NO303897B1 - Polarisasjons-uavhengig forsterker-innretning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en polarisasjons-uavhengig forsterker-innretning omfattende en optisk halvlederf orsterker ved hvis' ene side forsterker-innretningens inngangssignal tilføres, og ved hvis andre side en reflektor er anordnet, idet forsterker-innretningens utgangssignal, formet av forsterker-innretningens inngangssignal reflektert av reflektoren og forsterket av forsterkeren, blir tatt ut ved den første side av forsterkeren. En slik anordning omtales i artikkelen "Polarisation-independent Configuration Optical Amplifier", publisert i "Electronic Letters", 18. august 1988, vol. 24, nr. 17, sidene 1075 og 1076.

Fra EP 532 974 og EP 405 406 er det videre kjent en pola-risas jonsuavhengig optisk fiberforsterker, omfattende en optisk halvlederforsterker ved hvis ene side forsterke-rinnretningens inngangssignal tilføres, og ved hvis andre side er anordnet en polarisasjonsroterende anordning som innbefatter et speil. Forsterkerens utgangssignal blir tatt ut ved den første siden av forsterkeren. Polarisasjonen til lyset som passerer forover og bakover gjennom for-sterkningsanordningen er ortogonal til hverandre.

I optiske kommunikasjonssystemer blir det ofte brukt for-sterkere, vanligvis optiske halvlederforsterkere, som har en forsterkning som ofte er svært avhengig av polarisasjonen til det optiske signal som presenteres.

Ifølge den ovenfor nevnte artikkel benyttes et prinsipp for å avhjelpe nevnte ulempe, hvorved det optiske signalet går gjennom forsterkeren to ganger, dvs. én gang forover og én gang bakover, idet det optiske signals polarisasjon roteres 90°mellom de to overføringsretinger. For dette formål blir inngangssignalet matet på en kjent måte til den ene siden av forsterkeren, mens en reflektor er anordnet på den andre siden, som, ifølge nevnte artikkel, består av en ikke-resiprok Faraday-rotator med en rotasjons- vinkel på 45°og med et speil plassert bakenfor. Etter at forsterkerinngangssignalet har gjennomgått en første forsterkning, går det forsterkede signal gjennom Faraday-rotatoren og blir deretter reflektert av speilet. Signalet som ble reflektert av speilet, passerer igjen gjennom Faraday-rotatoren og blir forsterket av forsterkeren for annen gang. Ved den første side av forsterkeren, på hvilken side inngangssignalet blir tilført, blir det forsterkede refleksjonssignal som fremkommer på nevnte side, tatt ut som forsterker-innretningens utgangssignal.

Kombinasjonen av Faraday-rotator og speil skal anses som en ikke-resiprok reflektor med hensyn til polarisasjonen. Nevnte reflektor som også betegnes som en ortogonal pola-risas jonsref lektor , reflekterer lyset med en rotasjon på 90°, med det resultat at den totale forsterkning forover og bakover, vil være uavhengig av retningen for polarisasjon av det optiske signal som er matet inn i forsterkeren. Siden signalet passerer gjennom den samme anordning to ganger med en rotasjon på 90°, viser det seg å være nødvendig å ta i bruk en ikke-resiprok polarisasjonsroterende komponent.

Den kjente ortogonale polarisasjonsreflektoren har imid-lertid den ulempe at Faraday-rotatoren er en massiv komponent, med det resultat at en tilleggslinse også er nødven-dig, med problemet hva angår innretting og refleksjoner.

Formålet med oppfinnelsen er å fremskaffe en forsterker-innretning av den art som er beskrevet i innledningen, hvor de ovenfor nevnte ulemper unngås.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen, ved at reflektoren er resiprok, idet et signal eller en signalkomponent som mates inn i den og som har en polarisasjon loddrett på hovedaksen til forsterkeren, blir reflektert som et re-fleks j onssignal som har en polarisasjon hovedsakelig pa-

rallell med nevnte hovedakse og omvendt.

Man har funnet at polarisasjons-uavhengigheten også kan oppnås med enkle resiproke anordninger. I dette tilfellet utføres en polarisasjonsrefleksjon istedet for en polari-sas j onsro tas jon.

I en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen består den resiproke reflektor av et retardasjonsorgan og et speil anordnet bakenfor denne. Retardasjonsorganet er for-trinnsvis et X/4-retardasjonsorgan, og vinkelen mellom en av hovedaksene til retardasjonsorganet og polarisasjonen av forsterkeren er lik 45°.

I dette tilfellet er det mulig å klare seg med en liten^/4-plate som er liten med hensyn til størrelse. Nevnte plate kan være svært tynn, med det resultat at en linse kan utelates, idet en kompakt enhet derved oppnås.

I en utførelsesform for oppfinnelsen er^/4-retardasjonsorganet dannet av en seksjon av dobbeltbrytende glassfiber hvis lengde er lik l/2n+l/4 ganger beatlengden, idet n er lik 0 eller et helt tall.

En svært kompakt enhet oppnås dersom^/4-retardasjonsorganet er integrert i forsterkeren.

I de ovenfor nevnte utførelsesformer er det svært fordelaktig å benytte et overtrekkslag med høy refleksjon som speil, hvilket resulterer i at enheten blir enda mer kompakt .

I en annen utførelsesform for oppfinnelsen består den resiproke reflektor av en sløyfereflektor med et retardasjonsorgan innlemmet i seg. I en videre utdypning av dette, består sløyfereflektoren av en koblingsanordning til hvis utganger er festet endene til en glassfibersløyfe, i hvilken sløyfe det er et 90°sirkulært retardasjonsorgan. I dette tilfellet er det sirkulære retardasjonsorgan til-dannet på en enkel måte ved hjelp av en snodd glassfiberseksjon.

Oppfinnelsen vil bli forklart mer detaljert i det følgende under henvisning til tegningsfigurene, hvor

figur 1 viser en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen, og

figur 2 viser en ytterligere fordelaktig utførelsesform for oppfinnelsen.

Litteraturen omtaler en løsning for å gjøre en forsterker, f.eks. en optisk halvlederforsterker, mindre polarisasjons -avhengig, ved å benytte det prinsipp at signalet forsterkes to ganger, dvs. én gang forover og andre gangen bakover. Før forsterkningen bakover blir polarisasjonen til det én gang forsterkede signal rotert. Fordi inngangssignalet blir forsterket to ganger i forskjellige polari-sas jonsretninger, vil den totale forsterkning være mindre avhengig av inngangssignalets polarisasjonsretning. For å oppnå nevnte effekt, benyttes en ortogonal polarisasjons-ref lektor, idet inngangssignalets polarisasjon blir ortogonalt reflektert etter forsterkning av den optiske forsterker. En utførelsesform av dette omfatter en Faraday-rotator og et speil.

Oppfinnelsen er basert på den oppfinneriske innsikt at det ikke er nødvendig for hver polarisasjonsretning å reflek-teres ortogonalt. En slik refleksjon vil kun være nødven-dig for polarisasjonens horisontale og vertikale retning, idet det antas at forsterkeren har en horisontal polarisa-sjonshovedakse. Ved å gå ut fra dette, kan det benyttes en reflektor som er resiprok, et signal som mates inn i den og har en vertikal polarisasjon som blir reflektert som et refleksjonssignal som har en hovedsakelig horisontal polarisasjon og omvendt.

Med hensyn til begrepene "resiprok" og "ikke-resiprok" vi-ses det til artikkelen "A New Calculus for the Treatment of Optical Systems I ....VIII" av R.C. Jones, utgitt i "Journal of the Opt. Soc. Am., vol. 31, 1941, sidene 488-503, vol. 32, sidene 486-493, vol. 37, 1947, sidene 107-112. vol. 38, 1948, sidene 671-685 og vol. 46, 1956, sidene 126-132.

Figur 1 viser en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen. Nevnte utførelsesform omfatter en sirkulator med minst tre porter, idet inngangssignalet mates til én port og blir sendt ut ved den nærliggende port. Nevnte nærliggende port er koblet til en optisk forsterker, som f.eks. en optisk halvlederf orsterker. På den andre side av den optiske forsterker er det anordnet et retardasjonsorgan R, spesielt et^/4-retardasjonsorgan, som det er plassert et speil S bak. Vinkelen mellom én av retardasjonsorganets R hovedakser og forsterkerens polarisasjonsretning er for-trinnsvis 45°.

Et retardasjonsorgan er en resiprok innretning. Signalet som innmates, kan representeres ved to komponentér hvis polarisasjonsretninger er innbyrdes perpendikulære. Retar-das jonsorganet forsinker én komponent av hensyn til den andre.

I utførelsesformen på figur 1 blir forsterker-innretningens inngangssignal is matet til en port på sirkulatoren C og når frem til den optiske forsterkeren via en nærliggende port. Etter forsterking av den optiske forsterker OA, når det forsterkede inngangssignal frem til\/'4-retardasjonsorganet R med den ovenfor nevnte forsinkelse-segenskap hos komponentene hos det forsterkede inngangs signal. Etter å ha blitt reflektert av speilet S, passerer signalet igjen gjennom retardasjonsorganet R og den optiske forsterker OA i den andre retningen. Ved inngangen til den optiske forsterker kommer det forsterkede refleksjonssignal rs frem og blir skilt fra inngangssignalet is ved hjelp av sirkulatoren C. Det forsterkede refleksjonssignal kan tas ut som forsterkerutgangssignal os ved en tredje port.

Ved å benytte den polarisasjons-resiproke reflektoren, som i denne utførelsesform består av^/4-retardasjonsorganet R og et speil S, oppnår man det resultat at utgangssignalet os er mindre polarisasjonsavhengig.

Dersom vinkelen mellom én av ^/4-retardasjonsorganets R hovedakser og forsterkerpolarisasjonen er 45°, oppnås en optimal polarisasjonsuavhengighet for forsterkeren. Den enkleste form for retardasjonsorganet er en 45°^/4-plate. Nevnte plate kan være svært tynn og kan følgelig kobles direkte til komponentene som virker inn på hverandre, dvs. forsterkeren og speilet. Med andre ord kan linsene utelates . Det er klart at det oppnås en kompakt enhet ved denne utførelsesform.

X/4-platen omformer vertikalt lineær-polarisert lys til sirkulært polarisert lys som deretter blir reflektert av speilet og sirkulært polarisert i en annen orienterings-retning (høyre/venstre).^/4-platen omformer så det optiske signal som er blitt matet til den, til horisontalt polarisert lys. Omformingen finner sted for et horisontalt, polarisert optisk inngangssignal.

Man har funnet at inngangssignalet is blir forsterket med en polarisasjons-uavhengig forsterkerfaktor, ved hjelp av den enkle konfigurasjonen som er beskrevet ovenfor, som utelukkende består av resiproke komponenter.X/4-retardasjonsorganet kan dannes med samme fordelaktige effekt av en seksjon av dobbeltbrytende glassfiber, hvis lengde er lik l/2n+l/4 ganger beatlengden, idet n er lik 0 eller et helt tall.

Konseptet for beatlengde blir brukt i tilfelle av to over-føringsmodi som har forskjellig overføringskonstant. Når de to modi overfører over en distanse på én beatlengde, er faseforskjellen mellom de to modi blitt 3 60°. Istedet for"beatlengde", brukes også "koblingslengde". For den dobbeltbrytende glassfiberen er de to respektive modi de to perpendikulære hovedpolarisasjonene.

For å gjøre den resiproke reflektoren enda mer kompakt, blir ^/4-retardasjonsorganet integrert i forsterkeren. En optimal kompakt konfigurasjon oppnås dersom speilet er dannet av et overtrekkslag som har høy refleksjon og er anordnet på utgangsflaten til x/4-retardasjonsorganet.

Figur 2 viser en annen utførelsesform for oppfinnelsen hvor den polarisasjons-resiproke reflektor er konstruert som en sløyfereflektor med en resiprok polarisasjonsrota-sjon på 90°.

Etter å ha passert gjennom sirkulatoren C blir inngangssignalet is matet til en koblingsanordning, f.eks. en 3 dB-koblingsanordning, hvoretter signalet som kommer frem fra én utgangsport, mates til forsterkeren OA. Signalet som stammer fra forsterkeren OA, blir presentert via koblingsanordningen K til den ene siden av en glassfibersløy-fe OF, idet den annen side av nevnte glassfiber er til-knyttet den andre utgangsporten på koblingsanordningen K. Innlemmet i glassfibersløyfen OF er et 90°sirkulært re-tardas jonsorgan CR. Nevnte sirkulære retardasjonsorgan kan implementeres som en vridd glassfiberseksjon. Den sirkulæ re retardasjon som benyttes i dette tilfelle, blir også betegnet som optisk aktivitet.

En 3 dB-koblingsanordning kan videre brukes som et "take off"-organ, for hvilken en sirkulator C er valgt i den viste utførelsesform.

I konfigurasjonen vist på figur 2 er inngangssignalet is igjen forsterket med en polarisasjons-uavhengig forsterkerfaktor.

Fra det ovenstående er det tydelig at en polarisasjons-uavhengig forsterking kan oppnås med enkle og kompakte resiproke komponenter.

Claims (9)

1. Polarisasjons-uavhengig forsterker-innretning omfattende en optisk halvlederforsterker (OA) ved hvis ene side forsterker-innretningens inngangssignal (is) tilføres, og ved hvis andre side en reflektor (R,S) er anordnet, idet forsterker-innretningens utgangssignal (rs), formet av f orsterker-innretningens inngangssignal reflektert av reflektoren og forsterket av forsterkeren, blir tatt ut ved den første siden av forsterkeren,karakterisert vedat reflektoren (R,S) er resiprok, idet et signal eller en signalkomponent som mates inn i den og som har en polarisasjon loddrett på hovedaksen til forsterkeren (OA), blir reflektert som et re-fleks jonssignal som har en polarisasjon hovedsakelig parallell med nevnte hovedakse og omvendt.

2. Forsterker-innretning som angitt i krav 1,karakterisert vedat reflektoren (R,S) omfatter et retardasjonsorgan (R) og et speil (S) anordnet båk denne.

3. Forsterker-innretning som angitt i krav 2,karakterisert vedat retardasjonsorganet (R) er et X/4-retardasjonsorgan, og ved at vinkelen mellom en av hovedaksene til retardasjonsorganet og polarisasjonen av forsterkeren er lik 45°.

4. Forsterker-innretning som angitt i krav 2 eller 3,karakterisert vedat ^/4-retardas jons-organet (R) er dannet av en seksjon av dobbeltbrytende glassfiber hvis lengde er lik l/2n+l/4 ganger beatlengden, idet n er lik 0 eller et helt tall.

5. Forsterker-innretning som angitt i krav 2, 3 eller 4,karakterisert vedat^/^-retardasjons organet (R) er integrert i forsterkeren (OA).

6. Forsterker-innretning som angitt i krav 2, 3, 4 eller 5, karakterisert vedat speilet (S) er dannet av et overtrekkslag med høy refleksjon.

7. Forsterker-innretning som angitt i krav 1,karakterisert vedat den resiproke reflektor (R) er en sløyfereflektor med et retardasjonsorgan i seg.

8. Forsterker-innretning som angitt i krav 7,karakterisert vedat sløyfereflektoren omfatter en koblingsanordning til hvis utganger er festet endene til en glassfibersløyfe, i hvilken sløyfe det er et 90°sirkulært retardasjonsorgan.

9. Forsterker-innretning som angitt i krav 8,karakterisert vedat det sirkulære retar-das jonsorganet (CR) er dannet av en vridd glassfiberseksjon (OF).