DE69634021T2

DE69634021T2 - Kohärente Weisslichtquelle und optische Vorrichtungen mit derselben

Info

Publication number: DE69634021T2
Application number: DE69634021T
Authority: DE
Inventors: Toshio Yokosuka-shi Morioka; Kunihiko Yokosuka-shi Mori; Masatoshi Yokosuka-shi Saruwatari
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2016-02-24
Also published as: EP0729057A2; DE69634021D1; EP0729057B1; EP0729057A3; US5923683A

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein optische Vorrichtungen, und betrifft insbesondere eine Weißlichtquelle, die kohärentes Superbreitband-Weißlicht an beiden Enden einer optischen Pumppulswellenlänge erzeugt, sowie optische Vorrichtungen, die die kohärente Weißlichtquelle verwenden.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein herkömmliches Verfahren zur Erzeugung von Superbreitband-Weißlicht besteht darin, verschiedene nichtlineare optische Materialien mit ultrakurzen Lichtpulsen im Bereich von Pico- bis Femtosekunden anzuregen und einen kombinierten Effekt von nichtlinearen Effekten dritter Ordnung zu erzeugen, so dass ein starkes Anwachsen der Bandbreite des erzeugten Spektrums erzielt wird. Nichtlineare optische Materialien umfassen solche gasförmigen Substanzen wie Xenon, flüssige Substanzen wie CS₂, D₂O, CCL₄, und feste Substanzen wie Glas, Optikfasern und Halbleiter.
Das spektrale Muster des Weißlichts, das in einer optischen Vielfachmodenfaser als nichtlineares optisches Material erzeugt wird, ist diskontinuierlich, wie in 23 gezeigt, und wie man sieht sind die Spektralkomponenten sehr kompliziert. Die spektrale Leistung des erzeugten Weißlichts ist über den Bereich erzeugter Wellenlängen weder gleichförmig noch konstant. Ferner ist es erforderlich, eine Pumpleistung von über 100 W zu verwenden, was den Einsatz einer Hochleistungslaserquelle mit großen Abmessungen erfordert (deren Pulswiederholungsfrequenz in der Größenordnung von 100 MHz liegt), wie z. B. ein Festkörperlaser als Pumplichtquelle. Aus diesem Grund konnte herkömmliches Weißlicht nicht als Lichtquelle für optische Kommunikationen eingesetzt werden; die eine Wiederholungsfrequenz jenseits von Gigahertz erfordern (siehe hierzu R. R. Alfano Ed., "The Supercontinuum Laser Source", Springer-Verlag, 1989, New York).
Da außerdem die erzeugten Weißlichtpulse keine Kohärenz haben, ist es selbst dann, wenn bestimmte Wellenlängenkomponenten mittels einer wellenlängenselektiven Vorrichtung wie z. B. eines optischen Bandpassfilters aus dem Weißlichtspektrum herausgefiltert werden, nicht möglich, einen transformationsbegrenzten Puls zu erhalten (als TL-Puls bezeichnet), der die minimale Pulsbreite für eine gegebene Bandbreite hat, die bestimmt ist durch die Zeit-Frequenz-Verhältnisse bei der Fourier-Transformation. Mit Bezug zu R. Dorsinville, et al., "Generation of 3-ps pulses by spectral selection of the continuum generated by a 25-ps harmonic Nd:YAG laser pulse in a liquid", Applied Opt., 27, pp. 16–18, 1988K und M. N. Islam, et al., "Broad bandwidths from frequency shifting solitons in fibers", Opt. Lett., 14, pp. 370–372, 1989 ist insbesondere das Zeit-Bandbreite-Produkt (ein Produkt aus der Pulsbreite und der spektralen Bandbreite) der erzeugten Weißlichtpulse mehrere Male oder bis zu zehnmal größer als der Minimalwert, der gegeben ist durch das entsprechende Zeit-Bandbreite-Produkt des TL-Pulses. Dies bedeutet, dass es zur Erzeugung einer gegebenen Pulsbreite erforderlich ist, eine bis zu zehnmal größere Bandbreite zu haben, und es ist schwierig, die erzeugten Weißpulse aus solch einer Quelle in optischen Faserkommunikationssystemen einzusetzen, die durch die Dispersionseffekte in den optischen Fasern beeinträchtigt werden. Außerdem erzeugen diese niederkohärenten Weißlichtquellen in großem Umfang Überlagerungsrauschen, was bedeutet, dass es schwierig ist, auf ihnen ein Signal zu übertragen.
Die Gründe, warum die durch das herkömmliche Verfahren erzeugten Weißpulse ein komplexes Spektrum zeigen, warum die Lichtquelle eine hohe Anregungsleistung erfordert, und warum das resultierende Weißlicht an einem Kohärenzmangel leidet, sind auf die Tatsache zurückzuführen, dass die nichtlinearen optischen Effekte dritter Ordnung hauptsächlich durch einen kombinierten Effekt aus stimulierter Raman-Streuung, Selbstphasenmodulation, Kreuzphasenmodulation und dem Vierwellenmischprozess erzielt werden, was eine Phasenanpassung von transversalen Raummodenwellen höherer Ordnung beinhaltet.
Der Mechanismus des herkömmlichen Weißpulserzeugungsverfahrens wird nachfolgend detaillierter beschrieben. Zunächst wird Raman-Licht durch stimulierte Raman-Streuung erzeugt, wobei seine zentrale Wellenlänge zu den längeren Wellenlängen hin um einen Betrag verschoben wird, der gleich der Raman-Verschiebungscharakteristik des optischen Materials ist. Oder mehrere Vierwellenmisch-Lichtkomponenten werden erzeugt, mit einer zentralen Wellenlänge, die durch das Verfahren der Phasenanpassung in Transversalmoden höherer Ordnung um die Pumplichtwellenlänge zentriert ist. Wenn die Pumpleistung weiter erhöht wird, werden die neu erzeugten Spektralkomponenten auf ihren vollen Umfang anwachsen, und werden durch die Prozesse der Selbstphasenmodulation und Kreuzphasenmodulation weiter ausgeweitet. Die Folge ist, dass sich die Linienspektren des Pumplichts und dieser Komponentenwellen gegenseitig überlagern und ein Weißlichtband erzeugen. Das derart erzeugte Weißlichtspektrum weist eine komplizierte Struktur auf, und die erforderliche Pumpleistung ist hoch, da die stimulierte Raman-Streuung, die Vierwellenmischung, die Selbstphasenmodulation und die Kreuzphasenmodulation alle involviert sind. Die Kohärenz des Weißlichtspektrums wird verschlechtert, da das Spektrum durch die komplizierten Phasenmodulationen beeinträchtigt wird, die im Erzeugungsprozess die Selbstphasen- und Kreuzphasenmodulationen beinhalten.
Hieraus folgt, dass das herkömmliche Verfahren zur Weißlichterzeugung keine weißen Pulse hoher Kohärenz mit einem kontinuierlichen und gleichförmigen Spektrum liefern kann, und seine Anwendung war auf spezielle Verwendungen in Labors beschränkt, beispielsweise auf Optikspektroskopiequellen, die durch Hochleistungslaser gepumpt werden.
Andererseits wird erwartet, dass die zukünftige optische Kommunikation auf einem System basiert, welches die Techniken der optischen Zeitmultiplexierung (optische TDM) und Wellenlängenmultiplexierung (WDM) kombiniert, um einen Quantensprung in der Übertragungskapazität optischer Fasern zu erzielen. Die optische TDM-Technik basiert auf der Multiplexierung optischer Pulse aus verschiedenen Kanälen auf einer Zeitskala, und die Übertragungskapazität wird durch die zusätzliche Zahl von Kanälen erhöht. Die WDM-Technik basiert auf einer Überlagerung einer Signalwelle auf optischen Trägerfrequenzen (Wellenlängen) mit vielen verschiedenen Wellenlängen, und die Übertragungskapazität wird durch die zusätzliche Zahl von optischen Trägerwellen erhöht.
Um verschiedene optische Trägerfrequenzen zu erhalten, die zum Durchführen der WDM-Technik benötigt wurden, wurde in der Vergangenheit vorgeschlagen, gleichzeitig mehrere Wellenlängenkomponenten durch Filtern von Weißlicht mit einem Superbreitband mittels optischer Filter auszuwählen. Die derart erhaltenen optischen Trägerfrequenzen sind deutlich besser kontrollierbar hinsichtlich ihrer Wellenlänge und ihrer Temperaturstabilität als diejenigen, die durch Verwendung einer Zahl verschiedener Lichtquellen erzeugt werden, abhängig ausschließlich von den Eigenschaften der eingesetzten optischen Filter. Da jedoch, wie oben erläutert, das bislang durch das herkömmliche Verfahren erzeugte Weißlicht wenig Kohärenz hat, war es schwierig, Breitbandsignale mit vielen Wellenlängen im Gigahertz-Wiederholungsbereich mit einem hohen Signal/Rausch-Verhältnis (S/N-Verhältnis) zu erzeugen, und ferner solche Signale zeitlich zu multiplexieren, um gemultiplexte TDM/WDM-Signale mit niedrigem Rauschen zu erhalten. Bei der herkömmlichen WDM-Technik war es daher erforderlich, so viele Lichtquellen bereit zu stellen, wie Trägerwellen für dieses spezielle Kommunikationssystem erforderlich sind.
Die Konfiguration einer Vorrichtung zur Erzeugung von Wellenlängen-Multiplexsignalen bei der herkömmlichen WDM-Technik ist in 24 gezeigt.
Die Vorrichtung umfasst: Eine Mehrzahl (n Teile in 24) von Laserquellen 101-1 bis 101-n, die bei verschiedenen optischen Frequenzen oszillieren, um eine Mehrzahl von Wellenlängen zu erzeugen; und die entsprechenden externen Modulatoren 102-1 bis 102-n, wobei jedes der ausgegebenen Optiksignale elektrisch in einem zugeordneten Kanal moduliert wird. Die Signale werden in einem optischen Multiplexer 103 kombiniert und zu einem optischen Übertragungspfad 104 weitergeleitet.
In dem Prozess wird ein Teil des vom optischen Multiplexer 103 ausgegebenen Lichts verwendet, um die optischen Oszillationsfrequenzen der einzelnen Laserquellen derart zu steuern/regeln, dass die Ausgabe periodisch beabstandet ist. In der Praxis wird die optische Oszillationsfrequenz jeder Laserquelle an die Übertragungsfrequenz eines periodischen optischen Filters 105 angepasst, beispielsweise eines Ringresonators, der die Eigenschaft hat, periodische Übertragungen zu erzeugen. Dieser Betrieb des Filters 105 ist wie folgt: Jede Laserquelle 101-1 bis 101-n wird durch das niederfrequente elektrische Signal F₁ bis F_n moduliert, welches von den jeweiligen Oszillatoren 106-1 bis 106-n ausgegeben wird. Ein Teil des vom optischen Multiplexer 103 ausgegebenen Lichts läuft durch das periodische Optikfilter 105 und wird durch die Optisch/Elektrisch-Umwandlungsschaltung 107 in elektrische Signale umgewandelt und durch die niederfrequenten elektrischen Signale F₁ bis F_n in jeweilige Basisbandsignale für jeden Kanal transformiert. Jedes der Basisbandsignale wird, nachdem es durch den Tiefpassfilter (LPF) 108-1 bis 108-n sowie die Proportional-Differential-Integrationsschaltungen (PID) 109-1 bis 109-n gelaufen ist, rückgekoppelt in den entsprechenden elektrischen Vorstrom jeder der Laserquellen, und wird derart gesteuert, dass die Oszillationsfrequenzen der Laserquellen 101-1 bis 101-n an die Übertragungsfrequenz des periodischen optischen Filters 105 angepasst werden.
Obwohl, wie oben beschrieben, die Vorrichtung so gesteuert/geregelt wird, dass die Oszillationsfrequenzen jeder der Laserquellen 101-1 bis 101-n periodisch beabstandet sind, ist es in der herkömmlichen Wellenlängenmultiplex-Signalerzeugungsvorrichtung nicht leicht, die Vorrichtung derart zu steuern/regeln, dass eine absolute Wellenlänge erzeugt wird, die als eine Referenzwellenlänge dient.
Das Bedürfnis nach einer koherenten Superbreitband-Weißlichtquelle mit einem gleichförmigen und kontinuierlichen Spektrum ist nicht auf Anwendung in einem WDM-basierten System beschränkt. Vom Standpunkt der Konstruktionsvereinfachung und der Wirtschaftlichkeit des Geräts wird eine solche Weißlichtquelle auf dem Gebiet der Messvorrichtungen benötigt, um verschiedene wellenlängenabhängige optische Eigenschaften zu studieren, beispielsweise Verzögerungszeiten für eine Gruppe optischer Vorrichtungen, und Zeitantworteigenschaften nichtlinearer Phänomene zu definieren.
Das Dokument von T. Morioka et al., Nearly penalty-free, < 4 ps supercontinuum Gbit/s pulse generation over 1535–1560 nm, Electronics letters, Band 30, Nr. 10, 12. Mai 1994, Seiten 790–791 offenbart die Erzeugung von nahezu verlustfreien Supercontinuum-WDM-Pulsen < 4 ps über 1535–1560 nm unter Verwendung eines 200 nm superverbreiteten Supercontinuums in einer optischen Faser, die durch kurze Pulse mit 1,7 W, 3,3 ps und 1542 nm aus einem Er⁺³-dotierten Faserringlaser gepumpt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kohärente Weißlichtquelle mit einem gleichmäßigen und kontinuierlichen Spektrum ohne komplizierte Spektralstruktur vorzuschlagen, und Superbreitband-Weißlicht mit einer niedrigen Anregungsleistung zu erzeugen. Es ist eine weitere Aufgaben, Anwendungen der Superbreitband-Weißlichtquelle auf verschiedene optische Vorrichtungen vorzuschlagen.
Die kohärente Weißlichtquelle umfasst: eine Optikpulserzeugungspumpvorrichtung zur Erzeugung von aptischen Pumppulsen mit einer Wellenlänge λ₀, und eine optische Wellenleitereinrichtung zum Empfangen der durch die Optikpulserzeugungspumpeinrichtung erzeugten optischen Pumppulse zur Erzeugung weißer Pulse mit einem Wellenlängenbereich Δλ, wobei die optische Wellenleitervorrichtung mit einem Dispersionswert und einem Dispersionsgefälle derart versehen ist, dass sie Vierwellenmischlicht über einen Wellenlängenbereich λ₀ ± Δλ/2 erzeugt, sowie mit einer Wellenleiterlänge derart, dass eine optische Leistungsverstärkung des Vierwellenmischlichts nicht kleiner als eins ist. Hierbei ist die Wellenleiterlänge der Wellenleitervorrichtung gegeben durch InG₀/(2|γ|P) in Einheiten von [km], und ein Absolutwert des Dispersionsgradienten ist nicht größer als ein Wert gegeben durch 16(|γ|E)/Δλ²InG₀) in Einheiten von [ps/nm²/km], und ein Absolutwert der Dispersion bei der Wellenlänge λ₀ ist nicht größer als ein Wert gegeben durch (16/πc)λ₀ ²|γ|P/(Δλ)² in Einheiten von [ps/nm/km], wobei γ ein nichtlinearer Koeffizient dritter Ordnung ist, E eine Energie pro optischem Pumppuls ist, P die Spitzenleistung eines optischen Pumppulses ist, gegeben durch P = αP₀, wobei α ein Modifikationsfaktor ist, und P₀ eine Spitzenleistung eines optischen Pumppulses ist, der in den Wellenleiter eingegeben wird, wobei G₀, das nicht kleiner als zwei ist, eine optische Leistungsverstärkung von Vierwellenmischlicht ist, und c die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist.
Eine Anwendung der kohärenten Weißlichtquelle auf eine optische Vorrichtung zeigt sich bei einem Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Signalgenerator. Das von der Quelle ausgegebene kohärente Weißlicht wird in optische Pulse aufgetrennt, die jeweils eine unterschiedliche Wellenlänge haben. Jeder Puls wird in eine Mehrzahl von optischen Wegen aufgeteilt, und jeder Puls wird durch unterschiedliche elektrische Signale in einem Modulator, der für jede Wellenlängenkomponente vorgesehen ist, moduliert. Die modulierten Pulssignale werden in einer optischen Verzögerungsleitung, die für jede Wellenlängenkomponente vorgesehen ist, um eine spezifische Zeitverzögerung verzögert, und die modulierten zeitverzögerten Signale werden in einem Optokoppler in eine einzige Gruppe von Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Signalen gekoppelt.
Das Prinzip der Erzeugung kohärenten Weißlichts in der kohärenten Weißlichtquelle wird mit Bezug zu 1 erklärt werden.
Die spektrale Bandbreite eines in den Wellenleiter eingegebenen optischen Pumppulses beginnt sich aufgrund der Selbstphasenmodulation symmetrisch auf beiden Seiten einer zentralen Wellenlänge des optischen Pumppulses zu verbreitern (siehe Kurven 1). Wenn die durch die Selbstphasenmodulation ausgelöste spektrale Verbreiterung beginnt, sich der Verstärkungsbandform einer Vierwellenmischung zu überlagern, die ein optisch-parametrischer Prozess ist, ausgelöst durch die Spektralkomponenten, die durch die Effekte der Selbstphasenmodulation verbreitert werden, beginnt das Spektrum des optischen Pumppulses, sich kohärent bis zur Verstärkungsbandbreite entlang der Verstärkungskurve (siehe Kurven 2) des Vierwellenmischprozesses auszubreiten (siehe Kurven 3). In dem Spektrumsverbreiterungsprozess sind die Selbstphasen- und Kreuzphasenmodulationen in die Phasenanpassung beim Vierwellenmischprozess involviert. Die optische Leistung des optischen Pumppulses nimmt schrittweise ab, und wenn die Verstärkungsbandbreite, die proportional zur einer Quadratwurzel der Optikpulspumpleistung ist, abzunehmen beginnt, hört die spektrale Verbreiterung auf.
Das derart erzeugte Weißlichtspektrum ist ein Produkt einer Verbreiterung auf beiden Seiten der Zentralwellenlänge des optischen Pumppulses, wie in der Darstellung zu sehen, und zeigt eine kontinuierliche Gleichmäßigkeit. Die Kohärenz des erzeugten Weißlichts ist bestimmt durch die Kohärenz des optischen Pumppulses zum Zeitpunkt der Erzeugung des Vierwellenmischlichts. Daher würde durch Verwendung eines optischen Pumppulses, der hohe Kohärenz besitzt, auch das resultierende Weißlicht eine hohe Kohärenz haben. Die Selbstphasenmodulation, die einen Nukleus für den Vierwellenmischprozess darstellt, wird bei einer niedrigen Pumpleistung induziert, und die erforderliche Optikpulspumpleistung zur Erzeugung einer bestimmten Verstärkungsbandbreite im Vierwellenmischprozess nimmt proportional zur Dispersion im Wellenleiter ab. Daher kann die Pumpleistung leicht durch Auswahl eines Wellenleiters mit niedrigen Dispersionseigenschaften gesteuert werden.
Wie oben erklärt erlaubt die erfindungsgemäße kohärente Weißlichtquelle mit niedriger Pumpleistung die Erzeugung von kohärentem Weißlicht mit einer gleichmäßigen und kontinuierlichen spektralen Leistung über eine superbreite Bandbreite (200 nm) bei GHz-Wiederholfrequenz, ohne eine komplizierte Spektralstruktur zu zeigen.
Der oben vorgestellte Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Signalgenerator erlaubt die Erzeugung von Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Signalen durch Eingeben von Weißpulsen, die durch die kohärente Weißlichtquelle erzeugt sind, in einen optischen Wellenlängendemultiplexer oder eine wellenlängenselektive Vorrichtung, um eine Mehrzahl von optischen Pulsgruppen zu erzeugen, wobei jede Gruppe eine unterschiedliche Wellenlängenkomponente hat, und jede Wellenlängenkomponente eine Mehrzahl von unabhängigen modulierten Signalen zu separieren, und die modulierten Signale werden zeitgemultiplext und wellenlängengemultiplext, um Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Signale über einen superbreiten Wellenlängenbereich von ungefähr 200 nm-Bandbreite bei einer Gesamtbitrate von über 1 Tbit/s zu erzeugen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Darstellung des Prinzips der Weißlichterzeugung in der erfindungsgemäßen kohärenten Weißlichtquelle.
2 ist eine schematische Darstellung der optischen Pumppulse und des optischen Spektrum des von der Quelle in Ausführungsform 1 erzeugten Weißlicht.
3 ist ein Lichtspektrum aus einer Einzelmodenoptikfaser.
4 ist ein Lichtspektrum aus einer Einzelmodenoptikfaser mit einem schwachen Dispersionsgefälle.
5 ist ein Graph, der die Bitfehlerratenkurven des in 4 gezeigten Lichts zeigt.
6 ist ein Graph, der die Wellenlängenabhängigkeit der Pulsbreite und des Zeit-Bandbreite-Produkts des in 4 gezeigten Lichts zeigt.
7 ist eine schematische Darstellung der optischen Pumppulse und des optischen Spektrums des aus der Quelle in Ausführungsform 2 erzeugten Weißlichts.
8 ist eine Darstellung des Prinzips der Weißlichterzeugung in der kohärenten Weißlichtquelle von Ausführungsform 2.
9 ist eine schematische Darstellung der optischen Pumppulse und des optischen Spektrums des aus der Quelle in Ausführungsform 3 erzeugten Weißlichts.
10 ist eine schematische Darstellung der optischen Pumppulse und des optischen Spektrums des aus der Quelle in Ausführungsform 4 erzeugten Weißlichts.
11 ist eine schematische Darstellung der optischen Pumppulse und des optischen Spektrums des aus der Quelle in Ausführungsform 5 erzeugten Weißlichts.
12 ist eine schematische Darstellung der optischen Pumppulse und des optischen Spektrums des aus der Quelle in Ausführungsform 6 erzeugten Weißlichts.
13 ist ein Beispiel der Konfiguration einer TDM/WDM-Signalerzeugungsvorrichtung in Ausführungsform 7.
14 ist ein Beispiel einer kohärenten Weißlichtquelle 21.
15 ist ein Beispiel eines Wellenlängenmulti/demultiplexers vom Wellenleiterfeldgittertyp.
16 ist ein Beispiel der Konfiguration einer TDM/WDM-Signalerzeugungsvorrichtung in Ausführungsform 8.
17 ist ein Beispiel der Konfiguration einer TDM/WDM-Signalerzeugungsvorrichtung in Ausführungsform 9.
18 ist ein Beispiel der Konfiguration eines Pulsformgeräts in Ausführungsform 10.
19A und 19B zeigen die Ergebnisse der Pulsformung durch das Gerät in Ausführungsform 10.
20 ist ein Beispiel der Konfiguration des Optikvorrichtungmessgeräts in Ausführungsform 11.
21 ist ein Beispiel der Konfiguration des Wellenlängendispersionsmessgeräts in Ausführungsform 12.
22 ist ein Beispiel der Konfiguration des nichtlineare-Antwort-Messgeräts in Ausführungsform 13.
23 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Weißlichtspektrums.
24 ist ein Beispiel der Konfiguration eines herkömmlichen WDM-Signalerzeugungsgeräts.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen werden mit Bezug zu den Zeichnungen vorgestellt.
Ausführungsform Nr. 1
2 zeigt die zeitaufgelösten Spektralbilder des Eingangs- und Ausgangspulses in und aus der kohärenten Weißlichtquelle ohne die Pumplichtquelle gemäß Ausführungsform 1.
Wenn, wie in 2 gezeigt, optische Pumppulse (aus einer nicht gezeigten optischen Pumpquelle) mit der Zentralwellenlänge bei λ₀ in einen optischen Wellenleiter 11 zur Erzeugung von Weißlicht (nachfolgend als Weißlichtwellenleiter 11 bezeichnet) eingegeben werden, der einen spezifischen Dispersionsgradienten hat, der sich in einem Dispersionsgefälle manifestiert, sowie einen spezifischen Dispersionswert, werden Weißpulse mit einer Zentralwellenlänge bei λ₀ und einen Wellenlängenbereich von Δλ ausgegeben.
Beispielsweise können ein modengekoppelter Phasenringlaser, ein modengekoppelter Halbleiterlaser, ein verstärkungsgesteuerter Halbleiterlaser oder ein Optikpulsgenerator, der einen Elektroabsorptionsmodulator verwendet, als die oben beschriebene optische Pumpquelle eingesetzt werden. Ferner werden kürzere optische Pumppulse durch Verwendung herkömmlicher Solitonkompressionstechniken erhalten, die auf die oben beschriebenen optischen Pumpquellen angewandt werden.
Nachfolgend wird eine Herleitung einer Regel gegeben, die das Dispersionsgefälle und die Dispersionsstärke im Wellenleiter 11 bestimmt.
Aus der Theorie des Vierwellenmischprozesses (FWM), ist eine optische Winkelfrequenzdifferenz Ω_S zwischen der Pumpwellenwellenlänge λ₀ für eine maximale Verstärkung und die FWM-Wellen-Wellenlänge λ_f gegeben durch: ΩS = 2πc|1/λ0 – 1/λf|wobei c die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist, und kann ausgedrückt werden als: ΩS = (2|γ|P/|β2|)1/2, gegeben in Einheiten von [THz] (1)wobei γ der nichtlineare Koeffizient dritter Ordnung des Wellenleiters ist, gegeben durch 2πn₂/(λA_eff) in Einheiten von [1/(Wkm)], und A_eff die effektive Querschnittsfläche des Wellenleiters in [m²] ist, n₂ der Brechungsindex des Wellenleiters in [m²/W] ist, P die Spitzenleistung optischer Pumppulse innerhalb des Wellenleiters in [W] ist, und β₂ die Größe der Dispersion im Wellenleiter in [ps²/km] ist.
Für eine Wellenleiterlänge L in [km] ist die Verstärkung G₀ der optischen Leistung des FWM-Lichts bei der Winkelfrequenzdifferenz Ω_S gegeben durch: G0 = exp(2|γ|PL) (2)
Zur Erzeugung kontinuierlichen weißen Lichts muss eine gewisse Verstärkung bei Ω_S gegeben sein, was bedeutet, dass die Verstärkung G₀ in Gleichung (2) größer als 1 sein muss. Aus dieser Bedingung ergibt sich die benötigte Wellenleiterlänge Lc zur Erzeugung weißen Lichts durch: Lc = InG0/(2|γ|P) 3)
Hierbei kann die Gruppenverzögerungsdifferenz τ in [ps] zwischen den optischen Pumppulsen bei λ₀ und dem FWM-Licht bei λ₀ ± Δλ/2 im Wellenleiter der Länge Lc mit dem Absolutwert eines Dispersionsgefälles |dD(λ)/dλ| in [ps/nm²/km] angenähert werden durch: τ = (1/2)|dD(λ0)/dλ|(Δλ/2)2Lc = (InG0/16)|dD(λ0)/dλ|Δλ2/(|γ|P) (4)
Zur Erzeugung von FWM-Licht bei der Wellenlänge λ₀ ± Δλ/2 müssen die optischen Pumppulse zeitlich mit den FWM-Lichtprozessen überlappt werden, und damit diese Bedingung erfüllt ist, muss die Gruppenverzögerungsdifferenz τ kleiner sein als die optische Pumppulsbreite Δt₀ (gesamte Breite bei halbem Maximalwert, FWHM in Einheiten von [ps]), und wird ausgedrückt als: Δt0 ≥ τ = (InG0/16)|dD(λ0)/dλ|Δλ2/(|γ|P) (5)
Dies bedeutet, dass das Dispersionsgefälle die Bedingung erfüllen muss: |dD(λ0)/dλ| ≤ 16(|γ|PΔt0)/(Δλ2InG0) (6)
Da PΔt₀ ungefähr gleich der optischen Pumppulsenergie E ist, kann Gleichung (6) ausgedrückt werden als: |dD(λ0)/dλ| ≤ 16(|γ|E)/(Δλ2InG0) (7)
Damit die optischen Pumppulse FWM-Licht der Wellenlänge λ₀ ± λ/2 im Wellenleiter erzeugen, muss ferner zumindest die Verstärkungsbandbreite (∝Ω_S) größer sein als Δλ/4. Daher ist die Winkelfrequenzdifferenz Ω_S gegeben durch: ΩS = (2|γ|P/|β2|)1/2 ≥ 2πcΔλ/(4λ0 2) (8)
Unter Verwendung eines nachfolgend gezeigten Zusammenhangs zwischen β₂ und D(λ): |β2| = λ2|D(λ)|/(2πc) (9)ist die Dispersionsbedingung im Wellenleiter zur Erzeugung weißen Lichts gegeben durch: |D(λ0)| ≤ (16/πc)λ0 2|γ|P/(Δλ)2 (10)
Man beachte, dass die Bedingung gemäß Gleichung (10) zumindest über die Faserlänge InG₀/(2|γ|P) erfüllt sein muss, die in Gleichung (3) gegeben ist.
Die Spitzenleistung P der optischen Pumppulse, die sich im Wellenleiter ausbreiten, und die Spitzenleistung P₀ des in den Wellenleiter eingegebenen optischen Pumppulses sind allgemein voneinander verschieden, und zwar wegen der Wellenformveränderung und anderer Faktoren im Verlauf der Ausbreitung. Dieser Effekt kann durch Verwendung eines Modifikationsfaktors α als P = αP₀ beschrieben werden. Wenn ferner der Wellenleiter ein optisch verstärkendes Material ist, ist der Modifikationsfaktor α gleich seinem optischen Verstärkungsfaktor (Verstärkung).
Kehrt man zu Gleichung (7) zurück, so liefert ein alternativer Ausdruck: Δλ ≤ 4{(InG0|γ|E)/|dD(λ0)/dλ|}1/2 (11)
Eine spektrale Breite des weißen Lichts ausgehend vom Absolutwert des Dispersionsgefälles |dD(λ₀)/dλ|. Die Gültigkeit von Gleichung (11) kann überprüft werden unter Verwendung von Werten, die durch Experimente mit einer Einzelmodenfaser als optischer Wellenleiter zur Weißlichterzeugung erhalten wurden. Mit G₀ = e (InG₀ = 1), und unter Verwendung experimenteller Parameter von n₂ = 3,2 × 10^–20 [m²/W], γ = 2,5 [1/km], Dispersionsgefälle 0,07[ps/nm²/km], optische Pumppulsenergie E = 7 [pj] mit einer Pulsbreite Δt₀ = 3,5 [ps], und einer Spitzenleistung P = 2 [W], ergibt Gleichung (11) den Wellenlängenbereich Δλ < 63,2 [nm], was gut mit der in 3 gezeigten Spektralverbreiterung des Lichtspektrums übereinstimmt.
4 zeigt ein Ergebnis eines weiteren Experiments unter Verwendung einer Einzelmodenfaser mit einem kleinen Dispersionsgefälle. In diesem Fall ergibt Gleichung (11) für n₂ = 3,2 × 10^–20 [m²/W], γ = 4,0 [1/km], Dispersionsgefälle 0,01 ps/nm²/km] und eine optische Pumppulsenergie E = 7 [pj] den Wellenlängenbereich Δλ < 211,7 [nm], was wiederum gut mit dem experimentellen Ergebnis übereinstimmt.
5 zeigt die Rauscheigenschaften (in Bitfehlerrate (BER)) von Licht, das erhalten wird durch Filtern des in 4 gezeigten kohärenten Lichts mittels eines abstimmbaren optischen Bandpassfilters mit einer Bandbreite von 1 nm. Die Ergebnisse zeigen, dass die kohärenten Weißlichtpulse bei 1440, 1500, 1560 und 1600 nm, erzeugt durch optische Pumppulse bei 1542 nm Wellenlänge, keine spürbare BER-Verschlechterung aufweisen und eine hohe Kohärenz und extrem niedriges Rauschen in ihren Ausgangspulsen behalten.
6 zeigt eine Wellenlängenabhängigkeit der Pulsbreite und des Zeit-Bandbreite-Produkts von Licht, das erhalten wird durch Filtern des in 4 gezeigten Lichts mittels eines abstimmbaren optischen Bandpassfilters mit einer Bandbreite von 3 nm. Die Ergebnisse überprüfen sehr genau die Güte des Kohärenzlichterzeugungsgeräts, das Licht mit Pulsbreiten zwischen 200 und 600 [fs] erzeugt, und das Zeit-Bandbreite-Produkt zwischen 0,1 und 0,15 entspricht grob einer Spektralform vom Lorentz-Typ.
Wenn eine Bedingung D(λ₀)γ > 0 erfüllt ist, werden die optischen Pumppulse, die sich im Wellenleiter ausbreiten, zu einem Soliton. Hier entspricht D(λ₀) < 0 einer Bedingung für gewöhnliche (normale) Dispersion, und D(λ₀) > 0 entspricht einer anormalen Dispersion. In herkömmlichen Fasern ist γ > 0. Beispielsweise ist die Ordnung des N-ten Solitons gegeben durch: N = T0{(|γ|P)/|β2|}1/2 (12)wobei T₀ die Pulsbreite der in den Wellenleiter eingegebenen optischen Pumppulse ist, und ihr Zusammenhang mit der Pulsbreite Δt₀ des optischen Pumppulses ist Δt₀ = 1,665T₀ für eine Gauß-artige zeitliche Form, und für sech²-förmige zeitliche Form gilt Δt₀ = 1,76T₀.
Innerhalb des Wellenleiters wird die Soliton-Kompression allgemein durch den kombinierten Effekt der Selbstphasenmodulation und der anormalen Dispersion erzielt, und bezeichnet man die Pulsbreite des komprimierten Solitons mit Δt_c, so kann der Kompressionsfaktor Fc des Solitons der Ordnung N > 10 angenähert werden durch: Fc ≡ Δt0/Δtc ≒ 4,1N (13)und die Spitzenleistung P im Wellenleiter wird ausgedrückt als: P = FcQcP0 (14)wobei Qc ein Koeffizient ist, der mit der Qualität des komprimierten Solitons zusammenhängt, und gegeben ist als ein Verhältnis der Energie des komprimierten Solitons zur gesamten Pulsenergie. Für N = 10 ist Qc ≒ 0,3, und Gleichung (14) wird zu P ≒ 1,2NP0 (15)und der Modifikationsfaktor α ist als 1,2N gegeben.
Ausführungsform Nr. 2
7 zeigt die zeitaufgelösten Spektralbilder des eingegebenen und ausgegebenen Pulses in und aus der kohärenten Weißlichtquelle von Ausführungsform 2.
In dieser Ausführungsform ist der Weißlichtwellenleiter, der in der Weißlichterzeugungsvorrichtung verwendet wird, eine dispersionsverteilte polarisationsbewahrende Faser 12, in der die Dispersionswerte in der Längsrichtung abnehmen.
Die Theorie der Weißlichterzeugung im dispersionsabnehmenden optischen Wellenleiter wird mit Bezug zu 8 erklärt werden.
Das optische Spektrum der in den Weißlichtwellenleiter eingegebenen optischen Pumppulse beginnt aufgrund des Effekts der Selbstphasenmodulation (SPM) symmetrisch auf beiden Seiten der Pumpwellenlänge breiter zu werden (vgl. Kurve 1). Wenn der durch SPM verursacht verbreiterte Rand des Pumpspektrums beginnt, sich dem FWM-Wellenverstärkungsband zu überlagern, beginnen die durch die SPM-Spektralkomponenten verursachten optischen Spektren kohärent entlang der FWM-Wellenverstärkungskurve breiter zu werden (vgl. Kurve 2) bis zur Verstärkungsbandbreite (vgl. Region 3). Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Absolutwert der Dispersion im Weißlichtwellenleiter schrittweise in der Ausbreitungsrichtung ab, und während der optische Pumppuls eine Kohärenz beibehält, erfährt er eine adiabatische Pulskompression, und die Pulsspitzenleistung nimmt zu. Dies führt dazu, dass die Verstärkungsbandbreite der FWM-Welle (die proportional ist zur Quadratwurzel des Spitzenwerts und umgekehrt proportional zur Quadratwurzel des Dispersionswerts) abrupt breiter wird, wie im Bereich 4 zu sehen, und die Bandbreite des erzeugten Weißlichts steigt explosionsartig.
Wenn D(λ₀)γ > 0 zeigt die oben beschriebene optische Faser 12 ein Dispersionsverhalten in der Art, dass der Betrag |D(λ₀)| der Dispersion im Weißlichtwellenleiter bei λ₀ gleichmäßig und langsam innerhalb des Weißlichtausbreitungsbereichs abnimmt, der definiert ist durch Δ L (= L₁ bis L₂). Wenn der Wert von ΔL verglichen mit der Solitonenlänge Ls = πT₀ ²/(2|β₂|), so tritt eine adiabatische Solitonenkompression innerhalb des Weißlichterzeugungsbereichs auf, und der optische Pumppuls, der von der Pumplichtquelle ausgegeben wird (nicht gezeigt), erzeugt eine Pulskompression unter Beibehaltung der gleichen Solitonenordnung. Da die Solitonenordnung unverändert bleibt, ist das Kompressionsverhältnis, ausgedrückt durch den Maximalwert D_max(λ₀) und den Minimalwert D_min(λ₀) der Dispersion innerhalb des Weißlichterzeugungsbereichs gegeben als: |Dmax(λ0)/Dmin(λ0)| (16)
Wenn hier angenommen wird, dass die optische Pumppulsenergie erhalten bleibt, so wird Fc in Gleichung (13) ausgedrückt als: Fc = |Dmax(λ0)/Dmin(λ0)| (17)und die Spitzenleistung P im Wellenleiter ist gegeben durch: P = |Dmax(λ0)/min(λ0)|P0 (18)und der Modifikationsfaktor α wird erhalten als |D_max(λ₀)/D_min(λ₀)|.
In herkömmlichen optischen Silicafasern ist der nichtlineare Koeffizient dritter Ordnung γ positiv, und es ist erforderlich, dass die Dispersion D(λ₀) > 0 ist. Es gibt Fälle anormaler Dispersion, in denen das Vorzeichen von γ negativ ist, und zwar in einigen Halbleitermedien, doch in diesen Fällen ist es erforderlich, dass die Dispersion Δ(λ₀) < 0 ist. Der Vorteil der Verwendung einer optischen Faser, deren Dispersionbetrag abnimmt, wie in dieser Ausführungsform, liegt darin, dass die Spitzenleistung P im Weißlichtwellenleiter erhöht werden kann, ohne die Qualität (die transformationsbeschränkten Eigenschaften) von optischen Pumppulsen zu verlieren, und als Folge kann die Verstärkungsbandbreite von FWM-Licht, gegeben durch Gleichung (1), aufgrund der Tatsache signifikant erhöht werden, dass sie direkt mit der Quadratwurzel des Spitzenwerts und umgekehrt zu Quadratwurzel des Dispersionswerts variiert. Ferner behält der optische Pumppuls sogar innerhalb des Wellenleitermediums eine hohe Kohärenz und erlaubt somit die Erzeugung weißen Lichts mit hoher Kohärenz.
Ausführungsform Nr. 3
9 zeigt die eingegebenen optischen Pumppulswellenformen im Zeit-Wellenlänge-Bereich und das ausgegebene Weißlichtspektrum eines Faserwellenleiters 13 mit einer Dispersion und Pulsbreitenvariation in der Ausbreitungsrichtung wie dargestellt.
Die Besonderheit dieser Ausführungsform liegt darin, dass der in die optische Faser 13 eingegebene optische Pumppuls ein sogenanntes Chirp-Phänomen zeigt, bei dem sich die instantane optische Frequenz zeitlich innerhalb des Pulses ändert. D. h., wenn eine optische Faser 13 eine ordentliche Dispersion hat (D(λ₀) < 0), werden optische Pumppulse mit Rotverschiebungschirpen verwendet. Innerhalb eines solchen Pulses ändert sich die instantane optische Frequenz von einer hohen Frequenz (kleine Wellenlängen) zu einer niedrigen Frequenz (lange Wellenlängen) in der Richtung vom vorderen zum hinteren Ende des Pulses. Da in diesem Fall die Gruppengeschwindigkeit der langen Wellenlängen schneller als jene der kurzen Wellenlängen in der optischen Faser 13 ist, holen die langwelligen Komponenten die kurzwelligen Komponenten ein, was das Rotverschiebungschirpen kompensiert und eine Kompression der Pulse bewirkt.
Wenn die optische Faser 13 anormale Dispersion aufweist (D(λ₀) > 0), werden optische Pumppulse mit Blauverschiebungschirpen verwendet, d. h. die instantane optische Frequenz ändert sich von einer niedrigen Frequenz (lange Wellenlängen) zu einer hohen Frequenz (kurze Wellenlängen) in der Richtung von der Vorderkante zur Hinterkante eines Pulses. In diesem Fall ist die Gruppengeschwindigkeit der kurzen Wellenlängen in der optischen Faser 13 schneller als jene der langen Wellenlängen, was dazu führt, dass die kurzwelligen Komponenten die langwelligen Komponenten einholen, so dass das Blauverschiebungschirpen kompensiert wird und eine Kompression der Pulse bewirkt wird. 9 zeigt die Faserlängenabhängigkeit der Dispersion der optischen Faser 13 und der optischen Pumppulsbreite, was den Effekt der Pulskompression zeigt.
Die Pulsbreite Δt_C des komprimierten optischen Pumppulses in der optischen Faser 13 wird ausgedrückt als Δt_C = 0,44/Δν in [ps] für einen Gauss-Puls, wobei Δν die spektrale Bandbreite des Pulses in [THz] ist. Daher ist die Spitzenleistung P innerhalb der optischen Faser 13 gegeben durch: P = Δt0/ΔtCP0 = 2,3Δt0ΔνP0 (19)
Der Modifikationsfaktor α ist 2,3Δt₀Δν. Für eine Spektralform vom sech²-Typ ist Δt_C = 0,315/Δν in [ps], und die Spitzenleistung P wird ausgedrückt als: P = Δt0/ΔtCP0 = 3,2Δt0ΔνP0 (20)
Der Modifikationsfaktor α ist 3,2Δt₀Δν. Für eine Spektralform vom Lorentz-Typ ist Δt_C = 0,11/Δν in [ps], und die Spitzenleistung P wird ausgedrückt als: P = Δt0/ΔtCP0 = 9,1Δt0ΔνP0 (21)
Der Modifikationsfaktor α ist 9,1Δt₀Δν. Wie man sieht, variiert der Modifikationsfaktor mit der Spektralform, aber in dieser Ausführungsform wird der Maximalwert als α = 9,1Δt₀Δν genommen.
Ausführungsform Nr. 4
10 zeigt die zeitaufgelösten Spektralbilder des eingegebenen und ausgegebenen Pulses der kohärenten Weißlichtquelle von Ausführungsform 4.
Die Besonderheit der Ausführungsform liegt darin, dass ein optischer Verstärker 14 zwischen die (nicht gezeigte) Weißlichterzeugungsquelle und den Weißlichtwellenleiter 11 eingesetzt ist, und modulierte optische Pulse, wie in 10 angezeigt, werden als optische Pumppulse in den Weißlichtwellenleiter 11 eingegeben.
Wenn, wie in der Figur zu sehen ist, der modulierte optische Puls im optischen Verstärker 14 verstärkt und in den Weißlichtwellenleiter 11 eingegeben wird, wird das modulierte Weßlicht wie in 10 gezeigt erzeugt, und auch die spektrale Bandbreite des Weißlichts Δλ kann erhöht werden. Das derart erzeugte weiße Licht kann durch ein optisches Filter wie z. B. ein optisches Bandpassfilter oder ein Wellenleiterfeldfilter hindurch geführt werden, um eine gewünschte Wellenlängenkomponente zu separieren, um effektiv als optische Frequenzumwandlungsschaltung zu funktionieren.
Ausführungsform Nr. 5
11 zeigt die zeitaufgelösten Bilder des eingegebenen und ausgegebenen Pulses der kohärenten Weißlichtquelle von Ausführungsform 5.
Die kohärente Weißlichtquelle dieser Ausführungsform hat als Besonderheit ein Dispersionkompensationsmedium 15, das an das Ausgangsende des Weißlichtwellenleiters 11 gekoppelt ist. Das Material für das Medium 15 kann ausgewählt werden aus Materialien für die optischen Fasern, Halbleiter und organische Polymere.
Das aus dem Weißlichtwellenleiter 11 ausgegebene Licht zeigt ein in 11 dargestelltes Chirpen, welches die Gruppenverzögerungseigenschaften im Wellenleiter wiedergibt, und das Dispersionskompensationsmedium 15 kompensiert das Chirpen. Da dieses weiße Licht kohärent ist, kann es unter Verwendung einer wellenlängenselektiven Vorrichtung gefiltert werden (beispielsweise optische Bandpassfilter oder optische Wellenleiterfeldgitterfilter), um transformationsbeschränkte optische Pulse zu erhalten, deren Pulsbreiten durch die Bandbreite des optischen Filters beschränkt sein werden. Ebenso ist es möglich, gleichzeitig wellenlängenabstimmbare Pulse oder Vielfachwellenlängenpulse in der Größenordnung von Pico- bis Femtosekunden zu erzeugen.
Ausführungsform Nr. 6
12 zeigt eine kohärente Weißlichtquelle von Ausführungsform 6 und ihr Ausgabespektrum.
Die Besonderheit dieser Ausführungsform liegt darin, dass ein Bandsperrfilter 16 hinter dem Weißlichtwellenleiter 11 platziert ist. In einer solchen Vorrichtung ist es möglich, nur die optischen Hochleistungspumppulse aus dem ausgegebenen weißen Licht zu entfernen.
Ausführungsform Nr. 7
Die nachfolgend vorgestellten Ausführungsformen 7 bis 13 betreffen Beispiele der Anwendung der in den Ausführungsformen 1 bis 6 vorgestellten kohärenten Weißlichtquellen auf verschiedene optische Vorrichtungen.
13 zeigt eine Anwendung auf eine Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Schaltung.
Das aus der kohärenten Weißlichtquelle 21 ausgegebene Superbreitbandweißlicht wird in einen Eingangsanschluss eines optischen Wellenlängendemultiplexers 22 eingegeben.
Die kohärente Weißlichtquelle 21 kann aus jeder der in den Ausführungsformen 1 bis 6 vorgestellten Weißlichtquellen ausgewählt werden. Wie in 14 gezeigt umfasst die grundlegende Konfiguration eine Pumplichtquelle 31 zur Erzeugung optischer Pumppulse mit der Zentralwellenlänge bei λ₀, und einen Weißlichtwellenleiter 32 mit einem vorgegebenen Wert des Dispersionsgefälles und der Dispersion, doch erforderlichenfalls kann auch ein Bandsperrfilter 33 vorgesehen sein (vgl. Ausführungsform 6 betreffend die Eliminierung des aus dem Weißlichtwellenleiter 32 ausgegebenen Anregungslichts). Ein Dispersionskompensationsmedium 15 (vgl. Ausführungsform 5) kann hinter dem Weißlichtwellenleiter oder Filter 33 platziert sein. Ebenso ist es möglich, einen optischen Verstärker zwischen der Pumplichtquelle 31 und dem Weißlichtwellenleiter 32 einzusetzen (vgl. Ausführungsform 4).
Nun wird zu 13 zurückkehrend der Betrieb der Schaltung erklärt werden. Der optische Wellenlängendemultiplexer 22 gibt eine optische Pulsgruppe aus, die aus M Pulsen mit individuellen Wellenlängenkomponenten λ₁, λ₂, ..., λ_M besteht, und zwar an individuelle Ausgangsanschlüsse. Ein optischer Puls mit λ₁ wird in einem optischen Teiler 23-1 in N₁ Pulse aufgeteilt, die in einen zugeordneten optischen Modulator 24-1-1 bis 24-1-N₁ eingegeben werden, um durch jeweilige elektrische Signale moduliert zu werden. Jedes modulierte elektrische Signal wird in ihre jeweiligen Zeitverzögerungsvorrichtungen 25-1 bis 25-N₁ eingegeben und erhält dort eine spezifische Zeitverzögerung für die Zeitmultiplexierung. Das von einer Zeitverzögerungsvorrichtung ausgegebene optische Signal bei λ₁ wird durch einen Optokoppler 26-1 gemultiplext, um ein Zeitmultiplex- (TDM-) Signal bei λ₁ zu erzeugen.
Eine ähnliche Verarbeitung erfolgt für andere optische Pulse bei λ₂, ..., λ_M, die vom optischen Wellenlängendemultiplexer 22 ausgegeben werden. Beispielsweise wird ein optischer Puls bei λ_M im optischer Teiler 23-M in N_M Pulse aufgeteilt, die in jeweilige optische Modulatoren 24-M-1 bis 24-M-8_M eingegeben werden, und werden durch die jeweiligen elektrischen Signale moduliert. Jedes modulierte Signal wird in eine entsprechende optische Zeitverzögerungsvorrichtung 25-M-1 bis 25-M-N_M eingegeben und erhält eine spezifische Zeitverzögerung für die Zeitmultiplexierung. Die zeitverzögerten Signale, die von den Signalzeitverzögerungsvorrichtungen ausgegeben werden, werden durch einen Optokoppler 26-M ausgegeben, um ein TDM-Signal bei λ_M zu erzeugen.
Hier sind M, N₁ bis N_M beliebige natürliche Zahlen. Ein optischer Puls bei λ_K wird in einem K-ten optischen Teiler 23-K in N_K Pulse aufgeteilt und in einem Optokoppler 26-K zu N_K Signalen zeitgemultiplext (wobei K eine natürliche Zahl größer als 1 und kleiner als M ist). Die Bitrate der TDM-Signale bei λ_K ist N_K × B₀ in [bit/s], wobei B₀ die Wiederholungsfrequenz der von der kohärenten Weißlichtquelle 21 ausgegebenen optischen Pulse ist, gegeben in [Hz]. Man beachte, dass verschiedene TDM-Signale bei der jeweiligen Wellenlänge eine gemeinsame Bitrate haben können. Die relative Zeitverzögerung in jeder der Signalverzögerungsvorrichtungen 25-K-1 bis 25-K-N_K ist gegeben durch D_K = J/(N_K × B₀) in [s], wobei J eine beliebige ganze Zahl ist.
Die TDM-Signale, die von den M Optokopplern 26-1 bis 26-M bei Wellenlängen λ₁ bis λ_M ausgegeben werden, werden in einen optischen Multiplexer 27 eingegeben, um als Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Signale mit einer Gesamtbitrate von (N₁ + N₂ + ... + N_M) × B₀ in Einheiten von [bit/s] ausgegeben zu werden.
Als optischer Wellenlängendemultiplexer 22 und optischer Wellenlängenmultiplexer 27 kann ein Beugungsgitter oder ein Multi-/Demultiplexer vom Wellenleiterfeldgittertyp oder andere ähnliche Vorrichtungen eingesetzt werden. Die Konfiguration des Multi-/Demultiplexers vom Wellenleiterfeldgittertyp wird später detaillierter beschrieben werden. Die maximale Bitrate für das TDM-Signal B_max in [bit/s] ist bestimmt durch die Passbandbreite Δf in [Hz], die ein Produkt ist aus den Bandbreiten des optischen Demultiplexers 22 und des optischen Multiplexers 27. In der Praxis kann angenommen werden, dass B_max ≤ Δf ist.
15 zeigt ein Beispiel des Wellenlängenmulti-/demultiplexers vom Wellenleiterfeldgittertyp.
Der Multi-/Demultiplexer umfasst: ein Substrat 40, einen Eingangswellenleiter 41, ein Wellenleiterfeld 42, bestehend aus mehreren optischen Wegen, deren Weglängendifferenz bei einem spezifischen Wert gewählt wird, einen konkaven Eingangsplattenwellenleiter 44, der den Eingangswellenleiter 41 optisch mit dem Wellenleiterfeld 43 verbindet, einen konkaven Plattenwellenleiter 45, der den Ausgangswellenleiter 43 mit dem Wellenleiterfeld 42 verbindet.
Ein in einen der Eingangswellenleiter 41 eingegebener kohärenter weißer optischer Puls wird durch Beugung räumlich in den Eingangsplattenwellenleiter 44 aufgeteilt und zum Wellenleiterfeld 42 geführt, welches im rechten Winkel zur Wellenfront der gebeugten Welle platziert ist. Da die Signalweglänge schrittweise von der Eingangsseite zur Ausgangsseite des Wellenleiterfelds 42 um eine spezifische Länge ΔL länger wird, ist jedes der optischen Signale, die beim Ausgangsplattenwellenleiter 45 ankommen, um einen der Wegdifferenz ΔL entsprechenden Betrag phasenverschoben. Die Phasenverschiebung ist wellenlängenabhängig, und wegen des Linseneffekts des konkaven Plattenwellenleiters 45 werden verschiedene Wellenlängen bei getrennten Bereichen des Eingangsanschlusses des Ausgangswellenleiters 43 kollimiert. Daher hat bei jedem Ausgangsanschluss ein ankommender optischer Puls eine unterschiedliche Wellenlänge, und somit funktioniert das Wellenleiterfeld 42 als optischer Wellenleiterdemultiplexer 22. Wenn die Leitungssignale in der umkehrten Richtung eingegeben werden, funktioniert das Wellenleiterfeld 42 als ein optischer Multiplexer 27.
Ferner sind die Bandbreite und die Kanalaufspaltung jeder Wellenlänge durch die Eigenschaften des Wellenleiterfelds bestimmt, und der optische Puls, der an jeden der Ausgangsanschlüsse ausgegeben wird, ist ein transformationsbeschränkter Puls, dessen Pulsbreite bestimmt ist durch die Bandbreite des Wellenleiterfelds.
Ausführungsform Nr. 8
16 zeigt eine weitere Anwendung der in den Ausführungsformen 1 bis 6 vorgestellten kohärenten Weißlichtquelle mit einer anderen Anordnung der Komponenten als in Ausführungsform 7.
Der kohärente weiße Superbreitbandpuls, der von der kohärenten Weißlichtquelle 21 ausgegeben wird, wird in einen optischen Teiler 28 eingegeben, um M Pulse zu erzeugen. Jeder der M weißen Pulse, die in wellenlängenselektive Vorrichtungen 29-1 bis 29-M eingegeben werden, wird in Wellenlängenkomponenten λ₁, λ₂, ..., λ_M separiert. Die Bandbreite und die absolute Wellenlänge, die in den wellenlängenselektiven Vorrichtungen erzeugt werden, können willkürlich so gewählt werden, dass jede beliebige Zentralwellenlänge mit jeder beliebigen Pulsbreite erhalten werden kann. In diesem Fall gibt die wellenlängenselektive Vorrichtung 29-1 einen optischen Puls bei λ₁ aus, der in den optischen Teiler 23-1 eingegeben wird, die ausgegebenen N₁ Pulse werden separat in optische Modulatoren 24-1 bis 24-1-N₁ eingegeben, und werden durch die jeweiligen elektrischen Signale moduliert. Jedes der modulierten Signale wird in optische Zeitverzögerungsvorrichtungen 25-1-1 bis 25-1-N₁ eingegeben und erhält eine spezifische Zeitverzögerung für die Zeitmultiplexierung. Jedes der zeitverzögerten modulierten Signale wird in einen Optokoppler 26-1 eingegeben und wird als TDM-Signale bei λ₁ ausgegeben.
Eine ähnliche Verarbeitung erfolgt für andere optische Pulse bei λ₂, ..., λ_M, die von den wellenlängenselektiven Vorrichtungen 29-2 bis 29-M ausgegeben werden. Beispielsweise wird ein optischer Puls bei λ_M im optischen Teiler 23-M in N_M Pulse separiert, die in entsprechende optische Modulatoren 24-M-1 bis 24-M-N_M eingegeben werden, und werden durch die elektrischen Signale moduliert. Jedes modulierte Signal wird in eine entsprechende optische Verzögerungsvorrichtung 25-M-1 bis 25-M-N_M eingegeben und erhält eine spezifische Zeitverzögerung für die Zeitmultiplexierung. Jedes der zeitverzögerten Signale, die von den optischen Zeitverzögerungsvorrichtungen ausgegeben werden, wird durch einen Optokoppler 26-M ausgegeben, um ein TDM-Signal bei λ_M zu erzeugen. Die Multiplexierungszahl jeder Wellenlänge ist die gleiche wie in Ausführungsform 1. Eine gemeinsame Bitrate für TDM-Signale bei jeder Wellenlänge kann verwendet werden.
Die TDM-Signale, die von den M Optokopplern 26-1 bis 26-M bei Wellenlängen λ₁ bis λ_M ausgegeben werden, werden in einen optischen Wellenlängenmultiplexer 27 eingegeben, um als Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Signale mit einer Gesamtbitrate von (N₁ + N₂ + ... + N_M) × B₀ in Einheiten von [bit/s] ausgegeben zu werden. Die maximale Bitrate für das TDM-Signal B_max in [bit/s] ist bestimmt durch die Bandpassbreite Δf in [Hz], was ein Produkt aus den Bandbreiten der Wellenlängenauswahlvorrichtungen 29-1 bis 29-M und des optischen Wellenlängenmultiplexers 27 ist.
In der Praxis kann angenommen werden, dass B_max ≤ Δf ist.
Ausführungsform Nr. 9
17 zeigt eine weitere Anwendung auf eine Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-(TDM/WDM-)Signalerzeugungsvorrichtung unter Verwendung der in den Ausführungsformen 1 bis 6 vorgestellten kohärenten Weißlichtquelle.
In der TDM/WDM-Vorrichtung dieser Ausführungsform sind die wellenlängenselektiven Vorrichtungen 29-1 bis 29-M weiter stromabwärts im Übertragungsweg der Optokoppler 26-1 bis 26-M platziert. Der Betrieb der TDM/WDM-Vorrichtung ist der gleiche wie in Ausführungsform 8. Man beachte, dass der optische Teiler 28 und die optischen Teiler 23-1 bis 23-M für die jeweiligen Wellenlängen nicht in zwei Stufen angeordnet sein müssen, es ist nur erforderlich, dass insgesamt ein Eingang und (N₁ + N₂ + ... + N_M) Ausgänge bestehen.
Ferner kann in den oben vorgestellten Ausführungsformen 7 bis 9 ein Optokoppler anstelle des optischen Wellenlängenmultiplexers 27 verwendet werden. In einem solchen Fall, vgl. 15 für die Ausführungsform 7 und 16 für die Ausführungsform 8, müssen die Optokoppler zum Ersetzen der Optokoppler 26-1 bis 26-M für die jeweiligen Wellenlängen und der optische Wellenlängenmultiplexer 27 nicht in zwei Stufen angeordnet sein, und es ist erforderlich, dass es (N₁ + N₂ + ... + N_M) Eingänge und einen Ausgang im Gesamtsystem gibt.
Ferner, vgl. 16 für Ausführungsform 8 und 17 für Ausführungsform 9, können die wellenlängenselektiven Vorrichtungen 29-1 bis 29-M wellenlängenabstimmbar sein. In einem solchen Fall jedoch muss der optische Wellenlängenmultiplexer 27 durch einen Optokoppler ersetzt werden, der wellenlängenunabhängig ist.
Wenn ein Multi-/Demultiplexer vom Wellenleiterfeldgittertyp für den optischen Demultiplexer 22 verwendet wird, vgl. 13 für Ausführungsform 7, so ist es möglich, eine zyklische Verschiebung von Ausgangswellenlängen von den jeweiligen Ausgangsanschlüssen durch Verschiebung des Eingangsanschlusses für die kohärenten weißen Eingangspulse zu erhalten. Man beachte in den Ausführungsformen 7 bis 9 ferner, dass die Positionen des optischen Modulators 24 und der Signalverzögerungsvorrichtung 25 vertauscht werden können.
Ausführungsform Nr. 10
18 zeigt eine Anwendung der in den Ausführungsformen 1 bis 6 vorgestellten kohärenten Weißlichtquelle auf eine optische Pulsformvorrichtung. Ein optisches moduliertes Eingangssignal 51, das von einer (nicht gezeigten) optischen Pumppulsquelle ausgegeben wird, wird in einem optischen Verstärker 52 ausreichend verstärkt, und wird in einen Weißlichtwellenleiter 53 eingegeben. Im Wellenleiter 53 wird kohärentes Weißlicht mit gleichmäßiger optischer Leistung über eine spektrale Bandbreite Δλ erzeugt. Das erzeugte Weißlicht wird in optische Filter 54 mit Amplituden- und Phasentransmittanz eingegeben (komplexes Amplitudenfilter), und die Ausgangsspektren werden mit jeglicher Amplituden- und Phasentransmittanz gefiltert, um optische Pulse mit entsprechendem Zeitprofil zu erzeugen. Da das vom Weißlichtwellenleiter 53 ausgegebene weiße Licht eine gleichmäßige Amplitude und Phase für jede gegebene Wellenlänge hat, ist die zeitliche Intensitätswellenform des umgeformten optischen Pulses durch ein Quadrat der Fourier-Transformierten der Amplituden- und Phasentransmittanz des komplexen Amplitudenfilters gegeben. Wenn daher umgekehrt eine umgeformte zeitliche Intensitätswellenform von f²(t) benötigt wird, sollte ein komplexes Amplitudenfilter mit einer spektralen Transmittanz von F(w) = Fourier-Transformierte {f(t)} verwendet werden. Wenn beispielsweise eine quadratische Wellenform ausgedrückt als: f(t) = 1 (–a ≤ t ≤ a) (22)benötigt wird, so sollte die Amplituden- und Phasentransmittanz F(ω) des komplexen Amplitudenfilters einer Sinc-Funktion genügen, die gegeben ist durch die Fourier-Transformierte von f(t): F(ω) ∝ sin(a(ω – ω0))/(a(ω – ω0)) (23)wobei ω eine Winkelfrequenz und ω₀ eine zentrale Winkelfrequenz ist. Durch Auswahl von ω₀ kann ein quadratischer Puls mit jeder beliebigen Zentralwellenlänge erhalten werden. Tabelle 1 zeigt typische zeitliche Intensitätswellenformen sowie die erforderliche Amplituden- und Phasentransmittanz F(ω).
Tabelle 1
Als nächstes ist in den 19A und 19B ein Beispiel einer Wellenformumformung gezeigt. Umgeformte Pulse werden erhalten, indem man das von der kohärenten Weißlichtquelle 21 erzeugte kohärente Weißlicht durch zwei Arten von abstimmbaren optischen Bandpassfiltern hindurchschickt, die beide eine Bandbreite von etwa 5 nm haben. 19A zeigt einen Fall für eine Lorentz-artige Spektralform mit entsprechender ausgegebener Autokorrelationswellenform. 19B zeigt einen Fall für eine Gauss-artige Spektralform mit entsprechender ausgegebener Autokorrelationswellenform. Trotz der Tatsache, dass die Bandbreiten der optischen Filter in beiden Fällen ungefähr gleich sind, sind die ausgegebenen Wellenformen im Zeitbereich verschieden (sie zeigen unterschiedliche Bandbreite und Zeit-Bandbreite-Produkt), was die Pulsumformungseigenschaft der Schaltung bestätigt.
Ausführungsform Nr. 11
20 zeigt eine weitere Anwendung der in den Ausführungsformen 1 bis 6 vorgestellten kohärenten Weißlichtquelle. Kohärentes Weißlicht, das von der kohärenten Weißlichtquelle 21 erzeugt wird, wird in n (eine natürliche Zahl) Pulse in einem optischen Teiler 62 separiert, und eine Wellenlängenkomponente wird daraus durch wellenlängenselektive Vorrichtungen 63 ausgewählt, und jeder Puls wird in einer optischen Zeitverzögerungsvorrichtung 64 verzögert, und in einem Optokoppler 65 wieder zu einem einzigen Zug kombiniert. Das kombinierte kohärente Weißlicht wird in eine zu vermessende optische Vorrichtung 61 eingegeben, von der eine spezifische Wellenlängenkomponente mittels einer wellenlängenselektiven Vorrichtung 66 ausgewählt wird, welche dann in eine Verzögerungszeiterfassungsvorrichtung oder eine optische Spektralmessvorrichtung 67 eingegeben wird, wodurch eine Zeitverzögerung für jeden Puls bei einer Wellenlängenkomponente oder spektrale Eigenschaften gemessen werden. Die optische Verzögerungsvorrichtung kann ein optischer Halbleiterdetektor oder eine Streak-Kamera sein, und die optische Spektralmessvorrichtung kann ein optischer Wellenlängendemultiplexer oder ein Fabry-Perot-Filter sein.
Bei Verwendung des in 20 gezeigten Messsystems ist es möglich, die Wellenlängenabhängigkeit der zu vermessenden optischen Vorrichtung 61 zu bestimmen (Gruppenverzögerungseigenschaften), und zwar mit der Verwendung der optischen Verzögerungsmessvorrichtung wie oben demonstriert, oder die Wellenlängenabhängigkeit der Zeitantworteigenschaft eines nichtlinearen Phänomens zu bestimmen, und zwar mit der Verwendung der optischen Spektralmessvorrichtung. Beim Messen der Gruppenverzögerungseigenschaften wird der gleiche Effekt erhalten, wenn man die Zielvorrichtung benachbart vor dem optischen Teiler 62 platziert. Ferner ist es möglich, wenigstens eine optische Verzögerungsvorrichtung von n optischen Verzögerungsvorrichtungen 64 wegzulassen. Außerdem kann die wellenlängenselektive Vorrichtung 66 ein optisches Bandpassfilter oder ein optischer Vielfachausgang-Wellenlängendemultiplexer sein.
Ausführungsform Nr. 12
21 zeigt eine Anwendung der in den Ausführungsformen 1 bis 6 vorgestellten kohärenten Weißlichtquelle auf ein Wellenlängendispersionsmesssystem. Das Wellenlängendispersionsmesssystem basiert auf dem Gerät der Ausführungsform 11, wenn die zwei Pulse durch den optischen Teiler 62 erzeugt werden. Das System umfasst: eine kohärente Weißlichtquelle 21, einen optischen Teiler 62, zwei Wellenlängenauswahlvorrichtungen 63, zwei optische Verzögerungsvorrichtungen 64, einen Optokoppler 65 und die zu vermessende optische Vorrichtung sowie eine Verzögerungszeitmessvorrichtung 68. Das in 21 gezeigte System bestimmt die Gruppenverzögerungseigenschaften des gesamten optischen Systems τ(λ), einschließlich der Zielmessvorrichtung, aus der Differenz τ(λ₁) – τ(λ₂), wobei eine der Wellenlängen (λ₁, λ₂) festgehalten wird und die andere variabel gemacht wird. Die Gruppenverzögerungseigenschaften der Zielvorrichtung τ_d(λ) werden erhalten durch Subtrahieren der Gruppenverzögerungseigenschaften nur des Messsystems τ_m(λ) von jenen des gesamten optischen Systems τ(λ). Die Verzögerungseigenschaften des Messsystems τ_m(λ) können erhalten werden unter Verwendung des in 21 gezeigten Systems ohne die Zielmessvorrichtung.
Ferner wird die optische Verzögerungsvorrichtung 64 nicht allgemein benötigt, doch wenn eine Signalüberlagerung auftritt, d. h. wenn τ(λ₁) – τ(λ₂) im Zeitbereich zusammenfällt, dann wird die optische Verzögerungsvorrichtung 64 so eingestellt, dass τ(λ₁) – τ(λ₂) ≠ 0 für alle Wellenlängen.
Ausführungsform Nr. 13
22 zeigt eine Anwendung der in den Ausführungsformen 1 bis 6 vorgestellten kohärenten Weißlichtquelle auf ein nichtlineare-Antwort-Messsystem. Das nichtlineare-Antwort-Messsystem entspricht einem Fall von n = 3 für den optischen Teiler 62 in der in Ausführungsform 11 vorgestellten Vorrichtung.
Das nichtlineare-Antwort-Messsystem umfasst: eine kohärente Weißlichtquelle 21, einen optischen Teiler 62, drei wellenlängenselektive Vorrichtungen 63, eine optische Verzögerungsvorrichtung 64 für jede Wellenlänge, einen Optokoppler 65, eine wellenlängenselektive Vorrichtung 66, die zu vermessende optische Vorrichtung, und eine optische Spektralmessvorrichtung oder eine optische Leistungsmessvorrichtung 67. Das weiße Licht wird durch den optischen Teiler in drei Pulse separiert, von denen jeder in die wellenlängenselektive Vorrichtung 63 und die optische Verzögerungsvorrichtung 64 eintritt, um mit einer gegebenen Wellenlängenkomponente und Verzögerungszeiten versehen zu werden, und sie werden im Optokoppler 65 wieder in einen einzigen Zug kombiniert und in die zu vermessende optische Vorrichtung eingegeben. In der zu vermessenden optischen Vorrichtung werden die Wellenlängenkomponenten des FWM-Lichts, erzeugt durch den parametrischen Vierwellenmischprozess der drei Wellenlängenkomponenten, in der wellenlängenselektiven Vorrichtung 66 ausgewählt, und die resultierende Spektralverteilung wird gemessen, um eine optische Leistung einer spezifischen Wellenlängenkomponente als Funktion der relativen Zeitverzögerungsdifferenzen zwischen den drei Wellenlängenkomponenten zu bestimmen. Beim Messen der Antwortzeit eines entarteten FWM-Lichts sollte die Zahl entarteter Wellen durch geeignete Auswahl einer Pulszahl n im optischen Teiler angepasst werden. Wenn beispielsweise zwei Wellen entartet sind, erfolgt eine Auswahl derart, dass n = 2. Ein Vorteil der Messvorrichtung liegt darin, dass die Antwortzeit unter Verwendung verschiedener ultrakurzer Pulse gemessen werden kann, die frei sind von relativem Zeitpunktjitter, und sie ist besonders wirksam beim Messen von Antwortzeiten von weniger als Picosekunden.
In den in den Ausführungsformen 11 bis 13 vorgestellten verschiedenen optischen Messsystemen kann der Platz der Wellenlängenauswahlvorrichtung 63 und der optischen Zeitverzögerungsvorrichtung 64 vertauscht werden.

Claims

Kohärente Weißlichtquelle, die Weißlicht mit einer gleichmäßigen und konstanten spektralen Leistung über einen Bereich erzeugter Wellenlängen erzeugt, umfassend: Eine Optikpulserzeugungspumpeinrichtung zum Erzeugen von optischen Pumppulsen mit einer Wellenlänge λ₀; und eine optische Wellenleitereinrichtung (11) zum Empfangen der durch die Optikpulserzeugungspumpeinrichtung erzeugten optischen Pumppulse und Erzeugen weißer Pulse mit einem Wellenlängenbereich Δλ, der um eine Zentralwellenlänge bei λ₀ zentriert ist; wobei die Wellenleitereinrichtung mit einem Dispersionswert und einem Dispersionsgefälle derart versehen ist, dass sie Vierwellenmischlicht mit einer Wellenlänge λ₀ ± Δλ/2 erzeugt, sowie mit einer Weglänge derart, dass eine optische Leistungsverstärkung des Vierwellenmischlichts größer als eins ist, und wobei die Weglänge der Wellenleitereinrichtung nicht kleiner ist als eine Länge, die gegeben ist durch: InG₀/(2|γ|P) in Einheiten von km, und ein Absolutwert des Dispersionsgefälles nicht größer als ein Wert ist, der gegeben ist durch: 16(|γ|E)/(Δλ²InG₀) in Einheiten von ps/nm²/km, und ein Absolutwert der Dispersion bei der Wellenlänge λ₀ nicht größer als ein Wert ist, gegeben durch: (16/πc)λ₀ ²|γ|P/(Δλ)² in Einheiten von ps/nm/km, wobei γ ein nichtlinearer Koeffizient dritter Ordnung ist, E die Energie pro optischem Pumppuls ist, P die Spitzenleistung eines optischen Pumppulses ist, gegeben durch P = αP₀, wobei α ein Modifikationsfaktor ist, und P₀ die Spitzenleistung eines optischen Pumppulses ist, der in den Wellenleiter eingegeben wird, wobei G₀, das nicht kleiner als zwei ist, eine optische Leistungsverstärkung des Vierwellenmischlichts ist, und c die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist.
Kohärente Weißlichtquelle nach Anspruch 1, wobei der optische Pumppuls ein Soliton N-ter Ordnung für die Wellenleitereinrichtung mit einem Modifikationsfaktor α gegeben durch 1,2N ist.
Kohärente Weißlichtquelle nach Anspruch 1, wobei ein Absolutwert des Dispersionswerts in der Wellenleitereinrichtung (12) bei der Wellenlänge λ₀ monoton in einer Lichtausbreitungsrichtung abnimmt, wobei der Modifikationsfaktor α gegeben ist durch |D_max(λ₀)/D_min(λ₀)|, wobei |D_max(λ₀)| der maximale Absolutwert der Dispersion innerhalb der Wellenleitereinrichtung und |D_min(λ₀)| der minimale Absolutwert der Dispersion innerhalb der Wellenleitereinrichtung ist, und die Dispersionseigenschaften definiert sind durch D_max(λ₀)γ > 0, und D_min (λ₀)γ > 0.
Kohärente Weißlichtquelle nach Anspruch 1, wobei die Optikpulserzeugungspumpeinrichtung ein modengekoppelter Faserringlaser ist.
Kohärente Weißlichtquelle nach Anspruch 1, wobei die Optikpulserzeugungspumpeinrichtung ein modengekoppelter Halbleiterlaser ist.
Kohärente Weißlichtquelle nach Anspruch 1, wobei die Optikpulserzeugungspumpeinrichtung ein verstärkungsgesteuerter Halbleiterlaser ist.
Kohärente Weißlichtquelle nach Anspruch 1, wobei die Optikpulserzeugungspumpeinrichtung ein Optikpulsgenerator ist, der einen Elektroabsorptionsmodulator verwendet.
Kohärente Weißlichtquelle nach Anspruch 3, wobei ein Absolutwert des Dispersionswerts bei der Wellenlänge λ₀ der Wellenleitereinrichtung monoton in einer Lichtausbreitungsrichtung abnimmt.
Kohärente Weißlichtquelle nach Anspruch 1, wobei der optische Pumppuls so ausgewählt ist, dass er ein Rotverschiebungschirpen zeigt, wenn eine Dispersion bei einer Pumpwellenlänge in der Wellenleitereinrichtung (13) normal ist, und der optische Pumppuls so ausgewählt ist, dass er ein Blauverschiebungschirpen zeigt, wenn eine Dispersion bei einer Pumpwellenlänge in der Wellenleitereinrichtung (13) anomal ist, und wobei ein Modifikationsfaktor nicht mehr als ein durch 9,1Δt₀Δν gegebener Wert ist, wobei Δt₀ eine Pulsbreite eines optischen Pumppulses und Δν eine spektrale Bandbreite des optischen Pumppulses ist.
Kohärente Weißlichtquelle nach Anspruch 1, wobei ein optischer Verstärker (14) zwischen der Optikpulserzeugungspumpeinrichtung und der Wellenleitereinrichtung vorgesehen ist.
Kohärente Weißlichtquelle nach Anspruch 1, wobei eine Dispersionskompensationsvorrichtung (15) an ein Ausgangsende der Wellenleitereinrichtung angeschlossen ist, um die Dispersion in der Wellenleitereinrichtung zu kompensieren.
Kohärente Weißlichtquelle nach Anspruch 1, wobei ein Optikbandsperrfilter (16) an einem Ausgangsende der Wellenleitereinrichtung vorgesehen ist, um von dem Wellenleiter ausgegebene optische Pumppulse zu eliminieren.
Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Signalerzeugungsgerät, umfassend: eine kohärente Weißlichtquelle (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; eine Optikwellenlängendemultiplexeinrichtung (22) zum Empfangen von kohärentem Weißlicht, das von der kohärenten Weißlichtquelle ausgegeben wird, und Auftrennen in eine Mehrzahl von Optikpulsen mit unterschiedlichen Wellenlängen; eine optische Teilereinrichtung (23-1, 23-M), die für jede der verschiedenen Wellenlängen vorgesehen ist, um die Mehrzahl von Optikpulsen in jeweilige optische Wege zu verteilen; eine Mehrzahl von optischen Modulatoren (24-1-1, 24-1-2, 24-1-N₁ , 24-M-1, 24-M-2, 24-M-N_Μ ), die für jede der unterschiedlichen Wellenlängen vorgesehen sind, um die Mehrzahl von Optikpulsen, die aus der optischen Teilereinrichtung ausgegeben werden, zu modulieren; eine Mehrzahl von optischen Verzögerungseinrichtungen (25-1-1, 25-1-2, 25-1-N₁ , 25-M-1, 25-M-2, 25-M-N_M ), die für jede der unterschiedlichen Wellenlängen vorgesehen sind, um jedem der Leitungssignale, die von der optischen Teilereinrichtung ausgegeben werden, eine spezifische Verzögerungszeit zuzuweisen; und eine optische Kopplungseinrichtung (26-1, 26-M, 27) zum Erzeugen von Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Optiksignalen durch Koppeln von Signalen, die von jeder aus der Mehrzahl von optischen Verzögerungseinrichtungen ausgegeben werden.
Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Signalerzeugungsgerät nach Anspruch 13, wobei die Optikwellenlängendemultiplexeinrichtung ersetzt wird durch: eine optische Teilereinrichtung (28) zum Empfangen des kohärenten Weißlichts zur Verteilung auf eine Mehrzahl von optischen Wegen; und eine Wellenlängenauswahleinrichtung (29-1, 29-2, 29-M) zum Auswählen einer unterschiedlichen Wellenlängenkomponente aus jedem aus einer Mehrzahl von kohärenten weißen Pulsen zur Weiterleitung an eine optische Teilereinrichtung, die für unterschiedliche Wellenlängen vorgesehen ist.
Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Signalerzeugungsgerät, umfassend: eine kohärente Weißlichtquelle (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; eine optische Teilereinrichtung (28) zum Empfangen von kohärentem Weißlicht, das aus der kohärenten Weißlichtquelle ausgegeben wird, und Trennen in eine Mehrzahl von optischen Pulsen mit unterschiedlichen Wellenlängen; eine optische Teilereinrichtung (23-1, 23-M), die für jede der verschiedenen Wellenlängen vorgesehen ist, zur Verteilung der Mehrzahl von optischen Pulsen in jeweilige optische Wege; eine Mehrzahl von optischen Modulatoreinrichtungen, die für jede der unterschiedlichen Wellenlängen vorgesehen sind, um die aus der optischen Teilereinrichtung ausgegebene Mehrzahl von optischen Pulsen zu modulieren; eine Mehrzahl von optischen Verzögerungseinrichtungen, die für jede der unterschiedlichen Wellenlängen vorgesehen sind, um jedem der von der optischen Teilereinrichtung ausgegebenen Leitungssignale eine spezifische Verzögerungszeit zuzuweisen; eine optische Kopplungseinrichtung (26-1, 26-M) zum Erzeugen von Zeitmultiplex-Optiksignalen für jede Wellenlänge durch Koppeln von Ausgangssignalen aus der Mehrzahl von optischen Verzögerungseinrichtungen; eine Wellenlängenauswahleinrichtung (29-1, 29-2, 29-M), die für jede Wellenlänge vorgesehen ist, um ein von der optischen Kopplungseinrichtung ausgegebenes Zeitmultiplex-Optiksignal auszuwählen; und eine optische Kopplungseinrichtung (27) zum Multiplexen von Optiksignalen, die von jeder der Wellenlängenauswahleinrichtungen ausgegeben werden, um Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Optiksignale zu erzeugen.
Zeitmultiplex-Wellenlängenmultiplex-Signalerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei eine Position der optischen Modulationseinrichtung und der optischen Verzögerungseinrichtung vertauscht ist.
Optikpulsformungsgerät, umfassend: eine kohärente Weißlichtquelle (53) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; ein optisches Filter (54) mit komplexer Amplitudentransmittanz zum Erzeugen von kohärentem Weißlicht aus Weißlichtpulsen, die von der kohärenten Weißlichtquelle ausgegeben werden.
Optikvorrichtungbewertungssystem zur Bestimmung einer optischen Leistungsfähigkeit einer vermessenen optischen Vorrichtung durch Messen spektraler Eigenschaften von Zielsignalen, die von der vermessenen optischen Vorrichtung ausgegeben werden, und/oder Verzögerungszeiten jeder Wellenlängenkomponente, umfassend: eine kohärente Weißlichtquelle (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; eine optische Teilereinrichtung (62) zum Empfangen von kohärentem Weißlicht aus der kohärenten Weißlichtquelle und Ausgeben von n Gruppen von räumlich getrenntem kohärenten Weißlicht; n Einheiten von ersten Wellenlängenauswahleinrichtungen (63) zum Auswählen und Ausgeben einer spezifischen Wellenlänge für jede der n Gruppen von kohärentem Weißlicht, die aus der optischen Tellereinrichtung ausgegeben werden; eine Zeitverzögerungseinrichtung (64), die für wenigstens eine der n Einheiten von ersten Wellenlängenauswahleinrichtungen vorgesehen ist, um einer spezifischen Wellenlängenkomponente, die aus wenigstens einer der n Einheiten von ersten Wellenlängenauswahleinrichtungen ausgegeben wird, eine Zeitverzögerung zu verleihen; eine optische Kopplungseinrichtung (65) zum Empfangen der n Gruppen von kohärentem Weißlicht, die aus jeder der n Gruppen von ersten Wellenlängenauswahleinrichtungen ausgegeben werden, wobei wenigstens eine von ihnen durch die Zeitverzögerungseinrichtung empfangen wird, und zum Koppeln der n Gruppen von spezifischen Wellenlängenkomponenten in eine einzige Gruppe von optischen Signalen mit einer Mehrzahl von Wellenlängenkomponenten; eine vermessene optische Vorrichtung (61) zum Empfangen der einzigen Gruppe von optischen Signalen, die aus der optischen Kopplungsvorrichtung ausgegeben wird, und zum Ausgeben von Zielsignalen; eine zweite Wellenlängenauswahleinrichtung (66) zum Auswählen einer spezifischen Wellenlängenkomponente aus den Zielsignalen, die von der vermessenen optischen Vorrichtung ausgegeben werden; und eine Messeinrichtung (67) zum Bestimmen spektraler Eigenschaften von Zielsignalen, die von der vermessenen optischen Vorrichtung ausgegeben werden, und/oder einer Verzögerungszeit jeder Wellenlängenkomponente.
Optikvorrichtungsbewertungssystem nach Anspruch 18, wobei eine Position der ersten Wellenlängenauswahleinrichtung und der Zeitverzögerungseinrichtung vertauscht ist.
Wellenlängendispersionsbewertungssystem zum Bewerten einer Wellenlängendispersionseigenschaft einer vermessenen optischen Vorrichtung durch Eingeben von Wellenlängenmultiplex-Optiksignalen in die Zieloptikvorrichtung und Messen von Verzögerungszeiten jeder Wellenlängenkomponente, umfassend ein von der vermessenen Optikvorrichtung ausgegebenes Zielsignal, umfassend: eine kohärente Weißlichtquelle (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; eine optische Teilereinrichtung (62) zum Empfangen von kohärentem Weißlicht, das aus der kohärenten Weißlichtquelle ausgegeben wird, und zum Ausgeben von zwei Gruppen von räumlich getrenntem kohärenten Weißlicht; zwei Einheiten von Wellenlängenauswahleinrichtungen (63) zum Auswählen und Ausgeben einer spezifischen Wellenlänge für jede der zwei Gruppen von räumlich getrenntem Weißlicht, die von der optischen Tellereinrichtung ausgegeben werden; eine Zeitverzögerungseinrichtung (64), die für wenigstens eine der zwei Einheiten von Wellenlängenauswahleinrichtungen vorgesehen ist, um einer spezifischen Wellenlängenkomponente, die von wenigstens einer der zwei Einheiten von Wellenlängenauswahleinrichtungen ausgegeben wird, eine Zeitverzögerung zu verleihen; eine optische Kopplungseinrichtung (65) zum Empfangen der zwei Gruppen von spezifischen Wellenlängenkomponenten, die von den zwei Einheiten von Wellenlängenauswahleinrichtungen ausgegeben werden, wobei wenigstens eine von ihnen durch die Zeitverzögerungseinrichtung empfangen wird, und zum Koppeln der zwei Gruppen von spezifischen Wellenlängenkomponenten in eine einzige Gruppe von Signalen mit zwei Wellenlängenkomponenten zur Ausgabe an die vermessene optische Vorrichtung; eine vermessene optische Vorrichtung zum Empfangen der einzigen Gruppe von Signalen, die von der optischen Kopplungsvorrichtung ausgegeben wird, und zum Ausgeben von Zielsignalen; und eine Verzögerungszeitmesseinrichtung (63) zum Bestimmen von Verzögerungszeiten jeder Wellenlängenkomponente der Zielsignale, die von der Zieloptikvorrichtung ausgegeben werden.
Optikvorrichtungsbewertungsgerät nach Anspruch 20, wobei eine Position der Wellenlängenauswahleinrichtung und der Zeitverzögerungseinrichtung vertauscht ist.
Nichtlineare-Antwort-Bewertungsgerät zum Bewerten eines nichtlinearen Antwortverhaltens einer vermessenen optischen Vorrichtung durch Eingeben von Wellenlängenmultiplex-Optiksignalen in die vermessene optische Vorrichtung und Messen einer optischen Ausgangsleistung bei jeder Wellenlängenkomponente, die von der vermessenen optischen Vorrichtung ausgegeben wird, oder spektraler Eigenschaften eines Zielsignals, umfassend: eine kohärente Weißlichtquelle (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; eine optische Teilereinrichtung (62) zum Empfangen von kohärentem Weißlicht, das von der kohärenten Weißlichtquelle ausgegeben wird, und zum Ausgeben von drei Gruppen von räumlich getrenntem kohärenten Weißlicht; drei Einheiten von ersten Wellenlängenauswahleinrichtungen (63) zum Auswählen und Ausgeben einer spezifischen Wellenlänge für jede der drei Gruppen von räumlich getrenntem Weißlicht, die von der optischen Teilereinrichtung ausgegeben werden; eine Zeitverzögerungseinrichtung (64), die für wenigstens eine der drei Einheiten von ersten Wellenlängenauswahleinrichtungen vorgesehen ist, um einer spezifischen Wellenlängenkomponente, die von wenigstens einer der drei Einheiten von ersten Wellenlängenauswahleinrichtungen ausgegeben wird, eine Zeitverzögerung zu verleihen; eine optische Kopplungseinrichtung (65) zum Empfangen der drei Gruppen von spezifischen Wellenlängenkomponenten, die von den drei Einheiten von ersten Wellenlängenauswahleinrichtungen ausgegeben werden, von denen wenigstens eine durch die Zeitverzögerungseinrichtung empfangen wird, und zum Koppeln der drei Gruppen von spezifischen Wellenlängenkomponenten in eine einzige Gruppe von Signalen mit drei Wellenlängenkomponenten zur Ausgabe an die vermessene optische Vorrichtung; eine vermessene optische Vorrichtung zum Empfangen der einzigen Gruppe von Signalen, die von der optischen Kopplungsvorrichtung ausgegeben wird, und zum Ausgeben von Zielsignalen; eine zweite Wellenlängenauswahleinrichtung (66) zum Auswählen einer spezifischen Wellenlängenkomponente aus den Zielsignalen, die von der vermessenen optischen Vorrichtung ausgegeben werden; und eine Einrichtung (67) zum Messen der optischen Spektralleistung zum Bestimmen einer optischen Leistung und/oder optischer Spektraleigenschaften der Zielsignale, die von der zweiten Wellenlängenauswahleinrichtung ausgegeben werden.
Optikvorrichtungsbewertungsgerät nach Anspruch 22, wobei eine Position der ersten Wellenlängenauswahleinrichtung und der Zeitverzögerungseinrichtung vertauscht ist.