DE69123253T2

DE69123253T2 - Interferometer

Info

Publication number: DE69123253T2
Application number: DE69123253T
Authority: DE
Inventors: Alan O'neil; Roderick Webb
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: IPG Photonics Corp
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2011-08-31
Also published as: EP0546067B1; CA2089871C; EP0546067A1; WO1992004655A1; US5483340A; JP3195343B2; ES2094234T3; HK110197A; JPH06504407A; GB9019010D0; DE69123253D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Interferometer und insbesondere auf Sagnac-Schleifeninterferometer, bei denen ein optischer Koppler mit vier Anschlüssen, nämlich einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluß und einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluß, eine optische Koppeleinrichtung hat, die den ersten und den zweiten Ausgangsanschluß miteinander verbindet.
Ein an einen Eingangsanschluß eines solchen Interferometers angelegtes optisches Eingangssignal wird durch den optischen Koppler in zwei Teile aufgespalten, die sich um die Koppeleinrichtung, beispielsweise eine optische Faser, herum gegenläufig ausbreiten, so daß sie zum Koppler zurückgelangen und dort wieder zusammengeführt werden. Für eine optisch lineare optische Kopplungseinrichtung ist der optische Wege längs der Koppeleinrichtung für die zwei Teile der gleiche. Bei einer 50:50-Teilung vereinigen sich die Teile derart, daß das Eingangssignal an dem Anschluß wieder erscheint, in den es ursprünglich eingegeben wurde. Das Eingangssignal wird als durch das sagnac-Interferometer "reflektiert" bezeichnet. Aus diesem Grund wird diese Anordnung oft als Schleifenspiegel bezeichnet.
Die Anmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 88/02875 vom gleichen Anmelder beschreibt ein Sagnac-Interferometer, bei dem die Symmetrie der zwei sich gegenläufig längs der Koppeleinrichtung ausbreitenden Teile aufgehoben ist, so daß sich bei den gegenläufig ausbreitenden Teilen des Eingangssignals eine relative Phasenverschiebung einstellt. Dies erhält man beispielsweise dadurch, daß ein Koppelverhältnis anders als 50:50 gewählt wird und ein optisch nichtlinearer optischer Faserwellenleiter die Koppeleinrichtung bildet. In diesem Fall sind die Intensitäten der Signalteile, die in die Enden des Wellenleiters eingeleitet werden, nicht gleich. Wenn die Eingangssignale eine zur Hervorrufung von Eigenphasenmodulation der optischen Teile bei der Ausbreitung um die optische Faserschleife herum ausreichende Intensität haben, erfahren die sich in entgegengesetzte Richtungen um den Wellenleiter herum ausbreitenden Signalteile unterschiedliche Brechungsindizes aufgrund des Kerr-Effekts. Dies führt dazu, daß die Signale unterschiedliche Phasenverschiebungen erfahren, so daß dann, wenn die Signale in die Koppeleinrichtung zurücklaufen, sie eine intensitätsabhängige relative Phasenverschiebung haben.
Die Intensitätsabhängigkeit der relativen Phasenverschiebung führt zu einer Vorrichtung, dessen Ausgabe an einem Eingangsanschluß eine oszillierende Funktion der Intensität des Eingangssignals ist. Ein beliebiges, den zweiten Eingangsanschluß (also den Anschluß, an den das Eingangssignal nicht angelegt wird) erregendes Signal wird als durch das Interferometer "weitergeleitet" bezeichnet. Diese Eigenschaft kann in vielerlei Anwendungen verwendet werden, beispielsweise für Logikelemente, optische Verstärker, optische Schalter und ähnliches, wenngleich vollständiges Schalten aufgrund der Nicht-50:50-Teilung nicht eingestellt werden kann.
Ein Nachteil dieser Anordnung ist, daß der kleine Kerr- Effekt-Koeffizient derzeit erhältlicher optischer Fasermaterialien ihre Verwendung einschränkt, da ein hohes Produkt aus optischer Leistung und Schleifenlänge benötigt wird, um die notwendigen Phasenverschiebungen hervorzurufen.
Ein bekannter Ansatz zum Vermeiden dieses Nachteils ist es, einen asymmetrisch angebrachten optischen Verstärker in die Schleife einzufügen, wobei die Sagnac-Schleife einen 50:50- Koppler hat, wie im Artikel "Nonlinear Amplifying Loop Mirror" von M.E. Fermann, F.H. Harberl, M. Hofer und H. Hochreiter in "Optics Letters", Band 15, Nr. 13, 1. Juli 1990, beschrieben. Die Position des Verstärkers sorgt dafür, daß die sich gegenläufig ausbreitenden Teile eines Eingangssignals über einen großen Teil ihres Wegs um die Schleife herum unterschiedliche Intensitäten haben. Wenn die verstärkten Teile ausreichende Intensität haben, um in den nichtlinearen Bereich der optischen Faser zu gelangen, ergibt sich eine intensitätsabhängige relative Phasenverschiebung zwischen den sich gegenläufig ausbreitenden Teilen, die zum gewünschten intensitätsabhängigen Schalten führt.
Bei der eben beschriebenen bekannten Ausführungsform hatte die Faserschleife eine Länge von 306 m, um ein ausreichend hohes Produkt aus Intensität und Schleifenlänge zu erhalten.
Erfindungsgemäß wird ein Sagnac-Schleifeninterferometer mit einem optischen Koppler mit vier Anschlüssen angegeben, die einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß aufweisen, und einer optischen Koppeleinrichtung, die den ersten und den zweiten Ausgangsanschluß miteinander verbindet, wobei das Interferometer so ausgelegt ist, daß ein optisches Signal, das an einem Eingangsanschluß eingekoppelt wird, durch den optischen Koppler in zwei Teile aufgeteilt wird, wobei sich die Teile um die Koppeleinrichtung herum entgegengesetzt ausbreiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung einen nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker aufweist, sowie eine Einrichtung, die dazu ausgelegt ist, die optische Intensität der sich gegenläufig ausbreitenden Teile zu verändern, wobei der nichtlineare Halbleiterlaserverstärker so ausgelegt ist, daß sich eine Phasendifferenz zwischen den sich gegenläufig ausbreitenden Teilen einstellt, und wobei die Einrichtung zum asymmetrischen Variieren der optischen Intensitäten so ausgelegt ist, daß die optische Intensität eines der sich gegenläufig ausbreitenden Teile stärker gedämpft oder verstärkt wird als die des anderen der sich gegenläufig ausbreitenden Teile vor der Verstärkung im nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker, wodurch die sich gegenläufig ausbreitenden Teile unterschiedliche Intensitäten haben, wenn sie den Verstärker erreichen.
Das Einfügen der Einrichtung für asymmetrische optische Intensität führt dazu, daß die Intensität eines der sich gegenläufig ausbreitenden Teile stärker verändert wird als diejenige des anderen vor der Verstärkung durch den nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker. Wenn die zwei Komponenten zu unterschiedlichen Zeiten durch den Verstärker laufen, erzeugen sie unterschiedliche interne Durchschnittsintensitäten und damit unterschiedliche Brechungsindizes. Dies führt dazu, daß die von den zwei Komponenten innerhalb des Verstärkungsmediums erfahrene Verstärkung und Phasenänderung unterschiedlich ist. Ein Phasenunterschied verändert die Interferenz in der optischen Kopplungseinrichtung, so daß das benötigte Schalten erfolgt, ohne daß auf große Längen optischer Fasern zurückgegriffen werden muß.
Die Schleifenlänge des Sagnac-Schleifeninterferometers und die Position des nichtlinearen Verstärkers innerhalb der Schleife sind nun lediglich eingegrenzt durch die Notwendigkeit, die Impulse durch den Verstärker zeitlich zu trennen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Einrichtung zum asymmetrischen Verändern der optischen Intensität Quellen optischer Dämpfung auf, die zu unterschiedlichen Beträgen optischer Dämpfung zwischen dem ersten Ausgangsanschluß und dem nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker und dem zweiten Ausgangsanschluß und dem nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker führen. Dies ergibt ein einfaches, robustes Interferometer, das mit gut beherrschbaren Aufbautechnologien hergestellt werden kann.
Der optische Koppler kann ein optischer Faserkoppler sein, der aus den optischen Fasern gebildet sein kann, die mit dem nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker gekoppelt sind. Dies vermeidet die Notwendigkeit von Spleißen zur Verbindung der optischen Fasern mit den Ausgangsanschlüssen der Koppler.
Der optische Verstärker kann so abgestimmt sein, daß die Teile beim Einlaufen in den optischen Koppler die gleiche Intensität für die Wiedervereinigung haben, um im wesentlichen vollständiges Schalten zwischen den Eingangsanschlüssen zu behalten. Ein weiterer Weg zum Herbeiführen der Intensitätsasymmetrie am optischen Verstärker ist es, einen weiteren optischen Verstärker vorzusehen. Am einfachsten können in diesem Fall die zwei Verstärker Teil des gleichen Doppelstreifenverstärkerkopplers sein.
Im Sinne der Erfindung können auch andere Einrichtungen vorgesehen sein, um Intensitätsasymmetrie am optischen Verstärker zu erhalten, da sich die Erfindung im weitesten Sinn nicht auf eine bestimmte Weise bezieht, in der diese Asymmetrie erzeugt wird.
Die vorliegende Erfindung gibt außerdem ein Verfahren zum Schalten eines optischen Signals an mit:
Anlegen des Signals an ein Sagnac-Schleifeninterferometer mit einem optischen Koppler mit vier Anschlüssen, die einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß haben, wovon an einem das optische Signal angelegt wird, und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß, sowie einer optischen Koppeleinrichtung, die den ersten und den zweiten Ausgangsanschluß miteinander verbindet,
Aufteilen des optischen Signals im optischen Koppler in einen ersten Teil und einen zweiten Teil, Bewirken, daß der erste Teil die optische Koppeleinrichtung in eine erste Richtung durchläuft, Bewirken, daß der zweite Teil die optische Koppeleinrichtung in eine zweite Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung durchläuft, Bewirken, daß der erste und der zweite Teil rekombinieren und im optischen Koppler optisch interferieren, um das Schalten des Interferometers von einem ersten Modus, in dem das Interferometer das angelegte optische Signal an denjenigen Eingangsanschluß zurückreflektiert, an den es angelegt war, in einen zweiten Modus, bei dem das Interferometer das angelegte optische Signal zu dem Eingangsanschluß weiterleitet, an dem das optische Signal nicht angelegt war, in Abhängigkeit vom angelegten optischen Signal zu erlauben, gekennzeichnet durch Bewirken, daß der erste Teil beim Durchlauf durch die optische Koppeleinrichtung nacheinander auf einen nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker und eine Veränderungseinrichtung für die optische Intensität trifft, und Bewirken, daß der zweite Teil beim Durchlauf durch die optische Koppeleinrichtung in eine Richtung entgegengesetzt zu derjenigen des ersten Teils den nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker und die Veränderungseinrichtung für die optische Intensität in einer Reihenfolge entgegengesetzt zu derjenigen des ersten Teils durchläuft, so daß die jeweiligen Teile beim Eintreffen beim nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker unterschiedliche optische Intensitäten haben, so daß die jeweiligen Teile vor ihrer Rekombination eine Phasendifferenz haben.
Das Prinzip der Wirkungsweise und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nun bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, es zeigen:
Figur 1 ein schematisches Diagramm eines bekannten, symmetrischen Sagnac-Interferometer-Schleifenspiegels;
Figur 2 ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen Sagnac-Interferometers, das in eine Experimentalanordnung zur Bestimmung seiner optischen Kennwerte eingebaut ist;
Figur 3 einen Graph theoretischer und experimenteller Ergebnisse der Bestimmung der Kennwerte der Ausführungsform in Figur 2;
Figur 4 ein schematisches Diagramm einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Sagnac-Interferometers; und
Figur 5 ein schematisches Diagramm einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Das in Figur 1 gezeigte Sagnac-Interferometer wird durch eine einzige optische Silicafaser 2, die als Schleife 4 ausgebildet ist, gebildet. Bereiche der optischen Faser bilden einen Koppler 6 mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluß 8, 10, und einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluß 12, 14. Der Koppler 6 ist so ausgebildet, daß er gleiche Teile eines optischen Signals, das an einem der Anschlüsse 8 oder 10 empfangen wurde, bei einer Betriebswellenlänge an jeden der Ausgangsanschlüsse 12, 14 koppelt. In gleicher Weise werden optische Signale, die beim Koppler anlangen und von einem der Anschlüsse 12 oder 14 empfangen werden, in gleicher Weise in die Anschlüsse 8 und 10 gekoppelt.
Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung wirkt als Spiegel. Das bedeutet, daß dann, wenn eine optische Eingabe E&sub1; in den Eingangsanschluß 8 eingekoppelt wird, das gesamte Signal in bekannter Weise an den Anschluß 8 zurückgelangt, weil der Koppler 6 dazu führt, daß die Eingabe in zwei sich gegenläufig ausbreitende Felder aufgeteilt wird, die gleichzeitig zurücklaufen, so daß sie sich im Koppler 6 rückkombinieren. Die optische Weglänge ist für beide sich ausbreitenden Felder genau die gleiche, wenn sich die Schleife im stationären Zustand befindet, weil die Felder den gleichen Weg, jedoch in entgegengesetzte Richtungen durchlaufen.
Figur 2 zeigt dagegen ein erfindungsgemäßes Sagnac-Interferometer 19, das einen 50:50-Optikfaserkoppler 20 aufweist, der aus herkömmlichen Einmodenkommunikations-Silicaoptikfasern 22 und 24 gebildet ist, deren Enden 26 und 28 optisch mit einem Halbleiterlaserverstärker 30 gekoppelt sind. Der Koppler hat einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß 34, 36 und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß 38, 40. Die Fasern 22 und 24 bilden zusammen mit dem Verstärker 30 die Koppeleinrichtung des Interferometers, die den ersten und den zweiten Ausgangsanschluß 38 und 40 des optischen Kopplers 20 miteinander verbindet.
Polarisationssteuerungen 42 und 44, einer auf jeder Seite des Verstärkers 30, richten die Polarisation der sich gegenläufig ausbreitenden Teile eines Signals, das in einen der Eingangsanschlüsse 34, 36 des Kopplers 20 eingeleitet wurde, aufeinander aus, um die Verstärkung und die Interferenz zu maximieren, um vollständiges Schalten zu erhalten.
Um für die sich gegenläufig ausbreitenden Teile eines optischen Eingangssignals unterschiedliche optische Weglängen zu erhalten, müssen die Teile durch den Verstärker 30 zu unterschiedlichen Zeiten laufen und unterschiedliche Intensitäten haben. Ersteres wird in dieser Ausführungsform erreicht, indem die Koppeleinrichtung so ausgebildet wird, daß die Faser 24 länger ist als die Faser 22, in diesem Fall wurden 17 m bzw. 10 m verwendet. Der Unterschied der Faserlängen, der zur Vermeidung von gleichzeitig im Verstärker 30 einlaufenden Impulsen benötigt wird, kann direkt aus der Kenntnis der spezifischen, durch das Interferometer zu schaltenden Impulsfolge bestimmt werden. Schalten erhält man durch Asymmetrie der optischen Dämpfung der sich gegenläufig ausbreitenden Signale, wenn sie sich vom Koppler 20 zum Verstärker 30 hin ausbreiten. Der Verstärker wird so abgestimmt, daß gleiche Teile gleicher Intensität vorliegen, wenn sie im optischen Koppler rekombinieren.
Zwei optische 95:5-Faserkoppler 46 und 48, von denen je einer in die Fasern 22 und 24 eingespleißt ist, ergeben Überwachungsanzapfungen, mittels derer optische Leistungsmesser 50 und 52 und Spektrumsanalysierer 54 und 56, die an die Koppler 46 und 48 gekoppelt sind, die sich gegenläufig ausbreitenden Teile eines Eingangssignals abtasten können.
In der Experimentalanordnung aus Figur 2 erhält man ein Testeingangssignal aus einem strommodulierten DFB-Laser 58, der von einem 10-ns-Impulsgenerator 60 angesteuert wird, um 10-ns-Impulse bei 1,52 µm mit einer Wiederholrate von 10 µs zu erzeugen. Die Ausgabe des Lasers 58 wird über eine verlinste optische Faser 62 an einen optischen Isolator 64 gekoppelt und dann über eine Polarisationssteuerung 66 zum Anschluß 68 des Kopplers 76 mit vier Anschlüssen 68, 70, 72 und 74.
Die wellenlänge des Lasers 58 wurde temperaturabgestimmt, so daß sie zwischen zwei Resonanzen des Verstärkungsspektrums des Verstärkers 30 liegt. Die Impulsleistung wird eingestellt, indem eine piezoelektrische Umsetzungsstufe 61 verwendet wird, die dazu ausgelegt ist, die Faser zum Laser 58 hin und von ihm weg zu bewegen.
Der Anschluß 74 des Kopplers 76 ist mit dem Anschluß 34 des Kopplers 20 über eine optische Faser 78 verbunden, die den Eingangsimpuls in das Sagnac-Interferometer 19 einkoppelt.
Optische Signale, die vom Sagnac-Interferometer 19 reflektiert werden, verlassen den Anschluß 34 des Kopplers 20 und kehren über die optische Faser 78 zum Koppler 76 zurück, wobei ein Teil des reflektierten Signals an einen ersten PINFET-Empfänger 80 gekoppelt wird, der mit dem Ausgangsanschluß 70 des Kopplers 76 verbunden ist.
Vom Sagnac-Interferometer 19 weitergeleitete optische Signale, die also den Anschluß 36 verlassen, werden an einen zweiten PINFET-Empfänger 82 gekoppelt.
Die elektrischen Ausgaben der Empfänger 80 und 82 werden an zwei Eingänge eines Abtastoszilloskops 84 angelegt, um die Pegel der reflektierten und weitergeleiteten Signale des Sagnac-Interferometers zu messen.
Durch die Empfänger 80 und 82 wird auch das Rückwärtswellensignal gemessen, das von einer Facette des Verstärkers 30 reflektiert wurde, nachdem es den Verstärker 30 durchlaufen hat. Diese Signale werden zeitweise abgegrenzt, auf jeder Seite des geschalteten Impulses. Sie erzeugen gleiche Komponenten an den Interferometerausgangsanschlüssen 34 und 36 und können deshalb zur Bestimmung der relativen Verluste (die die Einrichtung zur Herbeiführung der Tatsache, daß die sich gegenläufig ausbreitenden Teile beim Eintreffen am Verstärker 30 unterschiedliche Intensitäten haben, bilden) an den zwei Verstärkern 80 und 82, sowie deren Antworten verwendet werden. Die Eingangsleistung wird überwacht, indem die Reflexion vom nicht abgeschlossenen Anschluß 72 des Kopplers 76 durch den Empfänger 80 gemessen wird. Alle Impulspegelmessungen wurden 2 ns nach Impulsbeginn durchgeführt, um Fehler aufgrund Übergangsträgereffekte zu vermeiden.
Eigenverluste der optischen Faser und Verstärkerkoppelverluste führen zu einem Unterschied von 3,6 dB bei der Leistung der zwei Teile eines optischen Signals, das in die jeweiligen Enden des optischen Verstärkers 30 eingeleitet wird. Dieser Unterschied ergab sich hauptsächlich aufgrund der Unterschiede der Einführverluste bei der Kopplung der Faserenden 26 und 28 der Fasern 22 und 24 zum Verstärker 30. Die Notwendigkeit, einen diskreten Dämpfer seriell zum Verstärker an einer Seite des Verstärkers 30 vorzusehen, entfällt dadurch.
Wegen der Asymmetrie der optischen Dämpfung der sich gegenläufig ausbreitenden Teile bei ihrem Durchlauf vom Koppler 20 zum Verstärker 30 und weil die Teile den Verstärker 30 zu unterschiedlichen Zeiten durchlaufen, entstehen unterschiedliche durchschnittliche Intensitäten im Verstärker 30 und damit unterschiedliche Trägerdichten und Brechungsindizes. Siehe beispielsweise T. Mukai, Y. Yamamoto, T. Kimura "Optical Direct Amplification for Fiber Transmission": "Rev. Elec. Commun. Lab.", Band 31, Nr. 3, S. 340, 1983, und M.J. Adams, H.J. Westlake, M.J. O'Mahony, I.D. Denning "Comparison of Active and Passive Bistability in Semiconductors", IEEE J. Quantum Electron.", Band QE-21, Nr. 9, Sept. 1985, dort werden diese Effekte beschrieben. Der Phasenunterschied zwischen den Teilen aufgrund der verschiedenen optischen Weglängen verändert die Interferenz am Koppler 36, so daß intensitätsabhängiges Schalten des Interferometers zwischeneinem Reflexionsmodus an einem Weiterleitungsmodus bewirkt wird.
Das reflektierte Signal Er vom Anschluß 34 und das weitergeleitete Signal Et vom Anschluß 36 für ein Eingangssignal Ei sind durch die folgenden Gleichungen gegeben:
Er = EiAß(1 - ß)[GH + GL + 2 GHGL cos(φH - φL)] (1)
Et = EiA[ß²GH + (1 - ß)²GL - 2ß(1 - ß) GHGL cos(φH - φL)] (2)
wobei A die Dämpfung ist, GH und GL sind Verstärkerleistungsverstärkungen in den zwei Richtungen, und φH und φL sind die Phasenänderungen, die die Eingangssignale beim Durchlauf durch den Verstärker erfahren.
Bei Verwendung eines idealen Wanderwellenverstärkers sind in die Gleichungen 1 und 2 die Verstärkung bei einem Durchlauf und die Phasenänderung für jeden Impuls einzusetzen. Für einen Fastwanderwellenverstärker (NTW) muß die Resonanzabsenkung berücksichtigt werden, die sich durch die nicht verschwindenden Facettenreflexivitäten ergeben. Verstärkungs- und Phasenkennlinien von NTW-Verstärkern sind bekannt, siehe beispielsweise M.J. Adams "Time dependent analysis of active and passive optical bistability in semiconductors", IEE PROCEEDINGS", Band 132, Pt. J, Nr. 6, Dez. 1985, und J.A. Goldstein, E.M. Garmire "0n the dynamic response of nonlinear Fabri-Perot interferometers", ebenda, QE-17, S. 366-374, 1981.
Figur 3 zeigt experimentelle Ergebnisse für die weitergeleiteten und reflektierten Signale über der Eingangsleistung am Interferometer 19. Der plötzliche Wechsel des weitergeleiteten Signals an einer bestimmten Impulsleistung ist für Schaltanwendungen ideal, weil eine kleine Änderung am Eingang eine große Anderung am Ausgangssignal bewirkt. Figur 3 zeigt auch theoretische Vorhersagen auf der Grundlage von Abschätzungen von NTW-Verstärkerparametern (Sättigungsleistung = 1,5 mW, nichtgesättigte Verstärkung = 25,6 dB, Facettenreflexivitäten = 0,02, Facettenkopplungsverluste = 5 dB) . Der gemessene Schaltunterschied ist sogar noch größer als der vorhergesagte. Das Modell deutet darauf hin, daß die Schaltkennlinie durch Einstellen der Verstärkervorspannung und durch die verwendete Dämpfer/Koppler-Kombination abgeändert werden kann.
Hauptanwendung für die Vorrichtung sind ausschließlich optische Schalter mit niedriger Leistung. Der gewonnene scharfe Schaltübergang macht die Vorrichtung geeignet zur Verwendung in Verarbeitungsanwendungen, etwa Pegelerfassung, Impulsregeneration und optische Logikvorrichtungen. Der nichtreziproke Schleifenspiegel kann verwirklicht werden, indem schnellere, nichtlineare Materialien verwendet werden, falls notwendig.
Die Erfindung kann auch einen weiteren optischen Verstärker verwenden, um die Asymmetrie der optischen Weglängen für die sich gegenläufig ausbreitenden Teile zu erzeugen. Der Verstärker kann beispielsweise ein mit Erbium dotierter Faserverstärker sein.
Solch ein Interferometer 90 ist in Figur 4 gezeigt. Es ist das gleiche wie die Ausführungsform 19 aus Figur 2, und gleiche Bezugsziffern werden für gleiche Elemente verwendet, ausgenommen jedoch ist der hinzugefügte Verstärker 102 seriell zum Halbleiterlaserverstärker 30.
In Figur 5 weist ein Interferometer einen Doppelstreifenlaserverstärker/Koppler 150 auf, der Streifen 152 und 154 aufweist. Die Streifen haben funktionell getrennte Verstärkerbereiche 156, 158, 160 und 162 und interaktive Kreuzkopplungsregionen 164 und 166. Jeder ist getrennt steuerbar, um eine gewünschte Verstärkung und Kreuzkopplung hervorzurufen. Die Verstärkungsbereiche 156 und 160 haben Eingangsanschlüsse und sind jeweils mit optischen Fasern 168 und 170 verbunden. Verstärkende Bereiche 158 und 161 sind optisch über eine Optikfaserschleife 172, die die Koppeleinrichtung bildet, verbunden.
Die Verstärkungsbereiche sind nichtlinear. Verstärkungsbereiche 158 und 162 können so abgestimmt werden, daß der eine weniger Verstärkung liefert als der andere, und daß Signalteile an einem Eingang, der durch die Koppelbereiche 152 und 150 aufgeteilt wurde, um zwei sich gegenläufig ausbreitende Signale in der Schleife 172 hervorzurufen, zum Koppelbereich 150 und 152 mit gleicher Intensität zurückkehren. Da die Verstärkungsbereiche nichtlinear sind, werden die sich gegenläufig ausbreitenden Teile eine unterschiedliche Phasenverschiebung in den nichtlinearen Verstärkern erfahren, die eine Funktion der Intensität des Eingangsimpulses sind, so daß sich intensitätsabhängiges Schalten eines Eingangsimpulses an der Faser 168 zu den Fasern 168 und 170 ergibt.
In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann ein Nicht-50:50-Optikkoppler verwendet werden, solange die Vorrichtungen in der Kopplungseinrichtung, also die Sagnac- Schleife, sich gegenläufig ausbreitende Teile gleicher Intensität bei ihrer Rückkunft zum optischen Koppler nach ihrer Ausbreitung um die Koppeleinrichtung herum liefern.

Claims

1. Sagnac-Schleifeninterferometer (19) mit:

einem optischen Koppler (20) mit vier Anschlüssen, die einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß (34, 36) und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß (38, 40) aufweisen; und einer optischen Koppeleinrichtung (22, 30, 24), die den ersten und den zweiten Ausgangsanschluß miteinander verbindet; wobei das Interferometer so ausgelegt ist, daß ein optisches Signal, das an einem Eingangsanschluß eingekoppelt wird, durch den optischen Koppler in zwei Teile aufgeteilt wird, wobei sich die Teile um die Koppeleinrichtung herum entgegengesetzt ausbreiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung einen nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker aufweist sowie eine Einrichtung, die dazu ausgelegt ist, die optische Intensität der sich gegenläufig ausbreitenden Teile zu verändern, wobei der nichtlineare Halbleiterlaserverstärker so ausgelegt ist, daß sich eine Phasendifferenz zwischen den sich gegenläufig ausbreitenden Teilen einstellt, und wobei die Einrichtung dazu ausgelegt ist, die optische Intensität asymmetrisch so zu variieren, daß die optische Intensität eines der sich gegenläufig ausbreitenden Teile stärker gedämpft oder verstärkt wird als die des anderen der sich gegenläufig ausbreitenden Teile vor der Verstärkung im nichtlinearen Haibleiterlaserverstärker, wodurch die sich gegenläufig ausbreitenden Teile unterschiedliche Intensitäten haben, wenn sie den Verstärker erreichen.

2. Interferometer nach Anspruch 1, bei dem die Veränderungseinrichtung (22, 30, 24) für asymmetrische optische Intensitäten Stellen optischer Dämpfung aufweist, die zwischen dem ersten Ausgangsanschluß (38) und dem nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker (30) und dem zweiten Ausgangsanschluß (40) und dem nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker (30) unterschiedliche Beträge optischer Dämpfung ergeben.

3. Interferometer nach Anspruch 2, bei dem der nichtlineare Halbleiterlaserverstärker (30) seriell zwischen zwei optische Fasern (22, 24) gekoppelt ist, wobei die unterschiedlichen optischen Dämpfungen in der Koppeleinrichtung (22, 30, 24) durch unterschiedliche Koppelverluste zwischen jeder der optischen Fasern und dem Verstärker geliefert werden.

4. Interferometer nach Anspruch 3, das außerdem eine erste und eine zweite Polarisationssteuerung (42, 44) aufweist, die jeweils auf einer Seite des nichtlinearen Halbleiterlaserverstärkers (30) angeordnet sind, um die Polarisation der sich um die optischen Fasern (22, 24) ausbreitenden optischen Signale zu steuern.

5. Interferometer nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der optische Koppler (20) ein aus den optischen Fasern (22, 24) gebildeter optischer Faserkoppler ist.

6. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der optische Koppler (20) ein optischer 50: 50-Koppler ist.

7. Interferometer nach Anspruch 1, bei dem die Veränderungseinrichtung für asymmetrische optische Intensität einen weiteren optischen Verstärker aufweist.

8. Interferometer nach Anspruch 7, bei dem der optische Koppler, der nichtlineare Halbleiterlaserverstärker und der weitere optische Verstärker Teile eines einzigen Doppelstreifen-Laser-Verstärkers/Kopplers (150) sind.

9. Verfahren zum Schalten eines optischen Signals mit:

Anlegen des Signals an ein Sagnac-Schleifeninterferometer mit einem optischen Koppler (20) mit vier Anschlüssen, die einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß (24, 36) haben, wovon an einen das optische Signal angelegt wird, und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß (38, 40), sowie einer optischen Koppeleinrichtung (22, 30, 24), die den ersten und den zweiten Ausgangsanschluß miteinander verbindet, Aufteilen des optischen Signals im optischen Koppler in einen ersten Teil und einen zweiten Teil, Bewirken, daß der erste Teil die optische Koppeleinrichtung in eine erste Richtung durchläuft, Bewirken, daß der zweite Teil die optische Koppeleinrichtung in eine zweite Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung durchläuft, Bewirken, daß der erste und der zweite Teil rekombinieren und im optischen Koppler interferieren, um das Schalten des Interferometers von einem ersten Modus, in dem das Interferometer das angelegte optische Signal an denjenigen Eingangsanschluß zurückreflektiert, an den es angelegt war, in einen zweiten Modus, bei dem das Interferometer das angelegte optische Signal zu dem Eingangsanschluß weiterleitet, an den das optische Signal nicht angelegt war, in Abhängigkeit vom angelegten optischen Signal zu erlauben, gekennzeichnet durch Bewirken, daß der erste Teil beim Durchlauf durch die optische Koppeleinrichtung nacheinander auf einen nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker und eine Veränderungseinrichtung für die optische Intensität trifft, und Bewirken, daß der zweite Teil beim Durchlauf durch die optische Koppeleinrichtung in eine Richtung entgegengesetzt zur derjenigen des ersten Teils den nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker und die Veränderungseinrichtung für die optische Intensität in einer Reihenfolge entgegengesetzt zu derjenigen des ersten Teils durchläuft, so daß die jeweiligen Teile beim Eintreffen beim nichtlinearen Halbleiterlaserverstärker unterschiedliche optische Intensitäten haben, so daß die jeweiligen Teile vor ihrer Rekombination eine Phasendifferenz haben.