RU2001102775A

RU2001102775A - Монолитное коаксиальное устройство

Info

Publication number: RU2001102775A
Application number: RU2001102775/28A
Authority: RU
Inventors: Джордж Э. Берки; Дэниел А. НОУЛАН
Original assignee: Корнинг Инкорпорейтед
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2003-03-20

Claims

1. Оптическое устройство для фильтрации светового сигнала, имеющее настраиваемую спектральную характеристику и содержащее первое оптическое волокно, имеющее первую сердцевину и первую оболочку с показателем преломления n₂, причем указанная первая сердцевина включает первую центральную область с показателем преломления n₁, и регулятор связи первого волокна, составляющий одно целое с первым оптическим волокном и обеспечивающий для светового сигнала связь между первым и вторым оптическими трактами, но по существу предотвращающий связь светового сигнала с третьим оптическим трактом; при этом регулятор связи первого волокна содержит: первый оптический элемент связи, составляющий одно целое с первым оптическим волокном и обеспечивающий для светового сигнала связь между первым и вторым оптическими трактами с формированием первого выходного сигнала, причем первый оптический тракт образован модой LP₀₁ светового сигнала, а второй оптический тракт образован модой LP₀₂ светового сигнала, и первый ингибитор связи, составляющий одно целое по меньшей мере с одним из указанных первым оптическим элементом связи или первым оптическим волокном и по существу предотвращающий связь светового сигнала с третьим оптическим трактом, где третий оптический тракт образован любой модой светового сигнала более высокого порядка, чем мода LP₀₂; причем первый оптический элемент связи содержит суженную область в первом оптическом волокне, которая характеризуется коэффициентом сужения, заданным как изменение радиуса первого оптического волокна, приходящееся на изменение длины указанной суженной области, и первый оптический элемент связи содержит область провала, расположенную в первой сердцевине между первой центральной областью и первой оболочкой, область провала имеет показатель преломления n₆, где n₁>n₂>n₆.

2. Оптическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый ингибитор связи содержит пьедестал в показателе преломления в первой области сердцевины, расположенный между первой центральной областью и первой оболочкой, причем указанная область пьедестала характеризуется показателем преломления n₅, где n₁>n₅>n₂.

3. Оптическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что суженная область характеризуется коэффициентом сужения, приблизительно равным 3: 1.

4. Оптическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый ингибитор связи содержит область пьедестала показателя преломления, расположенную в первой области сердцевины между областью провала и первой оболочкой, причем указанная область пьедестала имеет показатель преломления n₅, где n₁>n₅>n₂>n₆.

5. Оптическое устройство по п. 4, отличающееся тем, что протяженность области провала в радиальном направлении составляет приблизительно от 3 мкм до 10 мкм, a Δ_1-6 лежит в диапазоне приблизительного между 0,1% и 0,4%.

6. Оптическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый ингибитор связи включает суженную область, которая характеризуется коэффициентом сужения, меньшим чем 2: 1, для подавления межмодовой связи.

7. Оптическое устройство по п. 6, отличающееся тем, что протяженность области провала в радиальном направлении лежит в диапазоне приблизительно от 5 мкм до 10 мкм, a Δ_1-6 лежит в диапазоне приблизительно между 0,03% и 0,07%, чтобы обеспечить межмодовую связь между модами LP₀₁ и LP₀₂.

8. Оптическое устройство для фильтрации светового сигнала, имеющее настраиваемую спектральную характеристику и содержащее первое оптическое волокно, имеющее первую сердцевину и первую оболочку с показателем преломления n₂, причем указанная первая сердцевина включает первую центральную область с показателем преломления n₁, и регулятор связи первого волокна, составляющий одно целое с первым оптическим волокном и обеспечивающий для светового сигнала связь между первым и вторым оптическими трактами, но по существу предотвращающий связь светового сигнала с третьим оптическим трактом; при этом регулятор связи первого волокна содержит: первый оптический элемент связи, составляющий одно целое с первым оптическим волокном и обеспечивающий для светового сигнала связь между первым и вторым оптическими трактами с формированием первого выходного сигнала, причем первый оптический тракт образован модой LP₀₁ светового сигнала, а второй оптический тракт образован модой LP₀₂ светового сигнала, и первый ингибитор связи, составляющий одно целое по меньшей мере с одним из указанных первым оптическим элементом связи или первым оптическим волокном и по существу предотвращающий связь светового сигнала с третьим оптическим трактом, где третий оптический тракт образован любой модой светового сигнала более высокого порядка, чем мода LP₀₂; причем первый оптический элемент связи содержит область провала, расположенную в первой сердцевине между первой центральной областью и первой оболочкой, область провала имеет показатель преломления n₆, где n₁>n₂>n₆, а регулятор связи первого волокна дополнительно содержит второй оптический элемент связи, составляющий одно целое с первым оптическим волокном и разнесенный с первым оптическим элементом связи на расстояние L₁₁, обеспечивающее создание фазовой задержки, второй оптический элемент связи обеспечивает для первого выходного сигнала связь между модой LP₀₁ первого выходного сигнала и модой LP₀₂ первого выходного сигнала для формирования второго выходного сигнала, причем первый элемент связи и второй элемент связи формируют устройство Маха-Цендера, и второй ингибитор связи, составляющий одно целое по меньшей мере с одним из указанных вторым оптическим элементом связи или первым оптическим волокном, причем этот второй ингибитор связи по существу предотвращает связь первого выходного сигнала с любой модой выходного сигнала более высокого порядка, чем указанная мода LP₀₂.

9. Оптическое устройство по п. 8, отличающееся тем, что первый оптический элемент связи включает первую суженную область, которая характеризуется первым коэффициентом сужения, а второй оптический элемент связи включает вторую суженную область, которая характеризуется вторым коэффициентом сужения, причем указанные первый и второй коэффициенты сужения определяются как изменение радиуса первого оптического волокна, приходящееся на соответствующее изменение длины первого оптического волокна.

10. Оптическое устройство по п. 9, отличающееся тем, что его спектральная характеристика характеризуется длиной волны λ_c канала, спектральной полосой пропускания канала, спектральной полосой режекции канала и зависимостью усиления от длины волны.

11. Оптическое устройство по п. 10, отличающееся тем, что его спектральная характеристика является периодической функцией приблизительно синусоидальной формы, имеющей первый период, который включает максимум и минимум, причем указанный максимум соответствует спектральной полосе пропускания канала, а указанный минимум соответствует спектральной полосе режекции канала.

12. Оптическое устройство по п. 11, отличающееся тем, что в максимуме происходит пропускание около 100% светового сигнала, а в минимуме - около 70% светового сигнала.

13. Волоконно-оптическая система передачи, содержащая: по меньшей мере один солитонный передатчик для модуляции данными и для передачи солитонных импульсов на длине волны канала с целью передачи указанных данных; оптическое волокно, соединенное с указанным солитонным передатчиком для передачи указанных солитонных импульсов; по меньшей мере один усилитель, соединенный с указанным оптическим волокном для усиления указанных солитонных импульсов; оптическое устройство по п. 12, соединенное с указанным по меньшей мере одним усилителем и настроенное на некоторую центральную частоту; и по меньшей мере один солитонный приемник, соединенный с указанным оптическим волокном для демодуляции указанных солитонных импульсов и восстановления указанных данных, при этом по меньшей мере один усилитель содержит множество усилителей, которые разнесены по системе передачи, причем центральные частоты оптических устройств по п. 12, соединенных с указанным множеством усилителей, различны, так что сформирована последовательность фильтров с постепенным смещением частоты для существенного уменьшения временного дрожания импульсов в системе передачи.

14. Оптическое устройство по п. 11, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит: второе оптическое волокно, соединенное с первым оптическим волокном, причем указанное второе оптическое волокно содержит вторую сердцевину и вторую оболочку с показателем преломления n₄, а указанная вторая сердцевина включает вторую центральную область с показателем преломления n₃; и регулятор связи второго волокна, составляющий одно целое с указанным вторым оптическим волокном и обеспечивающий для светового сигнала связь между первым и вторым оптическими трактами, но по существу предотвращающий связь светового сигнала с третьим оптическим трактом.

15. Оптическое устройство по п. 14, отличающееся тем, что регулятор связи второго волокна содержит: третий оптический элемент связи, составляющий одно целое со вторым оптическим волокном, для обеспечения связи между первым и вторым оптическими трактами для светового сигнала с формированием третьего выходного сигнала; и третий ингибитор связи, составляющий одно целое по меньшей мере с одним из указанных третьим оптическим элементом связи или вторым оптическим волокном, причем указанный второй ингибитор связи по существу предотвращает связь светового сигнала с третьим оптическим трактом.

16. Оптическое устройство по п. 15, отличающееся тем, что регулятор связи второго волокна дополнительно содержит: четвертый оптический элемент связи, составляющий одно целое со вторым оптическим волокном и разнесенный с первым оптическим элементом связи на расстояние L₂₁, обеспечивающее создание фазовой задержки, четвертый оптический элемент связи обеспечивает связь между первым оптическим трактом и вторым оптическим трактом для третьего выходного сигнала с формированием четвертого выходного сигнала, причем третий оптический элемент связи и четвертый оптический элемент связи формируют устройство Маха-Цендера, и четвертый ингибитор связи, составляющий одно целое по меньшей мере с одним из указанных четвертым оптическим элементом связи или вторым оптическим волокном, причем этот четвертый ингибитор связи по существу предотвращает связь третьего выходного светового сигнала с третьим оптическим трактом.

17. Оптическое устройство по п. 16, отличающееся тем, что его спектральная характеристика является периодической функцией приблизительно синусоидальной формы, имеющей второй период, который вдвое превышает первый период.

18. Оптическое устройство по п. 8, отличающееся тем, что регулятор связи первого волокна дополнительно содержит: третий оптический элемент связи, составляющий одно целое с первым оптическим волокном и разнесенный со вторым оптическим элементом связи на расстояние L₁₂, обеспечивающее создание фазовой задержки, причем этот третий оптический элемент связи обеспечивает для второго выходного сигнала связь между первым оптическим трактом и вторым оптическим трактом с формированием третьего выходного сигнала, при этом первый оптический элемент связи, второй оптический элемент связи и четвертый оптический элемент связи формируют решетчатый фильтр; и третий ингибитор связи, составляющий одно целое по меньшей мере с одним из указанных третьим оптическим элементом связи или первым оптическим волокном, причем этот третий ингибитор связи является способностью материала по существу предотвращать связь второго выходного светового сигнала с третьим оптическим трактом.

19. Оптическое устройство по п. 18, отличающееся тем, что первый оптический элемент связи включает первую суженную область, которая характеризуется первым коэффициентом сужения, второй оптический элемент связи включает вторую суженную область, которая характеризуется вторым коэффициентом сужения, а третий оптический элемент связи включает третью суженную область, которая характеризована третьим коэффициентом сужения, причем указанные первый, второй и третий коэффициенты сужения определяются как изменение радиуса первого оптического волокна, приходящееся на соответствующее изменение длины первого оптического волокна.

20. Оптическое устройство по п. 19, отличающееся тем, что его спектральная характеристика является настраиваемой в зависимости от первого коэффициента сужения, второго коэффициента сужения, третьего коэффициента сужения и расстояний L₁₁ и L₁₂, обеспечивающих фазовую задержку.

21. Оптическое устройство по п. 20, отличающееся тем, что его спектральная характеристика настроена так, чтобы вносимые потери в оптическом устройстве менялись с длиной волны, обеспечивая фильтрацию в заданном спектральном окне.

22. Волоконная рамановская усилительная система, включающая: генератор оптической накачки для подачи сигнала накачки; устройство связи для мультиплексирования со спектральным уплотнением, имеющее первый вход, соединенный с указанным генератором накачки, и второй вход для подачи светового сигнала; оптическое волокно, соединенное с выходом указанного устройства связи для мультиплексирования со спектральным уплотнением, причем энергия передается от указанного сигнала накачки световому сигналу путем стимулированного рамановского рассеяния; и широкополосный фильтр, включающий оптическое устройство по п. 21, соединенное с указанным оптическим волокном для фильтрации светового сигнала.

23. Усилительная система на основе волокна, легированного эрбием, содержащая: генератор оптической накачки для подачи сигнала накачки; селективное по длине волны устройство связи, имеющее первый вход для подачи светового сигнала и второй вход, который соединен с указанным генератором оптической накачки; волокно, легированное эрбием, соединенное с выходом указанного селективного устройства связи, причем выходной световой сигнал усиливается за счет стимулированного излучения света ионами эрбия, вызываемого указанным сигналом накачки; развязывающее устройство, соединенное с указанным волокном, легированным эрбием; и сглаживающий фильтр, включающий оптическое устройство по п. 21, причем его передаточная функция обеспечивает по существу равномерное усиление выходного светового сигнала в заданном спектральном диапазоне.

24. Волоконно-оптическая система передачи, содержащая: первый элемент сети, предназначенный для передачи светового сигнала; оптическое волокно для распространения светового сигнала; усилительную систему на основе волокна, легированного эрбием, по п. 23; и второй элемент сети, предназначенный для приема светового сигнала.

25. Оптическое устройство по п. 18, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит: второе оптическое волокно, соединенное с первым оптическим волокном, причем указанное второе оптическое волокно имеет вторую сердцевину и вторую оболочку с показателем преломления n₄, а указанная вторая сердцевина включает вторую центральную область с показателем преломления n₃, где n₃>n₄; и регулятор связи второго волокна, составляющий одно целое с указанным вторым оптическим волокном, причем указанный регулятор связи второго волокна обеспечивает для светового сигнала связь между первым оптическим трактом и вторым оптическим трактом и по существу предотвращает связь светового сигнала с третьим оптическим трактом.

26. Оптическое устройство по п. 25, отличающееся тем, что регулятор связи второго волокна содержит: четвертый оптический элемент связи, составляющий одно целое со вторым оптическим волокном и обеспечивающий для светового сигнала связь между первым и вторым оптическими трактами с формированием четвертого выходного сигнала; четвертый ингибитор связи, составляющий одно целое по меньшей мере с одним из указанных четвертым оптическим элементом связи или вторым оптическим волокном, причем указанный четвертый ингибитор связи по существу предотвращает связь светового сигнала с четвертым оптическим трактом; пятый оптический элемент связи, составляющий одно целое со вторым оптическим волокном и разнесенный с указанным четвертым оптическим элементом связи на расстояние L₂₁, обеспечивающее создание фазовой задержки, пятый оптический элемент связи обеспечивает для четвертого выходного сигнала связь между первым оптическим трактом и вторым оптическим трактом с формированием пятого выходного сигнала, причем указанные четвертый оптический элемент связи и пятый оптический элемент связи формируют устройство Маха-Цендера, и пятый ингибитор связи, составляющий одно целое по меньшей мере с одним из указанных пятым оптическим элементом связи или вторым оптическим волокном, причем этот пятый ингибитор связи по существу предотвращает связь четвертого выходного сигнала с третьим оптическим трактом.

27. Оптическое устройство по п. 25, отличающееся тем, что регулятор связи второго волокна дополнительно содержит: шестой оптический элемент связи, составляющий одно целое со вторым оптическим волокном и разнесенный с указанным пятым оптическим элементом связи на расстояние L₂₂, обеспечивающее создание фазовой задержки, шестой оптический элемент связи обеспечивает для указанного пятого выходного сигнала связь между первым оптическим трактом и вторым оптическим трактом с формированием шестого выходного сигнала, причем указанные пятый оптический элемент связи и шестой оптический элемент связи формируют устройство Маха-Цендера, и шестой ингибитор связи, составляющий одно целое по меньшей мере с одним из указанных шестым оптическим элементом связи или вторым оптическим волокном, шестой ингибитор связи по существу предотвращает связь пятого выходного сигнала с третьим оптическим трактом.

28. Оптическое устройство по п. 26, отличающееся тем, что его спектральная характеристика является зеркальной по отношению к спектру усиления усилителя на основе эрбия, внедренного в кварцевое стекло, при одновременном легировании алюминием.

29. Коаксиальное устройство для работы на рабочей длине волны λ_o, содержащее единое оптическое волокно, имеющее сердцевину с максимальным показателем преломления n₁, окруженную оболочкой с максимальным показателем преломления n₂, пьедестал показателя преломления с максимальным показателем преломления n₅, расположенный между указанной сердцевиной и оболочкой, причем n₁>n₅>n₂, и провал показателя преломления с максимальным показателем преломления n₆, расположенный между указанной сердцевиной и указанным пьедесталом показателя преломления, где n₁>n₅>n₆, по меньшей мере одну суженную область в указанном волокне, причем та часть указанного волокна, которая идет от одного из концов указанной суженной области имеет защитное покрытие и образует гибкий волоконный вывод, угол сужения указанной суженной области является достаточно большим, чтобы обеспечить связь между модами LP₀₁ и LP₀₂, но не столь велик, чтобы обеспечить связь с модой LР₀₃, при этом указанное оптическое волокно имеет длину волны λ_co отсечки, которая более чем на 200 нм меньше указанной рабочей длины волны λ_o.
30. Устройство по п. 29, отличающееся тем, что указанная длина волны λ_co отсечки более чем на 500 нм меньше указанной рабочей длины волны λ_o.
31. Устройство по п. 29, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит среду с показателем преломления n₃, которая окружает указанную по меньшей мере одну суженную область указанного волокна, причем n₃<n₂.

32. Устройство по п. 31, отличающееся тем, что Δ_2-3 превышает 0,1%, где Δ_2-3= (n₂ ²-n₃ ²)/2n₂ ².

33. Устройство по п. 29, отличающееся тем, что первый гибкий волоконный вывод окружен защитным покрытием, показатель преломления которого в достаточной степени превышает показатель преломления указанной оболочки, чтобы мода LP₀₂ удалялась из указанного волокна в указанном первом гибком волоконном выводе, при этом показатель преломления указанного защитного покрытия равен n₄, где n₄= n₅.

34. Устройство по п. 29, отличающееся тем, что радиус r_p указанного пьедестала в указанной области фазового сдвига лежит между 10 мкм и 25 мкм.

35. Устройство по п. 34, отличающееся тем, что радиус r_p не превышает 15 мкм.

36. Способ фильтрации светового сигнала с помощью оптического устройства, имеющего заранее заданную спектральную характеристику, включающий формирование первого волокна, имеющего первую оболочку с показателем преломления n₂ и первую сердцевину, расположенную внутри указанной оболочки и включающую первую центральную область с показателем преломления n₁ и область провала, расположенную в первой сердцевине между первой центральной областью и первой оболочкой, при этом область провала имеет показатель преломления n₆, где n₁>n₂>n₆, формирование регулятора связи первого волокна, составляющего одно целое с указанным первым оптическим волокном; подачу светового сигнала в первое оптическое волокно; и преобразование моды LP₀₁ светового сигнала в моду LP₀₂, причем указанный регулятор связи первого волокна обеспечивает для светового сигнала связь между модой LP₀₁ и модой LP₀₂, но по существу предотвращает связь с модой LP₀₃.