SE509264C2 - Anordning och förfarande för polarisationsoberoende behandling av en optisk signal i en vågledare - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 509 264 2 polarisationsberoendet hos optiska bulklaserförstärkare har sin förklaring i att den aktiva vågledaren har en asymmetrisk tvärsnittsgeometri, eller de aktiva lagren är asymmetriska. Denna asymmetri ger upphov till skillnader i effektiva facettreflektiviteter för de transversella elektriska modbindningsfaktorer, index och respektive magnetiska moderna hos vågledaren, i detta sammanhang avses de moder hos vågledaren vilka har den dominerande delen av den elektriska respektive magnetiska fältstyrkevektorn parallell med horisontalplanet och vinkelrät mot utbredningsriktningen. Dessa skillnader är speciellt uttalade när vanliga laserdiodstrukturer används som förstärkare genom att dessa ofta har ett aktivt lager bredd.

Polarisationskänsligheten gör att de optiska förstärkarna vars tjocklek är avsevärt mindre än dess blir inkompatibla med system som utnyttjar konventionella monomodfibrer, vilka inte bevarar polarisationstillståndet.

Så kallade distribuerade Braggfilter är polarisations- beroende främst på grund av skillnaden i propagations- konstanter, d.v.s. effektiva index för de två, TE-, TM- moderna.

TEKNIKENS STÅNDPUNKT: Ett flertal lösningar har föreslagits på ovan angivna problem. Enligt en lösning, såsom angiven i M. Sumida: "Polarisation insensitive configuration of semiconductor laser amplifier", Electron. Lett., vol. 26, sid. 1913-1914, 1990 utnyttjas en kombinerad s.k. delare/kombinator, vilken delar upp inkommande ljus i s-, och p-polariserade strålar där vardera strålen går genom en s.k. Faraday-rotator med en rotationsvinkel på 45°, varefter de går genom en polarisationen bevarande fiber varpå de injiceras i en laserförstärkare. I denna förstärks de med samma TE- modförstärkning, går genom de polarisationsbevarande fibrerna och slutligenlgenom Faraday-rotatorerna. Slutligen 10 15 20 25 30 35 509 264 3 kombineras de s- respektive p-polariserade strålarna i kombinatorn. I denna anordning är själva förstärkaren polarisationsberoende, men hela anordningen verkar utåt sett som en polarisationsoberoende anordning. Ett annat förslag till lösning av problemet anges i "Polarisation- independent configuratitnx optical amplifier", Electron.

Lett., vol. 24, sid. 1075-1076, 1988 av N. A. Olsson. Häri beskrivs hur polarisationsoberoende förstärkning erhålles genom att man låter insignalen passera en halvledar- laserförstärkare två gånger, varvid signalen efter den första passagen går igenom en s.k. Faraday-rotator med en rotationsvinkel på 45°, reflekteras och på nytt passerar Faraday-rotatorn, varefter den för andra gången går igenom polarisationsförstärkaren, med en polarisation som 'har roterats 90°. Även i detta fall är själva förstärkaren polarisationsberoende emedan separata enheter styr .respektive roterar polarisationen. Enligt ett annat känt utförande såsom beskrivet av G. Grosskopf, R. Ludwig, R. G.

Waarts, H. G. Weber i "Optical amplifier configurations with low polarisation sensitivity", i Electron. Lett., vol. 23, sid. 1387-1388, 1987, utnyttjas i stället två separata förstärkare i kombination. Därvid beskrives hur förstärkarna antingen kan vara seriekopplade eller parallellkopplade. Vid fallet med seriekoppling har en i förstärkare 1 TE-polariserad våg TM-polarisation i förstärkaren 2 och tvärtom, och om båda förstärkarna uppvisar samma förstärkningsegenskaper erhålles ett fallet med parallellkopplade förstärkare måste insignalen först polarisationsokänsligt system. I passera en polarisationsuppdelare. Även i dessa fall är alltså förstärkarna polarisationskänsliga medan systemet utåt är polarisationsoberoende. Det är även känt att utnyttja seriekopplade förstärkare med en mellanliggande polarisationsokänsligisolator,vilkenpolarisationsroterar med 90°. Detta beskrives i "Polarization insensitive optical amplifier consisting of two semiconductor laser 10 15 20 25 30 35 509 264 4 amplifiers and a polarization insensitive isolator in series", IEEE Phot. Technol. Lett., vol. 1, sid. 431-433, 1989 av M. Koga, T. Matsumoto. Vidare är det känt att tillverka aktiva vågledare, vilkas tjocklek är av väsentligen samma storleksordning som dess bredd, vilka kan få lika egenskaper för' TE-, respektive TM-polariserade signaler. Enligt ett.ytterligare bekant utförande utnyttjar man s.k. Strained multiple quantum wells (MQWs) i en aktiv vågledare.(Beskriveti."Polarizationinsensitivetravelling wave type amplifier using strained multiple quantum well structure", IEEE Phot. Technol. Lett., vol. 2, sid. 556- 558, 1990 av K. Magari et. al.

Ingen av dessa anordningar löser emellertid på ett tillfredsställande sätt de ovan nämnda problemen. De först nämnda lösningarna kräver externa komponenter. Detta ger upphov till ett komplext system, vilket därigenom blir dyrt och i vissa fall även störkänsligt, och stöter på svårig- heter vid integration i exempelvis kommunikationssystem. I fallet med tillverkning av vågledare där tjockleken och bredden är jämförbara krävs att ett symmetriskt tvärsnitt erhålles för att samma förstärkningsegenskaper skall uppnås för TE- förstärkaren med Strained MQWs tillfredsställande endast vid g förstärkningsnivå. För polarisationsoberoende filter gäller att vågledarna måste få samma effektiva index för TE- respektive TM-moden. Genom ett känt utförande har detta TM-moden. Slutligen fungerar respektive uppnåtts genom att man använder mycket små indexsteg. Detta medför emellertid en dålig flexibilitet vid utformningen av vågledare, vilket i sin tur kan leda till problem exempelvis vid monolitisk integrering med andra komponenter. (Se exempelvis "Bragg gratings on InGaAsP/InP wave guides as polarisation independent optical filters", J. Lightwave Technol., vol. 7, sid. 1641-1645, 1989 av C.

Cremer et al.) ,l0 15 20 25 30 35 509 264 REnoc-öRELsE FÖR UPPFINNINGEN: Avsikten med föreliggande uppfinning är således att lösa ovannämnda problem genom en anordning som i sig är polarisationsoberoende. Det är även ett mål med uppfinningen att ange ett förfarande för polarisationsoberoende behandling av optiska signaler.

Dessa mål nås genom en anordning med de i den kännetecknande delen av patentkravet 1 angivna kännetecknen respektive ett förfarande såsom beskrivet i den kännetecknande delen av patentkravet 13.

Uppfinningen anger således en generell lösning för upphävandet av' polarisationsberoendet hos egenskaper i optiska vågledaranordningar såsom exempelvis optiska halvledarförstärkare,reflektionsfilterellerkombinationen av dessa båda såsom polarisationsoberoende våglängds- Enligt polarisationsrotationen i själva vågledaren. selektiva förstärkare. uppfinningen sker Själva rotationen skulle kunna åstadkommas på olika sätt, men enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen åstadkommes detta genom en i vågledaren anordnad polarisationsomvandlare där denna utgörs av en periodiskt asymmetrisk störning. I "Polarization rotation in asymmetric periodic loaded rib waveguides", Appl. Phys.

Lett., vol. 59, sid. 1278-1280, 1991 av Y. Schani, R.

Alferness, T. Koch, U. Koren, M. Oron, B. I. Miller, M. G.

Young, anges hur polarisationsomvandling kan åstadkommas i en passiv vågledare. Här överförs alltså ljusets energi från den s.k. TE-moden till den s.k. TM-moden och polarisations-omvandlingen åstadkommes genom användande av en periodiskt asymmetrisk vågledare. I en förstärkare enligt uppfinningen roteras en inkommande optisk signal i förstärkaren och signalen känner av förstärkarens förstärkningsegenskaper för såväl TE- som TM-mod under 10 15 _20 25 30 35 509 264 6 signalens utbredning genom anordningen. Genom att ge vågledaren en lämplig längd kommer förstärkaren att bli polarisationsoberoende. Detta blir speciellt fallet när dess längd svarar mot en rotation på en multipel av ¶ radianer. För att åstadkomma denna rotation krävs speciellt en vågledarstruktur som kopplar de två polarisations- moderna. Detta åstadkommes såsom ovan angetts speciellt genom en asymmetriskt periodisk störning i vågledaren, i form av ett aktivt och/eller passivt material. Det väsentliga med uppfinningen är emellertid att vågledaren omfattar någon form av polarisationsomvandlare, vilken i sin tur kan vara utformad på det för applikationen m.m. lämpligaste sättet. Genom ett lämpligt längdval på vågledaren kommer polarisationsberoendet hos egenskaperna att kancelleras under medelvärdesbildning och anordningens funktion blir okänslig för signalens polarisationstillstånd på ingången. Detta innebär också att vågledarens egenskaper för TE- respektive TM-moderna inte behöver vara lika. Det kan visas att den förstärkning som en optisk insignal kommer att erfara blir lika med det geometriska medelvärdet av den transversella elektriska respektive transversella magnetiska signalförstärkningen för en motsvarande aktiv vågledare utan asymmetrisk störning och oberoende av signalens polarisationstillstånd på ingången. Detta värde på förstärkningen innefattar ej de extra förluster som associeras med störningen. Ju större störning och ju kortare längd på anordningen desto större blir de extra förlusterna per störningsövergång. Genom att endast ett fåtal störperioder kräves för en rotation på n radianer erhålles ett väldigt brett passband för polarisations- rotationen som är jämförbart med långvåglängdshalv- ledarlaserförstärkares. Detta innebär att polarisations- omvandlarens optiska bandbredd inte kommer att begränsa förstärkarens förstärkningsbandbredd. Periodiciteten hos den asymmetriska störningen ges av propagationskonstanterna för TE- respektive TM-moderna, vilka i sin tur bestäms av 10 15 20 25 30 35 509 264 7 geometri och struktur hos vågledartvärsnittet medan längden på förstärkaren kan uppgå till ett av flera möjliga värden som svarar mot en multipel av n rad rotationer. Generellt kan sägas att polarisationskänsligheten blir lägre ju fler rotationer som sker i vågledaren, men redan vid en rotation som svarar mot n rad erhålls ett mycket gott resultat.

Emellertid är det då av större vikt att längden är exakt sådan att den svarar mot den sökta rotationen. D.v.s. om längden är något avvikande ger detta ett större fel om det svarar mot en n rad rotationer än mot två, tre eller flera där noggrannheten inte längre blir lika kritisk. Vid anordningens utformning såsom reflektionsfilter gäller i iprincip ovanstående bortsett ifrån att vågledaren företrädesvis är passiv. Dessutom är vågledaren även försedd med en korrugering eller periodisk variation.

Periodiciteten hos korrugeringen fås ur propagations- konstanten och brytningsindex för antingen TE- eller TM- moden. Om det är brytningsindex i vakuum måste brytningsindex specificeras. Den asymmetriska periodiciteten i vågledaren ges av propagationskonstanterna för TE- respektive TM-moderna. Vidare gäller för typiska monomodvågledargeometrier att skillnaden i propagationskonstanten mellan polarisations-moderna medför att TE-polariserade respektive TM-polariserade signaler reflekteras vid olika våglängder vilket resulterar i två tillfredsställande följaktligensignalenspolarisationstillståndkontrolleras. pass-band. För funktion måste En koppling mellan de två polarisationsmoderna ger den fördelen, att anordningen blir polarisationsoberoende och det kan visas att den reflekterade optiska styrkan kommer att vara oberoende av polarisationstillstånd hos den optiska insignalen om filtrets längd väljes på så sätt som ovan beskrivits. Vidare ger detta. möjlighet till s.k. monolitisk integrering av anordningen. 10 15J 20 25 30 35 509 264 8 Enligt ett annat utförande av uppfinningen utgörs anordningen av ett förstärkande reflektionsfilter. Därvid kan vâgledaren ses såsom sammansatt av två olika delar där en del utgör förstärkaren och en del utgör reflektorn. I detta fall går en asymmetrisk periodisk störning genom hela vågledaren medan bara den del som svarar mot reflektorn är försedd med en korrugering d.v.s. ett gitterfilter. Detta är ett exempel på en struktur vilken är väl lämpad för monolitisk integrering, se exempelvis "Monolitically integrated 2 x 2 InGaAsP/InP Laser Amplifier Gate Switch Arrays" av Mats Jonson et al, på 17th Conf. on Optical Communication ECOC 91, 9-12 September 1991. Uppfinningen beskriver även ett förfarande för polarisationsoberoende behandling av en optisk signal i en optisk halvledaranordning. Föredragna utföringsformer anges genom de i underkraven angivna kännetecknen.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen skall i det följande beskrivas under hänvisning till bifogade figurer där: Fig. 1 visar ett första utförande av en optisk halvledarförstärkare i ett longitudinellt, horisontellt snitt, Fig. la visar ett tvärsnitt längs linjen Ia-Ia i Fig. 1, Fig. lb visar ett schematiskt tvärsnitt längs linjen Ib-Ib i Fig. 1, Fig. 2 visar ett exempel på ett optiskt filter sett i ett longitudinellt , horisontellt snitt, 10 15 20 25 30 35 Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig. 4a 4b 509 264 9 visar ett tvärsnitt av vâgledaren längs linjen IIa-IIa i Fig. 2, visar ett tvärsnitt av vågledaren längs linjen IIb-Iïb i Fig. 2, visar ett longitudinellt snitt av samma optiska filter som i Fig. 2 längs linjen III-III något förskjutet och i en annan skala, visar ett alternativt utförande av en optisk förstärkare med en företrädesvis rak vågledare, analogt med Fig. 1, visar ett transversellt tvärsnitt av förstärkaren enligt Fig. 4, längs linjen IVa- IVa, tvärsnitt av visar ett transversellt förstärkaren längs linjen IVb-IVb i Fig. 4, visar ett longitudinellt snitt från sidan av ett förstärkande reflektionsfilter, illustrerar förstärkningens och polarisations- känslighetens beroende av längden på vågledaren och reflekterad signaler med fyra olika polarisationstillstånd illustrerar signaleffekt för på ingången som funktion av filterlängd.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFQRMER: Vid en optisk.halvledaranordning utformad såsom förstärkare är anordnat en aktiv vågledare 10. Enligt de exempel som 10 15 20 25 30 35 509 264- 10 illustreras i Fig. 1 är själva vågledaren periodiskt förskjuten i sidled i förhållande till sin symmetrilinje, vilket ger upphov till en periodiskt asymmetrisk vågledare.

Vågledaren skulle givetvis även kunna vara rak och i stället vara försedd med ett aktivt material som är periodiskt asymmetriskt anordnat. Fig. la illustrerar ett tvärsnitt genom vågledaren 10 längs linjen Ia-Ia i Fig. 1, medan Fig. lb illustrerar ett tvärsnitt av vågledaren 10 längs linjen Ib-Ib där asymmetrin är speglad i förhållande till Fig. la. Tvärsnittet som illustreras i Fig. lb är likadant som tvärsnittet som illustreras i Fig. la med den skillnaden att figurerna illustrerar olika lägen i förhållande till den longitudinella centrumlinjen som går genom vågledaren 10. I det visade exemplet skickas en ström genom en förbindelsetråd 12, exempelvis av guld, till en elektrod ll, vilken är anordnad på ett ternärt skikt 5, vilket omfattar tre halvledarmaterial (GaInAs). Detta ternära skikt 5 är odlat på ett p-dopat kontaktlager 6 av indiumfosfid. Det aktiva eller förstärkande materialet.1 är anordnat under en del av kontaktlagret 6. I verkligheten är bredden på det aktiva lagret 1 normalt smalare, men detta är för enkelhets skull ej visat i fig. Efter det aktiva lagret 1. följer av fabrikationsskäl ett mellanliggande skikt 3 av indiumfosfid, varpå följer ett transparent skikt 2, där detta utgörs av galliumindiumarsenidfosfid med ett bandgap på 1,3 pm. Därpå (d.v.s. under) följer ett n-dopat omgivande lager 7 som är metalliserat 8 och, av hanteringsskäl lött på exempelvis en kiselplatta 9 försedd med lämpligt elektriskt anslutningsmönster. Strömmen, I, kan ej gå igenom de s.k. semiisolerande skikten 4 , vilka väsentligen lateralt omger det aktiva materialet l, mellanliggande skikt 3 och det transparenta skiktet 2 varför den tvingas att gå genom det område som omfattar det aktiva eller förstärkande materialet 1, vilket således ger upphov till en förstärkning. Det aktiva eller förstärkande skiktet 1 utgöres av galliumindiumarsenidfosfid med ett 10 15 V20 25 30 35 509 264 11 bandgap på 1,55 pm och har ett brytningsindex, som överstiger dels brytningsindex för materialet i det med 2 betecknade transparenta skiktet (GaInAsP med ett bandgap på 1,3 um), vilket. i sin tur' har ett brytningsindex som överstiger brytningsindex för materialen i såväl det semiisolerande skiktet 4 som i den p- respektive n-dopade indiumfosfiden 6, 7. Det semiisolerande lagret 4 skulle även kunna vara isolerande. I det visade exemplet utgöres det semiisolerande lagret «4 av järndopad indiumfosfid.

Vidare har vågledaren 10 i det visade exemplet s.k. begravd vågledarstruktur, vilket har visat sig vara lämpligt, men även andra optiska vågledarstrukturer är möjliga. En förstärkare utformad såsom visat skulle kunna användas för monolitisk integrering.

I optiska kommunikationssystem är det av stor vikt att man kan filtrera våglängder. Ett exempel på en reflektions- anordning eller ett optiskt filter visas i Fig. 2 och 3.

Den raka vågledaren 20 är försedd med en periodiskt asymmetrisk störning som klarast illustreras genom Fig. 2a och 2b, vilka utgör tvärsnitt tagna längs linjerna IIa-IIa respektive IIb-IIb i Fig. 2. (Även i detta fall skulle givetvis vågledaren kunna vara periodiskt förskjuten i analogi med Fig. 1). De visade tvärsnitten är av åskådlighetsskäl mycket schematiska. En periodiskt asymmetrisk störning i form av ett första transparent skikt 21 är anordnat över ett andra transparent skikt 22. Det underliggande skiktet 22 är symmetriskt i förhållande till vågledarens 20 longitudinella utbredningsriktning emedan skiktet eller den periodiskt asymmetriska störningen 21, såsom visat i Fig. 2a resp. 2b har en alternerande förhållande till den centrumlinjen för vågledaren 20, där alterneringen utgörs belägenhet i longitudinella av en spegling i sagda linje. Mellan dessa båda lager eller skikt 21; 22 kan självfallet åtminstone ett omgivande material eller lager 23 vara anordnat, vilket är 10 15 20 25 30 35 509 264 12 transparent liksom lagren 21, 22 och som företrädesvis har ett lägre brytningsindex än det andra underliggande skiktet 22 resp. störningsskiktet 2l. Det omgivande lagret 23 kan utgöras av samma material över som under störningsskiktet 21 respektive det andra transparenta skiktet 22 eller utgöras av två eller flera olika omgivande lager. För att ett reflektionsfilter skall erhållas måste emellertid vågledaren 20 vara försedd med en andra, symmetrisk störning eller korrugering 24 i gränsytan mellan lagret (det omgivande materialet) 23 och ett lager 25 vilket har en dielektricitetskonstant vilken skiljer sig från dielektricitetskonstanten för lagret 23. Enligt ett speciellt utföringsexempel kan lagret 25 utgöras av luft.

Vågledaren 20 är i detta fall passiv, d.v.s. störningen 21 utgörs av ett transparent material (medium) istället för ett aktivt material, vilket skulle vara fallet vid en förstärkare. Filtret reflekterar in inkommande signal vid nominell våglängd oberoende av dess polarisationstillstånd, dvs. i centrum av reflektionstoppen, men det uppvisar variationer inom reflektionskarakteristiken vilket innebär filtrets bandbredd varierar med polarisationstillståndet.

Om linskällan emellertid har en väldefinierad våglängd kommer variationen i polaristion inom reflektions- karakteristiken endast i mycket liten grad påverkan systemet. Att våglängden är väldefinierad är ändå oftast nödvändigt då det rör sig om våglängdsmultiplexande system.

Insignalen utgörs av ljus inj icerat längs med vågledaren 20 vilket ej närmare beskrives här eftersom det torde vara uppenbart. Längden väljes därvid så att den svarar mot en polarisationsrotation på 1r radianer eller en heltalsmultipel därav. Den asymmetriska periodiciteten hos störningsskiktet 21 ges av propagationskonstanterna för TE- respektive TM-moderna emedan korrugeringens 24 periodicitet ges av propagationskonstanten för antingen TE- eller TM- moden. Mera generellt för såväl en optisk förstärkare som för ett optiskt filter bestämmer graden av asymmetri hos 10 15 20 25 30 35 509 264 13 vågledaren tillsammans med fältbilden hos en motsvarande ostörd vågledare kopplingsgraden eller energiöverföringen mellan moderna. Ju högre grad av asymmetri desto starkare blir kopplingen, vilket implicerar snabbare polarisations- rotation, vilket i sig innebär att förstärkaren respektive filtret kan vara kortare. Eftersom ljuset periodiskt omvandlas mellan TE- respektive TM-moden kan såsom ovan angetts såväl förstärkare som filter ha ett flertal längder. Den optimala filterlängden styrs i någon mån också av gittrets eller korrugeringens 24 reflektionsstyrka och den optimala förstärkarlängden påverkas även något av aktuell förstärkningsnivå. Det i fig. 2 och 3 illustrerade reflektionsfiltret har även det en begravd vågledar- struktur, men också andra optiska vågledarstrukturer är tänkbara, exempelvis ås-struktur.

I fig. 4a respektive 4b visas ett alternativt utförande av en optisk förstärkaranordning i enlighet med uppfinningen.

I detta fall illustreras endast schematiskt två transversella tvärsnitt av vågledaren 30 där tvärsnitten är tagna i vardera av störningens i förhållande till vågledarens 30 longitudinella centrumlinje, asymmetriska belägenhet. II analogí med det första utföringsexemplet injiceras en ström igenom en guldförbindelsetrâd 12 eller liknande till en metallelektrod 11, vilken kan vara anbringad på, ett i detta utföringsexempel ej visat, ternärt skikt. Den visade vågledaren 30 är rak och försedd med en periodiskt asymmetrisk störning 15 i form av ett transparent skikt, vars läge i förhållande till vågledarens 30 longitudinella centrumlinje illustreras genom fig. 4a resp. 4b. Med ett omgivande material 17 vars brytningsindex är lägre än brytningsindex för det transparenta materialet i störningen 15 följer under störningen 15 ett i förhållande till vågledarens 30 longitudinella centrumlinje symmetriskt anordnat förstärkande skikt, eller aktivt lager 10 15 20 25' 30 35 509 2641 14 13. Under det aktiva lagret 13 följer, i det visade exemplet med ett omgivande material 17 av ett lägsta brytningsindex, ett underliggande transparent skikt 14, vilket även detta är symmetriskt anordnat i förhållande till vågledarens 30 longitudinella centrumlinje. I analogi med det i figurerna 1, la, lb visade utföringsexemplet är den undre delen av det omgivande materialet 17, vilket speciellt ifråga om dopning kan skilja sig ifrån motsvarande omgivande material med samma referensbeteckning av annan belägenhet i strukturen, metalliserad och exempelvis lödd på en kiselplatta eller dylikt. I övrigt kan materialen i skikten 13, 14, 15, 17 där det omgivande materialet 17 kan utgöras av ett eller flera skikt väljas på lämpligt sätt eller i analogi med de i figurerna 1, la, lb visade utföringsexemplen. Genom att halvledarmaterialet ei den optiska förstärkaren pumpas med elektrisk ström, injektionsströmmen I, kan förstärkningen kontrolleras med hjälp av strömtillförseln (vilket givetvis även gäller för förstärkaren enligt utföringsexemplet i Fig. 1 liksom övriga utföranden). I detta utföringsexempel är således störningen utgjord av ett passivt ämne, emedan störningen enligt Fig. 1 utgörs av såväl passivt som aktivt material.

Den skulle även kunna vara rent aktiv.

Enligt en synnerligen fördelaktig utföringsform visad i fig. 5 är vågledaren 40 sammansatt av en första aktiv del 41 och en andra passiv del 42 för erhållande av ett förstärkande optiskt filter. (Ljus faller in från vänster i figuren). Detta utförande är endast visat mycket schematiskt eftersom det bygger på de :L det föregående diskuterade principerna med den skillnaden att vågledaren 40 bör vara utformad på så sätt att den har samma form hela vägen. Detta är emellertid ej bindande, även andra möjligheter är tänkbara. I det visade fallet utgörs vågledaren 40 av en s.k. rak vågledare. Ett transparent material 44 är exempelvis så anordnat i vågledaren 40, så 10 15 20 25 30 35 509 264 15 att det utsträcker sig väsentligen parallellt med vågledarens 40 longitudinella centrumlinje och på samma sätt så väl i den aktiva delen 41 som i den passiva delen 42. En periodiskt asymmetrisk störning 43 är anordnad på analogt sätt i så väl den aktiva 41, som den passiva delen 42 av vågledaren 40. Företrädesvis utgörs störningen 43 av ett transparent material. Ett andra transparent lager 44 är i analogi med Fig. 4a, 4b anordnat under den periodiskt asymmetriska störningen 43. Därvid kan den aktiva delen 41 av vågledaren 40 vara försedd med ett separat lager 45 av aktivt material, vilket är symmetriskt anordnat i förhållande till den longitudinella centrumlinjen eller också kan denna del av vågledaren 41 på annat sätt omfatta ett aktivt material. Korrugeringen 24 i den passiva delen 42 av vågledaren 40 är exempelvis uppbyggd analogt med den i fig. 3 beskrivna utföringsformen och utgör gräns mellan två lager eller media, 23, 25 med olika dielektricitets- konstant. Omgivande material, strömtillförsel m.m. kan utformas eller tillhandahållas på med under hänvisning till föregående utföringsexempel beskrivna sätt e. d. Dessutom kan vågledaren även omfatta flera störningar. Det kan även tilläggas att periodiciteten blir olika i den första delen 41 och den andra 42. Denna kombination av laserförstärkare och våglängdsfilter är i synnerhet avsett för våglängds- multiplexerade optiska kommunikationssystem, där informationen överföres med hjälp av flera olika våglängder i samma vågledare.

Uppfinningen hänför sig även till ett förfarande för polarisationsberoende behandling av en signal. Behandlingen förstärkning eller kan speciellt utgöras av våglängdsselektív reflektion eller en kombination härav.

Fig. 6 visar ett diagram över hur förstärkningen i decibel varierar för signaler med godtyckligt polarisations- tillstånd på ingången med förstärkarens längd i mm; varur 10 15 20 25 30 35 509 264 16 även fås den åskådliggjorda polarisationskänsligheten. (Den polarisationsoberoende förstärkningen är fixerad). (De två kurvorna anger en s.k. envelopp för olika polarisationer).

Såsom synes är polarisationskänsligheten en funktion av förstärkarlängden och intar med en viss periodicitet värdet 0. Dessa värden svarar mot lika förstärkning oberoende av signalens polarisationstillstånd på ingången. Det synes också att variationen i förstärkning för de olika polarisationstillstånden asymptotiskt går mot ett värde ju längre förstärkaren blir. Av praktiska skäl vill man emellertid för det mesta hålla nere längden på förstärkaren i största möjliga mån. Det synes också ur figuren att vid en liten avvikelse av längden på förstärkaren, eller vågledaren, kommer detta att ge upphov till en viss differens mellan förstärkning av olika polariserade insignaler vid polarisationskänslighetens första minimum.

Vid dess andra minimum har en mindre avvikelse från dess minimum betydligt mindre betydelse för differensen i förstärkning mellan respektive mod. Sålunda kan en avpassning göras beträffande vilket som är väsentligast, gå upp något i längd på vågledaren, men med lägre felkänslighet för längder eller hålla en minimal längd svarande mot första minima.i polarisationskänslighet, d.v.s en rotation svarande mot H rad, men där det ställs större krav på vågledarens längd. Enligt en föredragen utföringsform är den optiska förstärkaren, respektive det optiska reflektionsfiltret så utformat att det är lämpat för s.k. monolitisk integrering. Detta är bl.a. av betydelse eftersom det är eftersträvansvärt att kunna använda monolitiskt integrerade komponenter' i system i vilka ingår konventionella monomodfibrer, vilka ej bevarar signalens polarisationstillstånd.

I fig. 7 visas analogt med fig. 6 reflektionen i decibel för olika polarisationstillstånd på insignalen, som funktion av filtrets längd i mm. Figuren utgör en 10 15 20 509 264 17 illustration av möjliga värden på reflekterad signaleffekt signaler med fyra olika Filtrets i decibel för polarisationstillstånd på ingången. kopplingsstyrka är därvid fixerad.

Sammanfattningsvis kan sägas att en optisk anordning enligt uppfinningen kan utformas på en mängd olika sätt och den kan den vara utformad att användas såsom optisk förstärkare, reflektionsfilter eller en kombination av båda. Avgörande är att polarisationsrotation åstadkommes i vågledaren och att dess längd väljes på lämpligt sätt.

Exempelvis kan vågledaren vara utformad på en mängd olika sätt (där några exempel är angivna häri), ha olika struktur liksom olika material kan väljas, varvid med material även omfattas olika media såsom exempelvis luft e.t.c. Även i övrigt skall uppfinningen givetvis inte begränsas till visade utföringsexempel utan kan fritt varieras inom ramen för bifogade patentkrav.

Claims (18)

10 15 20 25 30 35 509 264 18 P2l596.llSE AMB/CB 1993-02-23 Patentkrav

1. Optisk anordning omfattande en vågledare (10; 20; 30; 40) och en polarisationsomvandlare, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att vågledaren (10; 20; 30; 40) och polarisationsomvandlaren utgörs av en gemensam enhet och att längden på vågledaren (10; 20; 30; 40) är så vald att den svarar mot en polarisationsrotation av en insignals polarisationstillstånd på en heltalsmultipel av väsentligen n radianer så att anordningen blir väsentligen polarisa- tionsoberoende.

2. Optisk anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att polarisationsomvandlaren ,utgöres av en periodiskt asymmetrisk vågledare eller periodiskt asymmetrisk störning (10; 21; 15; 43) i vägleda- ren (10; 20; 30; 40).

3. Optisk anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e - \t e c k n a d d ä r a v, att den periodiskt asymmetriska störningen ges av att åtminstone ett störande material (1; 21; 15; 43) med en första dielektricitetskonstant, 6,, är omgivet av åtminstone ett omgivande material eller medium (2, 3, 4, 5, 7; 22, 23; 13, 14, 17; 44) med åtminstone en annan dielektricitetskonstant ezdär åtminstone det störan- de materialet (1; 21; 15; 43) är periodiskt asymmetriskt anordnat i förhållande till vågledarens (10; 20; 30; 40) longitudinellla centrumlinje och att åtminstone det störande 'materialet (1; 21; 15; 43) och ett omgivande material har olika dielektricitetskonstanter. 10 15 20 25 30 509 264 19

4. Optisk anordning enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att vågledaren är aktiv och att anordningen utgör en laserförstärkare.

5. Optisk anordning enligt patentkrav 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att i vågledaren (10) anordnat störande material är aktivt (1) eller såväl aktivt (1) som passivt (2).

6. Optisk anordning enligt något av patentkraven 3 att det störande materialet utgörs av ett passivt material (21; 15; 43). eller4,kännetecknad därav

7. Optisk anordning enligt något av patentkraven 4, 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att vågleda- ren (10: 20; 30; 40) har en s.k. begravd struktur.

8. Optisk anordning enligt patentkrav 5, 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att det aktiva materialet (l; 13; 45) är ett halvledarmaterial vilket pumpas med en elektrisk injektionsström (I).

9. Optisk anordning enligt något av patentkraven 1-3, att vågledaren (20; 42) är passiv och försedd med en korrugering (periodisk k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, variation) (24) och att anordningen utgör ett reflektions- filter.

10. Optisk anordning enligt något av föregående patent- krav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att.anordningen utgöres av en halvledaranordning. 10 15 20 25 30 509 264 20

11. Optisk anordning enligt patentkrav 9 eller 10, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att korrugeringens (24) periodicitet ges av TE, - eller TM-modens propaga- tionskonstanter på i sig känt sätt.

12. Optisk anordning enligt något av föregående patent- krav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att vågledaren (40) är sammansatt och utgörs av en första aktiv del (41) och en andra passiv del (42), där den passiva delen (42) är försedd med en korrugering (24) så att anordningen bildar ett förstärkande filter.

13. Förfarande för polarisationsoberoende behandling av en optisk signal varvid signalen polarisationsroteras och gårigenomenvågledare, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att, signalen polarisationsroteras under det att den passerar vågledaren och att längden på vågledaren väljes på så sätt att signalens behandling blir väsentligen oberoende av polarisationstillstånd på ingången genom att polarisa- tionsrotationen svarar mot en heltalsmultipel av väsent- ligen n radianer.

14. Förfarande enligt patentkrav 13, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att man för polarisa- tionsrotation i vågledaren (lO; 20; 30; 40) förser denna med en periodiskt asymmetrisk störning (1; 21; 15; 43) utgjord av ett passivt och/eller aktivt material varvid rotationshastigheten i. vågledaren (10; 20; 30; 40) be- stämmes av graden av asymmetri i dielektricitetskonstant där åtminstone ett den asymmetriska störningen innehållande material med en viss dielektricitetskonstant omges av åtminstone ett annat material med en annan dielektricitets- konstant. 10 15 20 25 30 509 264 21

15. Förfarande för förstärkning av en inkommande optisk signal enligt något av patentkraven 13-14, k ä n n e - t e c k n a t d ä 17 a v att vågledaren (10; 30; 40) omfattar ett aktivt material (1; 13; 45) och att störningen åstadkommes av aktivt och/eller passivt material (21; 15; 43).

16. Förfarande för filtrerad optisk reflektion av en inkommande optisk signal, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att den optiska signalen polarisationsroteras under den passage genom en vågledare (20; 40), där vågleda- ren förutom att den är försedd med en periodiskt asymmet- risk störning (21; 43)för åstadkommande av rotationen dessutom är försedd med en störning i form av en korruge- ring (gitter) (24) för våglängdsselektion, varvid man väljer längden på vågledaren (20; 40) på så sätt att den roterar signalens polarisationstillstånd en heltalsmultipel av n radianer.

17. Förfarande för filtrerad förstärkning av en optisk signal enligt något av patentkraven 13, 15 k ä n n e - t e c k n a t d ä r a v' att signalen polarisationsroteras under sin passage genom en vågledare (40) vilken består av en första (41) och en andra (42) del där den ena delen är aktiv (41) och den andra är> passiv (42) och dessutom försedd med en korrugering (24), där en störning åstadkom- mer rotationen och där sagda störning går genom såväl den första (41) som den andra delen (42) av vågledaren (40).

18. Förfarande enligt patentkrav 17, k ä n n e - t e c k n a t d ä r a v, att signalen polarisations- roteras en multipel av väsentligen n radianer såväl i den aktiva (41) som i den passiva (42) delen av vågledaren.