RU2205438C2 - Узкополосный волоконно-оптический фильтр для демультиплексирования и мультиплексирования оптических сигналов в высокоскоростных многоканальных волоконно-оптических информационных сетях - Google Patents
Узкополосный волоконно-оптический фильтр для демультиплексирования и мультиплексирования оптических сигналов в высокоскоростных многоканальных волоконно-оптических информационных сетях Download PDFInfo
- Publication number
- RU2205438C2 RU2205438C2 RU2001106485/28A RU2001106485A RU2205438C2 RU 2205438 C2 RU2205438 C2 RU 2205438C2 RU 2001106485/28 A RU2001106485/28 A RU 2001106485/28A RU 2001106485 A RU2001106485 A RU 2001106485A RU 2205438 C2 RU2205438 C2 RU 2205438C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- grating
- optical
- narrow
- amplitude
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
Изобретение относится к оптике, более конкретно к устройствам узкополосной частотно-селективной оптической фильтрации, и может быть использовано для демультиплексирования и мультиплексирования оптических сигналов в высокоскоростных многоканальных волоконно-оптических информационных сетях. Изобретение обеспечивает узкую полосу пропускания фильтра с прямоугольной формой спектра отражения или пропускания света. Узкополосный волоконно-оптический фильтр включает одномодовое оптическое волокно с боковой полировкой, находящееся в контакте с периодической решеткой, расположенной в области распространения оптической моды волокна, причем периодическая решетка имеет синусоидально-модулированную амплитуду и периодически расположенные фазовые сдвиги π. Для получения прямоугольного спектра отражения амплитуда решетки имеет максимум в центре сполированного участка, а для получения прямоугольного спектра пропускания амплитуда решетки имеет минимум в центре сполированного участка. Периодическая решетка с синусоидально-модулированной амплитудой и периодически расположенными фазовыми сдвигами π может быть реализована либо в виде решетки показателя преломления, либо в виде рельефной решетки с пространственно-модулированной амплитудой или скважностью. 2 с.п. ф-лы, 8 ил.
Description
Изобретение относится к оптике, более конкретно к устройствам узкополосной частотно-селективной оптической фильтрации, и может быть использовано для демультиплексирования и мультиплексирования оптических сигналов в высокоскоростных многоканальных волоконно-оптических информационных сетях.
Для выделения узкого спектрального диапазона длин волн из широкополосного оптического сигнала, распространяющегося по одномодовому оптическому волокну, например для демультиплексирования или мультиплексирования оптических сигналов в многоканальных волоконно-оптических информационных сетях, необходимо использовать частотно-селективные оптические фильтры с шириной полосы отражения (или пропускания) 0.2-1 нм. Такие фильтры могут быть созданы с использованием периодических решеток.
Известны узкополосные волоконно-оптические фильтры - аналоги, имеющие следующие общие с заявляемым техническим решением признаки: одномодовое оптическое волокно с боковой полировкой, находящееся в контакте с периодической решеткой, расположенной в области распространения оптической моды волокна. При этом периодическая решетка может формироваться либо на самой сполированной поверхности волокна, как описано в статье I. Bennion и др., "Решеточный фильтр одномодового волокна с высоким коэффициентом отражения", опубликованной в журнале "Electronics Letters", том 22, 6, с.341-343 в 1986 году, либо на поверхности металлического или диэлектрического функционального слоя, как описано в статье W.V. Sorin, H.J. Shaw, "Одномодовый волоконный решеточный отражатель", опубликованной в журнале "J. of Lightwave Technology", том 3, 5, с. 1041-1043 в 1985 году и в статье W.V. Sorin и др., "Перестраиваемый одномодовый волоконный отражательный решеточный фильтр", опубликованной в журнале "J. of Lightwave Technology", том 5, 9, с.1199-1202 в 1987 году.
Недостатком перечисленных выше узкополосных волоконно-оптических фильтров-аналогов является то, что их спектры отражения имеют непрямоугольную форму, что обусловлено использованием периодических решеток без фазовых сдвигов.
Известен также узкополосный волоконно-оптический решеточный отражатель (фильтр) по патенту США 4986624, НКИ США: 350/96.19 (прототип), имеющий следующие общие с заявляемым техническим решением признаки: одномодовое оптическое волокно с боковой полировкой, находящееся в контакте с периодической решеткой, расположенной в области распространения оптической моды волокна.
Недостатком прототипа является то, что его спектр отражения имеет непрямоугольную форму, что обусловлено использованием периодической решетки без фазовых сдвигов. Фильтры с непрямоугольным спектром отражения (или пропускания) не позволяют осуществлять демультиплексирование и мультиплексирование оптических сигналов в высокоскоростных многоканальных волоконно-оптических информационных сетях с расстоянием между каналами 100 ГГц и менее и с коэффициентом заполнения больше 0.5, поскольку они не обеспечивают требуемый уровень изоляции (больше 30 дБ) близко расположенных по частоте соседних оптических каналов и вносят искажения в демультиплексируемый (мультиплексируемый) оптический сигнал. Поэтому весьма актуальной является задача создании узкополосных волоконно-оптических фильтров с прямоугольной формой спектра отражения (пропускания) света для демультиплексирования и мультиплексирования оптических сигналов в таких сетях.
Техническая задача, решаемая заявляемым техническим решением, состоит в создании узкополосного волоконно-оптического фильтра с прямоугольной формой спектра отражения (пропускания) света, позволяющего осуществлять демультиплексирование и мультиплексирование оптических сигналов в высокоскоростных многоканальных волоконно-оптических информационных сетях.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что узкополосный волоконно-оптический фильтр включает одномодовое оптическое волокно с боковой полировкой, находящееся в контакте с периодической решеткой, расположенной в области распространения оптической моды волокна, причем периодическая решетка имеет синусоидально-модулированную амплитуду и периодически расположенные фазовые сдвиги π. При этом для получения прямоугольного спектра отражения амплитуда решетки имеет максимум в центре сполированного участка, а для получения прямоугольного спектра пропускания амплитуда решетки имеет минимум в центре сполированного участка.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами на фиг.1-8.
На фиг.1 изображен узкополосный волоконно-оптический фильтр, включающий одномодовое оптическое волокно с боковой полировкой, находящееся в контакте с периодической решеткой, расположенной в области распространения оптической моды волокна и имеющей синусоидально-модулированную амплитуду и периодически расположенные фазовые сдвиги π, где:
1 - кварцевый блок с пазом и вклеенным в него оптическим волокном;
2 - одномодовое оптическое волокно;
3 - световедущая жила оптического волокна;
4 - оболочка оптического волокна;
5 - сполированная поверхность оптического волокна, вклеенного в паз кварцевого блока;
6 - распределение интенсивности оптической моды в поперечном сечении волокна;
7 - область распространения оптической моды волокна;
8 - функциональный слой оптического материала, в котором расположена решетка;
9 - периодическая решетка с периодом d, имеющая синусоидально-модулированную амплитуду и периодически расположенные фазовые сдвиги π;
10 - диэлектрическая подложка;
11 - области расположения фазовых сдвигов π решетки.
1 - кварцевый блок с пазом и вклеенным в него оптическим волокном;
2 - одномодовое оптическое волокно;
3 - световедущая жила оптического волокна;
4 - оболочка оптического волокна;
5 - сполированная поверхность оптического волокна, вклеенного в паз кварцевого блока;
6 - распределение интенсивности оптической моды в поперечном сечении волокна;
7 - область распространения оптической моды волокна;
8 - функциональный слой оптического материала, в котором расположена решетка;
9 - периодическая решетка с периодом d, имеющая синусоидально-модулированную амплитуду и периодически расположенные фазовые сдвиги π;
10 - диэлектрическая подложка;
11 - области расположения фазовых сдвигов π решетки.
На фиг.2 показана реализация периодической решетки с периодом d, имеющей синусоидально-модулированную амплитуду и периодически расположенные с периодом D/2 фазовые сдвиги π, в виде пространственной модуляции показателя преломления функционального слоя.
На фиг.3 показана реализация периодической решетки с периодом d, имеющей синусоидально-модулированную амплитуду и периодически расположенные фазовые сдвиги π, в виде пространственной модуляции толщины функционального слоя.
На фиг.4 показана реализация периодической решетки с периодом d, имеющей синусоидально-модулированную амплитуду и периодически расположенные фазовые сдвиги π, в виде пространственной модуляции скважности функционального слоя.
На фиг. 5 показана форма решетки с периодом d и длиной Lgr, имеющей синусоидально-модулированную амплитуду и периодически расположенные фазовые сдвиги π, а также ее расположение относительно сполированной поверхности волокна, обеспечивающие прямоугольный спектр отражения фильтра.
На фиг. 6 приведена зависимость коэффициента отражения R от длины волны падающего света λ для волоконно-оптического фильтра с формой решетки и ее расположением относительно сполированной поверхности волокна, показанными на фиг.5.
На фиг. 7 показана форма решетки с периодом d и длиной Lgr, имеющей синусоидально-модулированную амплитуду и периодически расположенные фазовые сдвиги π, а также ее расположение относительно сполированной поверхности волокна, обеспечивающие прямоугольный спектр пропускания фильтра.
На фиг.8 приведена зависимость коэффициента пропускания Т от длины волны падающего света λ для волоконно-оптического фильтра с формой решетки и ее расположением относительно сполированной поверхности волокна, показанными на фиг.7.
Одномодовое оптическое волокно 2, состоящее из световедущей жилы 3 и оболочки 4, вклеено в паз кварцевого блока 1, причем поверхность волокна 5 сполирована для приближения к световедущей жиле 3 и проникновения в область распространения 7 оптической моды волокна 6. Решетка 9 прижата к сполированной поверхности волокна 5 и находится в области распространения 7 оптической моды волокна 6. При этом взаимодействие оптической моды 6 с решеткой 9 осуществляется за счет перекрытия области решетки крылом волноводной моды.
Периодическая решетка с синусоидально-модулированной амплитудой и периодически расположенными фазовыми сдвигами π может быть реализована тремя способами.
Во-первых, за счет пространственной модуляции показателя преломления функционального слоя
n(z) = n0+Δnsin(2πz/D+Φ)cos(2πz/d+φ), (1)
где n(z) - распределение показателя преломления в области решетки вдоль направления z распространения света, n0 - средний показатель преломления в области решетки, 2Δn - амплитуда модуляции показателя преломления, d и φ - период и фаза решетки, D и φ - период и фаза синусоидально-модулированной огибающей решетки. Такая реализация показана на фиг.2, причем решетка показателя преломления 9, описываемая формулой (1), может быть создана, например, за счет облучения фоточувствительного функционального слоя 8 тремя когерентными интерферирующими лазерными лучами.
n(z) = n0+Δnsin(2πz/D+Φ)cos(2πz/d+φ), (1)
где n(z) - распределение показателя преломления в области решетки вдоль направления z распространения света, n0 - средний показатель преломления в области решетки, 2Δn - амплитуда модуляции показателя преломления, d и φ - период и фаза решетки, D и φ - период и фаза синусоидально-модулированной огибающей решетки. Такая реализация показана на фиг.2, причем решетка показателя преломления 9, описываемая формулой (1), может быть создана, например, за счет облучения фоточувствительного функционального слоя 8 тремя когерентными интерферирующими лазерными лучами.
Во-вторых, периодическая решетка с синусоидально-модулированной амплитудой и периодически расположенными фазовыми сдвигами π может быть реализована за счет пространственной модуляции толщины функционального слоя. Это проиллюстрировано на фиг. 3, причем решетка, образованная пространственной модуляцией толщины функционального слоя в соответствии с формулой (1), может быть изготовлена, например, с использованием метода безмасочного лазерно-индуцированного жидкофазного травления.
В-третьих, периодическая решетка с синусоидально-модулированной амплитудой и периодически расположенными фазовыми сдвигами π может быть реализована за счет пространственной модуляции скважности функционального слоя. Это проиллюстрировано на фиг. 4, причем решетка, образованная пространственной модуляцией скважности функционального слоя в соответствии с формулой (1), может быть изготовлена, например, с использованием лазерной литографической технологии.
Принцип работы волоконно-оптического фильтра поясняется на фиг.1. На вход фильтра по оптическому волокну 2 поступает широкополосный входной оптический сигнал Sвx. Электромагнитные волны из Фурье-спектра входного сигнала, имеющие длину волны, близкую к Брэгговской длине волны
λBr = 2dneff,
где d - период решетки, neff - эффективный коэффициент преломления оптической моды в одномодовом волокне, отражаются от решетки 9, формируя отраженный сигнал Sотр. Остальные волны из Фурье-спектра входного сигнала проходят через сполированный участок волокна 5 без взаимодействия с решеткой 9, формируя прошедший сигнал Sпр. Как показано авторами данной заявки теоретически на основании численных расчетов, форма спектров отражения и пропускания решетки (1), обладающей синусоидально-модулированной амплитудой и периодически расположенными фазовыми сдвигами π, зависит от длины решетки Lgr, амплитуды решетки 2Δn, периода D и фазы φ модуляции амплитуды решетки.
λBr = 2dneff,
где d - период решетки, neff - эффективный коэффициент преломления оптической моды в одномодовом волокне, отражаются от решетки 9, формируя отраженный сигнал Sотр. Остальные волны из Фурье-спектра входного сигнала проходят через сполированный участок волокна 5 без взаимодействия с решеткой 9, формируя прошедший сигнал Sпр. Как показано авторами данной заявки теоретически на основании численных расчетов, форма спектров отражения и пропускания решетки (1), обладающей синусоидально-модулированной амплитудой и периодически расположенными фазовыми сдвигами π, зависит от длины решетки Lgr, амплитуды решетки 2Δn, периода D и фазы φ модуляции амплитуды решетки.
В случае, если φ = π/2 и Lgr=D/2, т.е. когда амплитуда синусоидально-модулированной огибающей решетки 9 имеет максимум в центре сполированного участка волокна 5, решетка обладает спектром отражения прямоугольной формы. Форма решетки 9, описываемой формулой (1), с периодом d, фазой φ = π/2 и длиной Lgr=D/2, а также ее расположение относительно сполированной поверхности волокна 5 показаны на фиг.5. На фиг.6 приведена зависимость коэффициента отражения R от длины волны падающего света λ, рассчитанная при следующих параметрах решетки: φ = π/2, Lgr= D/2=20 мм, d=0.53 мкм и ΔкLgr=6, где Δк - коэффициент связи моды с решеткой, определяемый амплитудой 2Δn решетки.
В случае, если φ=0 и Lgr=1.5D, т.е. когда амплитуда синусоидально-модулированной огибающей решетки 9 имеет минимум в центре сполированного участка волокна 5, решетка обладает спектром пропускания прямоугольной формы. Форма решетки 9, описываемой формулой (1), с периодом d, фазой φ=0 и Lgr= 1.5D, а также ее расположение относительно сполированной поверхности волокна 5 показаны на фиг.7. На фиг.8 приведена зависимость коэффициента пропускания Т от длины волны падающего света λ, рассчитанная при следующих параметрах решетки: φ= 0, Lgr=1.5D=0.8 мм, d=0.53 мкм и ΔкLgr=20, где Δк - коэффициент связи моды с решеткой, определяемый амплитудой 2Δn решетки.
Математическая задача о распространении и дифракции волн в средах с синусоидально-модулированным коэффициентом связи впервые решалась теоретически в статье V.I. Sokolov и др., "Оптические фильтры на основе негармонических Брэгговских решеток с фазовыми сдвигами", опубликованной в сборнике "Proc. SPIE", том 3688, с.320-329 в 1999 году и в статье V.I. Sokolov, V.Ya. Panchenko, "Распространение и взаимодействие волн в периодических средах с пространственно-модулированным коэффициентом связи: Применение к оптической фильтрации", опубликованной в сборнике трудов "Proc. SPIE", том 3733, с. 296-305 в 1999 году. Следует подчеркнуть, что в этих статьях не рассматривалась и не обсуждалась возможность применения решеток в качестве элемента узкополосного волоконно-оптического фильтра, включающего одномодовое оптическое волокно с боковой полировкой. Заявляемое техническое решение является новым, поскольку оно основывается на использовании в волоконно-оптическом фильтре, включающем одномодовое оптическое волокно с боковой полировкой, негармонической периодической решетки с синусоидально-модулированной амплитудой и периодически расположенными фазовыми сдвигами π, которая принципиально отличается от ранее использованных обычных гармонических периодических решеток, не имеющих фазовых сдвигов.
Важно отметить, что применение негармонической периодической решетки, обладающей синусоидально-модулированной амплитудой и периодически расположенными фазовыми сдвигами π, в качестве элемента узкополосного волоконно-оптического фильтра, включающего одномодовое оптическое волокно с боковой полировкой, с целью обеспечения прямоугольного спектра отражения (пропускания) света не является очевидным.
Таким образом, заявляемое техническое решение является новым и может быть реализовано в промышленных масштабах с применением уже существующих лазерных технологий.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям "новизна", "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".
Claims (2)
1. Узкополосный волоконно-оптический фильтр для демультиплексирования и мультиплексирования оптических сигналов в высокоскоростных многоканальных волоконно-оптических информационных сетях, включающий одномодовое оптическое волокно с боковой полировкой, находящееся в контакте с периодической решеткой, расположенной в области распространения оптической моды волокна, отличающийся тем, что периодическая решетка имеет синусоидально-модулированную амплитуду и периодически расположенные фазовые сдвиги π, причем для получения прямоугольного спектра отражения амплитуда решетки имеет максимум в центре сполированного участка.
2. Узкополосный волоконно-оптический фильтр для демультиплексирования и мультиплексирования оптических сигналов в высокоскоростных многоканальных волоконно-оптических информационных сетях, включающий одномодовое оптическое волокно с боковой полировкой, находящееся в контакте с периодической решеткой, расположенной в области распространения оптической моды волокна, отличающийся тем, что периодическая решетка имеет синусоидально-модулированную амплитуду и периодически расположенные фазовые сдвиги π, причем для получения прямоугольного спектра пропускания амплитуда решетки имеет минимум в центре сполированного участка.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001106485/28A RU2205438C2 (ru) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | Узкополосный волоконно-оптический фильтр для демультиплексирования и мультиплексирования оптических сигналов в высокоскоростных многоканальных волоконно-оптических информационных сетях |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001106485/28A RU2205438C2 (ru) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | Узкополосный волоконно-оптический фильтр для демультиплексирования и мультиплексирования оптических сигналов в высокоскоростных многоканальных волоконно-оптических информационных сетях |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2205438C2 true RU2205438C2 (ru) | 2003-05-27 |
Family
ID=20246997
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001106485/28A RU2205438C2 (ru) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | Узкополосный волоконно-оптический фильтр для демультиплексирования и мультиплексирования оптических сигналов в высокоскоростных многоканальных волоконно-оптических информационных сетях |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2205438C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007023324A2 (en) * | 2005-08-08 | 2007-03-01 | Lako Sandor | High capacity and high speed data storage system |
-
2001
- 2001-03-13 RU RU2001106485/28A patent/RU2205438C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007023324A2 (en) * | 2005-08-08 | 2007-03-01 | Lako Sandor | High capacity and high speed data storage system |
WO2007023324A3 (en) * | 2005-08-08 | 2007-04-19 | Sandor Lako | High capacity and high speed data storage system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6314220B1 (en) | Segmented complex fiber gratings | |
Ibsen et al. | Sinc-sampled fiber Bragg gratings for identical multiple wavelength operation | |
US6081640A (en) | Broadband grating | |
JP3243123B2 (ja) | 光フィルタ装置 | |
US7499612B2 (en) | Multimode planar waveguide spectral filter | |
US20020105727A1 (en) | Fabricating optical waveguide gratings | |
US8805136B2 (en) | On-fiber tunable Bragg gratings for DWDM applications | |
US7352931B1 (en) | Method and phase mask for manufacturing a multi-channel optical grating | |
JP2000501852A (ja) | 屈折率格子の形成方法 | |
JP2678362B2 (ja) | 光信号処理方法および光学素子 | |
Hubner et al. | Strong sampled Bragg gratings for WDM applications | |
EP2082195A2 (en) | Method of filtering optical signals with a capillary waveguide tunable optical device | |
CA2665330A1 (en) | Capillary waveguide tunable optical device | |
RU2205438C2 (ru) | Узкополосный волоконно-оптический фильтр для демультиплексирования и мультиплексирования оптических сигналов в высокоскоростных многоканальных волоконно-оптических информационных сетях | |
US20040154337A1 (en) | Manufacturing method for optical fiber grating | |
CA2377493A1 (en) | Optical coupling | |
Gemzicky et al. | Analysis of simulated reflection characteristics of uniform and apodized fiber Bragg gratings | |
RU2215312C1 (ru) | Многоканальное устройство для частотного разделения/объединения световых сигналов в волоконно-оптических линиях связи | |
EP1216427A1 (en) | A grating design | |
US20060051018A1 (en) | Integrated optics component comprising a cladding and method for making same | |
AU765250B2 (en) | Optical components | |
WO2003079076A2 (en) | Method and apparatus for fabricating a waveguide bragg grating using pulsed light | |
UA14057U (en) | Narrow-band optical filter | |
KR20030029326A (ko) | 격자를 구비한 평면 광도파로 소자 | |
AU693641B2 (en) | Broadband grating |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050314 |