DE69129153T2

DE69129153T2 - Optischer schalter

Info

Publication number: DE69129153T2
Application number: DE69129153T
Authority: DE
Inventors: Keith Blow; Nicholas Doran
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2011-11-28
Also published as: CA2096522C; CA2096522A1; DE69129153D1; EP0559811B1; JP2989894B2; WO1992009916A1; EP0559811A1; JPH06507251A; US5473712A; GB9025793D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Steuerung der Intensität eines optischen Signals.
Optische Interferometer wurden als volloptische Schalter eingesetzt, in denen ein einen Eingangs- und einen Ausgangsanschluß aufweisender Interferometer vorgesehen ist, wobei ein dem Eingangsanschluß zuzuführendes optisches Signal mit einer ersten wellenlänge in zwei Teilsignale geteilt wird, die später zur Bildung eines Ausgangssignals am Ausgangsanschluß kombiniert werden, dessen Intensität von der Phasendifferenz zwischen den zu kombinierenden Teilsignalen abhängig ist, und wobei dem Interferometer auch ein optisches Steuersignal zugeführt wird, so, daß die Phasendifferenz zwischen den Teilsignalen am Ausgangsanschluß von der Intensität des optischen Steuersignals abhängig ist.
Ein Beispiel eines derartigen optischen Schaltvorgangs ist in WO-A-9104593 beschrieben. Das Interferometer ist als eine Sagnac-Schleife ausgebildet, die aus einer optischen Faser mit nichtlinearem Verhalten besteht, d.h., ihr Brechungsindex ändert sich mit der Intensität des optischen Signals. Eine optische Trägerwellenquelle liefert ein optisches Trägerwellensignal mit der ersten Wellenlänge, welches dem Eingangsanschluß zugeführt und in zwei in Gegenrichtungen sich ausbreitende Teilsignale geteilt wird. Ein Steuersignal mit einer zweiten Wellenlänge, im vorliegenden Fall ein empfangenes optisches Datensignal, wird in die Schleife derart eingeleitet, daß es sich entlang der Faserschleife im wesentlichen in einer Richtung ausbreitet.
Um ein optisches Datensignal mit Nullintensität zu erreichen, wirken der erste optische Koppler und die optische Faser, die einen Sagnac-Antiresonanzinterferometer bilden, auf das optische Trägerwellen-Meßsignal wie ein Faserschleifenspiegel, indem das dem ersten Eingangsanschluß des Kopplers zugeführte Signal reflektiert wird, d.h., das Signal am gleichen Anschluß abgegeben wird. Diese Wirkung wird dadurch erreicht, daß die zwei in Gegenrichtungen sich ausbreitenden Teilsignale die gleiche relative Phase zueinander einhalten. Wenn sich ein weiteres optisches Signal entlang des Interaktionsabschnitts des Wellenleiters ausbreitet, so entsteht bei dem Teilsignal, das sich mit ihm zusammen ausbreitet, eine Phasenverschiebung, die eine Störung der Reflexionsbedingung verursacht und ein Teil des optischen Meßsignals vom zweiten Anschluß ausgestrahlt wird.
Es können auch andere Interferometerausführungen verwendet werden. Die Sagnac-Schleife hat den Vorteil, daß die in Gegenrichtungen sich ausbreitenden Signale die gleiche Faser transversal durchlaufen. Ein Nachteil besteht darin, daß die Sagnac-Schleife eine Zweianschluß-Einrichtung darstellt, die z. B. durch die Verwendung einer Vieranschluß- Mach-Zehnder-Einrichtung überwunden werden kann.
Die Veröffentlichung von K.-J. Blow et al ("Two-wavelength Operation of the nonlinear fibre loop mirror", Optics Letters, Band 15, Nr. 4, Z. 248 - 250) beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Intensität eines optischen Signals, bei dem ein optisches Eingangssignal in zwei Signale geteilt wird, die sich in Gegenrichtungen entlang eines optischen Wellenleiters mit nichtlinearem Brechungsindex ausbreiten, während sich ein optisches Steuersignal entlang des optischen Wellenleiters in einer Richtung ausbreitet, um die Phase der zwei Signale zu steuern, wobei die erwähnten zwei Signale nach dem Durchlauf des Wellenleiters interferometrisch kombiniert werden, um ein gesteuertes optisches Ausgangssignal zu bilden.
Im gleichen Dokument beschreiben J.-K. Blow et al auch eine Einrichtung zur Steuerung der Intensität eines optischen Signals, bestehend aus einem Schleifeninterferometer, das einen optischen Wellenleiter mit nicht linearem Brechungsindex sowie optische Kopplungsmittel aufweist, einer Quelle eines zu steuernden optischen Signals, die mit den Kopplungsrnitteln verbunden ist, sowie einer mit den Kopplungsmitteln verbundenen Quelle eines optischen Steuersignals, wobei die Kopplungsmittel so ausgebildet sind, daß das zu steuernde Signal in zwei Signale geteilt wird, die sich entlang des Wellenleiters in Gegenrichtungen ausbreiten, während das Steuersignal sich entlang des Wellenleiters in einer Richtung ausbreitet, um die Phase der erwähnten zwei Signale zu steuern, wobei die zwei Signale bei erneuter Einleitung in die Kopplungsrnittel interferometrisch kombiniert werden, um an einem Anschluß der Kopplungsmittel ein Ausgangssignal zu erzeugen.
Gemäß der in den beliegenden Ansprüchen beschriebenen vorliegenden Erfindung ist das optische Steuersignal durch mindestens zwei optische Impulsreihen gebildet, deren Charakteristiken miteinander nicht interferieren. In einer Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Quelle des optischen Steuersignals so ausgebildet, daß sie zwei Reihen optischer Impulse erzeugt.
Allgemein weisen die Impulse von zwei Wellenlängenbandbreiten verschiedene Gruppenverzögerungen auf, so daß die Steuerpulse während der gemeinsamen Ausbreitung über die geschalteten Pulse laufen.
Eine vorteihafte Ausführung der vorliegenden Erfindung arbeitet als Schalter, in dem die Quelle des optischen Steuersignals so ausgeführt ist, daß wenn sämtliche Impulsreihen im Wellenleiter vorhanden sind, die zwei Signale sich während ihrer interferometrischen Kombination im erwähnten Kopplungsmittel im wesentlichen gegenphasig verhalten.
Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden im nachfolgenden Text an Beispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung erläutert, in der Fig. 1 und 2 schematische Schaltbilder einer ersten und einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellen.
In Fig. 1 besteht ein Sagnac-Antiresonanzinterferometer 2 aus einer einzigen optischen Faser 4 aus Siliziumdioxid, die eine optische Faserschleife 6 bildet, wobei Teile der optischen Fasern zur Bildung eines optischen Kopplers 8 verschmolzen sind, der ein erstes Paar von Anschlüssen 10, 12 und ein zweites Paar von Anschlüssen 14, 16 aufweist. Die Schleife 6 weist einen nicht linearen Brechungsindex auf. Die Faserschleife ist 500 m lang und behält die gleiche Polarisation bei. Der Anschluß 10 bildet den Eingangsanschluß und der Anschluß 12 den Ausgangsanschluß des Interferometers 2.
Phasengekoppelte Nd:YAG-Laser 18 und 20 liefern impulsförmige optische Signale mit Pulsbreite 130 ps bei 1,30 um und 1,31 um, die durch einen Koppler 22 zur Bildung eines Steuersignals kombiniert werden, das über einen dichroitischen Koppler 22 dem ersten Anschluß 10 zugeführt wird. Außerdem könnten andere geeignete Wellenlängen-Kombinationen verwendet werden, deren Breitbandkoppel-Charakteristiken denen der Koppler 8, 22 und 24 entsprechen.
Ein weiterer phasengekoppelter Nd:YAG-Laser 22 liefert optische Signale mit Pulsbreite 130 ps bei 1,53 um, die ebenso über den optischen Koppler 24 dem Anschluß 10 des Kopplers 8 zugeführt werden.
Der Koppler 8 ist auf bekannte Art so aufgebaut, daß er gleiche Teile des dem Anschluß 10 zugeführten optischen Signals der Wellenlänge 1,53 um den Anschlüssen 14 und 16 zuleitet, um in der Schleife 6 zwei in Gegenrichtung sich ausbreitende Teilsignale gleicher Intensität zu bilden und um im wesentlichen alle optischen Signale der Wellenlänge 1,30 um und 1,31 um dem Anschluß 14 (bei einem Löschverhältnis von 37 dB bei 1,3 um) zuzuführen, so daß das impulsförmige Signal sich in der Kreisschleife 6 nur in einer Richtung ausbreitet. Der Koppier 24 ist ein dichroitischer Koppler, in dem die optischen Signale der Wellenlängen 1,53 um, 1,30 um und 1,31 um kombiniert werden.
Die Intensitäten der von den Lasern 18 und 20 erzeugten Pulse sind so gewählt, daß die Kreuzphasenmodulation jedes Pulses ausreicht, eine relative Phasenverschiebung um 90º der sich in Gegenrichtungen ausbreitenden Teilsignale in der Zeit zu verursachen, in der sie im Koppler 8 rekombiniert werden. Wenn beide Pulse vorhanden sind, tritt eine relative Phasenverschiebung von 180º auf, die einen kompletten Schaltvorgang zur Folge hat. Ein einziger Puls oder kein Puls hat keinen Schaltvorgang oder einen Teuschaltvorgang zur Folge. In einer solchen Anordnung arbeitet der Interferometer nach Fig. 1 als ein UND-Glied, wobei Pulse der Wellenlänge 1,53 um nur dann vollständig geschaltet werden, wenn beide Pulse der Wellenlängen 1,30 um und 1,31 um vorhanden sind.
Um die Eigenschaften des Interferometers zu erreichen können auch Pulse anderer, geeigneter Wellenlängen verwendet werden.
Wenn die Ausgangs-Impulsreihe gemäß Fig. 1 mit der Wellenlänge 1,53 um mit einer anderen optischen Impulsreihe logisch kombiniert werden soll, so ist es notwendig, das nächste Interferometer so zu gestalten, daß die andere Impulsreihe eine andere Frequenz, z.B. 1,54 um, aufweist und daß diese zwei miteinander kombinierten Datenreihen ein Steuersignal bilden, um eine weitere Datenreihe im 1,3 um breiten Interferometerfenster zu schalten. Solch eine Verkettung von Stufen erfordert, um die gewünschten Signalpegel vor Verlusten in der Faser zu schützen, optische Verstärker mit beiden Wellenlängenbandbreiten (im vorliegenden Beispiel im Bereich von 1,30 um und 1,53 um).
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführung der vorliegenden Erfindung, die der Fig. 1 entspricht, wobei die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Laser 20 gemäß Fig. 1 ist jedoch durch einen Laser 21 ersetzt, der mit der gleichen Frequenz wie der Laser 18, d.h. 1,30 um arbeitet. In diesem Fall wird der Zeitverlauf der vom Laser gelieferten optischen Pulse so gewählt, daß sie sich nicht überlappen und demnach nichtinterferometrische Pulse darstellen.
Die von den Lasern 18 und 21 gelieferten Pulse weisen eine ausreichende Nähe auf, so daß sie den gleichen, sich in der Schleife 6 ausbreitenden 1,53-um-Puls überqueren können, so daß sie beide unabhängig durch ein Übergehen des zu schaltenden Pulses eine Kreuzphasenmodulation durchführen können.
Die gezeigten Ausführungen können durch Anschließen weiterer Quellen optischer Impulsreihen an den Interferometer erweitert werden. Durch geeignetes Festlegen ihrer Intensitäten und möglicherweise durch Verwendung einer weiteren, konstanten optischen Vorspannungs-Impulsreihe oder eines Trägerwellensignals könnte eine Intensität des Ausgangs- Impulssignals bei 1,53 um erreicht werden, die annähernd proportional der Anzahl der Pulsen im 1,3-um-Bereich ist, die diesen 1,53-um-Puls einer Kreuzphasenmodulation unterwirft.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Intensität eines optischen Signals, bei dem ein optisches Eingangssignal in zwei Signale geteilt wird, die sich in Gegenrichtungen entlang eines optischen Wellenleiters (6) mit nichtlinearem Brechungsindex ausbreiten, während sich ein optisches Steuersignal entlang des optischen Wellenleiters (6) in einer Richtung ausbreitet, um die Phase der zwei Signale zu steuern, wobei die erwähnten zwei Signale nach dem Durchlauf des Wellenleiters interferometrisch kombiniert werden, um ein gesteuertes optisches Ausgangssignal zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Steuersignal durch mindestens zwei Reihen optischer Impulse gebildet ist, wobei die Charakteristiken der Impuisreihen derart gewählt sind, daß die Impulsreihen nicht interferieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Impulsreihen verschiedene Wellenlängen aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Impulsreihen sich nicht überlappen, wenn sie zur Bildung des Steuersignals kombiniert werden.

4. Einrichtung zur Steuerung der Intensität eines optischen Signals, bestehend aus einem Schleifeninterferometer (2), der einen optischen Wellenleiter (6) mit nichtlinearem Brechungsindex sowie optische Kopplungsmittel (8) aufweist, einer Quelle (24, 26) eines zu steuernden optischen Signals, die mit den Kopplungsmitteln (8) verbunden ist, sowie einer mit den Kopplungsmitteln (8) verbundenen Quelle (18, 20, 22, 24) eines optischen Steuersignals, wobei die Kopplungsmittel (8) so ausgebildet sind, daß das zu steuernde Signal in zwei Signale geteilt wird, die sich entlang des Wellenleiters (6) in Gegenrichtungen ausbreiten, während das Steuersignal sich entlang des Wellenleiters (6) in einer Richtung ausbreitet, um die Phase der erwähnten zwei Signale zu steuern, wobei die zwei Signale bei erneuter Einleitung in die Kopplungsmittel (8) interferometrisch kombiniert werden, um an einem Anschluß (12) der Kopplungsmittel (8) ein Ausgangssignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (18, 20, 22, 24) des optischen Steuersignals derart ausgestaltet ist, daß sie ein optisches Steuersignal erzeugt, das durch .mindestens zwei Reihen optischer Impulse gebildet ist, wobei die Charakteristiken der Impulsreihen derart gewählt sind, daß die Impulsreihen nicht interferieren.

5. Einrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (18, 20, 22, 24) des optischen Steuersignais derart ausgebildet ist, daß sie ein optisches Steuersignal erzeugt, das durch mindestens zwei Reihen optischer Impulse mit unterschiedlicher Wellenlängen gebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (18, 20, 22, 24) des optischen Steuersignals mindestens eine erste Quelle (18) optischer Impulse und eine zweite Quelle (20) optischer Impulse aufweist, wobei die von den Quellen (18, 20) erzeugten Impulse die gleiche Wellenlänge aufweisen und sich nicht überlappen, wenn sie zur Bildung des optischen Steuersignals kombiniert werden.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifeninterferometer (2) als Sagnac-Schleifeninterferometer ausgeführt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (6) als eine Lichtleitfaser ausgebildet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser eine Siliziumdioxid-Lichtleitfaser ist.

10. Optischer Schalter, der eine Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9 beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (18, 20, 22, 24) des optischen Steuersignals so ausgestaltet ist, daß, wenn sämtliche Impulsreihen im Wellenleiter vorhanden sind, die zwei Signale sich im wesentlichen gegenphasig verhalten, wenn sie im Kopplungsmittel (8) interferometrisch kombiniert werden.