NO167340B - Fremgangsmaate og anordning ved lysoverfoering langs optiske fibre. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår lysoverføring og særlig fremgangsmåter og apparater for optisk overføring langs dielektriske bølgeledere, samt optiske kommunikasjonssystemer som utnytter sådan lysoverføring.

Optiske transmisjonssystemer utnytter elektromagnetiske bølger fra et bølgelengdespektrum som omfatter og også strekker seg godt utover synlig lys, og sådanne uttrykk som "optisk", "lys" samt lignende begreper bør følgelig i denne forbindelse forstås i den mer omfattende betydning som gjelder elektromagnetiske bølger innenfor nevnte brede bølgelengdespektrum.

I optiske kommunikasjonssystemer overføres lys som er modulert i samsvar med den informasjon som skal overføres langs dielektriske bølgeledere.

Størstedelen av de optiske kommunikasjonssystemer som for nærværende er i drift, og hvorav optiske telekommunikasjons-systemer er et viktig eksempel, utnytter en kombinasjon av ikke-koherent lysoverføring og direkte intensitets-modulasjon for overføring av digital informasjon.

Betraktelige fordeler med hensyn til blant annet båndbredde-utnyttelse, transmisjonsbåndbredder, valg av passende modulasjonsprosesser samt mottagerfølsomhet kan imidlertid påviselig oppnås ved anvendelse av koherent lys for sådan informasjonsoverføring. Til-forskjell fra optiske kommunikasjonssystemer som benytter ikke-koherent lys for informasjons-overføring, må systemer som benytter koherent lys (i det følgende også betegnet som "koherente systemer") benytte lyskilder med smalt linjespektrum, og vil særlig for kommunikasjon over lange avstander vanligvis anvende optiske fibre med lave tap og dimensjonert for lysoverføring i en enkelt modus, som optiske dielektriske bølgeledere.

Det har nå i noen tid vært erkjent at hvis smalbåndet lys, f.eks. fra en laser-lyskilde, sendes inn i en optisk fiber og særlig en optisk fiber med lave tap, vil over en viss effektterskel stimulert Brlllbuin-spredning, i det følgende også kalt "SBS", opptre i fibrene (se f.eks. R.G. Smith, "Optical Power Handling Capacity of Low Loss Optical Fibres as Determined by Stimulated Råman and Brillouin Scattering" Applied Optics, 1972, II, sidene 2489-2494; E.P. Ippen og R.H. Stolen "Stimulated Brillouin Scattering in Optical Fibres", Applied Physics Letter, Vol. '21, nr. 11, 1. des. 1972; "Optical Fibre Telecommunications", 1979, Academic Press, New York redigert av S.E. Miller m.fl. kap. 5 "Non Linear Properties of Optical Fibres", sidene 125-150; P. Labudde m.fl. "Transmission of Nårrow Band High Power Laser Radiation Through Optical Fibres", Optics Communications, Vol. 32, nr. 3, mars 1980, sidene 385-390; N.' Uesugi m.fl-; "Maximum Single Frequency Input Power in Long Optical Fibre Determined by Stimulated Brillouin Scattering", Electronics Letters, 28. mai 1981, vol. 17, nr. 11).

Som forklart i disse litteraturhenvisninger, er stimulert Brillouin-spredning en stimulert spredningsprosess som omvandler en forovervandrende optisk bølge til en bakover-vandrende bølge, som også er frekvensforskjøvet. Når tilført lyseffekt overskrider den ovenfor nevnte terskel, stiger lysspredningen raskt, inntil den effekt som overføres i retning fremover gjennom fibren blir nesten uavhengig av den tilførte effekt. I tillegg til denne svekning av overført effekt, har SBS den ytterligere skadelige virkning at flere frekvensforskyvninger opptrer, samt økende tilbakekobling inn i laserlyskilden, og ved tilstrekkelig tilført effekt, til og med permanent fysisk skade på fibren.

Det bør imidlertid bemerkes at skjønt sådan spredning er av største betydning ved koherente systemer hvor anvendelse av smalbåndede lyskilder er absolutt nødvendig, er SBS naturligvis ikke begrenset til koherente systemer. SBS kan nemlig opptre når som helst de nødvendige betingelser er tilfredsstilt med hensyn til linjebredde, tilført effekt, bølge-lengdens karakteristiske parametre osv. : SBS er bare en av flere ikke-lineære prosesser som kan opptre i optiske bølgeledere, og er vanligvis mindre fremtredende ved bredbåndet enn ved smalbåndet lys. Da imidlertid effekt-terskelen for SBS vanligvis ligger lavere enn for andre ikke-lineære prosesser, ansees imidlertid SBS å utgjøre en hoved-begrensning for optiske kommunikasjonssystemer (se de angitte litteraturhenvisninger, og særlig R.G. Smith, P. Labudde og N. Uesugi). Denne begrensning som gir seg tilkjenne ved begrenset praktisk anvendbart maksimalt effektnivå, er av spesiell betydning for koherente systemer hvor det som tidligere angitt ikke er noen mulighet for å anvende bredbåndet lyskilde. En begrensning med hensyn til tilført effekt har naturligvis en direkte virkning på den maksimale overfør-ingslengde som kan oppnås uten å ty til forsterkere eller regeneratorer.

De fleste av de angitte litteraturhenvisninger omtaler den ovenfor angitte begrensning av overføringseffekten til nivåer som ikke er meget høyere og fortrinnsvis er lavere enn vedkommende SBS-terskel, men i ingen av disse litteratursteder er det vurdert muligheter for å overvinne denne begrensning og, i tilfelle, hvorledes dette skal finne sted. For eksempel påviser N. Uesugi m.fl. (angitt ovenfor) at i det nære innfrarøde område vil SBS opptre i lange enkeltmodus silisiumfibre ved inngangseffekter så lave som noen få milliwatt. Til tross for at deres undersøkelser er blitt utført under full erkjennelse av betydningen av SBS i forbindelse med koherente kommunikasjonssystemer, unnlater forfatterne selv å antyde enhver mulighet for å overvinne denne ulempe.

På denne bakgrunn er det et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe lysoverføring langs dielektriske bølge-ledere ved hjelp av fremgangsmåter som i det minste er i stand til å utelate noen av de skadelige virkninger av stimulert Brillouin-spredning.

Det er et annet formål for foreliggende oppfinnelse å angi en fremgangsmåte for lysoverføring langs optiske dielektriske bølgeledere, og som fører til vesentlig undertrykkelse av stimulert Brillouin-spredning.

Videre er det et ytterligere formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe et optisk overføringssystem som benytter optiske dielektriske bølgeledere og er utstyrt med midler for betraktelig undertrykkelse av stimulert Brillouin-spredning.

Oppfinnelsen gjelder således en fremgangsmåte for overføring av lys langs en dielektrisk optisk bølgeleder, f.eks. en optisk fiber,, idet bølgelederen tilføres en optisk høyeffekts-bølge fra en eller flere smalbåndede lyskilder, og fremgangs-måtens særtrekk i henhold til oppfinnelsen ligger i at den optiske bølges fasevinkel bringes til å variere med tiden på sådan måte at stimulert Brillouin-spredning hovedsakelig undertrykkes.

Uttrykket "høy effekt" og "smal båndbredde" må her forstås å bety tilstrekkelig høy effekt og tilstrekkelig smal båndbredde til at SBS fremtrer klart ved en tilsvarende optisk bølge med ikke varierende fasevinkel, således at virkningen av SBS ved vedkommende optiske bølge lett kan fastlegges ved utprøvning.

En viss veiledning for utførelse av et sådant eksperiment kan oppnås ut fra den betraktning at for en gitt optisk bølge-leder og bølgelengde er en innsnevring av båndbredden vanligvis ledsaget av en reduksjon av den effekt hvorved SBS blir av vesentlig betydning. Til dette forhold kan legges til at den effekt hvorved SBS blir av vesentlig betydning, også er avhengig av de karakteristiske egenskaper ved den optiske dielektriske bølgeleder samt den benyttede driftsbølgelengde. Lange fibre med lave tap er således vanligvis mer utsatt for SBS, og SBS-terskeien har en tendens, til å synke med økende bølgelengde.

Den tidsvariasjon av fasevinkelen som er påkrevet for stort sett å undertrykke stimulert Brillouin-spredning kan også lett fastlegges ved gjentatte forsøk. Hvorledes sådanne utprøv- ninger kan planlegges, vil fremgå direkte fra, samt også ved analogi med, den følgende spesielle beskrivelse.

En viss veiledning for utførelse av disse eksperimenter kan oppnås ut fra en teoretisk modell som vil bli omtalt i det følgende.

Den optiske bølgeleder er hensiktsmessig en fiber med en eneste transmisjonsmodus og som kan overføre en eller flere bølgelengder med et minimum av overføringstap.

Nevnte ene eller flere smalbåndede lyskilder er anordnet for å arbeide ved bølgelengder tilsvarende eller nær vedkommende

•bølgelengder for minste overføringstap.

Fortrinnsvis er den eller de anvendte lyskilder en laserlyskilde innrettet for å arbeide ved en bølgelengde mindre enn

1 um.

Oppfinnelsen kan hensiktsmessig utøves ved f.eks. en kombinasjon av en eller flere smalbåndede laser-lyskilder som arbeider i det nære infrarøde område mellom 1,2 um og 1,7 um med en fullstendig båndbredde mellom halwerdipunktene (FWHM) på mindre enn 1 MHz, samt en optisk silisiumfiber med en eneste arbeidsmodus.

Optiske silisiumfibre har ofte minimumspunkter for absorbsjonstap på 0,5 dB/km eller mindre ved en bølgelengde på

1,3 um eller 1,5 um, eller eventuelt ved begge disse bølge-lengder. En optisk bølge med høy effekt på 10 mW eller mer føres i henhold til foreliggende oppfinnelse hensiktsmessig inn i fibren. Kontinuerlige fiberlengder på mer enn 10 km kan hensiktsmessig anvendes. For drift ved lengre bølgelengder med fibre som har lave absorbsjonstap ved sådanne bølgelengder (sammenlign med Goodman, "Solid State and Electronic Device" 197 8, 2, sidene 129-137) vil anvendbare forsterkerløse lengder vanligvis bli større, mens SBS-terskelen for kontinuerlig bølgeutstråling og den minste overføringseffekt som med fordel

kan anvendes i henhold til foreliggende oppfinnelse vanligvis vil bli mindre. Sådanne fibre kan f.eks. være fibre av' fluorid-glass og lignende som for nærværende angis å arbeide ved bølgelengder på 3 um eller mer.

Foreliggende oppfinnelse gjelder også overføring av informasjon ved hjelp av den ovenfor angitte fremgangsmåte idet bølgen som optisk bærebølge moduleres i samsvar med den informasjon■som skal overføres, og fasevinkelen for den modulerte bølge i henhold til oppfinnelsen bringes til å variere med tiden på sådan måte at stimulert Brillouin-spredning hovedsakelig■undertrykkes.

For å unngå enhver mulig tvil, skal det her klart angis at den angitte variasjon av fasevinkelen kan være, men behøver ikke nødvendigvis å være, en direkte følge utelukkende av modula-sjonen i samsvar med vedkommende informasjon.

For ytterligere å unngå enhver mulig tvil, skal det videre angis at gjennom hele denne beskrivelse er uttrykket "modulasjon" ment å omfatte, slik det er vanlig, også uttrykkét "nøkling", idet dette sistnevnte uttrykk utgjør et spesielt modulasjonstilfelle som er i utstrakt bruk for overføring av digital informasjon.

Demodulasjon av sådanne bærebølger utføres fortrinnsvis koherent.

Foreliggende oppfinnelse kan med fordel utøves ved overføring av digital informasjon med høy bit-takt under binær fasefor-skyvnings-nøkling av den optiske bærebølge. I dette tilfelle kan den hovedsakelige undertrykkelse av SBS oppnås ved anvendelse av en nøklet faseforskyvning på (2n + l)n hvorn er lik 0 eller et helt tall, eller en nøklet faseforskyvning som ligger tilstrekkelig nær et sådant odde multippel av n, til å frembringe vesentlig undertrykkelse av SBS.

Foreliggende oppfinnelse kan også med fordel, tillempes for overføring av digital informasjon, hensiktsmessig i binær form og med høy bit-takt, ved hjelp av frekvensforskyvnings-nøkling. I dette tilfelle kan den hovedsakelige undertrykkelse av SBS oppnås ved å anvende tilstrekkelig stor nøklet frekvensforskyvning.

For de to nettopp omtalte tilfeller, som gjelder faseforskyv-nings-nøkling, kan det, for en gitt bit-takt, avgitt lyseffekt, båndbredde samt fibertype hensiktsmessig utprøves, om en vilkårlig innstilt nøklet faseforskyvning ligger tilstrekkelig nær (2n + 1)tt til i vesentlig grad å undertrykke SBS, eller om en vilkårlig innstilt frekvensforskyvning er tilstrekkelig stor for dette formål. Ved sådanne utprøvninger, kan SBS overvåkes enten ved hjelp av den reflekterte bølge eller ved hjelp av utgangseffekten fra vedkommende fiber.

Foreliggende oppfinnelse er særlig fordelaktig i disse to tilfeller når bit-takten ligger over 100 Mbit/s eller helst er av størrelsesorden 1 Gbit/s. Oppfinnelsen er derimot ikke særlig anvendbar i praksis ved meget lav bit-takt, hvilket vil fremgå ved betraktning av den nedre grense for bit-takten,

det vil si at nøkling ved faseforskyvning eller frekvens-forskyvning i en bit-takt på 1 bit/s ikke vil påvirke en prosess med så kort tidsskala som SBS.

Når modulasjonsteknikken som i de to ovenfor angitte tilfeller i seg selv er basert på å frembringe variasjoner i bærebølgens fase, kan informasjonsmodulasjonen i seg selv anvendes for den ønskede vesentlige undertrykkelse av SBS. Dette utelukker imidlertid ikke muligheten av å anvende ytterligere informasjonsmodulasjon eller treffe ytterligere tiltak som i henhold til oppfinnelsen bidrar til undertrykkelsen av SBS.

Hvis det imidlertid er ønskelig å anvende amplitudemodulasjon (f.eks. skifte-nøkling) i samsvar med den informasjon som skal overføres, vil sådan informasjonsmodulasjon vanligvis ha liten virkning på SBS. I et amplitude-skift-nøklet system vil således SBS-terskelen med hensyn til den midlere lyseffekt under påslagsperiodene vanligvis bare være en faktor på to høyere enn for en umodulert lyskilde. Et lignende problem oppstår hvis det av en eller annen grunn, er ønskelig å benytte en type fase- eller frekvensmodulasjon som i seg selv ikke er i stand til å undertrykke SBS, eller hvis det er ønskelig å sikre systemet mot mulige skadevirkninger ved eventuelt opphør av en SBS-undertrykkende informasjonsmodulasjon.

Oppfinnelsen gjelder også et overføringssystem som omfatter en eller flere smalbåndede lyskilder og en dielektrisk optisk bølgeleder, f.eks. en optisk fiber, idet nevnte lyskilde(r) er anordnet for å tilføre bølgelederen en høyeffekts optisk bølge, og overføringssystemets særtrekk i henhold til oppfinnelsen ligger i at nevnte lyskilde(r) er innrettet for å variere den optiske bølges fasevinkel med tiden på sådan måte at stimulert Brillouin-spredning hovedsakelig undertrykkes.

Dette overføringssystem kan da hensiktsmessig utnyttes for informasjonsoverføring i samsvar med oppfinnelsens fremgangsmåte i det tilfelle systemet omfatter modulasjonsutstyr anordnet for å modulere nevnte optiske bølge og derved tilføre fiberen en høyeffekts informasjonsmodulert optisk bærebølge, idet nevnte lyskilde(r) samt modulasjonsutstyr i henhold til oppfinnelsen er innrettet for å variere fasevinkelen for den modulerte bølge med tiden på sådan måte at stimulert Brillouin-spredning hovedsakelig undertrykkes.

Foreliggende oppfinnelse kan følgelig utøves ved anvendelse av en periodisk drevet optisk fase-modulator, f.eks. mellom en laserlyskilde og den optiske fiber, for å frembringe ytterligere modulasjon i tillegg til den foreliggende informasjonsmodulasjon, for derved å oppnå den påkrevde vesentlige undertrykkelse av SBS. Forskjellige modulasjonskurveformer kan anvendes, f.eks. firkant- eller sinusbølgeform.

SBS kan også undertrykkes ved bruk av en bærebølge som er fremkommet som resultat av tillegg av komponentbølger med forskjellige frekvenser.

I tilfeller hvor det anvendes en periodisk drevet fasemodulator eller en bærebølge som nettopp angitt, kan nyttige inn-ledende forsøksrekker utføres uten anvendelse av informasjonsmodulasjon. Disse forsøk bør ved gitt anvendt lyseffekt, båndbredde og fibertype være rettet på å bestemme de fase-modulasjonsparametre eller den frekvensforskjell som er nødvendig for å undertrykke SBS. Atter kan en teoretisk modell eventuelt anvendes som ledetråd for sådanne prøver.

En bærebølge som er fremkommet ved å sette sammen komponent-bølger med forskjellige frekvenser kan hensiktsmessig frembringes i en enkelt kilde, f.eks. ved å bringe en eneste laser til å arbeide i to longitudinalmodi med liten innbyrdes forskjell i bølgelengde, og med en viss reulterende støt-frekvens-virkning mellom de to modi. Alternativt kan enkeltfrekvens-lasere anvendes.

Informasjonsmodulasjonen av bærebølgen kan frembringes enten etter sammenføringen av de forskjellige komponentbølger med innbyrdes avvikende frekvenser eller også ved modulasjon av de enkelte komponent-bølger før eller samtidig med deres sammen-føring. Denne sistnevnte fremgangsmåte er særlig hensiktsmessig i det tilfelle komponentbølgene skriver seg fra en og samme kilde, således at de kan moduleres sammen ved styring av kilden, f.eks. i samsvar med et nøklingsprogram av amplitude-skifttype.

Deteksjon av en modulert bærebølge i det tilfelle denne bærebølge er satt sammen av to komponentbølger av forskjellig frekvens, kan eventuelt utføres på bare den ene av disse frekvenser, ved hjelp av en detektor hvis båndbredde ved koherent deteksjon er mindre enn støtfrekvensen. Bare halvparten av den overførte optiske effekt anvendes da for dataoverføring og det blir derfor et effekttap på 3 dB. Sammenlignet med de tidligere foreslåtte systemer for koherent amplitudeskift-nøkling-, vil imidlertid en amplitudeskift-nøkling som arbeider på denne måte ha mulighet for større forsterkeravstander, da høyere tilført effekt er tillatelig på grunn av undertrykkelsen av SBS.

En annen utnyttelse av en bølge som er blitt modulert ved hjelp av en periodisk drevet fasemodulator eller som er sammensatt av komponentbølger med forskjellige frekvenser, er som optisk fasereferanse for å kunne anvendes ved demodulasjon av en separat bølge som er påført fase- eller frekvens-informasjonsmodulasjon. I visse systemer som er nøklet ved faseforskyvning eller frekvensforskyvning kan det være nødvendig samtidig å overføre en umodulert bærebølgekomponent for å opprette en optisk fåsereferanse, og foreliggende oppfinnelse finner da anvendelse i den grad bærebølgekompo-nenten under visse omstendigheter kan frembringe SBS.

En bølge som er modulert ved hjelp av en periodisk drevet fasemodulator eller som er satt sammen av komponentbølger med innbyrdes forskjellige frekvenser, kan naturligvis anvendes for kontinuerlig bølgeoverføring i sin alminnelighet og ikke bare ved telekommunikasjon.

Foreliggende oppfinnelse vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av utførelseseksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Figur 1 viser skjematisk et apparat for utførelse av

foreliggende oppfinnelse,

Figurene 2, 4 og' 5 er grafiske fremstillinger som angir forholdet mellom inngangseffekt og utgangséffekt for optiske transmisjonsystemer, og Figur 3 er en oscilliskopopptegning som angir bølgelengde-forholdet mellom tilført og spredt lys i et optisk transmisjonssystem.

Det skal nå henvises til figur 1, hvor det er vist en prøve-oppstilling for å observere SBS og som omfatter en laserlyskilde 1, en prøvefiber 4 samt innretninger 7, 8, 9 for å overvåke effekt og frekvens. Et variablet svekkeledd 2 tjener til å svekke det lys som trenger inn i fiberen 4 fra laseren 1, og et polariserende filter 5 samt en kvartbølgeplate 6 er inn-skutt mellom laseren 1 og den optiske fiber 4.

Innretningene 8 og 9 er enten effektmonitorer, slik som kalibrerte Ge-fotodioder, eller Fabry-Perot interferometere for å overvåke frekvensspekteret for det lys som passerer gjennom prøvefiberen 4, alt avhengig av den måling som skal utføres.

Under henvisning også til figurene 2-5 ble følgende labora-torieeksperimenter utført for å påvise SBS og dens undertrykkelse.

Eksperiment 1

Det ble benyttet en laser med en enkelt kontinuerlig utgangs-frekvens og av typen Nd^<+>: YAG (yttrium-aluminium-granat) som drives ved overgangen på 1,319 um. Denne laser frembragte en utgangseffekt på omkring 100 mW i en enkeltstående longitudinalmodus og diffraksjons-begrenset TEMQO-tverrmodus. Laserbåndbredden ble målt ved anvendelse av et sveipende konfokalt Fabry-Perot interferometer med 300 MHz fritt spektralområde, og ble funnet å være mindre enn 1,6 MHz, som er instrumentets oppløsningsevne. Dette er en tierpotens smalere enn den spontane Brillouin-båndbreddeAvB.

Figur 1 viser den prøveoppstilling som ble anvendt for å observere SBS i silisiumfibre med lave tap.

Utgangseffekten fra laseren 1 ble svekket ved anvendelse av et sirkulært filter 2 med varierende tetthet og fokusert inn i prøvefiberen 4 ved anvendelse av et mikroskopobjektiv 3. Den optiske effekt som ble avgitt fra både den nære og den fjerne ende av fiberen kunne overvåkes ved anvendelse av kalibrerte Ge-fotodioder. Et sveipende konfokalt Fabry-Perot interferometer med fritt spektralområde på 7,5 GHz ble anvendt for å registrere frekvens-spektret for det avgitte lys. Etter at prøvene på en fiber er avsluttet kan fiberen nedskjæres til et par meter fra effektinntaket med det formål å måle den effekt som forplantes i bølgeledermodus.

Den lineære polarisator 5 og kvart-bølgeplaten 6 hadde som . formål å gi optisk isolasjon mellom laseren og fiberen. Under forhold hvor det forekom sterk SBS viste imidlertid dette arrangement seg utilstrekkelig for å isolere laserkilden fra det tilbakekastede signal, på grunn av polarisasjonsforstyr-relser i fiberen. Laseren 1 fortsatte imidlertid likevel å arbeide i en stabil enkeltstående longitudinalmodus under alle forhold, sannsynligvis fordi frekvensen av det tilbakekastede lys var forskjøvet tilstrekkelig bort fra toppen av forsterk-ningskurven for Nd:YAG.

Prøvene ble utført med en fiberlengde på 13,6 km av monomodus silisiumfiber dopet med Ge02 og med en kjernediameter på 9 um, indeksforskjell på 0,3 % mellom kjerne og fiberbelegg, grense-bølgelengde på 1,21 um, samt effekttap ved 1,32 um på 0,41 dB/km. Ved anvendelse av den målte brytningsindeks-profil, gir en datamaskinløsning av fordelingen i bølgeledermodus A = 4,7 x 10<-11>rn- o6 ved 1,32 um. Figur 2 viser utgangseffekten fra hver ende av fiberen som en funksjon av den tilførte effekt. Ved lav inngangseffekt var den påviste utgangseffekt i bakoverretningen bare en følge av Fresnel-refleksjon fra fiberens kløvde endeflate. Ved inngangseffekt over 5 mW viste det seg imidlertid at utgangseffekten i bakoverretningen øket raskt med ulineært forløp, og omvandlingsgraden til.den tilbakekastede bølge nådde 65 %. Ved lav inngangseffekt hadde den avgitte effekt fra den fjerntliggende ende av fiberen lineær sammenheng med inngangseffekten, i samsvar med et lineært tap på 5,6 dB. Ved inngangseffekt over 6 mW ble imidlertid utgangseffekten ulineær. Ved inngangseffekt større enn 10 mW nådde utgangseffekten i fremoverretningen et mettet maksimum på omkring 2 mW.

Figur 3 viser Fabry-Perot spektret for det tilbakekastede lys. En liten del av laserlyset ble med hensikt koblet inn i inter-ferometeret for å gi en kalibreringsmarkering. Den spektral-komponent som er gitt betegnelsen "Stokes" forekom bare når den tilførte effekt til fiberen overskred terskelverdien på 5 mW. Hvis det som vist i figur 3 antas at lasersignalet og det tilbakekastede signal er innbyrdes adskilt ved to interferometer-ordner (fritt spektralområde 7,5 GHz), vil Stokes-forskyvningen være 12,7 ± 0,2 GHz. Dette er i god overens-stemmelse med den forut beregnede verdi på 13,1 GHz beregnet ut fra uttrykket 2Van/X hvor de forskjellige symboler er definert nedenfor og verdien 5,96 x IO<3>m/s er benyttet for lyshastigheten i smeltet silisium. De angitte båndbredder er begrenset av målingens oppløsningsevne.

Frekvensspektret for lys avgitt fra den fjerntliggende ende av fiberen omfattet en intens komponent ved laserfrekvensen og en svakere komponent ved Stokes-frekvensen, idet den sistnevnte komponent sannsynligvis skrev seg fra refleksjon fra laserens utgangsspeil. Overraskende ble det ikke observert noen anti-Stokes-utstråling eller Stokes-utstråling av høyere orden ved denne prøve, på tross av den foreliggende tilbakekobling fra laseroptikken. (Sammenlign med P. Labudde m.fl.,Optics Comm. 1980, 32, sidene 385 - 390).

Eksperiment 2

Med det samme utstyr som i eksperiment 1 ble en prøve utført på en fiberlengde på 31,6 km av en kabelført enkeltmodus-fiber med et samlet lineært tap på 17,4 dB ved 1,32 um. Prøve-resultatene ble tilsvarende de som ble funnet ved fiberlengden på 13,6 km. SBS ble observert ved tilført effekt større enn 6 mW. På tross av den større fysiske lengde var den effektive interaksjonslengde Le (ligning 1.3 nedenfor) på 7,7 km for kabelfiberen på 31,6 km nesten den samme som for fiberlengden på 13,6 km. De øvrige fiberparametre var like og det var således å vente at ut fra vedkommende ligning (1.1) vil SBS-terskeleffekten være meget lik for de to fibre.

Eksperiment 3

Utstyret var her det samme som i eksperimentene 1 og 2, men laseren ble drevet etter tur i hver av to driftsformer. I den første driftsform med en enkelt frekvens frembragte laseren en utgangseffekt på omkring 100 mW i en enkeltstående longitudinal modus med en båndbredde som ble målt til mindre enn 1,6 MHz, som var oppløsningsevnen for det Fabry-Perot interferometer som ble anvendt ved målingen. I den annen driftsform med dobbelt frekvens fant laserutstråling sted i to nærliggende longitudinalmodi innbyrdes adskilt ved 270 MHz. I dette tilfelle frembragte laseren en utgangseffekt på omkring 250 mW likt fordelt mellom de to spektrallinjer, og båndbredden for hver linje ble målt til mindre enn 20 MHz, som var instrumentets oppløsningsevne. I begge driftsformer var laserens utgangseffekt -i en diffraksjonsbegrenset TEMQO-trans-versalmodus.

Den anvendte fiber var en 31,6 km lang kabelført enkeltmodus silisiumfiber med et samlet lineært tap på 17,4 dB ved 1,32 um. Den teoretisk forut beregnede terskel for SBS i denne fiber ved anvendelse av enkeltfrekvens-laseren, var 6 mW. Figur 4 viser utgangseffekten fra hver ende av fiberen som en funksjon av den tilførte effekt når laseren ble drevet i driftsformen med en enkelt frekvens. Ikke-lineær refleksjon og transmisjon ved SBS ble observert ved inngangseffekt større enn 6 mW, i godt samsvar med teorien. Figur 5 viser tilsvarende måling utført med laseren drevet i dobbeltfrekvens-driftsform. Intet avvik fra optisk linearitet hverken i retning fremover eller bakover kunne observeres for avgitt effekt opp til 90 mW, som var den største mulige effekt i dette eksperiment. Det ble således observert en økning av SBS-terskeleffekten på minst 12 dB.

Den følgende omtale av en teoretisk modell for utøvelse av oppfinnelsen er ment å lette sådan utøvelse og gi visse retningslinjer for å planlegge og utføre utprøvende eksperimenter av den art som er beskrevet ovenfor. Det vil uten videre forstås at den nedenfor omtalte teoretiske modell er basert på visse forenklede antagelser, og bør derfor ikke ansees å gi nøyaktige grenser for oppfinnelsens omfang.

Med utgangspunkt fra den teori som forutsetter liten skala og stabil tilstand og som f.eks. er behandlet av R.G. Smith (henvist til tidligere) og W. Kaier og M. Maier ("Stimulated Rayleigh, Brillouin og Råman Spectroscopy", Laser Handbook, Vol. 2, redigert av F.I. Arrecchi og E.O. Schulz-Dubois, North Holland, Amsterdam 1972, sidene 1077 - 1150) kan den maksimale kontinuerlige laserefekt PL som kan avgis inn i en optisk fiber før SBS kan påvises, bestemmes ved ligningen:

hvor G er SBS-forsterkningsfaktoren og hvor n er brytningsindeks, pQ er materialdensiteten, Va er lydhastigheten og p^2er den longitudinale elasto-optiske koeffisient for vedkommende fibermedium. "A" er den effektive tverrsnitts-flate for den bølgeførte modus, således at topp-intensiteten er gitt ved Pl/A. En antagelse her er at laserbåndbredden er liten sammenlignet med AvB, som er båndbredden for spontan Brillouin-spredning (Hz, FWHM) ved omgivelsestemperatur. Faktoren K er lik 1 for en fiber som opprettholder den optiske polarisasjon, og er ellers 1/2 (sammenlign med R.H. Stolen, IEE J. Quart, Elec. 1979, QE-15, 1157-1160). Den effektive interaksjonslengde Le er gitt ved: hvor a er absorbsjons-koeffisienten (m-<1>) og L er fiberlengden. Ved lange fiber-lengder som anvendes ved telekommunikasjon er vanligvis L>>a_<1>og således er Le~a-<1>. Lavtaps-fibre har lengre interaksjonslengder og således lavere SBS-terskeler. I de foreliggende ligninger er det innført følgende material-parametre for smeltet silisium (sammenlign med R.J. Pressley (red.), "Handbook of Lasers", Chemical Rubber Co., Cleveland, 1971 og J. Schroeder m.fl., J.Amer, Ceram. Soc, 1973', 56, 510 - 514): n = 1,451,

<p>0= 2,21 xIO3,kg/m<»>, Va = 5,96 xIO<3>m/s,<p>12<=>0,286.

Da den spontane båndbredde AvBer 38,4 MHz ved bølgelengden

X = 1,0 um og varierer som X-<2>(se D. Heinmann m.fl. Phys. Rev., 1979, B19, 6583 - 6592) antas at AvB= 22 MHz ved

1,32 um. Videre er det innført følgende verdier som gjelder en bestemt 13,6 km lang prøvefiber:

a = 9,5 x10~5rn-<1>(0,41 dB/km tap), Le = 7,6 km,

A =4,7x IO-<!1>m<2>samt K = 1/2. Man kan således beregne terskelverdien for SBS i den foreliggende prøvefiber ved 1,32 um til å være PL~5,6 mW. Det ovenfor angitte eksperiment 1 gjelder denne testfiber.

For å analysere en transient spredningsprosess har man anvendt de koblede ligninger for de langsomt varierende komplekse Fourier-amplituder for de optiske elektriske felt E og densitetsbølgen p på kjerneaksen.

(Disse ligninger kan sammenlignes med ligninger som er angitt i R.L. Carman, F. Shimizu, C.S. Wang og N. Bloembergen, "Theory of Stokes pulse shapes in transient stimulated Råman scattering", Phys. Rev. A. 1970, 2, 60 - 72). Laserfeltet (indeks L) bringes inn i fiberen ved z = 0 og vandrer i -z-retningen. Stokesfeltet (indeks S) vandrer i -z-retningen og bygges opp ut fra spontan spredning. Dette kan represen-teres ved et Stokes-felt innført på et sted z = z0, hvor zQ3 a-1 og a er den optiske absorbsjonskoeffisient (sammenlign med R.G. Smith, som allerede er nevnt). Vandrekoordinaten t = t ± z/v, hvor det negative (positive) tegn gjelder henholdsvis laserfeltet og Stokes-feltet, og v er den optiske gruppehastighet (som antas meget større enn den akustiske gruppehastighet). r-<1>er levetiden for det akustiske fonon (båndbredden for den spontane Brillouin-spredning er r/n). Koblingskoeffisientene er gitt ved følgende ligninger:

hvor n = p X/2 tt, = optisk forplantningskonstant,

Pl2= longitudinal elasto-optisk koeffisient,

X = optisk bølgelengde, pQ = midlere densitet,

Va = akustisk hastighet, samt eQ= dielektrisitetskonstanten for det fri rom (SI-enheter).

Det kan argumenteres (sammenlign med R.G. Smith, som allerede er nevnt) at påvisbar SBS bare vil opptre ved tilført lasereffekt som overskrider den kritiske verdi i samsvar med følgende ulikhet:

For tilført effekt som ikke overskrider dette kritiske effektnivå, vil uttapningen av laserfeltet på grunn av SBS være ubetydelig, liksom antagelig også eventuell uttapning på grunn av andre konkurrerende ikke-lineære prosesser.

Det antas at laserfeltet i fiberen hovedsakelig bare er bestemt av det innførte felt og lineær absorbsjon, nemlig at: Ligningene (2.1) og (2.2) ovenfor (sammenlign med Carman m.fl, som allerede er nevnt og K. Daree "Transient effects in stimulated light scattering", Opt. Quant. Electr., 1975, 7, sidene 263 - 279) kan løses ved hjelp av Riemann's metode for å oppnå et uttrykk for Stokes felt Es(z,t) som opptrer ved z = 0, nemlig W angir W(t') og 1^er en modifisert Bessel-funksjon. Ligningen (2.5) kan anvendes for å fastslå om terskelbeting-elsen (2.3) er overskredet for et vilkårlig inngangsfelt. Ligningen (2.5) skal nå utnyttes for spesielle tilfeller i forbindelse med optisk kommunikasjon, nemlig tilfeller hvor laserfeltet er modulert for å overføre en binær datastrøm representert ved funksjonen m(t) som kan anta verdiene 0 og 1. To viktige forenklinger vil bli gjort. For det første antas det at tids-middelverdien av modulasjonsfunksjonen m(t) er gitt ved:

som konvergerer for tilstrekkelig stor At, nemlig for At < r-<1>Da r/n = 22 MHz i smeltebehandlet silisium ved romtemperatur

og en bølgelengde på 1,32 um (se R.G. Smith, som allerede er nevnt) og da r varierer som X-<2>, synes den ovenfor angitte antagelse å gjelde for optisk transmisjon under anvendelse av de fleste linjekoder med lav disparitet og bit-takter på

hundre Mbit/s eller høyere. (Det bør bemerkes at selv for en balansert kode kan m avvike fra 1/2, hvis retur-til-null eller | andre spesielle kodingsteknikker anvendes). Den annen antagelse er at a--1- >> vr-*. Det er funnet at dette sannsynligvis vil være tilfelle for silisiumfibre med lave tap,

f.eks. a-<1>* 8,7 km ved 1,3 um (tilsvarer en svekning på 0,5 dB/km) og vr-<1>~3,5 m. Disse forenklinger tillater nøyaktige analytiske løsninger av integral-ligningen (2.5) uttrykt ved m.

For å vurdere forskjellige modulasjonsteknikker i form av nøklet amplitudeskift samt fase- og frekvensforskyvning, skal man til å begynne med skille amplitude- og fase-fluktuasjoner i inngangsfeltet. hvor El er konstant og a samt 0 er reelle og kontinuerlige funksjoner. Ligningen (2.5) løses for å finne forsterkningsfaktoren G, hvor

SBS-terskelen kan bestemmes i hvert tilfelle og, da zQ~3a 1 er terskel-kriteriet ( 2. 3) uttrykt ved:

I det tilfelle det ikke foreligger noen modulasjon, antas det at:

hvor Pl er den lasereffekt som avgis til fiberen og A er det effektive tverrsnitt av den bølgeledede modus. Dette er i samsvar med ligningene (2.1) og (2.2) for

(6p<*>/5t) - 0.

I det tilfelle det ikke foreligger noen amplitudemodulasjon i henhold til ligningen: hvor ka er dybden av intensitetsmodulasjonen (0 < ka^100%), antas det at:

hvor Gss er gitt ved (2.9) og i dette tilfelle representerer PL den toppeffekt som avgis til fiberen. (Den midlere effekt er [iri + (l-m) (l-ka) ] PL.) I henhold til (2.11) har G sin minste verdi for ka = 100%. I dette tilfelle er G = Gss m~<2>og m er laserens nyttefaktor (vanligvis 0,5).

I det tilfelle det foreligger fasemodulasjon i henhold til: hvor kp er den nøklede faseforskyvning, antas det at:

samt at G nærmer seg 0 ved spesielle verdier av fasefor-skyvningen kp. Hvis f.eks. m = 1/2, vil G være 0 for kp = (2n+l)n; n = 0, 1, 2 ... For denne verdi av m og disse verdier av kp forsøkes SBS undertrykket i sådan grad at høyere effekt kan føres inn i fiberen.

Det skal nå betraktes et tilfelle hvor frekvensmodulasjon anvendes i samsvar med følgende ligninger: hvor kf/2n er den nøklede frekvensforskyvning (Hz), som for praktiske formål bør være minst like stor som bit-takten. Her er med hensikt valgt den Fourier-frekvens hvor tids-middelverdien 0(t) er lik null, da den tilsvarende Stokes-frekvens er den frekvens som oppviser størst SBS-forsterkning. I ligningen (2.14) er til forskjell fra ligningene for nøklet amplitudeskift og faseforskyvning, den modulerte parameter avhengig av datastrømmens tidligere historie og kodestati-stikken. Hvis p(Y)dY representerer sannsynligheten for at fasevinkelen 0(t) ved hvilket som helst gitt tidspunkt ligger i området Y, Y + dY (-n < ,Y ti), hvilket fremgår av ligning (2.14), antas i betraktning av ligningen (2.5) at:

Hvis f.eks. m(t) er en enhet-firkantbølge med periode 2/B og representerer datasekvensen 010101 ... hvor B er bit-takten og m = 1/2, antas det at p = sinc(kf/2B). Videre antas det at i alminnelighet, slik som i foreliggende eksempel, G -* Gss når Kf- 0, samt at G - 0 for kf/2B >> 1. Undertrykkelse av SBS foreslås oppnådd ved anvendelse av tilstrekkelig stor frekvensforskyvning kf, og SBS-forsterkningen antas da i alminnelighet å være lavere enn ved anvendelse av en kode med høy disparitet, sammenlignet med en balansert kode hvor fase-utsvingene (14) ligger innenfor smalere grenser.

Uttrykt mer kvalitativt postuleres det at for å bringe vesentlig SBS til å opptre, må det optiske felt være i stand til (ved elektrostriksjon) å bygge opp en kraftig koherent akustisk bølge innenfor falltiden r-<1>. Når det gjelder amplitudenøkling antas det at virkningen av de optiske pulser adderes til å frembringe en koherent akustisk bølge. Ved faseforskyvnings-nøkling postuleres det imidlertid at den resulterende akustiske eksitering som frembringes av det optiske felt ved valg av korrekt faseforskyvning, kan gjøres lik 0 ved å sikre at den akustiske eksitasjon som frembringes av feltet i de tidsperioder som representerer det binære null-siffer, motvirkes av det faseforskjøvede felt i de perioder som representerer ener-sifferet (i det tilfelle m = 1/2 vil de optiske felt i de forskjellige perioder som representerer hhv. null-verdier og enere være i nøyaktig motfase). Ved frekvens-forskyvnings-nøkling postuleres på lignende måte at så sant frekvensforskyvningen er tilstrekkelig stor, vil den stadige faseforandring av det optiske felt føre til at det bare fremkommer en liten resulterende akustisk eksitasjon og at SBS således undertrykkes.

På tross av de meget lave terskel-verdier for SBS som i den senere tid er blitt observert i silisiumfibre med lavt tap ved anvendelse av laserkilder som avgir kontinuerlig effekt, synes det likevel mulig å konstruere transmisjonssystemer som er i stand til å utnytte forskjellige modulasjonsteknikker som vil eliminere enhver praktisk begrensning frembragt av SBS med hensyn til effektnivåer og forsterkermellomrom. Skjønt SBS-terskelen for systemer med nøklet amplitudeskift bare avviker med en liten numerisk faktor fra den terskel som foreligger ved uavbrutt bølge, kan valg av hensiktsmessige driftspara- metre i systemer med nøklet fase- og frekvens-forskyvning være i stand til å undertrykke SBS i sådan grad at den ikke lenger utgjør noen vesentlig begrensning.

Det skal nå betraktes et tilfelle hvor det laserfelt som frembringes i fiberen utgjøres av to optiske frekvenser som er adskilt ved Avmog har samme amplituder ME0. Spektral-bredden for hver frekvenslinje er antatt å være liten sammenlignet med AvB, som er båndbredden (FWHM) for spontan Brillouin-spredning ved omgivelsestemperatur. Fourier-amplituden av det samlede tilførte laserfelt som en funksjon av tiden t, er da: hvor 8 er en konstant. Hvis dette innføres i de tidligere angitte koblede bølgeligninger for det elektriske felt og densitetsbølgen i fiberen, vil dette føre til følgende uttrykk for forsterkningskoeffisienten ved SBS:

hvor Gss er forsterkningskoeffisienten for SBS som ville blitt frembragt ved bruk av en enkeltfrekvens-laser med felt-amplitude EQ. En antagelse ved denne beregning er Avm>> aV, hvor V er den optiske gruppehastighet og a er effektabsorb-sjonskoeffisienten. Det bør også bemerkes at a-<1>er den effektive interaksjonslengde for SBS. Det postuleres nå at når støtfrekvensen Avmer meget større enn AvB, vil forsterkning G bli nedsatt. Da SBS-terskelen er omvendt proporsjonal med G (sammenlign med det som er angitt ovenfor samt også med R.G. Smith, som allerede er nevnt), vil terskelverdien øke i tilsvarende grad. Det postuleres at dette forholder seg slik på grunn av at Fourier-amplituden av laserfeltet i fiberen er gjenstand for faseforandringer på tt i en takt som er lik støtfrekvensen. For at vesentlig SBS skal kunne opptre må

laserfeltet være i stand til å bygge opp (ved elektrostriksjon) en sterk koherent akustisk bølge innenfor faseforskyv-ningstiden AvB~<l>. Hvis imidlertid de optiske fasevekslinger finner sted oftere enn dens spontane akustiske faseforskyvning, vil ikke den akustiske bølge kunne bygges opp til stor amplitude, og SBS-forsterkningen vil således være tilsvarende mindre. (Den tilsynelatende avvikende faktor på 2 mellom Gss og G i grensetilfellet Avm<< AvBi ligning (2) skriver seg fra antagelsen om at Avm>> aV).

Den spontane Brillouin-båndbredde i silisiumfibre er 38,4 MHz ved bølgelengden X = 1,0 um og varierer som X-<2>(se D.Heinman m.fl., "Brillouin scattering measurements on optical glasses", Phys. Rev., 1979, B19, sidene 6583 - 6592). Verdiene ved

X = 1,3 og 1,55 um er derfor henholdvis 23 og 16 MHz. Det postuleres derfor at støtfrekvenser Avmpå minst flere ti-talls megahertz vanligvis vil være nødvendig for i praksis å oppnå vesentlig undertrykkelse av SBS. For fibre med tap på 1 dB/km eller minder er a mindre enn 2 x 10-<4>m-<1>, og den tidligere antagelse av Avm>> aV er således i høy grad berettiget.

Undertrykkelsen av SBS forventes imidlertid å bli mindre effektiv ved meget høy verdi av Avm. I denne forbindelse er det funnet at forskjellen mellom de fonon-frekvenser som tilsvarer de to laser-frekvenser bær være meget minder enn AvBfor å sikre fullstendig bølgekobling, og man har således:

hvor Va er lydhastigheten og X er den optiske bølgelengde. Ved innsetning av typiske verdier for silisiumfiber (n = 1,5, Va = 6 x IO<3>m/s, A5B= 16 MHz, Xdn/dX = 0,02) fåes

Avm<< 27 0 GHz som er tilfredsstilt for verdier av Avmsom ikke overskrider noen få ti-talls gigahertz.

I prinsipp er det imidlertid en annen faktor som kan føre til mindre effektiv undertrykkelse av SBS for meget høy verdi av Avm. Så lengde forskjellen i gruppeforsinkelse for de to frekvenser er liten sammenlignet med den minste pulsvarighet, kan pulsoverlapning for de to frekvenser (og således modus-blanding) forventes å opptre langs hele fiberens lengdeutstrekning, men for meget høy verdi av Avmkan det hende at dette i prinsipp ikke lenger inntreffer på grunn av spredning. Dette synes imidlertid ikke å være av stor praktisk betydning, hvilket kan anskueliggjøres ved det tilfelle en 300 km lang silisiumfiber drives ved en bølgelengde på 1,55 um, idet gruppehastighetsspredningen er. 20 ps/nm/km. Hvis støtfrekven-sen er Avmer 1 GHz, vil den beregnede forskjell i gruppeforsinkelse for de to frekvenser være bare 50 ps.

Det postuleres således at selv for en lang fiber av den type som er angitt i eksempel 4 nedenfor, vil SBS-terskelen ved Avm= 1 GHz vanligvis ligge over 15 W.

I denne analyse inngår den antagelse at den umodulerte laser-båndbredde er liten sammenlignet med r. Dette forhold omfatter hele det interessante område for koherent lysover-føring. Med hensyn til SBS frembragt ved inhomogent utvidede kilder antas en statistisk behandling av stimulert lysspred-ning å være påkrevet.

De følgende beregningseksempler vil anskueliggjøre den teoretiske modell for foreliggende oppfinnelse.

Eksempel 1

En silisiumfiber har følgende egenskaper (alle verdier er tilnærmede):

Optisk absorbsjons-koeffisient, a, ved 1,3 um =

(1,1 x IO<4>)-1rn"1,

hvor a er definert som l/z ln(Po/Pz) idet Pq og P2er lyseffekt i avstandspunkter 0 og z langs fiberen i transmi-sjonsretningen i fravær av ikke-lineære virkninger.

Densitet, pG= 2,21 x IO<3>kg/m<»>Lydhastighet i fiberkjernen Va = 6,0 x IO<3>m/s Brytningsindeks for fiberkjernen = 1,47

Modusførende tverrsnittsflate for

1,3 um er A = 1,4 x IO-11m2,

hvor A = P/I maks'<1>maks» er aen maksimale lysintensitet i fiberkjernen ved en lyseffekt P i fravær av ikke-lineære virkninger.

Longitudinal elasto-optisk koeffisient<p>^2<=>°>27, hvor<p>^2er som definert i J. Saprial, "Acousto-Optics", kapitel V, Wiley

(1979).

Båndbredde for stimulert Brillouin-spredning ved

1,3 um er r = 7,1 x IO<7>rad/s,

hvor r er konstanten i ligning (2.2) som er angitt nedenfor.

(f bestemmer intensitetsfallet for en densitetsbølge i fravær av ytre stimulering, [EL = Oi ligning (2)] i henhold til (6p/6t) = -rp<*>. Dette er behandlet i detalj i f.eks. W.Kaiser og M. Maier i "Stimulated Rayleigh, Brillouin and RåmanSpectroscopy", Laser Handbook, bind 2, red. F.I. Arrechi ogE.O. Schulz-Dubbis (North Holland, Amsterdam, 1972) sidene 1077 - 1150.

Inn i 30 km av denne fiber føres et faseforskyvnings-nøklet lyssignal (bølgelengde 1,3 um). Båndbredden av den umodulerte lyskilde er mindre enn 1 HMz og den effekt som avgis til fiberen er 100 mW. Overføringen av en binær datastrøm representert ved en modulasjonsfunksjon m(t) som kan anta verdiene 0 og 1, finner sted på sådan måte at middelverdien m av modulasjonsfunksjonen ligger nær 1/2 selv over kortere tid enn r-<1>. Bit-takten for overføringen er 1 Gbit/s og en nøklet fase kp på 180° anvendes. Ubetydelig stimulert Brillouin-spredning ble observert.

Eksempel 2

I dette eksempel er lyskilden og dens båndbredde samt også fiberens egenskaper og lengde de samme som i eksempel 1, men den binære datastrøm overføres ved frekvens-forskyvnings-nøkling på sådan måte at m atter ligger nær Yi selv over tidsavsnitt kortere enn r-<1>. Bit-takten for denne dataover-føring er 140 Mbit og en nøklet frekvensforskyvning kfpå 8 GHz anvendes. Ubetydelig stimulert Brillouin-spredning ble observert.

Eksempel 3

Eksempel 2 ble gjentatt med en bit-takt på 1 Gbit/s og en nøklet frekvensforskyvning på 35 GHz. Også i dette tilfelle ble bare ubetydelig stimulert Brillouin-spredning observert.

Eksempel 4

I dette eksempel hadde den anvendte silisiumfiber et kabelført tap og skjøtetap i fravær av ikke-lineære virkninger på

0,3 dB/km ved 1,3 um, og fiberens karakteristiske parametre foruten a var de samme som i eksempel 1. En optisk bærerbølge avgis til fiberen og moduleres i samsvar med en fastlagt amlitudeskift-nøkling ved 140 mbit/s. Når denne bølge er "på" er effekten 1 W delt mellom to frekvenser med innbyrdes forskjell på 1 GHz samt med en båndbredde mindre enn 1 MHz.

m er . Begge frekvenser tilsvarer en. bølgelengde nær 1,3 um. Ingen stimulert Brillouin-spredning ble observert.

Det er funnet at med en mottagerfølsomhet på -60 dBm (egnet for en feilhyppighet på 10-^ - se Y. Yamamoto, "Receiver Performance evaluation of various digital optical modulation-demodulation systems in the 0,5 - 10 um wavelength region", IEEE J. Quant. Elect., 1980, QE-16, sidene 1251 - 1259), vil tillate dataoverføring over en avstand på omtrent 300 km uten forsterkere.

Claims (26)

1. Fremgangsmåte for overføring av lys langs en dielektrisk optisk bølgeleder, f.eks. en optisk fiber (4), idet bølge-lederen tilføres en optisk høyeffekts bølge fra en eller flere smalbåndede lyskilder (1), karakterisert vedat den optiske bølges fasevinkel bringes til å variere med tiden på sådan måte at stimulert Brillouin-spredning hovedsakelig undertrykkes.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 for overføring av informasjon, idet bølgen som optisk bærebølge moduleres i samsvar med den informasjon som skal overføres,karakterisert vedat fasevinkelen for den modulerte bølge bringes til å variere med tiden på sådan måte at stimulert Brillouin-spredning hovedsakelig undertrykkes.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2 for overføring av digital informasjon med høy bit-takt, idet bærebølgen binært faseforskyvnings-nøkles i samsvar med den informasjon som skal overføres, karakterisert vedat størrelsen av den nøklede f asef orskyvning gjøres lik (2n + 1)tt, hvor n er null eller et helt tall, eller bringes tilstrekkelig nær sådanne verdier til at stimulert Brillouin-spredning hovedsakelig undertrykkes.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 for overføring av digital informasjon med høy bit-takt, idet bølgen som optisk bærebølge frekvensforskyvnings-nøkles i samsvar med nevnte informasjon, karakterisert vedat størrelsen av den nøklede frekvensforskyvning gjøres tilstrekkelig stor til at stimulert Brillouin-spredning hovedsakelig undertrykkes.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat den nøklede frekvens-forskyvning frembringes ved binær frekvensforskyvnings-nøkling.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 3 - 5,karakterisert vedat bit-takten gjøres minst lik 100 Mbit s"<1>.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 2,karakterisert vedat nevnte lyskilde(r) (1) bringes til å frembringe bølger med forskjellige frekvenser som i kombinasjon gir den tilsiktede variasjon av fasevinkelen, idet nevnte bølger enten kan avgis samtidig fra en enkelt lyskilde eller fra hver sin av flere lyskilder.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7,karakterisert vedat det som hver nevnt lyskilde benyttes en laser og de avgitte bølger er forskjellige longitudinal-modi for vedkommende laser.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 7 - 8,karakterisert vedat det som nevnte modulasjon i samsvar med den informasjon som skal overføres, benyttes en amplitudemodulasjon.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 2-9,karakterisert vedat nevnte modulasjon eller nøkling i samsvar med den informasjon som skal over-føres frembringes ved regulering av nevnte lyskilde(r).

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2 for å overføre informasjon, idet bølgen som optisk bærebølge fase- eller frekvens-moduleres i samsvar med den informasjon som skal overføres, samt nevnte lyskilde(r) også bringes til å avgi en høyeffekts fasereferansebølge, karakterisert vedat fasevinklen for nevnte fasereferansebølge bringes til å variere med tiden på sådan måte at stimulert Brillouin-spredning av bølgen hovedsakelig undertrykkes.

12. Fremgangsmåte for å overføre og motta informasjon, idet informasjonen overføres ved hjelp av en fremgangsmåte som angitt i krav 2-11, karakterisert vedat det signal som avgis fra den optiske fiber detekteres koherent på mottagersiden.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat nevnte lyskilde(r) (1) bringes til å frembringe bølger med forskjellige frekvenser som i kombinasjon gir den tilsiktede variasjon av fasevinkelen, idet nevnte bølger enten kan avgis samtidig fra en enkelt lyskilde eller fra hver sin av flere lyskilder.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 13,karakterisert vedat det som hver nevnt lyskilde benyttes en laser og de avgitte bølger er forskjellige longitudinal-modi for vedkommende laser.

15. Overføringssystem som omfatter en eller flere smalbåndede lyskilder (1) og en dielektrisk optisk bølgeleder, f.eks. en optisk fiber (4), idet nevnte lyskilde(r) er anordnet for å tilføre bølgelederen en høyeffekts optisk bølge,karakterisert vedat nevnte lyskilde(r) er innrettet for å variere den optiske bølges fasevinkel med tiden på sådan måte at stimulert Brillouin-spredning hovedsakelig undertrykkes.

16. Overføringssystem som angitt i krav 15, og som omfatter modulasjonsutstyr anordnet for å modulere nevnte optiske bølge og derved tilføre fiberen en høyeffekts informasjonsmodulert optisk bærebølge, karakterisert vedat nevnte lyskilde(r) samt modulasjonsutstyr er innrettet for å variere fasevinkelen for den modulerte bølge med tiden på sådan måte at stimulertBrillouin-spredning hovedsakelig undertrykkes.

17. Overføringssystem som angitt i krav 16 og hvor modulasjonsutstyret omfatter utstyr for faseforskyvnings-nøkling anordnet for å nøkle nevnte optiske bølge og derved tilføre fibren en høyeffekts optisk bærebølge som er binært fase-forskyvnings-nøklet i høy bit-takt,karakterisert vedat nevnte lyskilde(r) samt nøklingsutstyr er innrettet for å gjøre den nøklede faseforskyvning lik (2n + l)n, hvor n er null eller et helt tall, eller eventuelt tilstrekkelig nær sådanné verdier til at stimulert Brillouin-spredning hovedsakelig undertrykkes..

18. Overføringssystem som angitt i krav 16 og hvor modulasjonsutstyret omfatter utstyr for frekvensforskyvnings-nøkling anordnet for å nøkle nevnte optiske bølge og derved tilføre fiberen en høyeffekts optisk bærebølge som er frekvensforskyvnings-nøklet i høy bit-takt,karakterisert vedat nevnte lyskilde(r) samt nøklingutstyr er innrettet for å gjøre den nøklede frekvensforskyvning tilstrekkelig stor til at stimulert Brillouinr-spredning hovedsakelig undertrykkes.

19. Overføringssystem som angitt i krav 16,karakterisert vedat nevnte lyskilde(r) (1) er innrettet for å frembringe bølger med forskjellige frekvenser som i kombinasjon gir den tilsiktede variasjon av fasevinklén,. idet nevnte bølger enten kan komme samtidig fra en enkelt lyskilde eller fra hver sin av flere lyskilder.

20. Overføringssystem som angitt i krav 19,karakterisert vedat hver nevnt lyskilde (1) er en laser innrettet for å arbeide samtidig i forskjellige longitudinal-modi.

21. Overføringssystem som angitt i krav 19 - 20,karakterisert vedat modulasjonsutstyret er innrettet for amplitudemodulasjon.

22. Overføringssystem som angitt i krav 16 - 21,karakterisert vedat nevnte modulasjonsutstyr er innrettet og anordnet for å styre nevnte lyskilde(r).

23. Overføringssystem som angitt i krav 15,karakterisert vedat nevnte lyskilde(r) (1) er innrettet for å frembringe bølger med forskjellige frekvenser som i kombinasjon gir den tilsiktede variasjon av fasevinklen, idet nevnte bølger enten kan komme samtidig fra en enkelt lyskilde eller fra hver sin av flere lyskilder.

24. Overføringssystem som angitt i krav 23,karakterisert vedat hver nevnt lyskilde (1) er en laser innrettet for å arbeide samtidig i forskjellige longitudinal-modi.

25. Kommunikasjonssystem som omfatter et overføringssystem i henhold til krav 16-22, karakterisert vedat det omfatter utstyr innrettet for koherent deteksjon av signaler som avgis fra fiberen på et sted i avstand fra nevnte lyskilde og modulasjonsutstyr.

26. System som angitt i krav 15 - 25,karakterisert vedat fiberen er en silisium-oksydfiber med et tap som ikke overskrider 0,5 dB/km, samt en lengdeutstrekning på minst 10 km.