RU2160459C2 - Optical fiber switch - Google Patents

Optical fiber switch Download PDF

Info

Publication number
RU2160459C2
RU2160459C2 RU96115314/28A RU96115314A RU2160459C2 RU 2160459 C2 RU2160459 C2 RU 2160459C2 RU 96115314/28 A RU96115314/28 A RU 96115314/28A RU 96115314 A RU96115314 A RU 96115314A RU 2160459 C2 RU2160459 C2 RU 2160459C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical fiber
birefringence
input signal
switching signal
length
Prior art date
Application number
RU96115314/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96115314A (en
Inventor
З.В. Нестерова
И.В. Александров
Дэниэл Э. Нолан
Original Assignee
Корнинг Инкорпорейтед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to RU96115314/28A priority Critical patent/RU2160459C2/en
Application filed by Корнинг Инкорпорейтед filed Critical Корнинг Инкорпорейтед
Priority to CZ98698A priority patent/CZ69898A3/en
Priority to KR1019980701730A priority patent/KR19990044482A/en
Priority to HU0000035A priority patent/HUP0000035A2/en
Priority to CA002222152A priority patent/CA2222152A1/en
Priority to PCT/US1997/011698 priority patent/WO1998001780A1/en
Priority to MX9801850A priority patent/MX9801850A/en
Priority to EP97933288A priority patent/EP0870211A4/en
Priority to PL97325418A priority patent/PL325418A1/en
Priority to BR9706562A priority patent/BR9706562A/en
Priority to JP10505286A priority patent/JPH11513142A/en
Priority to AU36509/97A priority patent/AU3650997A/en
Priority to CN97190820A priority patent/CN1196801A/en
Priority to US08/983,083 priority patent/US5966479A/en
Publication of RU96115314A publication Critical patent/RU96115314A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2160459C2 publication Critical patent/RU2160459C2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/3515—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/3511—Self-focusing or self-trapping of light; Light-induced birefringence; Induced optical Kerr-effect

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

FIELD: optical instruments. SUBSTANCE: device has optical fiber, system for switching signal generation and communication device. Optical fiber has double refraction, which is within range of 10e-5 to 10e-6 and effective area of at least 40 square micron. Generation system generates switching signal, which power level provides double refraction in optical fiber, so that input signal in optical fiber changes polarization mode. Communication device provide connection of input signal and switching signal in optical fiber. EFFECT: minimal non-linear effects, which can distort input signal in optical fiber switch. 7 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к оптическому волоконному переключателю, в частности, к двоякопреломляющему оптическому волоконному переключателю с большой эффективной площадью и минимальным линейным двойным лучепреломлением. The present invention relates to an optical fiber switch, in particular, to a birefringent optical fiber switch with a large effective area and minimal linear birefringence.

Оптический волоконный переключатель содержит оптическое волокно с двойным лучепреломлением, пропускающее входной сигнал в виде волны, поляризованной в одной из двух взаимно перпендикулярных плоскостей, и соединенное с оптическим волокном устройство лазерной накачки, генерирующее переключающий сигнал. При работе оптического волоконного переключателя входной сигнал распространяется по оптическому волокну в виде одной из двух взаимно перпендикулярно поляризованных мод, до тех пор, пока в волокно не подан переключающий сигнал с той же поляризацией, что и у входного сигнала. Если переключающий сигнал достаточно мощный, он вызывает нелинейное двойное лучепреломление в оптическом волокне, вследствие чего входной сигнал меняет ориентацию и распространяется в виде другой поляризационной моды. Для сохранения поляризации оптическое волокно в описанном выше оптическом волоконном переключателе подбирается с большим двойным лучепреломлением, т.е. 10-4 или больше, а если оптическое волокно является сильно двоякопреломляющим, оно имеет малую эффективную площадь, т.е. менее 40 мкм2.The optical fiber switch comprises a birefringent optical fiber that transmits an input signal in the form of a wave polarized in one of two mutually perpendicular planes, and a laser pump device generating a switching signal connected to the optical fiber. When the optical fiber switch is operating, the input signal propagates through the optical fiber in the form of one of two mutually perpendicular polarized modes, until a switching signal with the same polarization as the input signal is supplied to the fiber. If the switching signal is powerful enough, it causes nonlinear birefringence in the optical fiber, as a result of which the input signal changes orientation and propagates in the form of a different polarization mode. To maintain polarization, the optical fiber in the optical fiber switch described above is selected with a large birefringence, i.e. 10 -4 or more, and if the optical fiber is highly birefringent, it has a small effective area, i.e. less than 40 microns 2 .

Основной проблемой такого оптического волоконного переключателя является то, что на входной сигнал в оптическом волоконном переключателе воздействуют нежелательные нелинейные эффекты, которые искажают входной сигнал. К ним относятся плавление волокна (см. "Experimental Investigation of the Fiber Fuse" D. D.Davic & S.C.Mettier in Optical Fiber Conference, WP17, c.l 86-187, 1995), возникновение волн высшего порядка вследствие эффекта Рамана и перекрестная фазовая модуляция, которая подробнее рассматривается ниже. Нелинейные эффекты возникают вследствие большого двойного лучепреломления оптического волокна, малой эффективной площади оптического волокна и высокого уровня мощности переключающего сигнала. В частности, на входной сигнал воздействуют нежелательные нелинейные эффекты из-за высокого уровня мощности переключающего сигнала, необходимого для переключения входного сигнала. Высокий уровень мощности переключающего сигнала необходим из-за большого двойного лучепреломления оптического волокна. The main problem with such an optical fiber switch is that the input signal in the optical fiber switch is affected by undesired non-linear effects that distort the input signal. These include fiber melting (see "Experimental Investigation of the Fiber Fuse" DDDavic & SCMettier in Optical Fiber Conference, WP17, cl 86-187, 1995), the emergence of higher-order waves due to the Raman effect and cross-phase modulation, which is more detailed discussed below. Nonlinear effects arise due to the large birefringence of the optical fiber, the small effective area of the optical fiber, and the high power level of the switching signal. In particular, unwanted non-linear effects act on the input signal due to the high power level of the switching signal needed to switch the input signal. A high level of switching signal power is needed due to the large birefringence of the optical fiber.

Как указано выше, одним из воздействующих на входной сигнал нелинейных эффектов, который увеличивается с увеличением уровня мощности переключающего сигнала, является перекрестная фазовая модуляция. Величина перекрестной фазовой модуляции входного сигнала определяется следующим уравнением:
Δφ = (2π/λ)•[L•N2•I],
где L - длина оптического волокна, N2 - коэффициент преломления сердцевины волокна и I - уровень мощности или интенсивность переключающего сигнала (Вт). Как видно из этого уравнения, величина перекрестной фазовой модуляции входного сигнала увеличивается с увеличением уровня мощности или интенсивности переключающего сигнала. Соответственно, уменьшение уровня мощности переключающего сигнала уменьшает величину перекрестной фазовой модуляции.As indicated above, one of the non-linear effects acting on the input signal, which increases with increasing power level of the switching signal, is cross-phase modulation. The value of the cross-phase modulation of the input signal is determined by the following equation:
Δφ = (2π / λ) • [L • N 2 • I],
where L is the length of the optical fiber, N 2 is the refractive index of the fiber core and I is the power level or the intensity of the switching signal (W). As can be seen from this equation, the cross-phase modulation of the input signal increases with increasing power level or intensity of the switching signal. Accordingly, reducing the power level of the switching signal reduces the amount of cross-phase modulation.

Предлагаемый оптический волоконный переключатель содержит оптическое волокно, систему генерации переключающего сигнала и устройство связи. Оптическое волокно имеет двойное лучепреломление от 10-5 до 10-6 и эффективную площадь не менее 40 мкм2. Система генерации генерирует переключающий сигнал первого уровня мощности, который вызывает нелинейное двойное лучепреломление в оптическом волокне, вследствие чего входной сигнал в оптическом волоконном переключателе меняет поляризационную моду. Устройство связи объединяет входной сигнал и переключающий сигнал в оптическом волокне.The proposed optical fiber switch comprises an optical fiber, a switching signal generation system, and a communication device. The optical fiber has a birefringence of from 10 −5 to 10 −6 and an effective area of at least 40 μm 2 . The generation system generates a first level power switching signal that causes nonlinear birefringence in the optical fiber, as a result of which the input signal in the optical fiber switch changes the polarization mode. The communication device combines the input signal and the switching signal in the optical fiber.

Оптическое волокно в оптическом волоконном переключателе сконструировано так, чтобы свести к минимуму нелинейные эффекты, которые могут исказить входной сигнал в оптическом волоконном переключателе. В частности, уменьшение нелинейных эффектов, таких как плавление волокна, возникновение волн высшего порядка и перекрестная фазовая модуляция, в оптическом волоконном переключателе достигается выбором оптического волокна с минимальным двойным лучепреломлением, достаточным для сохранения поляризации и обеспечения слабой связи поляризованных мод, которое имеет большую эффективную площадь и требует более низкого уровня мощности переключающего сигнала для переключения входного сигнала в оптическом волокне, чем в известных оптических волоконных переключателях. The optical fiber in the optical fiber switch is designed to minimize non-linear effects that can distort the input signal in the optical fiber switch. In particular, the reduction of nonlinear effects, such as fiber melting, the appearance of higher-order waves and cross-phase modulation, in an optical fiber switch is achieved by selecting an optical fiber with minimal birefringence sufficient to maintain polarization and provide weak coupling of polarized modes, which has a large effective area and requires a lower power level of the switching signal to switch the input signal in the optical fiber than in the known optical fiber switches.

На фиг. 1 показана блок-схема усовершенствованного двоякопреломляющего волоконного переключателя в соответствии с предлагаемым изобретением. In FIG. 1 shows a block diagram of an improved birefringent fiber switch in accordance with the invention.

На фиг. 2 показано поперечное сечение оптического волокна в усовершенствованном двоякопреломляющем волоконном переключателе по линии 2-2 на фиг. 1. In FIG. 2 shows a cross-section of an optical fiber in an improved birefringent fiber switch along line 2-2 of FIG. 1.

Предлагаемый оптический волоконный переключатель 10 показан на фиг. 1. Он содержит оптическое волокно 12 с двойным лучепреломлением от 10-5 до 10-6 и эффективной площадью не менее 40 мкм2, элемент 14 связи и устройство 18 лазерной накачки. Оптическое волокно 12 в оптическом волоконном переключателе 10 сконструировано так, чтобы свести к минимуму нелинейные эффекты, которые могут исказить входной сигнал в оптическом волоконном переключателе 10. В частности, оптический волоконный переключатель 10 сконструирован так, чтобы уменьшить уровень мощности переключающего сигнала, необходимый для создания нелинейного двойного лучепреломления и переключения входного сигнала в оптическом волокне 12. Объединение переключающего сигнала более низкого уровня мощности и оптического волокна 12 с минимальным двойным лучепреломлением и большей эффективной площадью позволяет снизить влияние нежелательных нелинейных эффектов на входной сигнал в оптическом волоконном переключателе 10.The proposed optical fiber switch 10 is shown in FIG. 1. It contains an optical fiber 12 with birefringence from 10 −5 to 10 −6 and an effective area of at least 40 μm 2 , a communication element 14 and a laser pumping device 18. The optical fiber 12 in the optical fiber switch 10 is designed so as to minimize non-linear effects that may distort the input signal in the optical fiber switch 10. In particular, the optical fiber switch 10 is designed to reduce the power level of the switching signal necessary to create a non-linear birefringence and switching the input signal in the optical fiber 12. Combining the switching signal of a lower power level and optical fiber 12 with minimal birefringence and a larger effective area reduces the effect of unwanted nonlinear effects on the input signal in the optical fiber switch 10.

На фиг.1 оптический волоконный переключатель 10 содержит оптическое волокно 12, которое имеет двойное лучепреломление, достаточное для сохранения поляризации первой и второй поляризационных мод в оптическом волокне 12, однако достаточно малое, чтобы свести к минимуму нелинейные эффекты, которые искажают входной сигнал в оптическом волоконном переключателе 10. Предпочтительно, чтобы двойное лучепреломление в оптическом волокне 12 было в диапазоне от 10-5 до 10-6, это минимальный диапазон, достаточный для сохранения поляризации и обеспечения слабой связи поляризационных мод. Оптическому волокну 12 для сохранения поляризации не требуется такое большое двойное лучепреломление, как известным оптическим волокнам.1, the optical fiber switch 10 comprises an optical fiber 12 that has a birefringence sufficient to maintain the polarization of the first and second polarization modes in the optical fiber 12, but small enough to minimize non-linear effects that distort the input signal in the optical fiber switch 10. Preferably, the birefringence of the optical fiber 12 was in the range of 10 -5 to 10 -6, which is the minimum range that is sufficient to maintain polarization and to ensure Aba coupling between polarization modes. Optical fiber 12 does not require as much birefringence as known optical fibers to maintain polarization.

Так как оптическое волокно 12 при использовании может скручиваться и изгибаться, минимальный диапазон двойного лучепреломления в оптическом волокне 12, предпочтительно от 10-5 до 10-6, должен быть достаточным, чтобы препятствовать связи между поляризационными модами в оптическом волокне 12 при изгибе и скручивании оптического волокна 12. Ниже показано, что двойное лучепреломление в диапазоне от 10-5 до 10-6 для оптического волокна 12 является достаточным, чтобы препятствовать связи между поляризационными модами в оптическом волокне 12 вследствие изгиба и скручивания.Since the optical fiber 12 can be twisted and bent when used, the minimum birefringence range in the optical fiber 12, preferably from 10 -5 to 10 -6 , should be sufficient to prevent the coupling between the polarization modes in the optical fiber 12 when bending and twisting the optical fiber 12. Here it is shown that the birefringence in the range of 10 -5 to 10 -6 for an optical fiber 12 is sufficient to prevent communication between polarization modes in optical fiber 12 due bending and twisting.

Вызванное изгибом двойное лучепреломление в оптическом волокне обсуждается в "Rotational Effects of Polarization in Optical Fibers in Anisotropic and Nonlinear Optical Waveguides" R.Dandliker, Elseview Press, 1992. Как показано в этой работе, вызванное изгибом двойное лучепреломление η в оптическом волокне 12 определяется следующим уравнением
η = 2π/λ[0,0685r2/R2] = (2π/λ)Δn изгиб,
где λ- длина волны входного сигнала, r - радиус волокна, R - радиус изгиба. Если диапазон двойного лучепреломления оптического волокна 12 и его радиус r известны, можно определить радиус R изгиба оптического волокна 12, не вызывающий связи между поляризационными модами.Bending-induced birefringence in optical fiber is discussed in "Rotational Effects of Polarization in Optical Fibers in Anisotropic and Nonlinear Optical Waveguides" R. Dandliker, Elseview Press, 1992. As shown in this work, bending-induced birefringence η in optical fiber 12 is determined by the equation
η = 2π / λ [0,0685r 2 / R 2 ] = (2π / λ) Δ n bend ,
where λ is the wavelength of the input signal, r is the fiber radius, R is the bend radius. If the birefringence range of the optical fiber 12 and its radius r are known, it is possible to determine the bending radius R of the optical fiber 12, which does not cause a coupling between the polarization modes.

Например, для оптического волокна 12, даже если Δn изгиб = 10-7, то R2 = (0.0685 • 107) r2. Если 2r = 0,0625, из уравнения получаем R = 5 см и диаметр изгиба 10 см. Таким образом, оптическое волокно 12 можно изгибать, наматывая на катушку диаметром 10 см, что приемлемо для упаковывания, не вызывая связи между поляризационными модами.For example, for optical fiber 12, even if Δ n bend = 10 -7 , then R 2 = (0.0685 • 10 7 ) r 2 . If 2r = 0.0625, from the equation we obtain R = 5 cm and a bending diameter of 10 cm. Thus, the optical fiber 12 can be bent by winding a 10 cm diameter coil, which is acceptable for packaging without causing a connection between polarization modes.

Скручивание оптического волокна 12 также может вызвать проблемы и влияет на минимальное двойное лучепреломление, которое можно использовать. Величина мощности, переходящей из одной поляризационной моды в другую в оптическом волокне вследствие скручивания, обсуждается в "Rotational Effects of Polarization in Optical Fibers in Anisotropic and Nonlinear Optical Waveguides", R. Dandliker, Elseview Press, 1992. Как показано в этой работе, величина мощности двух поляризационных мод в оптическом волокне определяется следующей матрицей:

Figure 00000002

Здесь n - собственное двойное лучепреломление оптического волновода 12, σ - вызванное скручиванием двойное лучепреломление, γ - общее двойное лучепреломление, d - длина оптического волокна,
Figure 00000003

Вызванное скручиванием двойное лучепреломление δ определяется также следующим выражением σ = 0,16T/2, где Т - коэффициент скручивания в рад/м.Twisting of the optical fiber 12 can also cause problems and affect the minimum birefringence that can be used. The magnitude of the power passing from one polarization mode to another in an optical fiber due to twisting is discussed in Rotational Effects of Polarization in Optical Fibers in Anisotropic and Nonlinear Optical Waveguides, R. Dandliker, Elseview Press, 1992. As shown in this paper, the magnitude the power of two polarization modes in an optical fiber is determined by the following matrix:
Figure 00000002

Here, n is the intrinsic birefringence of the optical waveguide 12, σ is the birefringence caused by twisting, γ is the total birefringence, d is the length of the optical fiber,
Figure 00000003

The birefringence caused by twisting δ is also determined by the following expression σ = 0.16T / 2, where T is the twisting coefficient in rad / m.

Общее двойное лучепреломление равно

Figure 00000004

Переходящая из одной моды в другую мощность, дБ, равна
PдБ = 10log10[σ/γ(sinγd)/(cosγd+i(η/γ)sinγd].
Здесь n - собственное двойное лучепреломление оптического волновода 12, σ - вызванное скручиванием двойное лучепреломление, γ - общее двойное лучепреломление, d - длина оптического волокна,
Например, при коэффициенте скручивания Т = 0,628 рад/м в 10-метровом оптическом волокне 12 с собственным двойным лучепреломлением Δn = 10-6 получается перекрестная связь -20 дБ, т.е. достаточно низкая. Следовательно, минимальный диапазон двойного лучепреломления от 10-5 до 10-6 допустим.The total birefringence is equal to
Figure 00000004

The power passing from one mode to another, dB, is equal to
P dB = 10log 10 [σ / γ (sinγd) / (cosγd + i (η / γ) sinγd].
Here, n is the intrinsic birefringence of the optical waveguide 12, σ is the birefringence caused by twisting, γ is the total birefringence, d is the length of the optical fiber,
For example, with a twisting coefficient T = 0.628 rad / m in a 10-meter optical fiber 12 with intrinsic birefringence Δn = 10 -6 , a -20 dB cross coupling is obtained, i.e. quite low. Therefore, a minimum birefringence range of 10 -5 to 10 -6 is acceptable.

Оптическое волокно 12 также имеет большую эффективную площадь, чем известные оптические волокна в оптических волоконных переключателях. Предпочтительно, чтобы эффективная площадь оптического волокна 12 составляла 40 мкм2 или более. Специалистам известно, что увеличение эффективной площади оптического волокна 12 помогает уменьшить влияние нелинейных эффектов на любой входной сигнал в оптическом волокне 12.Optical fiber 12 also has a larger effective area than the known optical fibers in optical fiber switches. Preferably, the effective area of the optical fiber 12 is 40 μm 2 or more. It is known to those skilled in the art that increasing the effective area of the optical fiber 12 helps to reduce the effect of non-linear effects on any input signal in the optical fiber 12.

На фиг.2 оптическое волокно 12 имеет эллиптическую форму поперечного сечения с малой ("быстрой") осью 20 и большой ("медленной") осью 22. Эллиптическая форма поперечного оптического волокна 12 приводит к двойному лучепреломлению оптического волокна 12, а конкретная форма эллиптического поперечного сечения оптического волокна 12 определяет величину двойного лучепреломления. Отношение второй длины к первой равно приблизительно 2:1. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения отношение длины большой оси 22 к длине малой оси 20 составляет около 1,5:1, чтобы получить двойное лучепреломление в диапазоне от 10-5 до 10-6. Если форма поперечного оптического волокна 12 сильно эллиптическая, т.е. большая ось 22 намного длиннее малой оси 20, то для переключения входного сигнала потребуется большая мощность переключающего сигнала. Если форма поперечного сечения оптического волновода 12 почти круглая, т.е. длина большой оси 22 и длина малой оси 20 почти равны, то оптическое волокно 12 не сможет сохранять поляризацию и, таким образом, не может быть использовано в оптическом волоконном переключателе 10. Хотя в оптическом волокне 12 с эллиптической формой поперечного сечения достигается требуемое двойное лучепреломление, могут использоваться другие типы оптических волокон, такие как оптические волокна со стержнями, создающими напряжение, имеющие двойное лучепреломление в пределах требуемого диапазона.2, the optical fiber 12 has an elliptical cross-sectional shape with a small ("fast") axis 20 and a large ("slow") axis 22. The elliptical shape of the transverse optical fiber 12 leads to birefringence of the optical fiber 12, and the specific shape of the elliptical transverse the cross section of the optical fiber 12 determines the magnitude of the birefringence. The ratio of the second length to the first is approximately 2: 1. In another preferred embodiment, the ratio of the length of the major axis 22 to the length of the minor axis 20 is about 1.5: 1 to obtain birefringence in the range from 10 −5 to 10 −6 . If the shape of the transverse optical fiber 12 is strongly elliptical, i.e. Since the major axis 22 is much longer than the minor axis 20, then a large switching power is required to switch the input signal. If the cross-sectional shape of the optical waveguide 12 is almost circular, i.e. the length of the major axis 22 and the length of the minor axis 20 are almost equal, the optical fiber 12 cannot be polarized and thus cannot be used in the optical fiber switch 10. Although the required birefringence is achieved in the optical fiber 12 with an elliptical cross-section, other types of optical fibers can be used, such as optical fibers with tension rods having birefringence within the desired range.

На фиг.1 волоконный оптический переключатель 10 также содержит устройство 18 лазерной накачки, элемент 14 связи и фильтр 24. Устройство 18 лазерной накачки генерирует переключающий сигнал, который вызывает нелинейное двойное лучепреломление в оптическом волокне 12, приводя к переключению поляризационной моды входного сигнала. Переключающий сигнал на выходе устройства 18 лазерной накачки может иметь ряд уровней мощности. Так как оптическое волокно 12 имеет меньшее двойное лучепреломление, чем известные оптические волокна, можно использовать меньший уровень мощности переключающего сигнала. Хотя в данном конкретном случае используется лазер 18 накачки, может быть использована система любого типа, генерирующая переключающий сигнал требуемого уровня мощности. Элемент 14 связи объединяет любые входные сигналы и переключающие сигналы в оптическом волокне 12. Элемент 14 связи расположен между оптическим волокном 26 и одним концом 28 оптического волокна 12. В предпочтительном варианте элемент 14 связи является мультиплексором с уплотнением по длинам волн. Хотя изображен один элемент 14 связи, могут использоваться отдельные элементы связи для ввода входного сигнала и переключающего сигнала. Фильтр 24 соединен с другим концом 32 оптического волокна 12 и подавляет нежелательные длины волн после переключения входного сигнала, включая любой оставшийся переключающий сигнал. 1, the fiber optic switch 10 also includes a laser pump 18, a communication element 14, and a filter 24. The laser pump 18 generates a switching signal that causes nonlinear birefringence in the optical fiber 12, causing the polarization mode of the input signal to be switched. The switching signal at the output of the laser pumping device 18 may have a number of power levels. Since the optical fiber 12 has less birefringence than the known optical fibers, a lower power level of the switching signal can be used. Although a pump laser 18 is used in this particular case, any type of system can be used that generates a switching signal of the required power level. The coupling element 14 combines any input and switching signals in the optical fiber 12. The coupling element 14 is located between the optical fiber 26 and one end 28 of the optical fiber 12. In a preferred embodiment, the coupling element 14 is a wavelength division multiplexer. Although one communication element 14 is illustrated, separate communication elements may be used to input an input signal and a switching signal. The filter 24 is connected to the other end 32 of the optical fiber 12 and suppresses unwanted wavelengths after switching the input signal, including any remaining switching signal.

При работе волоконного оптического переключателя 10 входной сигнал поступает в оптическое волокно 12 через элемент 14 связи и распространяется в виде одной из поляризационных мод. Двойное лучепреломление оптического волокна 12 находится в диапазоне от 10-5 до 10-6, что достаточно для сохранения поляризации и обеспечения слабой связи поляризационных мод. Когда переключающий сигнал вводится в оптическое волокно 12 через второй элемент 16 связи в виде той же поляризационной моды, что и входной сигнал, переключающий сигнал вызывает нелинейное двойное лучепреломление в оптическом волноводе 12, вследствие чего входной сигнал переключается и распространяется в виде другой поляризационной моды, если уровень мощности переключающего сигнала является достаточным.During operation of the fiber optic switch 10, the input signal enters the optical fiber 12 through the communication element 14 and propagates in the form of one of the polarization modes. The birefringence of the optical fiber 12 is in the range from 10 −5 to 10 −6 , which is sufficient to maintain polarization and provide weak coupling of the polarization modes. When the switching signal is introduced into the optical fiber 12 through the second coupling element 16 in the same polarization mode as the input signal, the switching signal causes non-linear birefringence in the optical waveguide 12, as a result of which the input signal is switched and propagated in the form of a different polarization mode, if The power level of the switching signal is sufficient.

Как отмечено выше, уровень мощности, необходимый переключающему сигналу, чтобы вызвать нелинейное двойное лучепреломление в оптическом волокне 12 и изменить поляризационную моду входного сигнала, зависит от двойного лучепреломления оптического волновода 12. Двойное лучепреломление оптического волокна определяется следующим уравнением (см. M.N. Islam, "Ultrafast Fiber Switching Devices and Systems", Cambridge University Press, 1992):
ΔN = 0,33N2(Ix-Iy),
где ΔN - нелинейное двойное лучепреломление, N2 - нелинейный коэффициент преломления сердцевины оптического волокна 12, Ix - интенсивность входного сигнала вдоль оси x и Iy - интенсивность входного сигнала вдоль оси y. Предположим в данном случае, что поляризационная мода вытянута вдоль оси x и оси y и что Iy = 0. Ix определяется следующим образом Ix = Px/Ax, где Px - уровень мощности переключающего сигнала и Ax эффективная площадь оптического волокна 12. Подставляя это уравнение в уравнение для определения двойного лучепреломления оптического волокна 12, получаем уравнение
ΔN= 0,33N2Px/Ax.
Решая это уравнение относительно Px, получаем следующее уравнение:
Px = (ΔN•Ax)/0,33N2.
Следовательно, если двойное лучепреломление оптического волокна небольшое по сравнению с известными оптическими волокнами для оптических волоконных переключателей, то есть в диапазоне от 10-5 до 10-6, то, как видно из этого уравнения, мощность Px переключающего сигнала тоже будет меньше. Предпочтительно, чтобы мощность переключающего сигнала была в диапазоне от 0,1 до 10 кВт. Как отмечено выше, величина перекрестной фазовой модуляции входного сигнала в оптическом волокне 12 зависит от мощности переключающего сигнала. Уменьшение мощности, необходимой переключающему сигналу, уменьшает величину перекрестной фазовой модуляции.As noted above, the power level required by the switching signal to cause non-linear birefringence in the optical fiber 12 and change the polarization mode of the input signal depends on the birefringence of the optical waveguide 12. The birefringence of the optical fiber is determined by the following equation (see MN Islam, "Ultrafast Fiber Switching Devices and Systems ", Cambridge University Press, 1992):
ΔN = 0.33N 2 (I x -I y ),
where ΔN is the nonlinear birefringence, N 2 is the nonlinear refractive index of the core of the optical fiber 12, I x is the intensity of the input signal along the x axis and I y is the intensity of the input signal along the y axis. Assume in this case that the polarization mode is elongated along the x axis and y axis and that I y = 0. I x is defined as I x = P x / A x , where P x is the power level of the switching signal and A x is the effective optical area fiber 12. Substituting this equation in the equation for determining the birefringence of the optical fiber 12, we obtain the equation
ΔN = 0.33N 2 P x / A x .
Solving this equation with respect to P x , we obtain the following equation:
P x = (ΔN • A x ) / 0.33N 2 .
Therefore, if the birefringence of the optical fiber is small compared with the known optical fibers for optical fiber switches, that is, in the range from 10 -5 to 10 -6 , then, as can be seen from this equation, the switching signal power P x will also be less. Preferably, the switching signal power is in the range of 0.1 to 10 kW. As noted above, the amount of cross-phase modulation of the input signal in the optical fiber 12 depends on the power of the switching signal. Reducing the power required by the switching signal reduces the amount of cross-phase modulation.

Из уравнения для определения двойного лучепреломления оптического волокна 12 видно, что уменьшение двойного лучепреломления оптического волокна 12 также позволяет увеличить эффективную площадь. Решая уравнение для определения двойного лучепреломления оптического волокна 12 относительно эффективной площади Ax, получаем следующее уравнение
Ax = (0,33N2Px)/ΔN.
Следовательно, если двойное лучепреломление оптического волокна 12 небольшое, как описано выше, в диапазоне от 10-5 до 10-6, тогда, как видно из этого уравнения, эффективная площадь оптического волокна 12 будет больше. Предпочтительно, чтобы эффективная площадь оптического волокна 12 была 40 мкм2 или больше. Специалистам известно, что увеличение эффективной площади оптического волокна 12 уменьшает влияние нежелательных нелинейных эффектов на входной сигнал. Таким образом, оптический волоконный переключатель 12 позволяет уменьшить нелинейные эффекты, в частности, плавление волокна и возникновение солитонов высшего порядка вследствие эффекта Рамана, посредством уменьшения двойного лучепреломления, увеличения эффективной площади и уменьшения мощности, необходимой для переключающего сигнала.From the equation for determining the birefringence of the optical fiber 12, it can be seen that reducing the birefringence of the optical fiber 12 also allows to increase the effective area. Solving the equation for determining the birefringence of the optical fiber 12 with respect to the effective area A x , we obtain the following equation
A x = (0.33N 2 P x ) / ΔN.
Therefore, if the birefringence of the optical fiber 12 is small, as described above, in the range from 10 −5 to 10 −6 , then, as can be seen from this equation, the effective area of the optical fiber 12 will be larger. Preferably, the effective area of the optical fiber 12 is 40 μm 2 or more. It is known to those skilled in the art that increasing the effective area of the optical fiber 12 reduces the effect of undesirable non-linear effects on the input signal. Thus, the optical fiber switch 12 makes it possible to reduce non-linear effects, in particular, fiber melting and the appearance of higher-order solitons due to the Raman effect, by reducing birefringence, increasing the effective area and decreasing the power needed for the switching signal.

Данное подробное описание приведено в качестве примера. Возможны различные изменения, усовершенствования и модификации, находящиеся в пределах сущности и объема изобретения. Таким образом, изобретение ограничено только формулой изобретения и ее эквивалентами. This detailed description is given as an example. Various changes, improvements, and modifications are possible that fall within the spirit and scope of the invention. Thus, the invention is limited only by the claims and their equivalents.

Claims (7)

1. Оптический волоконный переключатель, содержащий оптическое волокно, имеющее двойное лучепреломление между 10-5 и 10-6 для поляризации входного сигнала в одной из двух поляризационных мод и эффективную площадь не менее 40 мкм2, систему генерации переключающего сигнала, генерирующую переключающий сигнал с первым уровнем мощности для создания нелинейного двойного лучепреломления в оптическом волокне, вызывающего переключение входного сигнала в оптическом волокне в другую поляризационную моду, и устройство связи для объединения входного сигнала и переключающего сигнала в оптическом волокне.1. An optical fiber switch containing an optical fiber having a birefringence between 10 -5 and 10 -6 to polarize the input signal in one of the two polarization modes and an effective area of at least 40 μm 2 , a switching signal generation system generating a switching signal with the first power level to create nonlinear birefringence in the optical fiber, causing the input signal in the optical fiber to switch to another polarization mode, and a communication device for combining the input signal and the gating signal into the optical fiber. 2. Оптический волоконный переключатель по п.1, отличающийся тем, что система генерации переключающего сигнала является лазером накачки. 2. The optical fiber switch according to claim 1, characterized in that the switching signal generation system is a pump laser. 3. Оптический волоконный переключатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство связи содержит элемент связи, выполненный в виде мультиплексора с уплотнением по длинам волн. 3. The optical fiber switch according to claim 1 or 2, characterized in that the communication device comprises a communication element made in the form of a multiplexer with wavelength-division multiplexing. 4. Оптический волоконный переключатель по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что он содержит фильтр, присоединенный к одному концу оптического волокна и подавляющий любые нежелательные длины волн. 4. The optical fiber switch according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that it contains a filter attached to one end of the optical fiber and suppresses any unwanted wavelengths. 5. Оптический волоконный переключатель по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что оптическое волокно имеет поперечное сечение эллиптической формы с малой осью первой длины и большой осью второй длины. 5. The optical fiber switch according to claim 1, or 2, or 3, or 4, characterized in that the optical fiber has an elliptical cross section with a small axis of the first length and a large axis of the second length. 6. Оптический волоконный переключатель по п.5, отличающийся тем, что отношение второй длины к первой длине приблизительно равно 2,0 к 1. 6. The optical fiber switch according to claim 5, characterized in that the ratio of the second length to the first length is approximately 2.0 to 1. 7. Оптический волоконный переключатель по п.5, отличающийся тем, что отношение второй длины к первой длине приблизительно равно 1,5 к 1. 7. The optical fiber switch according to claim 5, characterized in that the ratio of the second length to the first length is approximately 1.5 to 1.
RU96115314/28A 1996-07-09 1996-07-09 Optical fiber switch RU2160459C2 (en)

Priority Applications (14)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96115314/28A RU2160459C2 (en) 1996-07-09 1996-07-09 Optical fiber switch
PL97325418A PL325418A1 (en) 1996-07-09 1997-07-01 Optimised change-over switch for birefringent optical fibres
HU0000035A HUP0000035A2 (en) 1996-07-09 1997-07-01 Optimized birefringent fiber switch
CA002222152A CA2222152A1 (en) 1996-07-09 1997-07-01 Optimized birefringent fiber switch
PCT/US1997/011698 WO1998001780A1 (en) 1996-07-09 1997-07-01 Optimized birefringent fiber switch
MX9801850A MX9801850A (en) 1996-07-09 1997-07-01 Optimized birefringent fiber switch.
CZ98698A CZ69898A3 (en) 1996-07-09 1997-07-01 Optimized double refracting fiber change-over switch
KR1019980701730A KR19990044482A (en) 1996-07-09 1997-07-01 Optimized birefringent fiber switch
BR9706562A BR9706562A (en) 1996-07-09 1997-07-01 Optimized birefringent fiber switch
JP10505286A JPH11513142A (en) 1996-07-09 1997-07-01 Optimized birefringent fiber switch
AU36509/97A AU3650997A (en) 1996-07-09 1997-07-01 Optimized birefringent fiber switch
CN97190820A CN1196801A (en) 1996-07-09 1997-07-01 Optimized birefringent fiber switch
US08/983,083 US5966479A (en) 1996-07-09 1997-07-01 Optimized birefringent fiber switch
EP97933288A EP0870211A4 (en) 1996-07-09 1997-07-01 Optimized birefringent fiber switch

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96115314/28A RU2160459C2 (en) 1996-07-09 1996-07-09 Optical fiber switch

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96115314A RU96115314A (en) 1998-12-20
RU2160459C2 true RU2160459C2 (en) 2000-12-10

Family

ID=20183828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96115314/28A RU2160459C2 (en) 1996-07-09 1996-07-09 Optical fiber switch

Country Status (13)

Country Link
EP (1) EP0870211A4 (en)
JP (1) JPH11513142A (en)
KR (1) KR19990044482A (en)
CN (1) CN1196801A (en)
AU (1) AU3650997A (en)
BR (1) BR9706562A (en)
CA (1) CA2222152A1 (en)
CZ (1) CZ69898A3 (en)
HU (1) HUP0000035A2 (en)
MX (1) MX9801850A (en)
PL (1) PL325418A1 (en)
RU (1) RU2160459C2 (en)
WO (1) WO1998001780A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4740994B2 (en) * 2008-12-26 2011-08-03 住友大阪セメント株式会社 Light modulator
CN104952137A (en) * 2015-07-21 2015-09-30 华北理工大学 Night-out detecting system for dormitory of college
CN110221502B (en) * 2019-07-04 2022-06-14 杭州电子科技大学 All-optical steep optical switch with second-order coupling dispersion and active nonlinear birefringent optical fiber coupler

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59200486A (en) * 1983-04-27 1984-11-13 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Light amplifying device by optical fiber
GB2151805B (en) * 1983-12-16 1987-05-28 Standard Telephones Cables Ltd Optical elements
US4784450A (en) * 1984-10-15 1988-11-15 Hughes Aircraft Company Apparatus for generating and amplifying new wavelengths of optical radiation
US4741586A (en) * 1987-02-20 1988-05-03 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Dynamic coupler using two-mode optical waveguides
US5189676A (en) * 1989-09-06 1993-02-23 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Broadband laser source
US5386314A (en) * 1993-09-10 1995-01-31 At&T Corp. Polarization-insensitive optical four-photon mixer with orthogonally-polarized pump signals
RU2114453C1 (en) * 1994-07-05 1998-06-27 Майер Александр Александрович Method for switching optical waves of orthogonal polarization
US5617200A (en) * 1995-12-27 1997-04-01 Corning Incorporated Pulse method for measurement of relative secondary path intensities in optical waveguide systems

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.D.DAVIC & S.C. METTLER. Experimental Investigation of the Fiber Fuse. Optical Fiber Conference, WP17, 1995, c.186, 187. *

Also Published As

Publication number Publication date
KR19990044482A (en) 1999-06-25
WO1998001780A1 (en) 1998-01-15
CA2222152A1 (en) 1998-01-09
CN1196801A (en) 1998-10-21
MX9801850A (en) 1998-08-30
BR9706562A (en) 1999-07-20
JPH11513142A (en) 1999-11-09
PL325418A1 (en) 1998-07-20
CZ69898A3 (en) 1999-04-14
AU3650997A (en) 1998-02-02
HUP0000035A2 (en) 2000-05-28
EP0870211A1 (en) 1998-10-14
EP0870211A4 (en) 1999-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1628148B1 (en) Polarization insensitive optical fibre
US4741586A (en) Dynamic coupler using two-mode optical waveguides
US5647039A (en) Optical switching system and devices using a long period grating
EP0265233B1 (en) Non-linear optical device
US5740292A (en) Mode coupling optical waveguide grating
US6266462B1 (en) Acousto-optic filter
EP0686867A1 (en) All fiber in-line optical isolator
US6343165B1 (en) Optical add drop multiplexer
US6535665B1 (en) Acousto-optic devices utilizing longitudinal acoustic waves
EP1199594A2 (en) Digital thermo-optic switch integrated with variable optical attenuators
Crosignani et al. Optical multistability in a fiber-optic passive-loop resonator
US4410239A (en) Nonlinear optical device using self-trapping of light
US6357913B1 (en) Add/drop acousto-optic filter
RU2160459C2 (en) Optical fiber switch
US5966479A (en) Optimized birefringent fiber switch
Culverhouse et al. 40-MHz all-fiber acoustooptic frequency shifter
US6091865A (en) Irreversible optical device utilizing optical frequency shift
Culverhouse et al. All-fibre acousto-optic tunable filter based on a null coupler
Fujii Low-crosstalk 2* 3 optical switch composed of twisted nematic liquid crystal cells
KR20000038939A (en) Optical fiber device
JPH0992914A (en) Optical fiber ring laser
Seino Tunable add/drop filters using LiNbO3
SU1728832A1 (en) Device for transfer of polarized optical radiation
RU96115314A (en) OPTICAL FIBER SWITCH
Kimura et al. Fiber-optic nonlinear coherent coupler