassen van de retarder R en de polarisatierichting van de versterker is bij voorkeur 45°.

Een retarder is een reciproke inrichting. Het daaraan toegevoerde signaal kan worden voorgesteld door twee componenten, waarvan de polarisatierichtingen loodrecht op elkaar staan. Door de retarder wordt de ene component ten opzichte van de andere vertraagd.

Bij de uitvoeringsvorm van figuur 1 wordt het ingangssignaal is van de versterkingsinrichting toegevoerd aan een poort van de circulator C en bereikt via een aangrenzende poort daarvan de optische versterker 0A. Na versterking door de optische versterker 0A bereikt het versterkte ingangssignaal de X\4-retarder R met de hierboven genoemde vertragingseigenschap van de componenten van het versterkte ingangssignaal. Na reflectie door de spiegel S doorloopt het signaal opnieuw de retarder R en de optische versterker 0A in terugwaartse richting. Aan de ingang van de optische versterker verschijnt het versterkte reflectiesignaal rs, dat door middel van de circulator C wordt gescheiden van het ingangssignaal is. Op een derde poort kan het versterkte reflectiesignaal als uitgangssignaal os van de versterker worden afgenomen.

Door toepassing van de polarisatie-reciproke reflector die bij deze uitvoeringsvorm bestaat uit de XX^-retavüer R en de spiegel S, wordt bereikt dat het uitgangssignaal os minder polarisatie-afhankelijk is.

Indien de hoek tussen één van de hoofdassen van de λ\4-retarder en de polarisatie van de versterker gelijk is aan 45° wordt een optimale polarisatie-onafhankelijkheid van de versterking verkregen. De eenvoudigste vorm van de retarder is een X\4-plaatje onder 45°. Dit plaatje kan zeer dun zijn en kan daardoor rechtstreeks worden gekoppeld aan de daarmee samenwerkende componenten, t.w. de versterker en de spiegel. Met andere woorden kunnen lenzen achterwege blijven. Het is duidelijk dat bij deze uitvoeringsvorm een compact geheel wordt bereikt.

Het X\4-plaatje zet verticaal lineair gepolariseerd licht om in circulair gepolariseerd licht, dat vervolgens circulair gepolariseerd in een andere oriëntatierichting (linksom/rechtsom) wordt gereflecteerd door de spiegel. Het X\4-plaatje zet het daaraan toegevoerde lichtsignaal vervolgens om in horizontaal gepolariseerd

V

licht. Het omgekeerde vindt plaats voor een horizontaal gepolariseerd ingangslichtsignaal.

Gevonden is dat met de hierboven beschreven eenvoudige configuratie die uitsluitend bestaat uit reciproke componenten, het ingangssignaal is met een polarisatie-onafhankelijke versterkings-factor wordt versterkt.

De X\4-retarder kan met hetzelfde gunstige effect worden gevormd door een stuk dubbelbrekende glasvezel, waarvan de lengte gelijk is aan l/2n+l/4 maal de beatlengte, waarbij n gelijk is aan 0 of een geheel getal.

Het begrip beatlengte wordt gebruikt bij twee propagerende modes met een verschillende propagatieconstante. Bij propagatie van de twee modes over de afstand van een beatlengte is het faseverschil tussen de twee modes 360° geworden. In plaats van "beatlengte" wordt ook wel "koppellengte", "slaglengte", "coupling length" gebruikt. Voor de dubbelbrekende glasvezel zijn de twee betreffende modes de twee loodrechte principiële polarisaties.

Teneinde de reciproke reflector nog compacter uit te voeren wordt de X\4-retarder met de versterker geïntegreerd. Een optimaal compacte configuratie wordt verkregen indien de spiegel wordt gevormd door een deklaag met een hoge reflectie, die aan het uitgangsvlak van de retarder wordt aangebracht.

In figuur 2 is een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding getoond, waarbij de polarisatie-reciproke reflector is uitgevoerd als een lusreflector met een reciproke polarisatie draaiing van 90°.

Het ingangssignaal is wordt na het passeren van de circulator C toegevoerd aan een koppelinrichting, bijvoorbeeld een 3 dB koppelinrichting, waarna het uit één uitgangspoort tredende signaal wordt toegevoerd aan de versterker 0A. Het van de versterker 0A afkomstige signaal wordt via de koppelinrichting K aangeboden aan één zijde van een glasvezellus OF, terwijl de andere zijde van deze glasvezel is aangesloten op de andere uitgangspoort van de koppelinrichting K. In de glasvezellus OF is een 90° circulaire retarder CR opgenomen. Deze circulaire retarder kan worden gerealiseerd door een getordeerd glasvezelstuk. De hierbij toegepaste circulaire retardatie wordt ook wel optische activiteit genoemd.

Voorts kan als aftakinrichting waarvoor in de getoonde uitvoeringsvormen een circulator C is gekozen, een 3 dB koppelinrichting worden toegepast.

Ook bij de in figuur 2 getoonde configuratie wordt het ingangssignaal is met een polarisatie-onafhankelijke versterkings-factor versterkt.

Uit het voorgaande blijkt, dat met eenvoudige en compacte reciproke componenten een polarisatie-onafhankelijke versterking kan worden verkregen.

conclusies ...

Claims

1. Polarisatie-onafhankelijke versterkingsinrichting, omvattende een optische halfgeleiderversterker, aan een zijde waarvan het ingangssignaal van de versterkingsinrichting wordt toegevoerd en aan de andere zijde waarvan een reflector is aangebracht, waarbij aan de ene zijde van de versterker het uitgangssignaal van de versterkingsinrichting wordt af genomen, gevormd door het door de reflector gereflecteerde en door de versterker versterkte ingangssignaal van de versterkingsinrichting, met het kenmerk, dat de reflector reciprook is, waarbij een daaraan toegevoerd signaal of signaalcomponent met een polarisatie loodrecht op de hoofdas van de versterker wordt gereflecteerd als een reflectiesignaal met een polarisatie die nagenoeg evenwijdig is aan de genoemde hoofdas en omgekeerd.

2. Versterkingsinrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de reflector een retarder en een daarachter aangebrachte spiegel omvat.

3. Versterkingsinrichting volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat de retarder een λ/4-retarder is en dat de hoek tussen een van de hoofdassen van de retarder en de polarisatie van de versterker gelijk is aan 45°.

4. Versterkingsinrichting volgens conclusie 2 of 3* met het kenmerk, dat de λ/4-retarder wordt gevormd door een stuk dubbelbrekende glasvezel, waarvan de lengte gelijk is aan l/2n+l/4 maal de beatlengte, waarbij n gelijk is aan nul of een geheel getal.

5. Versterkingsinrichting volgens conclusie 2, 3 of 4, me t het kenmerk, dat de λ/4-retarder met de versterker is geïntegreerd.

6. Versterkingsinrichting volgens conclusie 2, 3. 4 of 5» met het kenmerk, dat de spiegel wordt gevormd door een deklaag met een hoge reflectie.

7· Versterkingsinrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de reciproke reflector een lusreflector met een daarin opgenomen retarder is.

8. Versterkingsinrichting volgens conclusie 7, m e t het kenmerk, dat de lusref lector een koppelinrichting omvat, op de uitgangen waarvan de uiteinden van een glasvezellus zijn aangesloten, in welke lus een 90° circulaire retarder is opgenomen.

9· Versterkingsinrichting volgens conclusie 8, m e t het kenmerk, dat de circulaire retarder wordt gevormd door een getordeerd glasvezeldeel.