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Gitter mit grosser Gitterperiode aufweisender optischer Bandpassfilter - Dokument DE60212003T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60212003T2 21.09.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001271194
Titel Gitter mit grosser Gitterperiode aufweisender optischer Bandpassfilter
Anmelder Fitel USA Corp. (a Delaware Corp.), Norcross, Ga., US
Erfinder Ramachandran, Siddarth, Hoboken, NJ 07030, US
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Aktenzeichen 60212003
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 27.06.2002
EP-Aktenzeichen 020143301
EP-Offenlegungsdatum 02.01.2003
EP date of grant 07.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.09.2006
IPC-Hauptklasse G02B 6/124(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G02B 6/293(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01S 5/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01S 3/067(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf optische Filter und insbesondere auf optische Bandpassfilter mit geringem Verlust.

Hintergrund der Erfindung

Optische Bandpassfilter lassen Licht über ein vorbestimmtes Band von Wellenlängen durch, während alle anderen Wellenlängen durch Absorption, Strahlung oder Streuung unterdrückt werden. Derartige Filter sind bei Laserhohlräumen bzw. -resonatoren oder optischen Kommunikationssystemen nützlich. Zum Beispiel können dieselben verwendet werden, um die Wellenlänge einer Operation eines Lasers einzuschränken, wenn derselbe innerhalb oder außerhalb des Laserhohlraums eingesetzt wird. Bei optischen Kommunikationssystemen können dieselben an dem Eingang eines optischen Empfängers verwendet werden, um unerwünschtes Licht, wie z. B. Spontanemissionsrauschen außerhalb des Wellenlängenbandes des Signals, zu trennen. Es sei verwiesen auf D. M. Shamoon, J. M. H. Elmirghani, R. A. Cryan, „Characterisation of optically preamplified receivers with fibre Bragg grating optical fibers", IEEE Colloquium on Optical Fiber Gratings, März 1996. Optische Regeneratoren, die auf einer Eigenphasenmodulation basieren, erfordern ein Extrahieren eines vorbestimmten Wellenlängenbandes aus einem breiten Lichtspektrum.

Mehrere Vorrichtungen wurden vorgeschlagen und gezeigt, um die Funktionalität eines Bandpassfilterns zu bieten. Faser-Bragg-Gitter können in dem Reflexionsmodus mit einem Zirkulator oder in dem Übertragungsmodus verwendet werden, um ein schmales Wellenlängenband auszuwählen. Es sei verwiesen auf Xu, M. G.; Alavie, A. T.; Maaskant, R.; Ohn, M. M.; „Tunable fiber bandpass filter based on a linearly chirped fiber Bragg grating for wavelength demultiplexing", Electron Lett., 32, S. 1918–1919 (1996). Eine Operation in dem Reflexionsmodus erfordert ein Hinzufügen eines Zirkulators in der Übertragungsleitung – dies erhöht die Kosten, den Verlust und die Komplexität für die Vorrichtung. Ein weiterer Nachteil bei Bragg-Gittern, die entweder bei der Übertragung oder der Reflexion verwendet werden, besteht darin, dass derartige Filter hochgradig dispersiv sein können, was Pulsformverzerrungen hervorruft. Es sei verwiesen auf Lenz, G.; Eggleton, B. J.; Giles, C. R.; Madsen, C. K.; Slusher, R. E.; „Dispersive properties of optical filters for WDM systems", IEEE Journal of Quantum Electronics, 34, S. 1390–1402, (1998). Alternativ dazu können dielektrische Dünnfilmfilter auch als Bandpassfilter verwendet werden (siehe: US-Patent Nr. 5,615,289), neben ihrer dispersiven Beschaffenheit (ähnlich Bragg-Gittern) weisen dieselben jedoch die zusätzlichen Nachteile auf, dass es sich dabei um Freiraumvorrichtungen handelt. Somit muss Licht zur Verwendung bei derartigen faseroptischen Systemen in Faserpigtails gekoppelt werden. Dies steigert Verlust, Kosten und Komplexität.

Eine alternative Technik zum Herstellen von Bandpassfiltern verwendet zwei identische Langperiodenfasergitter (LPGs), die in Reihe in der faseroptischen Übertragungsleitung mit einer Kernsperre zwischen denselben gespleißt sind. (Siehe: US-Patente Nr. 6,151,427.) Das erste Langperiodengitter wandelt ein schmales Wellenlängenband eines Kernmodenlichts in eine Mantelmode um, und das zweite identische Gitter koppelt das Mantelmodenlicht zurück in die Kernmode. Die Kernsperre zwischen den zwei LPGs dämpft oder streut jegliches Licht, das nicht in die Mantelmode umgewandelt wurde. Dieser Vorrichtung sind Nachteile zugeordnet – (1) die Kernsperre dämpft gleichzeitig Licht in allen Moden, somit ist die Vorrichtung inhärent verlustbehaftet. Folglich können nur Mantelmoden höherer Ordnung verwendet werden, da Mantelmoden niedrigerer Ordnung einen noch höheren Verlust aufweisen; (2) die Kernsperre bildet eine diskrete Diskontinuität in der Faser, was zu einer unerwünschten Modenkopplung und einer Intermodeninterferenz führt; (3) ein Abstimmen eines derartigen Filters erfordert ein gleichzeitiges Abstimmen beider LPGs um identische Beträge, da das Filter nur dann ordnungsgemäß wirksam ist, wenn beide LPGs identische Spektren aufweisen. Bei Bandpassfiltern, die akustooptisch erzeugte oder mikrokrümmungsbewirkte LPGs verwenden, besteht ein zusätzlicher Nachteil: die Vorrichtung ist inhärent polarisationsempfindlich.

Somit besteht ein Bedarf an einem Bandpassfilter, das eine eingereihte Faservorrichtung ist, einen niedrigen Verlust aufweist, polarisationsunempfindlich ist, abstimmbar und einfach zu implementieren ist.

Eine Filtervorrichtung, die optische Gitter in einer optischen Faser verwendet, ist in der WO 99/59010 A beschrieben. Die Gitter werden durch Mikrokrümmungen in der Faser erzeugt und weisen eine Vielzahl von Nachteilen teilweise aufgrund von mechanischen Instabilitäten auf. Außerdem weisen dieselben eine begrenzte Anwendbarkeit auf (nur bei asymmetrischen Moden).

D. S. Starodubov u. a.: "All-Fiber Bandpass Filter With Adjustable Transmission", Proceedings of optical fiber communication conference and the international conference on integrated optics and optical fiber communications, Bd. 3, 21. Februar 1999, S. 138–140, beschreiben ein Bandpassfilter, das zwei Langperiodengitter und ein Kernsperrelement zwischen den zwei Gittern aufweist. Jegliches Licht, das eine resonanzfreie Wellenlänge aufweist, trifft auf die Kernsperre und wird ausgelöscht. Die Lichtwellenlängen, die durch das Filter hindurchgehen, werden dadurch durch die Kern-/Mantelresonanzen der Gitter bestimmt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes optisches Filter und ein Verfahren zum Filtern zu schaffen, die einen geringen Verlust liefern, polarisationsempfindlich, abstimmbar und einfach zu implementieren sind.

Diese Aufgabe wird durch ein optisches Filter gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.

Darlegung der Erfindung

Gemäß der Erfindung werden LPGs in einer neuen Konfiguration verwendet, um ein eingereihtes (in-line) Bandpassfiltern von optischen Signalen bei einem optischen System zu liefern. Bei einem bevorzugten Fall ist das optische System ein Optikfasersystem. Bei dem Grundfilterausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei unterschiedliche LPGs in seriell kaskadierten optischen Wellenleitern der Übertragungsleitung eingebaut. In dem ersten Wellenleiter des Filters wird das Signallicht anfangs in der Grund- oder LP01-Mode übertragen. Das erste LPG wandelt das Signallicht über einen breiten Wellenlängenbereich in eine Mode höherer Ordnung (HOM) des ersten optischen Wellenleiters um. Die Umwandlung wird unter Verwendung eines Breitband-LPG erreicht, das eine starke Modenwandlung über ein breites Spektrum liefert. Es sei verwiesen auf S. Ramachandran, M. F. Yan, L. C. Cowsar, A. C. Carra, P. Wisk, R. G. Huff und D. Peckham, „Large bandwidth, highly efficient mode coupling using long-period gratings in dispersion tailored fibers", Optics Letters, Bd. 27, S. 698–700 (2002); US-Patent Nr. 6,084,996. In der folgenden Beschreibung wird das Breitband-LPG als BB-LPG bezeichnet. Das BB-LPG ist durch ein Anregen entweder einer kerngeführten HOM oder einer mantelgeführten HOM des ersten optischen Wellenleiters wirksam. Das modenumgewandelte Signal mit einer Mode LPm,n wird dann mit dem zweiten optischen Wellenleiter gekoppelt, wobei der zweite Wellenleiter Übertragungscharakteristika aufweist, die sich von denjenigen des ersten optischen Wellenleiters unterscheiden. Der zweite Wellenleiter koppelt stark mit der LPm,n-Mode, da das zweite LPG, bei dem es sich um ein herkömmliches LPG handeln kann, eine starke Schmalbandkopplung zwischen der LPm,n- und der LP01-Mode des zweiten optischen Wellenleiters liefert. Das zweite LPG wird hier als ein Schmalband-LPG (NB-LPG) bezeichnet.

Licht, das in das Doppel-LPG-Filter eintritt, trifft zuerst auf das BB-LPG, wo mehr als 99% des Signals über einen breiten Wellenlängenbereich in eine LPm,n-Mode umgewandelt werden. Wenn das umgewandelte Signal auf das NB-LPG trifft, wird das Signal über ein ausgewähltes schmales Band von Wellenlängen, die durch das NB-LPG akzeptiert werden, zurück in die LP01-Mode des zweiten Wellenleiters umgewandelt. Das ausgewählte schmale Band in der LP01-Mode breitet sich effizient über den Rest des Optikwelleiterübertragungswegs aus; d. h. den Rest des zweiten Wellenleiters.

Die Modenverteilungsprofile der LPm,n-Mode, die in dem BB-LPG angeregt wird, und der LPm,n, die in dem NB-LPG umgewandet wird, müssen nicht übereinstimmen, solange die Ordnung der Moden (m und n) die gleichen sind. Das BB-LPG und das NB-LPG können getrennte Wellenleiterabschnitte aufweisen oder können in einer gleichen Länge eines Wellenleiters gebildet sein. Die Wellenleiter sind bevorzugt optische Fasern. Falls die LPGs getrennte optische Fasern aufweisen, die zusammen gespleißt sind, koppelt das Signal adiabatisch an der Spleißstelle, da die Modenformen die gleichen sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

1 ist ein schematisches Diagramm des Bandpassfilters der Erfindung;

2 ist eine graphische Darstellung von Gitterperiode über Wellenlänge, die die Beziehung für zwei LPGs in unterschiedlichen optischen Fasern zeigt;

3 ist eine graphische Darstellung von Intensität über Wellenlänge, die die effektiven Modenumwandlungseigenschaften für das BB-LPG und das NG-LPG zeigt;

4 ist eine graphische Darstellung, die derjenigen von 3 ähnlich ist, für das Filter von 1, d. h. mit den kombinierten LPGs;

5 ist ein schematisches Diagramm, das die Verwendung des optischen Filters der Erfindung bei einem Laser veranschaulicht;

6 ist ein schematisches Diagramm, das die Verwendung des optischen Filters der Erfindung bei einem Raman-Laser veranschaulicht;

7 ist eine schematische Darstellung der Verwendung des optischen Filters der Erfindung bei einer Optiksignalregeneratorvorrichtung; und

8 ist eine schematische Darstellung eines Systems, das das optische Filter der Erfindung bei einem optischen Vorverstärker für einen optischen Empfänger verwendet.

Detaillierte Beschreibung

Unter Bezugnahme auf 1 stellt die gezeigte Anordnung die allgemeine Form des Bandpassfilters der Erfindung dar. Das Filter weist einen ersten Faserabschnitt 11 mit einem BB-LPG 12, einen zweiten Faserabschnitt 13 mit einem NB-LPG 14 und eine Spleißstelle 15, die die zwei Faserabschnitte miteinander verbindet, auf. Die Spleißstelle 15 wandelt die HOM der Faser 11 adiabatisch in die HOM der Faser 13 um. Das BB-LPG 12 weist eine Gitterperiode auf, die für eine Breitbandmodenumwandlung ausgewählt ist, und das NB-LPG 14 weist eine andere Gitterperiode auf, die für eine Schmalband-, d. h. Bandpass-, Modenumwandlung ausgewählt ist. Die Auswahl von Gitterperioden ist in 2 veranschaulicht.

Unter Bezugnahme auf 2 sind Phasenanpassungsbeziehungen für LPGs gezeigt, die die LP01-Mode mit der LP02-Mode koppeln (zum Beispiel). Eine Kurve 21 stellt die Phasenanpassungsbeziehung einer Faser dar, die ein BB-LPG bei etwa 1.470 nm ergibt. Ein einzigartiges Merkmal der Kurve 21 ist der Umkehrpunkt (TAP) bei der Phasenanpassungsbeziehung. Bei dem TAP ist eine vertikale Linie 22 tangential zu der Phasenanpassungskurve 21. Falls eine Gitterperiode den Wert aufweist, der der Tangentenlinie 22 entspricht, erfüllt ein breiter Wellenlängenbereich in etwa die Phasenanpassungsbeziehung. Für Wellenlängen in diesem Bereich ergibt sich ein BB-LPG, da die Wellenlängen sich nahe dem TAP bei oder nahe einer Resonanz befinden. Bei diesem Beispiel ergibt ein BB-LPG mit einer Periode von 115 Mikrometern (Linie 22) ein BB-LPG bei etwa 1.470 nm.

Eine Kurve 23 entspricht der Phasenanpassungsbeziehung eines LPG bei einer zweiten Faser. Aus der Kurve 23 ist ersichtlich, dass das LPG ein NB-LPG für eine beliebige Wellenlänge ergibt, die größer als etwa 1.300 nm ist. Das heißt, für Wellenlängen, die größer als 1.300 nm sind, ist eine vertikale Linie, die einer ausgewählten Gitterperiode entspricht, niemals tangential zu der Phasenanpassungskurve 23. Somit besteht kein breiter Bereich von Wellenlängen, die die Phasenanpassungsbeziehung in etwa erfüllen. Zum Beispiel schneidet eine Linie 24 die Phasenanpassungsbeziehung nur bei einer Wellenlänge.

Bei dieser Darstellung stellt Kurve 23 eine Faser mit dem gleichen Indexprofil wie demjenigen dar, das durch Kurve 21 dargestellt ist, die Faser, die der Kurve 23 zugeordnet ist, ist jedoch auf einen Durchmesser gezogen, der 80% des ursprünglichen Durchmessers der Faser beträgt, die der Kurve 21 zugeordnet ist. Ein Abmessungsskalieren einer Faser auf diese Weise verschiebt den TAP der Faser. Somit ergibt eine Faser, die ein BB-LPG ergibt, wenn dieselbe auf einen Durchmesser gezogen ist, ein NB-LPG, wenn dieselbe auf einen anderen Durchmesser gezogen ist. Ein Abmessungsskalieren ist eine von mehreren Möglichkeiten, den TAP der Faser zu verschieben oder einzustellen. Das gleiche Ziel kann durch ein Bewirken einer Konstantindexveränderung bei der Faser oder durch ein Ätzen des äußeren Durchmessers des Mantels realisiert werden. Während die erstere Technik zu einem Verschieben des TAP von sowohl einer Mantelmode als auch einer kerngeführten Mode führt, ist Letztere nützlich, wenn die HOM, die für das Bandpassfilter verwendet wird, eine Mantelmode ist.

Um die Charakteristika der Faserabschnitte 11 und 13 bei dem Filter von 1 zu veranschaulichen, sind experimentell erhaltene Spektren in 3 gezeigt. Die Phasenanpassungskurve 21 von 2 für die Faser 11 (äußerer Durchmesser OD = 121 &mgr;m) weist einen TAP bei 1.540 nm auf. Ein LPG, das an der entsprechenden Gitterperiode (112,5 &mgr;m) geschrieben ist, wandelt die eingehende LP01-Mode über das gesamte C-Band in die LP02-Mode um. Die Länge dieses Gitters beträgt 1 cm mit einer Indexstörung von 5 × 10–3. Dies veranschaulicht, dass mehr als 99% (> 20 dB) von Licht über einen Spektralbereich zwischen 1.527 nm und 1.571 nm umgewandelt werden.

Allgemeiner kann der Wellenlängenbereich des BB-LPG durch ein geeignetes Entwerfen einer Faser mit unterschiedlichen Dispersionseigenschaften für die Grundmode und die HOM gesteuert werden.

Die Bandbreite &Dgr;&lgr; des BB-LPG ist gegeben durch: &Dgr;&lgr; = A × &lgr;res/√L × &Dgr;D × c wobei &Dgr;D die Differenz der Dispersion zwischen den zwei Moden ist, die durch das BB-LPG gekoppelt werden, L die Länge des Gitters ist, &lgr;res die Resonanzwellenlänge ist (bei der eine maximale Kopplung auftritt), c die Geschwindigkeit von Licht in einem Vakuum ist, und A eine Konstante ist, die durch die maximale Kopplungsstärke des Gitters bestimmt wird. Somit kann eine Vielzahl von Breitbandspektren unter Verwendung dieses Konzepts erhalten werden. Der Wellenlängenbereich bei einem typischen BB-LPG kann von 40 bis 100 nm reichen.

Der Faserabschnitt 13 ist eine Faser mit wenigen Moden, die der Faser 11 ähnlich ist, ist jedoch auf einen OD von 112 &mgr;m gezogen. Das Spektrum eines NB-LPG bei dieser Faser ist durch eine Kurve 32 in 3 gezeigt. Dieses Spektrum ist für ein 5,7 cm langes gleichmäßiges LPG mit einer Gitterperiode von 120 &mgr;m und einer Indexstörung von 1 × 10–4. Die 3dB-Bandbreite beträgt 7 nm und liefert 99,6% (24 dB) Modenumwandlung bei der Resonanzwellenlänge von 1.555 nm. Die LPG-Spektren können in der Bandbreiten durch ein Modifizieren der dispersiven Eigenschaften der Faser oder der physikalischen Parameter des Gitters zugeschnitten werden.

Die Bandbreite &Dgr;&lgr; des NB-LPG ist gegeben durch: &Dgr;&lgr; = A × &lgr;2res/L × &Dgr;ng wobei &Dgr;ng die Differenz der Gruppenindizes zwischen den zwei Moden ist, die durch das NB-LPG gekoppelt werden, und der Reste der Terme wie bereits definiert ist. Neben einer Kontrolle über die Bandbreite kann ein Chirpen der Periode des Gitters oder ein Apodisieren der Indexstörungen der Gitter eine Mehrzahl von Spektralformen ergeben (z. B. rechteckig, gaussförmig usw.).

Unter Bezugnahme auf die Elemente von 1 funktioniert die Vorrichtung folgendermaßen.

Im Wesentlichen das gesamte Licht in einem ganzen Kommunikationsband, das durch den BB-LPG 12 hindurchgeht, wird zu der LP02-Mode umgewandelt. Wenn das LP02-Modenlicht die Spleißstelle 15 durchläuft, die den Faserabschnitt 11 mit dem Faserabschnitt 13 spleißt, wird das LP02-Modenlicht der Faser 11 adiabatisch zu der LP02-Mode der Faser 13 umgewandelt. Dann wählt das NB-LPG 14 einen gewünschten schmalen Abschnitt des Spektrums aus und wandelt diesen zu der LP01-Mode zurück um. Dies ergibt ein Bandpassfilter mit Eigenschaften, die durch eine Kurve 35 in 4 gezeigt sind.

Die Vorrichtung, die in 1 veranschaulicht ist, liefert eine allgemeine Plattform zum Herstellen von Bandauswahlim Gegensatz zu Bandunterdrückungsfiltern mit LPGs. Der erste Modenwandler BB-LPG 12 dient nur als eine Vorrichtung, die ein räumlich modifiziertes Eingangssignal für das NB-LPG 14 liefert, und definiert nicht die Spektralcharakteristika des Bandpassfilters. Das Spektrum des Filters ist durch das invertierte Spektrum des NB-LPG 14 definiert. Ferner können anstelle von nur einem NB-LPG 14 mehrere NB-LPG in Reihe hinzugefügt werden. Alternativ dazu kann das NB-LPG konzipiert sein, um mehrere Schmalbandresonanzen zu besitzen. Dies ermöglicht die Aussicht auf ein Spektralformen bei der Bandpasskonfiguration durch ein Variieren der Spektraleigenschaften von einem oder mehr NB-LPG 14.

Die soeben beschriebene Vorrichtung weist einen Vorteil gegenüber herkömmlichen Filtern, die LPGs verwenden, auf, dahingehend, dass kein Kernsperrelement verwendet wird. Dies vermeidet den Verlust, der bei Vorrichtungen mit dieser Konfiguration inhärent ist. Zum Zweck eines Definierens dieser Unterscheidung funktioniert der Übertragungsweg zwischen dem BB-LPG und dem NB-LPG adiabatisch. Außerdem umfasst der Übertragungsweg, der die LPGs koppelt, kein aktives Dämpfungselement, d. h. ein Element, das eine beabsichtigte und gewollte Funktion eines Dämpfens von Licht aufweist. Es ist nicht beabsichtigt, dass eine herkömmliche Spleißstelle, die für eine Minimallichtdämpfung konzipiert ist, wie es in diesem Kontext kein aktives Dämpfungselement ist.

Das Spleißelement 15 in 1 wandelt die HOM der Faser 11 (nach einem Durchlaufen des NB-LPG) adiabatisch zu einer HOM der Faser 13 um. Dies kann durch ein Bewirken eines Wärmeprofils entlang der Spleißstelle und/oder ein Verjüngen einer Faser bezüglich der anderen erreicht werden, um sicherzustellen, dass die zwei HOMs wirksam koppeln. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist, sind die zwei Fasern 11 und 13 mit einer physischen Spleißstelle gezeigt, die dieselben verbindet, d. h. die Fasern 11 und 13 sind getrennte Fasern. Die physische Spleißstelle 15 und der zugehörige Verlust bei dieser Spleißstelle können durch ein Herstellen einer einzigen Faser mit zwei gesonderten Übertragungscharakteristika vermieden werden. Zum Beispiel kann der Durchmesser der Faser hergestellt werden, um longitudinal entlang der Faserlänge zu variieren, d. h. ein erster Abschnitt mit einem ersten Durchmesser und ein zweiter Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser. Alternativ dazu kann der Mantel selektiv von einem Abschnitt einer einzelnen Faser zu einem anderen modifiziert sein. Deshalb ist die funktionelle Operation der Spleißstelle 15 der wichtige Aspekt und kann als ein Mittel zum Bewirken einer Veränderung von einer HOM mit einer Charakteristik zu einer entsprechenden HOM mit einer anderen Charakteristik definiert werden.

Da gleichmäßige LPGs keine dispersiven Filter sind, sind die hier beschriebenen Bandpassfilter nicht dispersiv.

Das Filter der Erfindung kann auch durch ein Bewirken einer Verschiebung bei der Phasenanpassungskurve für das NB-LPG (Kurve 23 von 2) abgestimmt werden. Alternativ dazu ermöglicht ein Dotieren des Mantels der Faser oder ein Beschichten des äußeren Mantels der Faser mit einem elektrooptischen oder einem nicht-linearen optischen Material eine elektrische oder optische Steuerung der Resonanzwellenlänge des Bandpassfilters.

Das Bandpassfilter der Erfindung kann bei einer Vielzahl von Systemen verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Vielzahl von Laservorrichtungen unter Verwendung des Bandpassfilters der Erfindung als ein im Inneren eines Hohlraums befindliches Element abgestimmt werden. Bei einem herkömmlichen Laserhohlraum, der durch zwei Schmalbandreflektoren, einen hohen bzw. starken Reflektor und einen schwachen Reflektor (Ausgangsspiegel), definiert ist, sind die beiden Schmalbandreflektoren durch zwei Breitbandreflektoren (einer hoch und einer schwach) ersetzt, mit dem Bandpassfilter der Erfindung in dem Hohlraum. Die Laserwellenlänge kann durch ein Abstimmen des Filters eingestellt werden. Mehrere Laserwellenlängen können dadurch erzeugt werden, dass ein oder mehr NB-LPGs in dem Bandpassfilter vorliegen, die mehrere Resonanzen aufweisen.

Eine Darstellung dieser verallgemeinerten Form eines Lasers ist in 5 gezeigt, wo die Verstärkungsfaser bei 38 gezeigt ist, der hohe Reflektor bei 39, der schwache Reflektor bei 41, das Eingangssignal bei 43, die Laserpumpe bei 44 und der WDM zum Kombinieren von Signal und Pumpe bei 45. Das Bandpassfilter der Erfindung, das allgemein bei 46 gezeigt ist und einen BB-LPG 47, einen NB-LPG 48 und eine Spleißstelle 49 aufweist, ist innerhalb des Laserhohlraums platziert, wie es gezeigt ist.

Eine spezifische Form eines Lasers, ein kaskadierter Raman-Faserlaser, ist speziell zur Verwendung mit dem Filter der Erfindung angepasst. Diese Vorrichtungen können hergestellt werden, um bei mehreren Wellenlängen wirksam zu sein, indem mehrere Sätze von Bragg-Gittern verwendet werden, die Schmalbandhochreflektoren und Ausgangskopplungseinrichtungen/schwache Reflektoren aufweisen. Diese Paare von Bragg-Gittern definieren Laserhohlräume, und die Resonanzwellenlänge des Schmalbandgitters definiert die Laserwellenlänge.

Ein Ausführungsbeispiel dieser Vorrichtung ist in 6 veranschaulicht. Der Raman-Resonator 51 weist eine Faser 52 und Gitter 53, 54 auf. Bei der herkömmlichen Vorrichtung ist der Resonator auf beiden Seiten durch ein Schmalbandgitter begrenzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Resonator durch einen Breitbandhochreflektor 48 und Gitter eines schwachen Reflektors 49 begrenzt. Nun wird die Resonanzwellenlänge durch ein Bandpassfilter 56 der Erfindung gesteuert. Das Bandpassfilter 56 weist, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, ein BB-LPG 57, ein NB-LPG 58 und eine Spleißstelle 59 auf. Ein Abstimmen wird durch ein Abstimmen des NB-LPG des Bandpassfilters erreicht. Da LPGs (und deshalb die LPG-Bandpassfilter) in hohem Maße durch im Vorhergehenden beschriebene Verfahren abstimmbar sind, wäre eine gewobbelte Wellenlängenquelle, die bei verstärkten Raman-Optikkommunikationssystemen nützlich ist, ohne Weiteres realisierbar. Für weitere Details bezüglich dieser Systeme und für Implementierungen einer gewobbelten Wellenlänge bei diesen Systemen wird Bezug genommen auf die ebenfalls anhängige Anmeldung Seriennummer 10/098,200, eingereicht am 15.03.02, mit dem Titel „Wideband Raman Amplifiers", jetzt US 20030174938. Allgemeiner können mehrere NB-LPG 58 in Reihe hinzugefügt werden, um eine gleichzeitige abstimmbare Operation der Vorrichtung über mehrere Laserwellenlängen zu liefern.

Die Bandpassfilter der Erfindung sind auch gut zur Verwendung mit auf Eigenphasenmodulation (SPM) basierenden optischen Regeneratoren angepasst. Diese Vorrichtungen sind relativ einfach und weisen normalerweise eine nicht-lineare Faser auf, die einem Bandpassfilter zugeordnet ist (siehe US-Patent Nr. 6,141,129). Das Signal wird in den nichtlinearen Faserabschnitt eingekoppelt, wodurch eine SPM bei dem Signal bewirkt wird. Die Wirkung besteht darin, das Spektrum der Abschnitte des Signals, die einen ausgewählten Intensitätswert überschreiten, zu verbreitern. Das Bandpassfilter wählt dann einen vorbestimmten Abschnitts des verbreiterten Spektrums aus. Im Idealfall sollte das Bandpassfilter für diese Anwendung abstimmbar sein, um zeitliche Veränderungen des Spektrums zu berücksichtigen. Es ist auch erwünscht, dass das Filter dispersionslos ist. Diese Desiderata werden durch das Bandpassfilter der Erfindung erfüllt.

Eine schematische Darstellung eines optischen Regenerators, der das Bandpassfilter der Erfindung verwendet, ist in 7 gezeigt. Der nicht-lineare Faserabschnitt ist bei 62 gezeigt, und das Bandpassfilter, das ein BB-LPG 67, ein NB-LPG 68 und eine Spleißstelle 69 aufweist, ist allgemein bei 66 gezeigt.

Vorverstärker für optische Empfänger verwenden Rauschfilter zum Entfernen von Spontanemissionsrauschen aus dem empfangenen Signal. Dieses Rauschen stammt von Verstärkern entlang dem Übertragungsweg. Das Rauschen besteht normalerweise über den gesamten Spektralbereich, einschließlich der Signalwellenlänge und wesentlicher Seitenbänder des Signals. Dieses Hintergrundrauschen verschlechtert das Signal-Rausch-Verhältnis des Signals an den Empfänger. Ein Bandpassfilter könnte selektiv Rauschen außerhalb der Signalwellenlänge dämpfen und deshalb das optische Signal-Rausch-Verhältnis verbessern, wäre jedoch besonders effektiv, wenn das Bandpassfilter dispersionslos wäre. Diese Charakteristika werden durch das Bandpassfilter der Erfindung geliefert.

Ein optisches Vorverstärkersystem, wie dasselbe soeben beschrieben wurde, ist in 8 gezeigt, wo auf den optischen Verstärker 72 ein Bandpassfilter folgt, das allgemein bei 76 gezeigt ist, das ein BB-LPG 77, ein NB-LPG 78 und eine Spleißstelle 79 aufweist. Das gefilterte Signal wird dann in einen Empfänger eingeführt, der in der Figur durch eine lichtempfindliche Diode 81 dargestellt ist.

Die Erfindung ist im Vorhergehenden unter Verwendung von optischen Faser zum Implementieren des Bandpassfilter der Erfindung beschrieben. Ähnliche Vorrichtungen können unter Verwendung anderer Formen von Wellenleitern, z. B. von Planarwellenleitern bei Optische-Integrierte-Schaltung(OIC-) Vorrichtungen, hergestellt werden.

Die Langperiodengitter, die hier beschrieben sind, können durch verschiedene Techniken gebildet werden. Ein üblicher Ansatz besteht darin, die Gitter unter Verwendung von UV-Licht in eine Ge-dotierte Faser zu schreiben. Andere Verfahren können jedoch ebenfalls verwendet werden. Zum Beispiel sind mikrokrümmungsbewirkte LPGs geeignet. Dies kann mit akustooptischen Gittern, bogenspleißerbewirkten periodischen Mikrokrümmungen oder durch ein Pressen der Faser zwischen gewellten Blöcken, die die erforderliche Gitterperiodizität aufweisen, realisiert werden.

Verschiedene zusätzliche Modifizierungen dieser Erfindung werden Fachleuten einfallen. Alle Abweichungen von den spezifischen Lehren dieser Beschreibung, die sich im Grunde auf die Prinzipien und ihre Äquivalente stützen, durch die die Technik verbessert wurde, werden richtig als in dem Schutzbereich der Erfindung liegend betrachtet, wie dieselbe beschrieben und beansprucht ist.


Anspruch[de]
  1. Ein optisches Filter, das folgende Merkmale aufweist:

    a. einen optischen Wellenleiter, der einen ersten Abschnitt (11) und einen zweiten Abschnitt (13) aufweist, wobei der erste und der zweite Abschnitt seriell verbunden sind, wobei der erste Abschnitt optische Übertragungscharakteristika aufweist, die sich von denjenigen des zweiten Abschnitts unterscheiden

    b. ein erstes Langperiodengitter (12) zum Umwandeln von Signallicht, das sich in einer Mode LP01 ausbreitet, zu einem Signal, das sich in einer Mode LP0,n ausbreitet;

    c. eine optische Kopplungseinrichtung (15), die konfiguriert ist, um ein Signallicht, das sich in einer Mode LPm,n ausbreitet, in dem ersten Abschnitt zu LPr,s-Modenlicht in dem zweiten Abschnitt zu übertragen, wobei m = r und n = s,

    d. ein zweites Langperiodengitter (14) zum Umwandeln eines ausgewählten Bandes &Dgr;&lgr;2 des Signallichts, das sich in der Mode LPr,s ausbreitet, in dem zweiten Abschnitt in Licht, das sich in der Mode LP01 ausbreitet,

    wobei die Langperiodengitter (12, 14) durch periodische Brechungsindexveränderungen gebildet werden, die durch UV-Licht in den optischen Wellenleiter geschrieben werden,

    dadurch gekennzeichnet, dass:

    das erste Langperiodengitter (12) ein Brechungsindexgitter mit einem Umkehrpunkt (TAP) ist, und die Gitterperiode des ersten Langperiodengitters (12) dem TAP entspricht, und

    das zweite Langperiodengitter (14) ein Brechungsindexgitter ist, und die Gitterperiode des zweiten Langperiodengitters (14) keinem TAP entspricht.
  2. Das optische Filter gemäß Anspruch 1, bei dem der erste Abschnitt (11) des optischen Wellenleiters und der zweite Abschnitt (13) des optischen Wellenleiters jeder eine optische Faser aufweisen,
  3. Das optische Filter gemäß Anspruch 1, bei dem die optische Kopplungseinrichtung (15) eine Faserspleißstelle aufweist.
  4. Das optische Filter gemäß Anspruch 1, wobei das Filter in einem Resonanzhohlraum als ein Teil eines Lasers umschlossen ist.
  5. Das optische Filter gemäß Anspruch 1, wobei das optische Filter seriell mit einem kaskadierten Raman-Resonator verbunden ist, wobei der Raman-Resonator einen Raman-Resonatorhohlraum aufweist.
  6. Verfahren zum Filtern eines optischen Signals mit einem Band &Dgr;&lgr;1, das folgende Schritte aufweist:

    a. Übertragen des Signals durch einen ersten Wellenleiter, wobei das Signal eine LP01-Mode aufweist,

    b. Übertragen der LP01-Signalmode durch ein Langperiodengitter (12) in dem ersten Wellenleiter, wobei das Langperiodengitter (12) ein breites Durchlassband aufweist, wodurch die LP01-Signalmode zu einer Signalmode LP0,n höherer Ordnung umgewandelt wird, wobei das Langperiodengitter (12) in dem ersten Wellenleiter ein Brechungsindexgitter ist, das durch periodische Brechungsindexveränderungen erzeugt wird, die durch UV-Licht in den optischen Wellenleiter geschrieben werden,

    c. Übertragen der Mode LPm,n höherer Ordnung durch einen zweiten Wellenleiter, wobei der zweite Wellenleiter Übertragungseigenschaften aufweist, die sich von denjenigen des ersten Wellenleiters unterscheiden, wodurch sich die Signalmode LPm,n höherer Ordnung in dem Signal als eine Signalmode LPr,s höherer Ordnung in dem zweiten Wellenleiter ausbreitet, wobei m = r und n = s,

    d. Übertragen der Signalmode LPr,s höherer Ordnung durch ein Langperiodengitter (14) in dem zweiten Wellenleiter und Umwandeln eines ausgewählten Abschnitts &Dgr;&lgr;2 der Signalmode LPr,s höherer Ordnung zu der Signalmode LP01, wobei &Dgr;&lgr;1 im Wesentlichen größer als &Dgr;&lgr;2 ist, und wobei das Langperiodengitter (14) in dem zweiten Wellenleiter ein Brechungsindexgitter ist, das durch periodische Brechungsindexveränderungen erzeugt wird, die durch UV-Licht in den optischen Wellenleiter geschrieben werden,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    das Langperiodengitter (12) in dem ersten Wellenleiter einen Umkehrpunkt (TAP) aufweist, und die Gitterperiode des Langperiodengitters (12) in dem ersten Wellenleiter dem TAP entspricht,

    und die Gitterperiode des Langperiodengitters (14) in dem zweiten Wellenleiter keinem TAP entspricht.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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