WO2005017587A1 - Fiber optic filter device - Google Patents

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WO2005017587A1
WO2005017587A1 PCT/DE2004/001822 DE2004001822W WO2005017587A1 WO 2005017587 A1 WO2005017587 A1 WO 2005017587A1 DE 2004001822 W DE2004001822 W DE 2004001822W WO 2005017587 A1 WO2005017587 A1 WO 2005017587A1
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optical
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PCT/DE2004/001822
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Inventor
Christian Schäffer
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Technische Universität Dresden
Otto, Michael
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Abstract

The invention relates to a fiber optic filter device (5) for optical signal transmission systems comprising selectively tunable mode converters. The aim of the invention is to adjust the amplitude and the phase of the optical signals (10) in a simple manner while keeping losses low. Said aim is achieved by serially disposing m (m=3,..., n) mode converters (6, 7, 7', 7 , 8, 26, 31) encompassing fiber pieces (11, 12; 23; 29, 30) that are located therebetween at a given distance so as to create a propagation time difference (pΔT; p=1, ...,k) in an optical fiber (3) of the fiber optic filter device. Selected fiber pieces (11, 12; 23; 29, 30) are tunable while the propagation time difference (p?T) can be obtained by means of the different effective refractive indices (neff,LPVX; neff,LPWY) of the different used modes (LPvx, LPWY; V, W, X, Y=0, 1, 2,..., a).

Description

Faseroptische Filtereinrichtung Beschreibung Fiber optic filter device Description
Die Erfindung betrifft eine faseroptische Filtereinrichtung für optische Signalübertragungssyste e mit ausgewählt abstimmbaren Modenkonvertern. The invention relates to a fiber optic filter device for optical signal transmission systems with selectively tunable mode converters.
Ein allgemeines Problem bekannter faseroptischer Filter besteht darin, dass die Dispersion bei der Übertragung optischer Signale ein limitierender Faktor ist. Insbesondere in einem optischen Signalübertragungssystem mit einer Kanalbitrate von 40 Gbit/s oder höher stellt die zeitliche Veränderung der Dispersion eine starke Einschränkung dar. Bei den hochbitratigen Signalübertragungssystemen ist die tolerierbare Abweichung der Dispersion deutlich geringer als die zeitliche Veränderung der Dispersion der Übertragungsstrecke. Zeitliche Schwankungen be- dürfen aber einer dynamischen Kompensation der Dispersion.A common problem with known fiber optic filters is that dispersion is a limiting factor in the transmission of optical signals. In particular in an optical signal transmission system with a channel bit rate of 40 Gbit / s or higher, the temporal change in the dispersion represents a strong restriction. With the high bit rate signal transmission systems, the tolerable deviation of the dispersion is significantly less than the temporal change in the dispersion of the transmission link. However, fluctuations in time require dynamic compensation of the dispersion.
Es sind Muster von komplexen faseroptischen Filtern zur Dispersionskompensation in der Druckschrift EP 0 897 124 AI beschrieben, die langperiodische Gitter nutzen. Die übertragen- den Filter schließen ein langperiodisches Gitter ein, das einen ersten Gitterabschnitt und einen zweiten Gitterabschnitt aufweist, das vom ersten Gitterabschnitt durch einen Abstand getrennt ist. Dabei können die Gitterabschnitte zumindest zwei langperiodische Gitter, insbesondere zwei gechirpte langpe- riodische Filter darstellen, wobei zumindest die beiden langperiodischen Gitter jeweils eine vorgegebene Länge und eine vorgegebene Chirpperiodizität aufweisen können, zwischen denen ein Faserstück der optischen Faser mit einem vorgegebenen Abstand im Bereich von etwa 1 cm bis ungefähr 80 cm liegt.Patterns of complex fiber-optic filters for dispersion compensation are described in the publication EP 0 897 124 AI, which use long-period gratings. The transmitting filters include a long-period grating that has a first grating section and a second grating section that is separated from the first grating section by a distance. The grating sections can represent at least two long-period grids, in particular two chirped long-period filters, at least the two long-period grids each having a predetermined length and a predetermined chirper periodicity, between which a fiber piece of the optical fiber with a predetermined distance in the range of approximately 1 cm to about 80 cm.
Der Einsatz von gechirpten langperiodischen Gittern in einer anderen Einrichtung und einem Verfahren zur Kompensation der chromatischen Dispersion in einem optischen Signal ist auch in der Druckschrift US 2002/0191909 AI beschrieben. Die Vorrichtung umfasst ein langperiodisches optisches Gitter, das entlang der Länge des optischen Wellenleiters platziert ist. Das Gitter ist entlang des optischen Wellenleiters derart gechirpt, dass die unterschiedlichen Wellenlängen des optischen Signals bei unterschiedlichen Punkten entlang der Länge des Gitters vom Grundmode in den höheren Mode gekoppelt sind, dass die chromatische Dispersion am übertragenden Ende korri- giert wird.The use of chirped long-period gratings in another device and a method for compensating for the chromatic dispersion in an optical signal is also described in the publication US 2002/0191909 AI. The device includes a long period optical grating placed along the length of the optical waveguide. The grating is such along the optical waveguide chirped that the different wavelengths of the optical signal are coupled at different points along the length of the grating from the basic mode to the higher mode, that the chromatic dispersion is corrected at the transmitting end.
Ein Problem der beiden vorgenannten faseroptischen Filtereinrichtungen besteht darin, dass der durch die festgelegte Peri- odizität der gechirpten Gitter vorgegebene feste Laufzeitun- terschied nicht zur variablen Dispersionskompensation geeignet ist.One problem with the two aforementioned fiber-optic filter devices is that the fixed transit time difference, which is predetermined by the specified periodicity of the chirped gratings, is not suitable for variable dispersion compensation.
Ein anderes optisches Filter ist in der Druckschrift US 2003/0002794 AI beschrieben, wobei im Filter langperiodische Gitter in einer neuen Konfiguration genutzt werden, um eine Bandpassfilterung der optischen Signale durchzuführen. In der Grundausrüstung sind zwei verschiedene langperiodische Gitter in verschiedenen Wellenleitern eingebracht. Das erste langperiodische Gitter wandelt Licht über einen breiten Wellenlän- genbereich, in dem der LP0ι-Grundmode der optischen Faserübertragungsstrecke in einen höher geordneten Mode der optischen Faser konvertiert wird. Das modenkonvertierte Signal mit dem LPmn- ode wird dann gekoppelt mit einem zweiten Wellenleiter, wobei der zweite Wellenleiter eine Übertragungscharakteristik hat, die verschieden von jener des ersten Wellenleiters ist. Das modenkonvertierte Signal wird dann durch das zweite langperiodische Gitter hindurch übertragen, wobei das Signal über ein ausgewähltes schmales Wellenlängenband, das durch das zweite langperiodische Gitter aufgenommen wird, zurück in den LP01-Mode konvertiert wird. Ein Problem besteht darin, dass das optische Filter mit den beiden Wellenleitern unterschiedlicher Übertragungscharakteristik nur eine nicht steuerbare Bandpassfilterung durchführt.Another optical filter is described in the publication US 2003/0002794 AI, long-period gratings being used in a new configuration in the filter in order to carry out a bandpass filtering of the optical signals. The basic equipment includes two different long-period gratings in different waveguides. The first long-period grating converts light over a broad wavelength range in which the LP 0 ι basic mode of the optical fiber transmission link is converted into a higher order mode of the optical fiber. The mode-converted signal with the LP mn - ode is then coupled to a second waveguide, the second waveguide having a transmission characteristic that is different from that of the first waveguide. The mode-converted signal is then transmitted through the second long-period grating, the signal being converted back to the LP 01 mode over a selected narrow wavelength band that is picked up by the second long-period grating. One problem is that the optical filter with the two waveguides with different transmission characteristics only performs a non-controllable bandpass filtering.
In der Druckschrift WO 02/095886 A2 ist eine Modenkopplungsvorrichtung mit komplexen Spektralprofilen beschrieben, die für die Kopplung von gemeinsam sich ausbreitenden Moden in einer optischen Faser vorgesehen ist, um ein Filter für den Ausgleich der nicht konstanten Verstärkung eines optischen Ver- stärkers, wie z.B. bei einem mit Erbium dotierten Faserverstärker, bereitzustellen. Die Modenkopplungsvorrichtung enthält mehrere langperiodische Gitter mit einer gleichen Anzahl von Perioden und gleicher Brechungsstärke, wobei jedes Gitter durch einen Abstand von kleiner als 10 Wellenlängenperioden voneinander getrennt ist.Document WO 02/095886 A2 describes a mode coupling device with complex spectral profiles, which is provided for coupling modes that propagate together in an optical fiber, in order to use a filter to compensate for the non-constant gain of an optical amplifier, such as e.g. in an erbium-doped fiber amplifier. The mode coupling device contains a plurality of long-period gratings with an equal number of periods and the same refractive power, each grating being separated from one another by a distance of less than 10 wavelength periods.
Ein Problem besteht darin, dass nur eine Amplitudenfilterung (engl. gain flattening) durch die Modenkopplungsvorrichtung durchgeführt wird, welche nur bei der Herstellung durch ge- zielte UV-Belichtung eingestellt wird. Eine Einstellung der Phase (Dispersionseigenschaften) ist nicht vorgesehen.One problem is that only amplitude filtering (so-called gain flattening) is carried out by the mode coupling device, which is only set during production by targeted UV exposure. An adjustment of the phase (dispersion properties) is not provided.
Ein weiteres faseroptisches Filter mit zwei langperiodischen Gittern ist in der Druckschrift US 2002/0067884 AI beschrie- ben, wobei die Gitter innerhalb einer optischen Faser ausgebildet sind. Der Abstand der Resonanzwellenlängen gleicher Ordnung zwischen den Gittern soll nicht kleiner als 100 nm sein, um unerwünschte Rückkopplungen zu vermeiden, welche zu Störungen der gewünschten Amplitudenfilterung führen. Das op- tische Filter kann in kompakter Form aufgebaut werden. Ein Problem besteht darin, dass mit dem optischen Filter, ähnlich der vorgenannten Modenkopplungsvorrichtung, nur eine breitbandige Amplitudenfilterung durchgeführt werden soll.Another fiber-optic filter with two long-period gratings is described in US 2002/0067884 A1, the gratings being formed within an optical fiber. The spacing of the resonance wavelengths of the same order between the gratings should not be less than 100 nm in order to avoid unwanted feedback which leads to disturbances in the desired amplitude filtering. The optical filter can be constructed in a compact form. One problem is that with the optical filter, similar to the aforementioned mode coupling device, only broadband amplitude filtering is to be carried out.
In der Druckschrift US 5,596,661 ist ein optischer Lichtwellenfilter mit einer planaren, monolithischen Struktur beschrieben. Der Filter enthält eine Kette optischer Koppler mit unterschiedlichen effektiven Längen, zwischen denen jeweils entsprechend ausgebildete Verzögerungsleitungen liegen. Die vorgegebene Übertragungsfunktion wird durch eine entsprechende Auslegung der Längen der Koppler und der Verzögerungsleitungen erhalten.An optical light wave filter with a planar, monolithic structure is described in US Pat. No. 5,596,661. The filter contains a chain of optical couplers with different effective lengths, between which there are correspondingly designed delay lines. The predetermined transfer function is obtained by an appropriate design of the lengths of the couplers and the delay lines.
Ein planares Mach-Zehnder-Interferometer ist in der Druck- schrift „Silica-based integrated optic Mach-Zehnder mul- ti/demultiplexer family with Channel spacing of 0.01-250nm", IEEE J. On Selected Areas in Comm. Vol.8, No.6 ( ug 1990), pp.1120-1126, beschrieben, wobei das Mach-Zehnder- Interferometer wie ein Multi-/Demultiplexer für WDM/FDM- Systeme betrieben wird. Es hat zwei Eingangstore, zwei Ausgangstore, zwei 3dB-Koppler und zwei physikalisch voneinander getrennt verlaufende Wellenleiter mit einer Längendifferenz ΔL. Eine Dünn-Film-Wärmeeinrichtung ist auf einer der beiden Wellenleiter angeordnet und funktioniert wie ein Phasenschie- ber, weil sich die Pfadlänge des erwärmten Wellenleiters mit der Brechzahländerung durch den thermooptischen Effekt ändert. Der Phasenschieber wird für eine Frequenzeinstellung genutzt.A planar Mach-Zehnder interferometer is in the publication "Silica-based integrated optic Mach-Zehnder multi / demultiplexer family with Channel spacing of 0.01-250nm", IEEE J. On Selected Areas in Comm. Vol.8, No. 6 (ug 1990), pp.1120-1126, in which the Mach-Zehnder interferometer is operated like a multi / demultiplexer for WDM / FDM systems and has two input gates, two output gates and two 3dB couplers and two physically separate waveguides with a length difference ΔL. A thin-film heating device is arranged on one of the two waveguides and functions like a phase shifter because the path length of the heated waveguide changes with the change in refractive index due to the thermo-optical effect Phase shifter is used for frequency adjustment.
Ein abstimmbarer Dispersionskompensator ist in der Druck- schrift „Dispersion compensation using a variable group-delay dispersion equalizer", Electronics Letters, Vol.31, No.25 (DezA tunable dispersion compensator is in the publication "Dispersion compensation using a variable group-delay dispersion equalizer", Electronics Letters, Vol.31, No.25 (Dec
1995), pp.2192-2194, beschrieben, wobei der Kompensator aus einstellbaren Kopplern und Verzögerungsleitungen, die wahlweise in Reihe kaskadiert sind, besteht. Das Kopplungsverhältnis in jedem eingestellten Koppler für die erforderliche Dispersion wird durch ein Filtersynthese-Verfahren bestimmt. Der Grundaufbau setzt sich aus symmetrischen und asymmetrischen Interferometern, die kaskadiert auf einem planaren Lichtwellenschaltkreis (engl. planar lightwave circuit - PLC) angeordnet sind, zusammen. Auf dem Lichtwellenschaltkreis korrespondieren die symmetrischen Interferometer mit einstellbaren Kopplern und die asymmetrischen Interferometer mit den Verzögerungsleitungen mit der einheitlichen Laufzeitdifferenz ΔT = nΔLco. Hier sind n, ΔL und Co der effektive Brechungsindex des Wellenleiters, die Längendifferenz zwischen den beiden Wellenleitern eines Interferometers und die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.1995), pp.2192-2194, where the compensator is made of adjustable couplers and delay lines, which are optionally cascaded in series. The coupling ratio in each set coupler for the required dispersion is determined by a filter synthesis process. The basic structure consists of symmetrical and asymmetrical interferometers, which are cascaded on a planar lightwave circuit (PLC). On the lightwave circuit, the symmetrical interferometers with adjustable couplers and the asymmetrical interferometers correspond with the delay lines with the uniform transit time difference ΔT = nΔLco. Here n, ΔL and Co are the effective refractive index of the waveguide, the length difference between the two waveguides of an interferometer and the speed of light in a vacuum.
Auch sind in der Druckschrift „Tunable Dispersion Compensators Realized in High-Refractive-Index-Contrast SiON Technology" ECOC 2002, Vol.2, pp. 4.2.1, 2002 optische FIR- bzw. IIR- Filter zur Dispersionskompensation in Gitter-Struktur beschrieben, die in planarer Technik ausgebildet sind. Dabei werden die beiden planaren Lichtwellenleiterstrukturen in FIR (engl. finite Impulse response) -Strukturen und in IIR (engl. infinite impulse response) -Strukturen unterschieden und vorge- stellt.Also described in the document "Tunable Dispersion Compensators Realized in High Refractive Index Contrast SiON Technology" ECOC 2002, Vol.2, pp. 4.2.1, 2002 optical FIR or IIR filters for dispersion compensation in a lattice structure , which are trained in planar technology, whereby the two planar optical fiber structures are differentiated and presented in FIR (finite impulse response) structures and in IIR (infinite impulse response) structures.
Ein wesentliches Problem in allen drei genannten planaren Lösungen besteht darin, dass die Laufzeitdifferenz durch zwei verschiedene räumlich voneinander getrennte Wellenleiter un- terschiedlicher Länge realisiert wird. Außerdem ist die Filterstruktur aus mehreren diskreten Elementen, wie Koppler und Wellenleiter, aufgebaut. Die Laufzeitdifferenz ist durch zwei verschieden lange Wellenleiter realisiert.A major problem in all three planar solutions mentioned is that the transit time difference is realized by two different spatially separated waveguides of different lengths. In addition, the filter structure is made up of several discrete elements, such as couplers and Waveguide, built. The transit time difference is realized by two waveguides of different lengths.
Weitere Probleme der genannten planaren Strukturen bestehen darin, dass bei den planaren IIR-Strukturen sich zwar große Werte der Dispersion ohne Verluste ergeben, doch nachteilig sind notwendige Rückkoppelschleifen, deren Radius limitiert ist. Da es nicht möglich ist, sehr kleine Laufzeitunterschiede, d.h. große freie Spektralbereiche (engl. FSR - free spec- tral ränge) zu realisieren, können die planaren IIR-Strukturen nicht bei sehr hohen Bitraten (z.B. bei 160 Gbit/s je Kanal) eingesetzt werden. Planare FIR-Lichtwellenleiterstrukturen hingegen lassen sich mit einem genügend großen freien Spektralbereich (FSR) herstellen, doch weisen sie die Nachteile einer insgesamt kleineren Dispersion und wellenlängenabhängiger Verluste auf.Further problems of the planar structures mentioned are that, with the planar IIR structures, there are large values of dispersion without losses, but disadvantageous are the necessary feedback loops, the radius of which is limited. Since it is not possible to have very small runtime differences, i.e. To realize large free spectral ranges (English FSR - free special ranges), the planar IIR structures cannot be used at very high bit rates (e.g. at 160 Gbit / s per channel). Planar FIR optical fiber structures, on the other hand, can be produced with a sufficiently large free spectral range (FSR), but they have the disadvantages of an overall smaller dispersion and wavelength-dependent losses.
Ein Problem besteht darin, dass neben den relativ hohen typischen Verlusten planarer Wellenleiter in der Größenordnung von 0,1 dB/cm die planaren Lichtwellenleiterstrukturen durch den notwendigen Übergang Faser - planare Struktur - Faser Koppelverluste auftreten. Weiterhin weisen aufgrund der nicht rotationssymmetrischen Ausführung des Wellenleiters planare Strukturen eine signifikante Polarisationsmodendispersion (PMD) und nicht zu vernachlässigende polarisationsabhängige Verluste (engl. polarization dependent loss - PDL) auf.One problem is that in addition to the relatively high typical losses of planar waveguides in the order of 0.1 dB / cm, the planar optical waveguide structures occur due to the necessary transition from fiber to planar structure to fiber coupling losses. Furthermore, due to the non-rotationally symmetrical design of the waveguide, planar structures have a significant polarization mode dispersion (PMD) and polarization-dependent losses (PDL) that cannot be neglected.
Es ist ein Faser-Transmissionsbauelement zur Erzeugung einer chromatischen Dispersion mit einem Glasfaser-Lichtwellenleiter in der Druckschrift WO00/54083 AI beschrieben, wobei im Glasfaser-Lichtwellenleiter nicht nur der LPoi-Grundmodus, sondern auch zumindest ein LPmn-Mode geführt wird. Die Struktur besteht aus zwei nebeneinander angeordneten Paaren von Faser-Bragg- Gittern, von denen wenigstens ein Paar ein gechirptes Gitter aufweist. In jedem Paar reflektiert das eine Bragg-Gitter den auftreffenden Lichtstrahl in etwa entgegen der Einfallsrich- tung zurück auf das andere Bragg-Gitter, aus dem der Lichtstrahl in oder zumindest parallel zur ursprünglichen Einfallsrichtung austritt. Die gechirpten Faser-Bragg-Gitter sorgen für die Weg- und damit Laufzeitdifferenz, während die unge- chirpten Faser-Bragg-Gitter lediglich die Transformation zwi- sehen den verschiedenen Moden bewirken. Eine einstellbare Dispersion und damit eine variable Einstellung der Laufzeitdifferenz der Komponente kann durch eine mechanische und/oder ther- mooptische Abstimmung des Faser-Bragg-Gitters erfolgen.A fiber transmission component for producing a chromatic dispersion with a glass fiber optical waveguide is described in the publication WO00 / 54083 AI, wherein not only the LPoi basic mode but also at least one LP m n mode is carried out in the glass fiber optical waveguide. The structure is there of two pairs of fiber Bragg gratings arranged side by side, at least one pair of which has a chirped grating. In each pair, the one Bragg grating reflects the incident light beam back about the direction of incidence back onto the other Bragg grating, from which the light beam emerges in or at least parallel to the original direction of incidence. The chirped fiber Bragg gratings ensure the difference in travel and thus transit time, while the non-chirped fiber Bragg gratings only effect the transformation between the different modes. An adjustable dispersion and thus a variable setting of the runtime difference of the component can be achieved by mechanical and / or thermo-optical tuning of the fiber Bragg grating.
Ein Problem besteht darin, dass die Faser-Bragg-Gitter eine Änderung der Periode über der Länge (engl. Chirp) aufweisen, wobei die Laufzeitdifferenz nur durch den Chirp der Gitter erzeugt wird. Aus diesem Grund spielt der Abstand der Modenkonverter, die hier die Faser-Bragg-Gitter darstellen, unterein- ander keine Rolle, d.h. die dazwischenliegenden Faserstücke beeinflussen infolge ihrer Passivität in keiner Weise die Dispersion des Transmissionsbauelementes.One problem is that the fiber Bragg gratings have a change in the period over the length (chirp), the transit time difference being generated only by the chirping of the gratings. For this reason, the distance between the mode converters, which here represent the fiber Bragg gratings, does not matter to one another, i.e. Due to their passivity, the fiber pieces in between in no way influence the dispersion of the transmission component.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine faseroptische Filtereinrichtung anzugeben, die derart geeignet ausgebildet ist, dass in einfacher Weise die Amplitude und die Phase der optischen Signale in einer optischen Faser verlustarm eingestellt werden.The invention is based on the object of specifying a fiber-optic filter device which is suitably designed such that the amplitude and the phase of the optical signals in an optical fiber can be set in a low-loss manner in a simple manner.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. In der faseroptischen Filtereinrichtung für optische Signalübertragungssysteme mit ausgewählt abstimmbaren Moden- konvertern sind gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in einer optischen Faser m (m=3, ...,n) Modenkonverter in Folge mit dazwischen befindlichen abstandsvorgegebenen und damit Laufzeitdifferenz pΔT (p=l,...,k) erzeugenden Faserstücken enthalten, wobei davon ausgewählte Faserstücke abstimmbar sind und die Laufzeitdifferenz pΔT durch die unterschiedlichen effektiven Brechzahlen neff,ι,pvχ ne£f:,ιipγ der verwendeten verschiedenen Moden LPvjLPwy (V,W,X, Y=0, 1, 2, ... , a) erreichbar ist.The object is achieved by the features of the first claim. In the fiber optic filter device for optical signal transmission systems with selectively tunable modes converters are in accordance with the preamble of claim 1 in an optical fiber m (m = 3, ..., n) mode converters in succession with intermediate spacing and thus transit time difference pΔT (p = l, ..., k) generating fiber pieces, whereby selected fiber pieces are tunable and the transit time difference pΔT by the different effective refractive indices n eff , ι, pvχ ne £ f:, ι i pγ of the different modes LPvjLPwy used (V, W, X, Y = 0, 1, 2,. .., a) can be reached.
Die Modenkonverter können langperiodische Gitter sein. Die Faserstücke sind gitterlos ausgebildet.The mode converters can be long-period gratings. The fiber pieces are designed without a grid.
In der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung sind mindestens zwei verschiedene Moden zur Signalverarbeitung vorgesehen.At least two different modes for signal processing are provided in the filter device according to the invention.
Von Modenkonverter zu Modenkonverter ist jeweils konvertermit- tenbezogen ein Faserteil mit einer Faserteillänge pL (p=l,2, ... , k) derart vorgegeben ausgebildet, dass zumindest eine konstant vorgegebene Laufzeitdifferenz ΔT oder ein davon stetig steigendes Vielfaches 2ΔT,3ΔT, ... , kΔT erzielt wird.From the mode converter to the mode converter, a fiber part with a fiber part length pL (p = 1, 2, ..., k) is designed such that at least one constant predetermined transit time difference ΔT or a continuously increasing multiple 2ΔT, 3ΔT,. .., kΔT is achieved.
Die Faserstücke dienen wahlweise als Phasenelemente, mit denen jeweils eine differentielle Laufzeit TPhase zwischen den Moden in der Größenordnung der Periodendauer des optischen Signals einstellbar ist.The fiber pieces optionally serve as phase elements, with each of which a differential delay time T Ph ase between the modes in the order of magnitude of the period of the optical signal is adjustable.
Die Modenkonverter können vorzugsweise einen gleich langen Faserabschnitt mit der vorgegebenen Faserabschnittslänge Lκ in der optischen Faser belegen.The mode converters can preferably occupy an equally long fiber section with the predetermined fiber section length L K in the optical fiber.
Die langperiodischen Gitter können uniform ausgebildet sein. In Bereichen der Faserabschnitte mit den langperiodischen Gittern kann mindestens eine Gitter-Abstimmeinrichtung zur Einstellung der Amplitude der Modenkonversion vorzugsweise in Form von gesteuerten Heiz- und/oder Kühlelementen vorgesehen sein, wobei die Gitter-Abstimmeinrichtungen in unmittelbarer Nähe und/oder an der Oberfläche des das Gitter enthaltenden Faserabschnitts angeordnet sind.The long period grids can be uniform. In areas of the fiber sections with the long-period grids, at least one grating tuning device for adjusting the amplitude of the mode conversion can preferably be provided in the form of controlled heating and / or cooling elements, the grating tuning devices in the immediate vicinity and / or on the surface of the Lattice containing fiber section are arranged.
Den Bereichen der Faserstücke kann wahlweise mindestens eine Phasen-Abstimmeinrichtung vorzugsweise in Form von gesteuerten Heiz- und/oder Kühlelementen zur Einstellung der differentiel- len Laufzeit Tphase zugeordnet sein, wobei die Phasen- Abstimmeinrichtungen in unmittelbarer Nähe und/oder an der Oberfläche der Faserstücke angeordnet sind.The areas of the fiber pieces can optionally be assigned at least one phase tuning device, preferably in the form of controlled heating and / or cooling elements for setting the differential running time Tp hase , the phase tuning devices in the immediate vicinity and / or on the surface of the fiber pieces are arranged.
Mindestens ein Modenkonverter kann durch mindestens zwei separate Modenkonverterteile und dazwischen ein im Vergleich zur vorgegebenen Faserstücklänge Ls wesentlich kürzeres Faserstück mit einer kurzen Faserstücklänge Lsκ ausgebildet sein, wobei in dem kürzeren Faserstück eine differentielle Laufzeit TPriase zwischen den Moden in der Größenordnung der Periodendauer des optischen Signals einstellbar ist.At least one mode converter can be formed by at least two separate mode converter parts and in between a significantly shorter fiber piece with a short fiber length L sκ compared to the predetermined fiber length L s , with a differential transit time T Pri ase between the modes in the order of magnitude of the period in the shorter fiber length the optical signal is adjustable.
Die Modenkonverter können breitbandig ausgebildet sein und demzufolge ist die Restdispersion für mehr als einen Wellen- längenmultiplex-Kanal kompensierbar.The mode converters can have a broadband configuration and consequently the residual dispersion can be compensated for more than one wavelength division multiplex channel.
Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung kann in hochbitratigen optischen Signalübertragungssystemen eingesetzt werden, wobei vorzugsweise als Ein- und Ausgangsmode der Grundmode LP0ι verwendet wird. Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung weist eine hohe Eigenstabilität auf und kann leicht mit anderen optischen Fasern verbunden werden.The filter device according to the invention can be used in high-bit-rate optical signal transmission systems, the basic mode LP 0 ι preferably being used as the input and output mode. The filter device according to the invention has a high degree of inherent stability and can easily be connected to other optical fibers.
Durch die Einstellung der Filtereinrichtung kann eine veränderliche Dispersionkompensation mit niedrigem Einfügeverlust erreicht werden.A variable dispersion compensation with low insertion loss can be achieved by adjusting the filter device.
Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, dass die Filterein- richtung bei Auftreten von zeitlichen Schwankungen der Strek- kendispersion adaptiv eingestellt werden kann. In diesem Fall wird die Restdispersion der Übertragungsstrecke kompensiert.The invention opens up the possibility that the filter device can be adjusted adaptively when temporal fluctuations in the path dispersion occur. In this case, the residual dispersion of the transmission link is compensated.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit- tels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail with the aid of several exemplary embodiments and several drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung mit drei Modenkonvertern in einer optischen Übertragungsstrecke,1 is a schematic representation of a filter device according to the invention with three mode converters in an optical transmission path,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der optischen Faser im Bereich der Filtereinrichtung nach Fig. 1,2 shows an enlarged section of the optical fiber in the area of the filter device according to FIG. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Filtereinrichtung mit einem zwei separate Modenkonver- terteile aufweisenden Modenkonverter mit einem kürzeren Faserstück dazwischen,3 shows a schematic illustration of a second filter device with a mode converter having two separate mode converter parts with a shorter fiber piece in between,
Fig. 4 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer dritten Filtereinrichtung mit längenvervielfachten, Modenkonverter enthaltenden Faserteilen, Fig. 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung nach Fig. 2 mit thermischen Gitter- Abstimmeinrichtungen und thermischen Phasen- Abstimmeinrichtungen,4 shows a schematically simplified illustration of a third filter device with length-multiplied fiber parts containing mode converters, 5 shows a schematic illustration of a filter device according to the invention according to FIG. 2 with thermal grid tuning devices and thermal phase tuning devices,
Fig. 6a eine vereinfachte Darstellung der Filtereinrichtung mit abstimmbaren Modenkonvertern nach Fig. 2,6a shows a simplified illustration of the filter device with tunable mode converters according to FIG. 2,
Fig. 6b eine schematische Darstellung des Signalverlaufs innerhalb der Filtereinrichtung bezogen auf die Figur 6a,6b shows a schematic representation of the signal curve within the filter device with reference to FIG. 6a,
Fig. 7 eine Darstellung eines typischen Spektrums (Transmis- sion des LP0ι) eines der wahlweise vorhandenen langperiodischen Gitter, wobei die Verlustspitzen die Konversion in höhere Moden kennzeichnen,7 shows a representation of a typical spectrum (transmission of the LP 0 ι) of one of the optionally available long-period gratings, the loss peaks characterizing the conversion into higher modes,
Fig. 8 eine Darstellung der Verstimmung der LP01-LP02- Resonanzwellenlänge eines wahlweise vorhandenen langperiodischen Gitters mit einer Periode von 552 μm in Abhängigkeit von der Temperatur nach Fig. 3,8 shows an illustration of the detuning of the LP01-LP02 resonance wavelength of an optionally available long-period grating with a period of 552 μm as a function of the temperature according to FIG. 3,
Fig. 9 Verlust (dB) -Wellenlängen (nm) -Kurven einer weiteren Filtereinrichtung mit vier Modenkonvertern (m=4) für fünf Dispersionswerte AAnstieg der Gruppenlaufzeit),9 Loss (dB) wavelength (nm) curves of a further filter device with four mode converters (m = 4) for five dispersion values A increase in group delay),
Fig. 10 Gruppenlaufzeit (ps) -Wellenlängen (nm) -Kurven einer Filtereinrichtung nach Fig. 9,10 group delay (ps) wavelengths (nm) curves of a filter device according to FIG. 9,
Fig. 11 Verlust (dB) -Wellenlängen (nm) -Kurven eines Modenkonverters aus zwei separaten Modenkonverterteilen mit einem dazwischen befindlichen kürzeren Faserstück in Abhängigkeit von der Temperatur mit Beziehung zur Fig. 3,Fig. 11 loss (dB) wavelength (nm) curves of a mode converter from two separate mode converter parts with an intermediate shorter piece of fiber depending on the temperature in relation to FIG. 3,
Fig. 12 einen vergrößerten Ausschnitt aus den Verlust (dB) - Wellenlängen (nm) -Kurven nach Fig. 11,12 shows an enlarged section of the loss (dB) - wavelength (nm) curves according to FIG. 11,
Fig. 13 Transmission (dB) -Wellenlängen (nm) -Kurve einer Filtereinrichtung (m=3) nach Figur 3 für zwei Disper- sionswerte (-Anstieg der Gruppenlaufzeit) undFig. 13 Transmission (dB) wavelength (nm) curve of a filter device (m = 3) according to FIG. 3 for two dispersion values (increase in group delay) and
Fig. 14 Gruppenlaufzeit (ps) -Wellenlängen (nm) -Kurven einer Filtereinrichtung nach Fig.13.14 group delay (ps) wavelengths (nm) curves of a filter device according to Fig. 13.
Im Folgenden werden die Fig. 1,2 gemeinsam erläutert. In der faseroptischen Filtereinrichtung 1 für optische Signalübertragungssysteme mit vorzugsweise drei ausgewählt abstimmbaren Modenkonvertern sind in einer optischen Übertragungsstrecke 2 erfindungsgemäß innerhalb der optischen Faser 3 die drei (m=3) Modenkonverter 6,7,8 in Folge mit zwei dazwischen befindlichen abstandsvorgegebenen und damit Laufzeitdifferenz ΔT erzeugenden Faserstücken 11,12 enthalten, wobei wahlweise die ausgewählten Modenkonverter 6,7,8 und die Faserstücke 11,12 abstimmbar sind und die Laufzeitdifferenz ΔT durch die unter- schiedlichen effektiven Brechzahlen neff, P0i,neff, P02 der verwendeten verschiedenen Moden LP0ι,LPo2 erreichbar ist.In the following, FIGS. 1,2 are explained together. In the fiber-optic filter device 1 for optical signal transmission systems, preferably with three selectively tunable mode converters, the three (m = 3) mode converters 6, 7, 8 in succession with two distance-predetermined and thus transit time difference ΔT located between them in an optical transmission path 2 according to the invention producing fiber pieces 11, 12, the selected mode converters 6, 7, 8 and the fiber pieces 11, 12 optionally being tunable and the transit time difference ΔT due to the different effective refractive indices n e ff, P0i, n e f f , P02 used different modes LP 0 ι, LPo 2 can be reached.
Zur optischen Übertragungsstrecke 2 gehören, wie in Fig. 1 gezeigt ist, neben der optischen Faser 3 zur Übertragung eines optischen Signals 9 des Weiteren ein Sender 4 und ein Empfänger 5, wobei innerhalb der optischen Faser 3 zur Filtereinrichtung 1 ein erster Moden onverter 6 und ein dritter Moden- konverter 8 vorhanden sind. Dazwischen können sich weitere Modenkonverter 7 befinden. In Fig. 2 ist bei Vorhandensein von m Modenkonvertern in der Filtereinrichtung 1 der letzte Modenkonverter mit dem Bezugszeichen 31 versehen und mit einem letzten Faserabschnitt 32 dargestellt.As shown in FIG. 1, the optical transmission path 2 includes, in addition to the optical fiber 3 for transmitting an optical signal 9, a transmitter 4 and a receiver 5, with a first mode converter 6 and 6 within the optical fiber 3 for the filter device 1 a third fashion converter 8 are available. In between there may be further mode converters 7. In FIG. 2, if there are m mode converters in the filter device 1, the last mode converter is provided with the reference symbol 31 and shown with a last fiber section 32.
Die Modenkonverter 6,7,8 und 31 können als langperiodische Gitter (LPG) ausgebildet sein. Die Faserstücke 11,12 sind gitterlos.The mode converters 6, 7, 8 and 31 can be designed as long-period gratings (LPG). The fiber pieces 11, 12 are gridless.
Die Modenkonverter 6,7,8 und 31 selbst bilden in der optischen Faser 3, bedingt durch die Länge der langperiodischen Gitter, eigene Faserabschnitte 13,14,15 und 32 aus.The mode converters 6, 7, 8 and 31 themselves form their own fiber sections 13, 14, 15 and 32 in the optical fiber 3, due to the length of the long-period grating.
In der Filtereinrichtung 1 ist von Modenkonverter zu Modenkonverter 6-7,7-8 jeweils definitionsgemäß konvertermittenbezogen ein Faserteil 24,25 mit einer Faserteillänge pL (p=l,2, ... , k) derart vorgegeben ausgebildet, dass zumindest eine konstant vorgegebene Laufzeitdifferenz ΔT, wie in Fig. 2 gezeigt ist, oder ein davon stetig steigendes Vielfaches 2Δτ,3ΔT, ...,kΔT, wie vorausschauend in Fig. 4 gezeigt ist, davon in Übertragungsrichtung 22 erreichbar sind. Ein Faserstück 11,12 ist dabei jeweils Teil eines Faserteils 24,25.In the filter device 1, a fiber part 24, 25 with a fiber part length pL (p = 1, 2,..., K) is designed in a predetermined manner from mode converter to mode converter 6-7, 7-8, in each case according to the definition of the converter center, such that at least one constant predetermined one Runtime difference ΔT, as shown in FIG. 2, or a continuously increasing multiple thereof, 2Δτ, 3ΔT, ..., kΔT, as shown in FIG. 4, can be reached in the transmission direction 22. A fiber piece 11, 12 is in each case part of a fiber part 24, 25.
Teile der Faserstücke 11,12 oder deren gesamte Länge dienen wahlweise als Phasenelemente, mit denen jeweils eine differen- tielle Laufzeit TPhase zwischen den Moden LP0ι,LP02 in der Größenordnung der Periodendauer des optischen Signals einstellbar ist. Die langperiodischen Gitter 6,7,8 und 31 können uniform ausgebildet sein, d.h., dass sie jeweils die gleichen Eigenschaften aufweisen und dass die Modenkonverter 6,7,8 und 31 vorzugswei- se einen gleich langen Faserabschnitt 13,14,15 und 32 mit der Faserabschnittslänge Lκ in der optischen Faser 3 belegen können.Parts of the fiber pieces 11,12 or the entire length thereof optionally serve as phase elements, with each of which a differentiated tielle term T Ph ase between the modes LP 0 ι, LP 0 2 in the order of magnitude of the period of the optical signal can be adjusted. The long-period gratings 6, 7, 8 and 31 can be of uniform design, that is to say that they each have the same properties and that the mode converters 6, 7, 8 and 31 preferably se can occupy an equally long fiber section 13, 14, 15 and 32 with the fiber section length L κ in the optical fiber 3.
Die Faserstücke 11,12 weisen z.B. in Fig. 2 vorzugsweise eine gleiche vorgegebene Faserstücklänge Ls auf. Die Faserstücke 11,29,30 können auch, wie z.B. in Fig. 4 gezeigt ist, eine von Faserstück zu Faserstück zunehmend größere Faserstücklänge haben.The fiber pieces 11, 12, for example in FIG. 2, preferably have the same predetermined fiber piece length L s . The fiber pieces 11, 29, 30 can also, as shown, for example, in FIG. 4, have an increasingly greater length of fiber piece from fiber piece to fiber piece.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann der Modenkonverter 7 aus der Filtereinrichtung 1 in einer zweiten erfindungsgemäßen Filtereinrichtung 33 wahlweise zwei separate Modenkonverterteile 7',71' enthaltende Faserabschnitte 14,,14,, und ein dazwischen ein im Vergleich zur vorgegebenen Faserstücklänge Ls wesentlich kürzeres Faserstück 23 mit einer kurzen Faserstücklänge LSκ aufweisen, wobei in dem vorgegebenen kürzeren Faserstück 23 eine differentielle Laufzeit TPhase zwischen den Moden in der Größenordnung der Periodendauer des optischen Signals ein- stellbar ist.As shown in Fig. 3, the mode converter 7 of the filter device 1 can in a second inventive filter device 33 either two separate mode converter sections 7 ', 7 1' containing fiber portions 14, 14 ,, and an intermediate one in comparison to the given fiber length L s have a substantially shorter fiber piece 23 with a short fiber piece length L S κ, a differential transit time T phase between the modes in the order of magnitude of the period of the optical signal being adjustable in the predetermined shorter fiber piece 23.
Das dem ersten Faserteil 24 in Fig. 2 nachfolgende Faserteil 25 der ersten Filtereinrichtung 1 kann in einer weiteren erfindungsgemäßen dritten Filtereinrichtung 34 von der ersten Faserteillänge L auf 2L und nachfolgend auf 3L, wie in Fig. 4 gezeigt ist, verlängert sein. Der im 2L-Abstand eingebrachte dritte Modenkonverter 8 verlängert das zugehörige Faserteil 27 und damit die Laufzeitdifferenz auf 2ΔT. Das verlängerte Faserteil 28 in Fig. 4 mit dem Modenkonverter 26 verschiebt sich auf eine Faserteillänge 3L, die gleich eine Laufzeitdifferenz von 3ΔT bedeutet. Bei weiterer steigender Faserteillänge 4L,...,kL kann ein Vielfaches der Länge L des ersten Faser- teils 24 zur LaufZeitvergrößerung 4ΔT,.,.,kΔT in Bezug auf die Laufzeit ΔT des ersten Faserteils 24 erreicht werden.The fiber part 25 of the first filter device 1 following the first fiber part 24 in FIG. 2 can be extended in a further third filter device 34 according to the invention from the first fiber part length L to 2L and subsequently to 3L, as shown in FIG. 4. The third mode converter 8 introduced at a 2L distance extends the associated fiber part 27 and thus the transit time difference to 2ΔT. The extended fiber part 28 in FIG. 4 with the mode converter 26 shifts to a fiber part length 3L, which means a transit time difference of 3ΔT. If the fiber part length 4L, ..., kL increases further, a multiple of the length L of the first fiber 24 to increase the running time 4ΔT,.,., kΔT with respect to the running time ΔT of the first fiber part 24.
Stellvertretend für alle Filtereinrichtungen 1,33,34 wird an- hand der Fig. 5 die Ausbildung der Abstimmbarkeit in der Filtereinrichtung 1 erläutert:The configuration of the tunability in the filter device 1 is explained on the basis of FIG. 5, representative of all filter devices 1,33,34:
In den Bereichen der Faserabschnitte 13,14,15 mit den langperiodischen Gittern ist mindestens eine Gitter-Abstimmein- richtung 16,17,18 zur Einstellung der Amplitude der Modenkon- Version vorzugsweise in Form von gesteuerten Heiz- und/oder Kühlelementen vorgesehen, wobei die Gitter-Abstimmeinrichtungen 16,17,18 in unmittelbarer Nähe und/oder an der Oberfläche des das Gitter enthaltenden Faserabschnitts 13,14,15 angeordnet sein können.In the areas of the fiber sections 13, 14, 15 with the long-period grids, at least one grating tuning device 16, 17, 18 is provided for setting the amplitude of the mode conversion version, preferably in the form of controlled heating and / or cooling elements, the Grid tuning devices 16, 17, 18 can be arranged in the immediate vicinity and / or on the surface of the fiber section 13, 14, 15 containing the grid.
Den Bereichen der Faserstücke 11,12 kann, wie in Fig. 5 gezeigt ist, wahlweise mindestens eine Phasen-Abstimmeinrichtung 19,20 vorzugsweise in Form von gesteuerten Heiz- und/oder Kühlelementen zur Einstellung der differentiellen Laufzeit TPhase zugeordnet sein, wobei die Phasen-Abstimmeinrichtungen 19,20 in unmittelbarer Nähe und/oder an der Oberfläche der Faserstücke 11,12 angeordnet sein können.As shown in FIG. 5, the areas of the fiber pieces 11, 12 can optionally be assigned at least one phase tuning device 19, 20, preferably in the form of controlled heating and / or cooling elements for setting the differential transit time T phase , the phases Tuning devices 19, 20 can be arranged in the immediate vicinity and / or on the surface of the fiber pieces 11, 12.
Die z.B. als Metall aufgebrachten bzw. aufgedampften Heiz- und/oder Kühlelemente für die Gitter- und Phasen- Abstimmeinrichtungen 16, 17, 18; 19, 20 einschließlich der zugehörigen Temperatursensoren (nicht eingezeichnet) können mit einer Steuer- und Regelungseinrichtung 21 des optischen Signalübertragungssystems 2 in Verbindung stehen. Bei Änderungen der Eigenschaften der Übertragungsstrecke 2 kommt es zur Verschlechterung der Signalqualität, welche durch Übermittlung von elektrischen Informationssignalen vom Empfän- ger 5 aus über Signalleitungen 35 an die Steuer- und Regelungseinrichtung 21 mitgeteilt werden und danach adaptiv mit Hilfe der Filtereinrichtung 1 (wie in Figur 5 gezeigt) korrigiert werden. D.h., dass z.B. durch das Ändern der Temperatur in den Modenkonvertern 6,7,8 als auch in den Faserstücken 11,12 die Modenkonversion bzw. eine differentielle Laufzeit p se eingestellt werden kann.The heating and / or cooling elements for the grid and phase tuning devices 16, 17, 18; 19, 20 including the associated temperature sensors (not shown) can be connected to a control and regulating device 21 of the optical signal transmission system 2. If the properties of the transmission link 2 change, the signal quality deteriorates, which is caused by the transmission of electrical information signals from the receiver. 5 are communicated to the control and regulating device 21 via signal lines 35 and are then adaptively corrected using the filter device 1 (as shown in FIG. 5). This means that, for example, by changing the temperature in the mode converters 6, 7, 8 and in the fiber pieces 11, 12, the mode conversion or a differential transit time p se can be set.
Außer der beschriebenen thermischen Beeinflussung kann die Phase zwischen den Signalteilen, dem LPoi-Grundmode und den LPoa-Moden, z.B. auch durch mechanische und elektrische Beeinflussungsmöglichkeiten verändert werden.In addition to the thermal influence described, the phase between the signal parts, the LPoi basic mode and the LPoa modes, e.g. can also be changed by mechanical and electrical control options.
Stellvertretend für alle erfindungsgemäßen Filtereinrichtungen 1,33,34 wird die Funktionsweise anhand der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung 1 mit drei Modenkonvertern 6,7,8 bzw. 6,7,31 mittels der Fig. 2, 6a, 6b erläutert:Representative of all filter devices 1, 33, 34 according to the invention, the mode of operation is explained using the filter device 1 according to the invention with three mode converters 6, 7, 8 or 6, 7, 31 by means of FIGS.
In der Fig. 6a ist eine vereinfachte und in der Fig. 6b ist die dazugehörige schematische Darstellung der optischen Faser 3 mit den drei Modenkonvertern 6,7,31 und der Faserteillänge L, bezogen jeweils auf den Gitterschwerpunkt bzw. konverter- mittenbezogen, gezeigt.FIG. 6a shows a simplified and in FIG. 6b the associated schematic illustration of the optical fiber 3 with the three mode converters 6, 7, 31 and the fiber part length L, based in each case on the center of gravity or center of the converter, is shown.
In der Fig. 6b setzt sich die Laufzeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden langperiodischen Gittern 6,7 für den höheren LP02- Mode 10 aus der Grundlaufzeit T sowie der differentiellen Laufzeit hsei- wobei als notwendiger Wertebereich für ωTphase: 0 bis 2π gilt, zusammen. Im Gegensatz dazu setzt sich die Gruppenlaufzeit des LP0ι-Grundmodes 9 aus der Grundlaufzeit T und der fest vorgegebenen Laufzeitdifferenz ΔT zwischen den Moden zusammen. Die Zeitdifferenz ΔT bestimmt dabei den freien Spektralbereich (FSR) der Filtereinrichtung 1: FSR = 1/ΔT.In FIG. 6b, the transit time between two successive long-period grids 6, 7 for the higher LP 02 mode 10 is composed of the base transit time T and the differential transit time hsei- where the necessary value range for ωTp ha se: 0 to 2π applies , In contrast to this, the group delay of the LP 0 ι basic mode 9 is made up of the basic delay T and the fixed difference ΔT between the Fashions together. The time difference ΔT determines the free spectral range (FSR) of the filter device 1: FSR = 1 / ΔT.
Wird in Fig. 6b z.B. in der Filtereinrichtung 1 am ersten Mo- denkonverter 6 der LPoi-Grundmode 9 (V=0,X=1) in den höheren LP02~Mode 10 (W=0,Y=2) konvertiert und am letzten Modenkonverter 31 zurückkonvertiert, durchläuft das optische Signal die optische Faser 3 mit der minimalen Zeitverzögerung. Auf der anderen Seite wird die maximale Zeitverzögerung im LP0ι~ Grundmode 9 erreicht, wenn es zu keiner Konversion in den höheren LP02~Mode kommt. Dieser Effekt beruht auf der Feldverteilung des benutzten LP0ι-Grundmodes 9 und des LPo2-Modes 10. Das Feld des LPoi-Grundmodes 9 ist hauptsächlich im Kern der optischen Faser 3 enthalten. Demzufolge wird die Gruppenlaufzeit T+ΔT des LPoi-Grundmodes 9 vornehmlich durch die höhere Kernbrechzahl bestimmt. Im Gegensatz dazu reicht das Feld des höheren LPo2-Modes 10 weit .in den Mantel der optischen Faser 3 hinein. Für die Laufzeit T+TPhase des höheren LPo2_Modes 10 ist dann die niedrigere Mantelbrechzahl maßgeblich.6b, the LPoi basic mode 9 (V = 0, X = 1) is converted to the higher LP 02 ~ mode 10 (W = 0, Y = 2) in the filter device 1 on the first mode converter 6 and on converted back last mode converter 31, the optical signal passes through the optical fiber 3 with the minimum time delay. On the other hand, the maximum time delay in LP 0 ι ~ basic mode 9 is reached if there is no conversion to the higher LP 02 ~ mode. This effect is based on the field distribution of the LP 0 basic mode 9 and the LPo 2 mode 10 used. The field of the LPoi basic mode 9 is mainly contained in the core of the optical fiber 3. Accordingly, the group delay T + ΔT of the LPoi basic mode 9 is determined primarily by the higher refractive index. In contrast, the field of the higher LPo 2 mode 10 extends far into the cladding of the optical fiber 3. For the duration T + T Ph ase of the higher LPo2 _ Modes 10 is then the lower cladding refractive index significantly.
Die in den Filtereinrichtungen 1,33,34 vorhandenen langperiodischen Gitter 6, 7, 8, 31;7 ' , 7 ' ' ;26 können z.B. die in Fig. 7 und Fig. 8 aufgezeigten Eigenschaften aufweisen: Die wesentlichen Eigenschaften der in der optischen Faser 3 vorhandenen langperiodischen Gitter werden dabei durch die Form ihrer typischen Transmissionsspektren dargestellt. In Fig. 7 ist als eine der Eigenschaften der als Modenkonverter ausgebildeten, vorhandenen langperiodischen Gitter z.B. die Form eines Spektrums des Grundmodes LP0ι gezeigt, wobei die Konversion in verschiedene höhere Moden als Verlustspitzen, hier LP02 bis LP05, sichtbar ist. Die Messung erfolgte mit einem optischen Spektralanalysator in Verbindung mit einer Halo- genweißlichtquelle. Die Auflösung betrug bei dieser Messung 2nm. Dabei ist nur der LPoi-Grundmode 9 gemessen worden, wobei vor der Messung ohne Gitter auf OdB normiert wurde.The long-period gratings 6, 7, 8, 31; 7 ', 7''; 26 present in the filter devices 1, 3, 34 can, for example, have the properties shown in FIGS. 7 and 8: The essential properties of those in the optical Fiber 3 long-period gratings are represented by the shape of their typical transmission spectra. 7 shows, as one of the properties of the existing long-period gratings designed as a mode converter, for example the shape of a spectrum of the basic mode LP 0 ι, the conversion into different higher modes being visible as loss peaks, here LP 02 to LP05. The measurement was carried out with an optical spectral analyzer in connection with a halo genweißlichtquelle. The resolution for this measurement was 2 nm. Only the LPoi basic mode 9 has been measured, with normalization to OdB before the measurement without a grid.
Die Gleichung der für die optische Signalübertragung vorgesehenen Resonanzwellenlänge λres, bei der die Konversion des LP0χ- Modes in den LP0γ-Mode in einem Gitter erfolgt, kann folgendermaßen angegeben werden: λres = ( neff, ι,poχ - neff, ι,poy ) * Λ ,The equation of the resonance wavelength λ res provided for the optical signal transmission, in which the conversion of the LP 0 χ mode into the LP 0 γ mode takes place in a grating, can be stated as follows: λ res = (n e ff, ι, poχ - n e ff, ι, poy) * Λ,
wobei neff,ι,pox die effektive Brechzahl des LPoχ-Modes und neff,LPOY die effektive Brechzahl des LP0γ-Modes sowie Λ die Gitterperiode der langperiodischen Gitter bezeichnen, wobei X<Y und X=l,2, ... ,a.where n e ff, ι, pox denote the effective refractive index of the LPoχ mode and n e ff, LP OY denote the effective refractive index of the LP 0 γ mode and Λ the grating period of the long-period grating, where X <Y and X = l, 2 , ..., a.
In Fig. 8 ist als eine weitere Eigenschaft der vorhandenen langperiodischen Gitter 6,7, 8;7 ' , 7 ' ' ;26, 31 die Verstimmung der Resonanzwellenlänge (z.B. des LPo∑-Modes) in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt. Unter Temperatureinfluss verschiebt sich im angegebenen Temperaturbereich die Verlustspitze mit steigenden Temperaturen zu höheren Wellenlängen.FIG. 8 shows the detuning of the resonance wavelength (e.g. the LPo∑ mode) as a function of the temperature as a further property of the existing long-period gratings 6, 7, 8; 7 ', 7' '; 26, 31. Under the influence of temperature, the loss peak shifts to higher wavelengths with increasing temperatures in the specified temperature range.
In den erfindungsgemäßen Filtereinrichtungen 1,33,34 treten jeweils mindestens zwei verschiedene LPoχ- und LPoγ-Moden unterschiedlicher Ordnung auf.At least two different LPoχ and LPoγ modes of different orders occur in the filter devices 1,33,34 according to the invention.
In den Fig. 9,10 ist die Möglichkeit der Restdispersionskompensation für eine Filtereinrichtung mit vier Modenkonvertern (m=4) dargestellt. Dafür sind verschiedene Werte der Dispersi- on (=Anstieg der Gruppenlaufzeit) gezeigt. Die Dispersion kann kontinuierlich von -23 ps/nm bis +23 ps/nm in einer Bandbreite >50 GHz (0,4 nm) eingestellt werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel mit Maßangaben wird die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung 33, analog zu Fig. 3, erläutert. Um die Einstellung der differentiellen Laufzeitdifferenz TPhase in Abhängigkeit von der Temperatur mittels der Phasen- Abstimmungseinrichtung aus angebrachten Heizelementen aufzuzeigen, sind in Fig. 11,12 die Verlust (dB) -Wellenlängen (nm) - Kurven in Abhängigkeit von der angelegten Temperatur als Para- meter dargestellt.9, 10 shows the possibility of residual dispersion compensation for a filter device with four mode converters (m = 4). Various values of the dispersion (= increase in group transit time) are shown. The dispersion can be adjusted continuously from -23 ps / nm to +23 ps / nm in a bandwidth> 50 GHz (0.4 nm). In a further exemplary embodiment with dimensions, the mode of operation of a filter device 33 according to the invention is explained, analogously to FIG. 3. In order to show the setting of the differential transit time difference T phase as a function of the temperature by means of the phase matching device from attached heating elements, the loss (dB) wavelengths (nm) curves in FIG. 11.12 are dependent on the temperature applied as a para - meters shown.
Dabei werden zwei in eine Faser eingebrachte Modenkonverter- teile z.B. 7 ' , ! ' ' , analog zur Fig. 3, als uniforme langperiodische Gitter ausgebildet, deren Periode 559 um, Faserabschnittlänge 20 mm und Einschreibzeit 400 s betragen. Das Ein- schreiben erfolgt programmtechnisch gesteuert mit einem 244 nm-Laser, einem UV-Laser, in eine optische Faser. Die Resonanzwellenlänge beträgt dann rund 1565 nm.Two mode converter parts inserted into a fiber are e.g. 7 ',! 3, designed as a uniform long-period grating, the period of which is 559 μm, the fiber section length is 20 mm and the write-in time is 400 s. The inscription is program-controlled with a 244 nm laser, a UV laser, into an optical fiber. The resonance wavelength is then around 1565 nm.
Die Gitter 7 ',7'' weisen dazwischen ein Faserstück 23 von 4 cm auf. Die mit dem Faserstück 23 in Verbindung stehenden Heize- lemente haben eine Länge von 2,5 cm. Die Stärke der Modenkonversion bei einer festgelegten Wellenlänge wird durch die Temperatur über die differentielle Laufzeit Tphase eingestellt. Die Spektren zeigen, dass durch einen Temperaturhub von 100 K eine differentielle Laufzeit Tphase zwischen dem LP02-Mode und dem LPoi-Mode erreicht wird, die etwas mehr als π beträgt. Die Amplitude der Modenkonversion kann bei dieser Realisierung um bis zu 14 dB variiert werden.The grids 7 ', 7''have a fiber piece 23 of 4 cm in between. The heating elements connected to the fiber piece 23 have a length of 2.5 cm. The strength of the mode conversion at a defined wavelength is set by the temperature via the differential transit time Tp hase . The spectra show that a differential transit time Tp ha se between the LP 0 2 mode and the LPoi mode is achieved by a temperature rise of 100 K, which is slightly more than π. With this implementation, the amplitude of the mode conversion can be varied by up to 14 dB.
Um die Möglichkeit der Restdispersionskompensation aufzuzei- gen, wurden verschiedene Werte der Dispersion, die dem Anstieg der Gruppenlaufzeit entsprechen, in der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung 33, analog zu Fig. 3, eingestellt, wie in den Fig. 13,14 gezeigt ist. Die Dispersion kann kontinuierlich von -6 ps/nm bis +7 ps/nm in einer Bandbreite >50 GHz (0,4 nm) eingestellt werden. Der Einfügeverlust beträgt weniger als 0,5 dB.In order to demonstrate the possibility of residual dispersion compensation, various values of the dispersion, which correspond to the increase in the group delay, were set in the filter device 33 according to the invention, analogously to FIG. 3, as in FIGS 13,14. The dispersion can be adjusted continuously from -6 ps / nm to +7 ps / nm in a bandwidth> 50 GHz (0.4 nm). The insertion loss is less than 0.5 dB.
Die erfindungsgemäßen faseroptischen Filtereinrichtungen 1,33,34 können deshalb vorzugsweise in optischen Übertragungsstrecken 2 von hochbitratigen optischen Signalübertragungssystemen (>40 GBit/s) verwendet werden.The fiber-optic filter devices 1,33,34 according to the invention can therefore preferably be used in optical transmission links 2 of high-bit-rate optical signal transmission systems (> 40 Gbit / s).
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Erste Filtereinrichtung1 First filter device
2 Optische Übertragungsstrecke2 Optical transmission path
3 Optische Faser 4 Sender3 optical fiber 4 transmitter
5 Empfänger5 recipients
6 Erster Modenkonverter6 First mode converter
7 Zwischenmodenkonverter7 intermediate mode converter
7' Erster Modenkonverterteil 7'1 Zweiter Modenkonverterteil7 'First mode converter part 7' 1 Second mode converter part
8 Dritter Modenkonverter8 Third mode converter
9 LPoi-Grundmode9 LPoi basic fashion
10 LPoa-Mode (a = 2,...,b) höherer Ordnung10 LPo a mode (a = 2, ..., b) of higher order
11 Erstes Faserstück 12 Zweites Faserstück11 First fiber piece 12 Second fiber piece
13 Erster Faserabschnitt13 First fiber section
14 Zweiter Faserabschnitt14 Second fiber section
14' Erster Faserabschnitt des Modenkonverterteils 7' 14'' Zweiter Faserabschnitt des Modenkonverterteils 7'' 15 Dritter Faserabschnitt14 'First fiber section of the mode converter part 7' 14 '' Second fiber section of the mode converter part 7 '' 15 Third fiber section
16 Erste Gitter-Abstimmeinrichtung16 First grid tuning device
17 Zweite Gitter-Abstimmeinrichtung 18 Dritte Gitter-Abstimmeinrichtung17 Second grid tuner 18 Third grid tuner
19 Erste Phasen-Abstimmeinrichtung19 First phase tuner
20 Zweite Phasen-Abstimmeinrichtung20 Second phase tuner
21 Steuer- und Regelungseinrichtung 22 Übertragungsrichtung (Pfeil)21 control and regulating device 22 direction of transmission (arrow)
23 Kurzes Faserstück23 Short piece of fiber
24 Erstes Faserteil24 First fiber part
25 Zweites Faserteil25 Second fiber part
26 Vierter Modenkonverter 27 Drittes Faserteil26 Fourth mode converter 27 Third fiber part
28 Viertes Faserteil28 Fourth fiber part
29 Drittes Faserstück29 Third fiber piece
30 Viertes Faserstück30 Fourth piece of fiber
31 Letzter Modenkonverter 32 Letzter Faserabschnitt31 Last mode converter 32 Last fiber section
33 Zweite Filtereinrichtung33 Second filter device
34 Dritte Filtereinrichtung34 Third filter device
35 Signalleitung T Laufzeit ΔT Laufzeitdifferenz zwischen den Moden35 Signal line T transit time ΔT transit time difference between the modes
Tpase variable differentielle Laufzeit zwischen den Moden in der Größenordnung der Periodendauer des optischen SignalsTpase variable differential transit time between the modes in the order of the period of the optical signal
L Faserteillänge Lκ FaserabschnittslängeL fiber part length L κ fiber section length
Ls FaserstücklängeL s fiber length
Lsκ kurze FaserstücklängeL sκ short fiber length
LPoi GrundmodeLPoi basic fashion
LP0a Mode (a = 2,...,b) höherer Ordnung Pv ModeLP 0a mode (a = 2, ..., b) higher order Pv mode
LPwy Mode LPwy fashion

Claims

Patentansprüche claims
1. Faseroptische Filtereinrichtung für optische Signalüber- tragungssyste e mit ausgewählt abstimmbaren Modenkonvertern, dadurch gekennzeichnet, dass in einer optischen Faser (3) (m=3,...,n) Modenkonverter (6,7,7 ', 7 '', 8,26,31) in Folge mit dazwischen be- findlichen abstandsvorgegebenen und damit Laufzeitdifferenz (pΔT;p=l, ... ,k) erzeugenden Faserstücken (11, 12; 23; 29,30) enthalten sind, wobei davon ausgewählte Faserstük- ke (11, 12;23;29, 30) abstimmbar sind und die Laufzeitdifferenz (pΔT) durch die unterschiedlichen effektiven Brech- zahlen
Figure imgf000025_0001
der verwendeten verschiedenen Moden
Figure imgf000025_0002
... ,a) erreichbar ist. 1. Fiber-optic filter device for optical signal transmission systems with selectively tunable mode converters, characterized in that in an optical fiber (3) (m = 3, ..., n) mode converters (6, 7, 7 ', 7'', 8,26,31) in a row with fiber pieces (11, 12; 23; 29,30) between them, which are given the distance and thus generate the transit time difference (pΔT; p = 1, ..., k), with selected fiber pieces - ke (11, 12; 23; 29, 30) can be tuned and the transit time difference (pΔT) due to the different effective refractive indices
Figure imgf000025_0001
of the different modes used
Figure imgf000025_0002
..., a) can be reached.
2. Faseroptische Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Modenkonverter (6, 7, 7 ' , 7 ' ' , 8,26, 31) als langperiodische Gitter (LPG) und die Faserstücke (11,12;23;29,30) gitterlos ausgebildet sind.2. Fiber optic filter device according to claim 1, characterized in that the mode converter (6, 7, 7 ', 7' ', 8.26, 31) as a long-period grating (LPG) and the fiber pieces (11, 12; 23; 29, 30) are designed without a grid.
3. Faseroptische Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in ihr mindestens zwei verschiedene Moden (LPvχ,LPwγ) zur Signalverarbeitung vorgesehen sind.3. Fiber-optic filter device according to claim 1 or 2, characterized in that in it at least two different modes (LPvχ, LPwγ) are provided for signal processing.
4. Faseroptische Filtereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von Modenkonverter (6,7,8) zu Modenkonverter (7,8,26) jeweils konvertermittenbezogen ein Faserteil (24,27,28) mit einer Faserteillänge (pL,p=l,2, ... ,k) derart vorgegeben ausgebildet ist, dass zumindest eine konstant vorgegebene einfache Laufzeitdifferenz (ΔT) oder ein davon stetig steigendes Vielfaches (2ΔT,3ΔT, ...,kΔT) erzielt wird.4. Fiber-optic filter device according to at least one of the preceding claims, characterized in that from the mode converter (6,7,8) to the mode converter (7,8,26) in each case a fiber part (24,27,28) with a fiber part length (pL, p = 1, 2, ..., k) is designed in such a way that at least one constant predetermined simple transit time difference (ΔT) or a multiple thereof increasing continuously (2ΔT, 3ΔT, ..., kΔT) is achieved.
5. Faseroptische Filtereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstücke (11, 12;23;29, 30) wahlweise als Phasenelemente dienen, mit denen jeweils eine differentielle Laufzeit ( phase) zwischen den Moden in der Größenordnung der Periodendauer des optischen Signals einstellbar ist.5. Fiber-optic filter device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the fiber pieces (11, 12; 23; 29, 30) optionally serve as phase elements, with each of which a differential transit time (p hase ) between the modes in the order of magnitude Period of the optical signal is adjustable.
Faseroptische Filtereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modenkonverter (6,7,8,31) vorzugsweise einen gleich langen Faserabschnitt (13,14,15,32) mit der Faserabschnittslänge (Lκ) in der optischen Faser (3) belegen.Fiber optic filter device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the mode converters (6,7,8,31) preferably occupy an equally long fiber section (13,14,15,32) with the fiber section length (L κ ) in the optical fiber (3).
7. Faseroptische Filtereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden /Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die langperiodischen Gitter (6,7,8,26,31) uniform ausgebildet sind.7. Fiber-optical filter device according to at least one of the preceding / claims, characterized in that the long-period grating (6,7,8,26,31) are formed uniformly.
8. Faseroptische Filtereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Modenkonverter (7) durch mindestens zwei separate Modenkonverterteile (7',7'') und dazwischen ein im Vergleich zur vorgegebenen Faserstücklänge (Ls) wesentlich "kürzeres Faserstück (23) mit einer kurzen Faserstücklänge (Lsκ) ausgebildet ist, wobei in dem Faserstück (23) eine differentielle Laufzeit (T ase) zwischen den Moden in der Größenordnung der Periodendauer des optischen Signals einstellbar ist.8. Optical fiber filtering device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one mode converter (7) by at least two separate mode converter sections (7 ', 7'') and in between in comparison to the predetermined fiber length (L s) substantially "shorter fiber piece (23) is formed with a short length of fiber piece (L sκ ), a differential transit time (T ase) between the modes being adjustable in the order of magnitude of the period of the optical signal in the fiber portion (23).
9. Faseroptische Filtereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Bereichen der Faserabschnitte (13,14,15) mit den langperiodischen Gittern mindestens eine Gitter-Abstimmeinrichtung (16,17,18) zur Einstellung der Amplitude der Modenkonversion vorzugsweise in Form von gesteuerten Heiz- und/oder Kühlelementen vorgesehen ist, wobei die Gitter-Abstimmeinrichtungen (16,17,18) in unmittelbarer Nähe und/oder an der Oberfläche des das Gitter enthaltenden Faserabschnitts (13,14,15) angeordnet sind.9. Fiber-optical filter device according to at least one of the preceding claims, characterized in that in areas of the fiber sections (13, 14, 15) with the long-period gratings, at least one grating tuning device (16, 17, 18) for setting the amplitude of the mode conversion, preferably in Form of controlled heating and / or cooling elements is provided, the grid tuning devices (16, 17, 18) in the immediate vicinity Proximity and / or on the surface of the fiber section (13, 14, 15) containing the grid are arranged.
10. Faseroptische Filtereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Bereichen der Faserstücke (11,12) wahlweise mindestens eine Phasen-Abstimmeinrichtung (19,20) vorzugsweise in Form von gesteuerten Heiz- und/oder Kühlelemen- ten zur Einstellung der differentiellen Laufzeit (Tphase) zugeordnet ist, wobei die Phasen-Abstimmeinrichtungen (19,20) in unmittelbarer Nähe und/oder an der Oberfläche der Faserstücke (11,12) angeordnet sind.10. Fiber-optical filter device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the areas of the fiber pieces (11, 12) optionally at least one phase tuning device (19, 20) preferably in the form of controlled heating and / or cooling elements for adjustment is assigned to the differential transit time (Tphase), the phase tuning devices (19, 20) being arranged in the immediate vicinity and / or on the surface of the fiber pieces (11, 12).
11. Faseroptische Filtereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Metall aufgebrachten bzw. aufgedampften Heiz- und/oder Kühlelemente für die Gitter- und Phasen- Abstimmeinrichtungen (16, 17, 18; 19, 20) einschließlich der zugehörigen Temperatursensoren mit einer Steuer- und Regelungseinrichtung (21) des optischen Übertragungsstrecke (2) in Verbindung stehen.11. Fiber optic filter device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the heating and / or cooling elements applied or vapor-deposited as metal for the grid and phase tuning devices (16, 17, 18; 19, 20) including the associated Temperature sensors are connected to a control and regulating device (21) of the optical transmission link (2).
12. Faseroptische Filtereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modenkonverter (β, 7, 7 ' , 7 ' ' , 8,26, 31) breitbandig ausgebildet sind und demzufolge die Restdispersion für mehr als einen Wellenlängenmultiplex-Kanal kompensierbar ist. Hierzu 9 Blatt Zeichnungen 12. Fiber-optical filter device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the mode converters (β, 7, 7 ', 7' ', 8.26, 31) are broadband and consequently the residual dispersion can be compensated for more than one wavelength division multiplex channel is. 9 sheets of drawings
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