SE469453B - Optisk kopplingsanordning - Google Patents

Description

15 20 25 46 J 453 REDOGÜRELSE FÖR LPPFINNINGEN 2 Föreliggande uppfinning syftar till att åstadkomma en optisk kopplingsanordning som har förhöjd kopplingsverkningsgrad samtidigt som den optiska kopplings- anordningen skall uppvisa en reducerad brusfaktor. Den optiska kopplingsan- ordningens förluster skall vara i storleksordningen l dB och mindre.

Uppfinningen syftar även till att möjliggöra en enkel kapsel för en optisk förstärkare, i synnerhet en laserförstärkare, vilken kapsel skall innehålla ett fåtal komponenter. Ju färre komponenter kapseln innehåller desto enklare blir det att upplinjera kapselns komponenter, dvs inrikta dessa i linje med varandra.

Fallet är så eftersom precisionen vid inriktningen skall vara bättre än l ju. m.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att avbilda den vågfront som utbreder sig från det fiberoptiska elementets ände på den ena ändytan av halvledarlaser- förstärkarens aktiva område. Enligt uppfinningen åstadkommes detta med användande av ett våglängdsberoende diffraktionsoptiskt element, företrädes- vis ett fashologram, vilket samtidigt skall fungera som ett smalbandigt optiskt filter. Ännu ett ändamål med uppfinningen är att avbilda den vågfront som utbreder sig från den andra ändytan av halvledarlaserförstärkarens aktiva område på ändytan av en optisk fiber med användande av ett diffraktionsoptisk element, företrädesvis ett fashologram.

De för uppfinningen utmärkande särdragen framgår ur de bifogade patentkraven l och 5.

FIGURFÖRTECKNIINB Olika utföringsformer av uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan i anslutning till de bifogade ritningarna, i vilka figur l visar en perspektivvy av en känd optisk kopplingsanordning, figur 2 visar en optisk kopplingsanordning enligt föreliggande uppfinning, 1D 15 20 25 469 453 3 figur 3 A-C visar diagram över närfältet till ändytan av en optisk fiber, figurerna 4 A-C visar diagram över nârfältet till ändytan av det aktiva omradet av en halvledarlaserförstärkare, figur 5 visar anpassningen av närfältet av änden av en optisk fiber till närfältet av en halvledarlaserförstärkares ena ändyta, figur 6 visar schematiskt den effekt som ligger till grund för det diffraktions- optiska elementets bandpassegenskaper och figur 7 visar en kurva för kopplingsverkningsgraden av den optiska kopplingsan- ordningen enligt föreliggande uppfinning.

FÖREDRAGEN UTFÖRINBSFORM Figur 1 visar en konventionell optisk kopplingsanordning för en optisk fiber l med en smält ändyta, s k "taper" 2. Det ljus som fortplantar sig genom den optiska fibern och som schematiskt visas vid pilen 3 riktas av den som lins tjänande ändytan 2 mot en schematiskt visad halvledarlaserförstärkare 4, närmare bestämt mot den ena ändytan 5 av halvledarlaserförstärkarens schema- tiskt visade aktiva område 6. Halvledarlaserförstärkaren förstärker ljuset och det förstärkta ljuset lämnar det aktiva området genom dess motsatta ändyta 7 i form av förstärkt ljus, schematiskt visat vid pilen 8, vilket träffar en likaledes smält ändyta, sk “taper", 9 av en utgående optisk fiber lÛ. Ändytorna 5,7 benämns vanligen fasetter.

Kopplingsverkningsgraden för denna kända kopplingsanordning kan ökas om närfältet för fiberändarna 2,9 anpassas till närfältet för det aktiva områdets ändytor 5,7.

Med närfältet till en ändyta avses effektfördelningen av ljuset i plan som är vinkelräta mot ljusets utbredningsriktning och som är belägna i närområdet till respektive ändyta.

Närfältet för en fiberände respektive för en ändyta av det aktiva området är inte lika, varken till storlek eller symmetri. Detta âskådliggörs i figurerna 3 A- C och 4 A-C. Figur 3 visar hur närfältet till en fiberände ser ut. Figur 3 A visar .fx (IM 10 15 20 25 30 .En (fl 3 4 den elektromagnetiska vågens effektfördelning utmed x-riktningen och figur 3 B effektfördelningen utmed y-riktningen av en i z-riktningen sig fortplantande elektromagnetisk våg. Dessa riktningar motsvarar riktningarna för de i figur 1 schematiskt visade x-y-z-koordinatsystemet. Som framgår är kurvorna i figur 3 A och B lika flacka och en tänkt avbild av effektfördelningen i ett plan vinkelrätt mot vägens utbredningsriktning har det utseende som framgår ur figur 3 C. lin-motsvarande uppteckning av närfältet för nagon av ändytorna 5,7 framgår ur figurerna 4 A-C. Kurvan i figur 4 A är flackare än den i figur 4 B och detta resulterar i att närfältets effektfördelning i ett plan vinkelrätt mot utbred- ningsriktningen får det utseende som framgår ur figur 4 C.

Det inses att om närfältet i figur 3 C avbildas på det i figur 4 C kommer de två närfälten inte att väsentligen fullständigt "överlappa" varandra, vilket sänker kopplingsverkningsgraden.

Figur 2 visar en optisk kopplingsanordning enligt föreliggande uppfinning i sidovy. Element som motsvarar varandra i figurerna l och 2 betecknas med samma hänvisningssiffror. Enligt uppfinningen anordnas mellan ändytorna 2,5 respektive 7,9 varsitt diffraktionsoptiskt element 11,12. Företrädesvis är det diffraktionsoptiska elementet ett fashologram, en kinoform eller någon annan vàgfront-rekonstruktionsanordning. Det diffraktionsoptiska elementet skall ha en överföringsfunktion som är så beskaffad att närfältet för den optiska fiberns ände är anpassad till närfältet för ändytan av halvledarlaserförstärkaren. Överföringsfunktionen kan uttryckas i form av matematiska termer på ett för fackmannen välkänt sätt och beskrivs därför inte närmare här. Dator-alstrade hologram framställda med ledning av den önskade överföringsfunktionen är lätta att framställa. Så snart ett original framställts kan kopior av originalet framställas till lågt pris. Den önskade överföringsfunktionen kan präglas i det diffraktionsoptiska elementet i form av ritsar eller fördjupningar som har varierande form, djup och inbördes täthet på det diffraktionsoptiska elementet.

Det diffraktionsoptiska elementet är vanligen en film eller skiva av optiskt transparent material såsom glas eller plast. 10 15 20 25 30 469 453 5 Ur figur 2 framgår även att den optiska kopplingsanordningen enligt uppfin- ningen innefattar en metallkropp 13 på vilken halvledarlaserförstärkaren är monterad så att den står i värme överförande förbindelse med metallkroppen.

På detta sätt tjänar metallkroppen som en värmesänka för halvledarlaserför stärkaren. Ur figur 2 framgår även att de diffraktionsoptiska elementen 11,12 är anordnade lutande mot kopplingsanordningens optiska axel för undvikande av ej önskvärd reflexion. Sådan kan nämligen uppstå om ljus, som emitteras från halvledarlaserförstärkaren 4 reflekteras tillbaka in i förstärkaren.

Figur 5 visar schematiskt hur närfältet av en optisk fiber anpassats till när-fältet vid ändytan av halvledarlaserförstärkaren med hjälp av ett diffrak- tionsoptiskt element ll. De heldragna linjerna 14 representerar utbredningen av den elektromagnetiska vägen i z-riktningen dvs i vägens utbredningsriktning, medan hänvisningssiffrorna 15 betecknar vågens utbredning efter passage genom det díffraktionsoptiska elementet ll.

Figur 6 visar det diffraktionsoptiska elementets ll inverkan på ljusstrålarnas brytningsvinkel relativt systemets optiska axel. Från Braggs relation. 2 d sin Qi = R där då = det diffraktionsoptiska elementets frekvens, dvs avståndet mellan två intilliggande ritsar eller maxima i brytningsindex. §l> = strålens riktning relativt den optiska axeln Ä = våglängden inses att infallande ljus av olika våglängder Ä o, Ät; bryts olika mycket. Enligt föreliggande uppfinning utnyttjas detta förhållande till fördel genom att ljus med vissa våglängder kommer att uppvisa sämre kopplingsverkningsgrad till halvledarlaserförstärkarens ändyta 5. Detta finns åskådliggjort vid de streckade linjerna 16 i figur 6. Det är således tydligt att det diffraktionsoptiska elementet, genom lämpligt val av ritsarnas frekvens uppträder som ett bandpassfilter för ljuset. Den fördel som ernås genom detta är att spontanemissionsbrus endast bildas av ljus inom filtrets passband och inte, såsom vid den kända konstruktionen av ljus inom hela våglängdsområdet för 469 10 453 6 laserförstärkarens förstärkningsspektrum. Genom att lämpligt välja nämnda frekvens för det optiska diffraktionselementet kan bandbredden begränsas t ex j; 5 f* m PUfit en Ceflllrümvågläflgd 3-0. Detta finns åskàdliggjort i figur 7.

Figur 7 visar inkopplingsverkningsgraden såsom funktion av våglängden runt en centrumvàglängd A0. Funnes inte denna väglängdsfiltrering skulle normalt sett bandbredden vara i storleksordningen 40 nm.

En enligt uppfinningen utförd kapsel innefattar förutom laserförstärkaren 4 de tvâ diffraktionsoptiska elementen ll, 12 och fiberna l, 10. Eventuellt innefat- tar kapseln också metallkroppen ll.

Uppfinningen kan pà många olika sett modifieras och varieras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (5)

469 455 PATENTKRAV

1. l. Optisk kopplingsanordning ingående i ett optiskt kommunika- tionssystem, vilken innefattar - en första optisk fiber (10) med en ändyta (9), - en optisk förstärkare (4) med en ingång och en utgång och - ett första diffraktionsoptiskt element (12) för koppling av ljuset från förstärkarens utgång till den första optiska fibern (10), k ä n n e t e c k n a d av att det första diffraktionsoptiska elementet (12) är anordnat att koppla det förstärkta ljuset från en utgångsfasett (7), som bildar den optiska förstärkarens utgång, till den första optiska fiberns ändyta (9), - uppvisar en överföringsfunktion så vald, att effektfördel- ningen av ljuset i ett plan vinkelrätt mot ljusets utbrednings- riktning i ett närfält till den första fiberns ändyta är anpassad till effektfördelningen av ljuset i ett plan vinkelrätt mot ljusets utbredningsriktning i ett närfält till utgàngsfasetten (7) av förstärkaren, och har en frekvens så vald, att det första diffraktionsoptiska elementet (12) tjänar som ett optiskt bandpassfilter för begränsning av bandbredden av det förstärkta ljuset till följd av spontanemmision i den optiska förstärkaren.

2. Optisk kopplingsanordning enligt krav l, innefattande - en andra optisk fiber (1) med en ändyta (2) och ett andra diffraktionsoptiskt element (ll) för koppling av -optiska fibern (l) till förstärkarens ljuset från den andra ingång, k ä n n e t e c k n a d av att det andra diffraktionsoptiska elementet (ll) är anordnat att koppla ljus från den andra optiska fiberns ändyta (2) till en ingàngsfasett (5), som bildar den optiska förstärkarens ingång, uppvisar en överföringsfunktion så vald, att effektfördel- ningen av ljuset i ett plan vinkelrätt mot ljusets utbrednings- riktning i ett närfält till den andra fiberns ändyta är anpassad till effektfördelningen av ljuset i ett plan vinkelrätt mot 10 15 u-G 455 ljusets utbredningsriktning i ett närfält till ingàngsfasetten (5) av förstärkaren, och har en frekvens så vald, att det andra diffraktionsoptiska elementet också tjänar som ett optiskt bandpassfilter för begränsning av bandbredden av utgående ljus från förstärkaren.

3. Optisk kopplingsanordning enligt patentkrav 2, k ä n n e - t e c k n a d av att de första och andra diffraktionsoptiska elementen (ll resp. 12) vardera är ett i sig känt fashologram, en kinofilm eller en vågfrontsrekonstruerande anordning.

4. Optisk kopplingsanordning enligt patentkrav 3, k ä n n e - t e c k n a d av att de första resp. andra diffraktionsoptiska elementen vardera är plana element vilkas plan är snedställda relativt en optisk axel för kopplingsanordningen.

5. Optisk kopplingsanordning enligt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a d av att den är inrymd i en kapsel.