PL229961B1 - Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów - Google Patents
Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędówInfo
- Publication number
- PL229961B1 PL229961B1 PL416921A PL41692116A PL229961B1 PL 229961 B1 PL229961 B1 PL 229961B1 PL 416921 A PL416921 A PL 416921A PL 41692116 A PL41692116 A PL 41692116A PL 229961 B1 PL229961 B1 PL 229961B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- fiber
- constriction
- optical
- length
- higher order
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/268—Optical coupling means for modal dispersion control, e.g. concatenation of light guides having different modal dispersion properties
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
- G02B6/2552—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding reshaping or reforming of light guides for coupling using thermal heating, e.g. tapering, forming of a lens on light guide ends
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów, zwłaszcza w gradientowych włóknach wielomodowych (ang. multimode fibers, w skrócie MMF). Pozwala ono w szczególności na zwiększanie przepływności wielomodowych systemów transmisyjnych poprzez minimalizowanie negatywnego wpływu dyspersji międzymodowej, zapewnienie pracy jednomodowej w laserach światłowodowych lub poprawę jakości wiązki w światłowodach wielomodowych poprzez zapewnienie pracy jedno- lub kilkumodowej w światłowodach wielomodowych. Po zastosowaniu urządzenia w światłowodzie wielomodowym pozostaje jedna lub kilka pierwszych grup modowych.
Zwiększenie przepustowości jest jednym z podstawowych wyzwań stawianych światłowodowym systemom komunikacji nowej generacji. Jest to związane z ciągle rosnącym zapotrzebowaniem na coraz większą liczbę danych oraz wzrostem ruchu w sieciach telekomunikacyjnych. Dotyczy to zarówno ruchu w sieciach publicznych oraz w centrach przetwarzania i gromadzenia informacji. Ze względu na stosunkowo krótkie dystanse, w centrach danych najczęściej wykorzystuje się włókna wielomodowe, których przepustowość jest w głównej mierze ograniczona dyspersją międzymodową (ang. intermodal disspersion). Sieci tego typu realizowane są często z wykorzystaniem laserów VCSEL i włókien MMF, gdzie kluczowym ograniczeniem jest wpływ dyspersji międzymodowej, czyli różnica prędkości grupowej a tym samym czasu propagacji dla różnych modów. Negatywny wpływ dyspersji międzymodowej objawia się poszerzeniem impulsu w dziedzinie czasu, co wpływa na ograniczenie przepływności sygnału lub zasięgu transmisji.
Zapewnienie pracy jednomodowej jest także wyzwaniem przy konstrukcji laserów światłowodowych. Lasery jednomodowe posiadają lepszą jakość wiązki i w niektórych zastosowaniach konieczne jest zapewnienie pracy jednomodowej laserów. Jednym z rozwiązań tego problemu może być wstawienie urządzenia filtrującego mody wyższych rzędów w rezonator lasera, co umożliwi zastosowanie jako ośrodka aktywnego włókna wielomodowego o dużej średnicy rdzenia, w którym efektywnie będzie propagował się tylko jeden mod. Zapewnienie pracy jedno- lub kilkumodowej we włóknie wielomodowym wpływa także pozytywnie na jakość wiązki, ponieważ pozwala na zmniejszenie rozbieżności dyfrakcyjnej wiązki na wyjściu i daje możliwość skupienia wiązki w mniejszy obszar, co zwiększa precyzję lasera.
Jednym ze sposobów pozbycia się niekorzystnych efektów związanych z zastosowaniem światłowodów wielomodowych jest zastosowanie światłowodów jednomodowych (ang. single mode fiber, w skrócie SMF) zamiast wielomodowych. Jednak sieci oparte na włóknach jednomodowych są o wiele droższe w produkcji i montażu, przez co są niechętnie wykorzystywane w centrach danych. Również zastosowanie światłowodów jednomodowych, jako ośrodka aktywnego w laserach ma swoje ograniczenia ze względu na efekty nieliniowe występujące przy małych polach modu. Urządzenie filtrujące mody wyższych rzędów według wynalazku jest o wiele krótsze niż cały rezonator, z uwagi na to efekty nieliniowe, wynikające z ograniczenia pola modu wystąpią tylko na bardzo małej długości.
Znane są w literaturze prace nad układami aktywnymi do selekcji i ograniczenia liczby modów. Przykładowo, rozwiązanie ograniczające liczbę propagujących się modów i wykorzystujące skomplikowane i kosztowne układy zewnętrzne (optyczne matryce filtrujące) zostało opublikowane w artykule autorstwa G. Stępniaka, L. Maksymiuka i J. Siuzdak po tytułem „Binary phase spatial light filters for mode selective excitation of multimode fibers”, opublikowanym w Journal of Lightwave Technology 29/13 (2011). Inne, znane od dawna, metody redukcji liczby modów wymagają precyzyjnych układów optycznych pozwalających na pobudzanie tylko wybranych modów, które zostały opublikowane między innymi w artykule autorstwa L. Jeunhomme i J. P. Pocholle pod tytułem „Selective mode excitation of graded index optical fibers” opublikowanym w Applied Optics 17/3 (1978). Zaprezentowane dotychczas układy ze względu na skomplikowaną budowę oraz ich wysoki koszt umożliwiają realizację zamierzonych efektów jedynie w warunkach laboratoryjnych.
Znane są metody filtracji modów, w których modyfikacji poddaje się strukturę włókna światłowodowego. Przykładem jest rozwiązanie według JP nr 2001 133 647, w którym zaproponowano strukturę planarną, gdzie poprzez periodyczne zmiany kształtu powierzchni bocznej płaszcza otaczającego rdzeń rozpraszane są mody wyższych rzędów wydostające się z rdzenia. Tak zmodyfikowany odcinek falowodu, może być włączony do struktury tradycyjnej sieci światłowodowej. Dodatkowo, element taki nie wymaga zasilania energią elektryczną.
Z kolei w opisie US nr 2003 169 965 ujawniono sposób filtrowania modów wyższych rzędów poprzez ich eliminację polegającą na włączeniu do infrastruktury sieci układów światłowodów zgiętych na małym promieniu, co selektywnie zwiększa straty modów wyższych rzędów. W skutek zastosowania
PL 229 961 B1 niewielkiej krzywizny zgięcia mody wyższych rzędów są eliminowane, a transmisja, jak określono w wynalazku, jest skuteczniejsza i szybsza.
Innym sposobem modyfikacji struktury falowodów jest ingerencja w ich skład chemiczny, przez co zmianie ulegają warunki propagacji światła wewnątrz światłowodu. Tego typu rozwiązanie prezentuje opis US nr 2014 286 606, w jakim dodatkowo obszary domieszkowane i niedomieszkowane umieszczone są naprzemiennie. Pozwala to rozproszyć i wytłumić sygnał niesiony modami wyższych rzędów.
W rozwiązaniu według US nr 7 194 156 zaprezentowano element będący częścią systemu komunikacji optycznej, służący do filtracji modów wyższych rzędów. Zastosowanie wynalazku pozwala na zwiększenie przepływności systemów komunikacyjnych opartych na światłowodach wielomodowych. Element do filtracji modów wyższych rzędów może zostać zrealizowany na dwa sposoby. Jeden z nich opiera się na przewężeniu końcówki włókna wielomodowego i wyprowadzaniu sygnału poprzez soczewkę do detektora. Taki element umożliwia odfiltrowania modów wyższych rzędów tak, że zostaje tylko pewna grupa modów, gdzie każdy mod trafiający na detektor może być traktowany jako osobny sygnał. Sygnał tutaj jest wprowadzany z wykorzystaniem optyki objętościowej, co skutkuje zwiększeniem rozmiaru urządzenia oraz dodatkowymi stratami. Dodatkowo, w tym wynalazku nie uwzględniono pokrywania przewężenia substancją filtrującą.
Z kolei w opisie WO nr 2015 138 492 ujawniono konstrukcję systemu umożliwiającą komunikację quasiwielomodową na wielomodowych włóknach. W rozwiązaniu tym sygnał świetlny z co najmniej dwóch laserów jest przetwarzany przez układ optoelektryczny TOSA i wprowadzany do jednomodowego włókna w postaci quasiwielodomowego sygnału (quasi MM Signal), a następnie po pokonaniu drogi transmisji jest odbierany przez analogiczne urządzenie ROSA. Odbiornik ROSA blokuje co najmniej jeden sygnał modu wyższego rzędu.
Znany jest także dokument zgłoszeniowy US nr 2007 0 081 764, który opisuje system komunikacji optycznej oparty na światłowodach wielomodowych oraz sposób zwiększenie przepływności takiego systemu. Częścią tego systemu jest element filtrujący mody wyższych rzędów oparty na przewężce. Światłowód wielomodowy zostaje przewężony tak, że w najwęższym miejscu zapewniona jest propagacja jedynie modu podstawowego. Przedstawiono także konfiguracje pozwalające na wprowadzenie mocy lub wyprowadzenie mocy z światłowodu jednomodowego. W przypadku patentu pokazano sposób zrealizowania przewężenia w metodzie planarnej. Jednocześnie, nie uwzględniono pokrywania przewężenia substancją filtrującą.
Patent US nr 7 184 623 B2 także prezentuje wynalazek pozwalający na zwiększenie przepływności systemów telekomunikacyjnych opartych na światłowodach wielomodowych. W tym przypadku zastosowano adiabatyczny sprzęgacz mogący być przewężonym światłowodem w celu filtracji modów wyższych rzędów. Rozwiązanie to zakłada, że w obszarze przewężenia mody wyższych rzędów wyciekną z rdzenia i zostaną zabsorbowane w płaszczu albo wyemitowane z płaszcza. W przypadku tego rozwiązania nie uwzględniono pokrywania przewężenia substancją filtrującą.
Prace opublikowane w artykule autorstwa Y. Jung, G. Brambilla i D. J. Richardson pod tytułem „Broadband single-mode operation of standard optical fibers by using a subwavelength optical wire filter” opublikowanym w Optics Express 16/19 (2008) prezentują filtrowanie modów wyższych rzędów poprzez przewężenie światłowodu. Kluczowym jest tu odpowiednie dobranie geometrii przewężenia, a zwłaszcza stref przejściowych. W zaproponowanym rozwiązaniu strefy przejściowe są adiabatyczne dla modu pierwszego rzędu i jednocześnie nie adiabatyczne dla modów wyższych rzędów. Poprzez tak dobraną geometrię przewężki wprowadzane są duże straty dla modów wyższych rzędów. W zaprezentowanym rozwiązaniu do zapewnienia propagacji tylko w formie modu podstawowego niezbędne było wykonanie przewężki o średnicy przewężenia ponad 100-krotnie mniejszej niż średnica rdzenia. Dodatkowo, nie uwzględniono pokrywania przewężenia substancją, co znacząco obniża skuteczność filtrowania modów wyższych rzędów. Brak substancji filtrującej w rejonie przewężenia sprawia, że mody, które mają być filtrowane, prowadzone są na granicy szkło-powietrze. Wymagane jest wykonanie przewężenia o dużym stopniu przewężenia i o dużej długości właściwej, aby wprowadzić znaczące straty dla modów wyższych rzędów. Tymczasem zastosowanie substancji filtrującej znacząco zwiększa straty modów filtrowanych, co pozwala na wykonanie krótszego przewężenia o mniejszym stopniu przewężenia i uzyskanie znacznie lepszej skuteczności niż w przypadku bez pokrywania rejonu przewężenia substancją filtrującą.
Pokrywanie rejonu przewężonego światłowodu jest stosowane do budowy czujników pola zanikającego. Taki przykładowy czujnik jest tematem patentu US nr 6 103 535 A, w którym przedstawiono konstrukcję czujnika opartego na przewężce pokrytej materiałem reagującym z fluoroforami. Gdy doj4
PL 229 961 B1 dzie do reakcji między materiałem pokrywającym przewężkę a fluoroforami przy jednoczesnej obecności pola zanikającego w przewężonym światłowodzie, zachodzi zjawisko fluorescencji. Kluczowym elementem tego wynalazku jest materiał, którym pokryta jest przewężka. Przy kontakcie z konkretną substancją w materiale tym zachodzi reakcja chemiczna, która powoduje zjawisko fluorescencji. W tego typu czujnikach najczęściej stosuje się światłowody wielomodowe, które zapewniają większą czułość tego typu czujników.
Zastosowanie odpowiedniego pokrycia rejonu przewężenia pozwala także na konstrukcję impulsowych laserów światłowodowych z synchronizacją modów (ang. mode-locked fiber laser). W publikacji autorstwa P. Yan, R. Lin, Sh. Ruan, A. Liu, H. Chen, Y. Zheng, S. Chen, C. Guo i J. Hu pod tytułem „A practical topological insulator saturable absorber for mode-locked fiber laser” opublikowanej w Nature 5/8690 (2015) zaprezentowano przewężony jednomodowy światłowód SMF-28 z nasycalnym absorberem, który charakteryzuje się tym, że jest transparentny dla odpowiedniej długości fali tylko przy odpowiednio dużym natężeniu sygnału.
W patencie US nr 8 384 991 B2 zaprezentowano wynalazek będący nasycalnym absorberem, mogący znaleźć zastosowanie w między innymi w konstrukcji impulsowych laserów światłowodowych. Tematem wynalazku jest specjalna substancja będąca mieszaniną nanorurek węglowych i kompozytów polimerowych. Do konstrukcji światłowodowego lasera impulsowego stosuje się fragment przewężonego światłowodu pokrytego tą substancją.
W patencie US nr 6 301 408 B1 zaprezentowano wynalazek będący światłowodową siatką Bragga zapisaną w rejonie przewężonego światłowodu, gdzie rejon przewężenia pokryty jest specjalnym polimerem. Poprzez odpowiednie dopasowanie współczynnika załamania polimeru pokrywającego przewężkę możliwe jest kontrolowanie długości fali Bragga. Wynalazek według zaproponowanej konstrukcji może służyć do wykonania multipleksera typu add/drop. W zaprezentowanym rozwiązaniu modyfikowany jest sposób propagacji modu podstawowego.
Celem wynalazku było opracowanie urządzenia do selektywnego zwiększenia strat modów wyższych rzędów za pomocą elementu światłowodowego, co umożliwi zwłaszcza znaczące zwiększenie przepustowości wielomodowych systemów transmisyjnych lub pozwoli na zapewnienie pracy jednomodowej w laserach światłowodowych. Do jego głównych funkcjonalności należy: zapewnienie selektywnego zwiększenia strat modów wyższych rzędów, pasywność, małe opóźnienie czasowe, niskie straty wtrąceniowe i odbiciowe dla wybranych modów oraz kompatybilność ze standardami systemów transmisji wielomodowej.
Dodatkowo, ponieważ urządzenie jest całkowicie światłowodowe, cechuje je pasywność, czyli brak konieczności zasilania urządzenia według wynalazku energią elektryczną. Z wykorzystaniem urządzenia zmniejsza się negatywny wpływ dyspersji międzymodowej w systemach transmisji wielomodowej o ograniczonej przepływności lub wykorzystujących wymagające, złożone algorytmy MIMO (ang. Multiple-Input, Muliple-Output). Dodatkowo, dzięki małej długości urządzenia (rzędu kilku lub kilkunastu cm) nie wprowadza ono dodatkowego opóźnienia czasowego sygnału. W transmisji światłowodowej, której główną zaletą jest szybkość przesyłu danych jest to kluczowa funkcjonalność.
Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3) ma postać wykonanego na włóknie wielomodowym (na danej długości fali) co najmniej jednego przewężenia światłowodowego (7). Przewężenie światłowodowe (7) posiada wydzielone strefy, tj. obszary nieprzewężonego światłowodu o długości (a 1 i a2), w którym średnica włókna jest równa (d 1) (długości tych obszarów nie mają bezpośredniego wpływu na działanie urządzenia), obszary stref przejściowych o długościach odpowiednio (b1) i (b2) dla obszaru o zmniejszającej się średnicy i zwiększającej się średnicy oraz obszar przewężenia właściwego o długości (c), w którym średnica włókna jest równa (d2). Stopień przewężenia właściwego definiuje się jako R = ((d1-d2)/d1)-100% i korzystnie zawarty jest on w przedziale 20-97%, długość stref przejściowej (b1) wynosi korzystnie od 0,5 mm do 75 mm, długość strefy przejściowej (b2) wynosi korzystnie od 0 mm do 75 mm, a długość przewężenia właściwego (c) wynosi korzystnie od 0,5 mm do 75 mm. Obszar przewężenia jest pokryty substancją filtrującą o właściwościach tłumiących, przy czym substancja filtrująca znajduje się korzystnie co najmniej na fragmencie przewężenia właściwego.
Korzystnie, gdy substancja filtrująca warstwy filtrującej posiada właściwości tłumiące - absorpcyjne i/lub rozpraszające (na danej, wykorzystywanej długości fali) i/lub posiada większy współczyn nik załamania światła niż materiał, z którego wykonany jest płaszcz światłowodu. Substancja na warstwę filtrującą, stanowiącą integralną część urządzenia, jest wybrana korzystnie spośród: parafiny, wazeliny lub pokrewnych węglowodorów, kwasów tłuszczowych, ich soli lub estrów, grafitu, grafenu, sadzy, innych form węgla lub ich pochodnych, polimerów rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicznych,
PL 229 961 B1 takich jak polistyren, etyloceluloza, nitroceluloza, octan celulozy, metyloceluloza, poli(octan winylu), polimetakrylan metylu) oraz ich pochodne, polimerów o niskiej temperaturze mięknięcia, takich jak polichlorek winylu, poli(etylen-co-octan winylu), polimerów akrylowych, octanowo-celulozowych, butylowocelulozowych, poliimidów, poliamidów, poliolefin, polimerów perfluorowanych, organozoli typu R-Si-O, polidimetylosiloksanów, gum polibutadienowych, polimerów utwardzanych światłem z zakresu ultrafioletowego, żywic epoksydowych, epoksy-akrylowych, uretano-akrylowych, silikono-epoksydowych, silikono-akrylowych, cieczy organicznych, takich jak gliceryna, toluen, styren, czterochlorek węgla, dwusiarczek węgla, olej silikonowy, stężony roztwór cukrów, olej immersyjny, warstw metalicznych, tlenków metali lub mieszanin zawierających co najmniej jedną z wymienionych substancji lub ich pochodnych.
Korzystnie, szeregowe włączenie urządzenia w tor światłowodowy jest zrealizowane korzystnie poprzez spawy lub połączenia złączkowe. W innym korzystnym wariancie urządzenia może ono (przewężenie) zostać wykonane bezpośrednio na światłowodzie tworzącym tor światłowodowy. W innym korzystnym wariancie urządzenia może być także włączone bezpośrednio do detektora (odbiornika), przy czym w korzystnym przykładzie wykonania, przewężenie wykonane na światłowodzie według standardu OM2 lub OM3 ma wymiary b1 = b2 = 10 mm, c = 10 mm, d1 = 125 pm, d2 = 25 pm (R = 80%), a połączenie urządzenia z torem światłowodowym jest realizowane poprzez spawy światłowodów oraz przewężenia światłowodowego, przy czym zastosowany światłowód wielomodowy jest wykonany według standardu OM2 lub OM3. Przewężenie pokryte jest korzystnie substancją filtrującą będącą absorberem, którą w tym korzystnym wariancie jest grafit koloidalny.
W innym korzystnym przykładzie wykonania, przewężenie wykonane na światłowodzie według standardu OM4 ma wymiary b1 = 5 mm, b2 = 0 mm, c = 10 mm, d1 = 125 pm, d2 = 20 pm (R = 84%), a połączenie urządzenia z torem światłowodowym jest realizowane poprzez połączenie złączkowe światłowodów oraz przewężenia światłowodowego, przy czym zastosowany światłowód wielomodowy jest wykonany według standardu OM4. Przewężenie pokryte jest korzystnie substancją filtrującą będącą absorberem, którą w tym korzystnym wariancie jest parafina.
W innym korzystnym przykładzie wykonania, przewężenia wykonane na światłowodzie wielomodowym o skokowym profilu współczynnika załamania, aperturze numerycznej 0,37 (definiowanej jako pierwiastek z różnicy kwadratu współczynnika załamania rdzenia i kwadratu współczynnika załamaniu płaszcza), średnicy rdzenia 100 pm i średnicy płaszcza 300 pm, ma wymiary b1 = 30 mm, b2 = 20 mm, c = 20 mm, d1 = 300 pm, d2 = 9 pm (R = 97%), pokryte jest korzystnie substancją filtrującą pokrywającą obszar przewężenia. W tym korzystnym wariancie substancja filtrująca posiada wyższy współczynnik załamania niż materiał, z którego wykonany jest światłowód, którą w tym korzystnym wariancie jest dwusiarczek węgla, przy czym urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów włączone jest szeregowo w strukturę światłowodu wielomodowego pomiędzy co najmniej jednym nadajnikiem oraz co najmniej jednym detektorem (odbiornikiem), korzystnie możliwie blisko detektora lub w innym przykładzie urządzenie jest elementem tom optycznego wnęki rezonansowej lasera światłowodowego.
Korzystnie, gdy wskazana konfiguracja urządzenia zestawiona jest z co najmniej jednym źródłem światła typu VCSEL na długości fali 850 nm i włóknami w standardzie OM3 lub OM4.
Wynalazek został przedstawiony szczegółowo w przykładach i rysunkach, które to jednak nie wyczerpują możliwych konfiguracji wynalazku wynikających z przedstawionej zasady działania. Zastosowania wynalazku nie są ograniczone poprzez wymienione w opisie przykłady zilustrowane na rysunku, na którym:
figura 1 przedstawia schemat układu transmisji wykorzystującego włókno w standardzie OM2 lub OM3 (2), do którego sygnał jest wprowadzany poprzez nadajnik (1), a w torze włókna (2), przed odbiornikiem (4) zostaje włączone urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3);
figura 2 przedstawia zbliżenie na urządzenie (3), w którym widoczne są spawy (5) umożliwiające włączenie urządzenia w tor światłowodowy oraz włókno w standardzie OM2 lub OM3 (2), na którym wykonana jest przewężka światłowodowa (7);
figura 3 przedstawia schemat przewężki światłowodowej (7) z zaznaczonymi obszarami: nieprzewężonego światłowodu o długościach (a 1), (a2) i średnicy (d1), stref przejściowych o długościach (b1) i (b2) oraz strefy przewężenia właściwego o długości (c) i średnicy (d2) oraz obszarem przewężki pokrytej absorberem (8). Wymiary nie zachowują skali;
figura 4 przedstawia schemat układu transmisji wykorzystującego włókno w standardzie OM4 (6), do którego sygnał jest wprowadzany poprzez nadajnik (1), a w torze włókna (6), przed odbiornikiem (4) zostaje włączone urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3);
PL 229 961 B1 figura 5 przedstawia zbliżenie na urządzenie (3), w którym widoczna jest złączka (9) umożliwiająca włączenie urządzenia tor światłowodowy oraz włókno w standardzie OM4 (6), na którym wykonana jest przewężka światłowodowa (7);
figura 6 przedstawia schemat przewężki światłowodowej z zaznaczonymi obszarami: nieprzewężonego światłowodu o długości (a1) i średnicy (dl), strefy przejściowej o malejącej średnicy (b1) oraz strefy przewężenia właściwego o długości (c) i średnicy (d2) oraz obszarem przewężki pokrytej absorberem (8). Wymiary nie zachowują skali.
P r z y k ł a d 1
Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3) ma postać wykonanego na włóknie wielomodowym (standardu OM2 lub OM3) przewężenia światłowodowego włączonego szeregowo pomiędzy nadajnik (1) i odbiornik (4). Przewężenie światłowodowe (7) posiada wydzielone strefy, tj. m.in. obszary nie przewężonego światłowodu o długościach (a1) i (a2), w których średnica włókna jest równa (d 1) - długości tych obszarów nie mają bezpośredniego wpływu na działanie urządzenia; obszar stref przejściowych o długościach (b1) i (b2), w których średnica włókna odpowiednio zmniejsza/zwiększa się; oraz obszar przewężenia właściwego o długości (c), w którym średnica włókna jest równa (d2). Urządzenie włączone jest do toru światłowodowego poprzez połączenia (5) zrealizowane jako spawy światłowodów (2). Stopień przewężenia właściwego definiuje się jako R = ((d1-d2)/d1)100%. W tym przykładzie wykonania b1 = b2 = 10 mm, c = 10 mm, d1 = 125 pm, d2 = 25 pm (R = 80%). Przewężenie pokryte jest substancją filtrującą (8) będącą absorberem, którą w tym korzystnym wariancie jest grafit koloidalny. Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów ma zastosowanie w systemach transmisyjnych umożliwiając zwiększenie przepływności i zasięgu systemów transmisyjnych wykorzystujących źródła światła typu VCSEL na długości fali 850 nm i włókna OM2 lub OM3.
P r z y k ł a d 2
Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3) ma postać wykonanego na włóknie wielomodowym (standardu OM4) przewężenia światłowodowego włączonego szeregowo pomiędzy nadajnik (1) i odbiornik (4). Przewężenie światłowodowe (7) posiada wydzielone strefy, tj. m.in. obszar nie przewężonego światłowodu o długości (a1), w którym średnica włókna jest równa (d1) - długość tego obszaru nie ma bezpośredniego wpływu na działanie urządzenia; obszar strefy przejściowej o długości (b1), w którym średnica włókna (2) zmniejsza się; oraz obszar przewężenia właściwego o długości (c), w którym średnica włókna (2) jest równa (d2). Urządzenie włączone jest do tom światłowodowego poprzez połączenie (9) zrealizowane jako połączenie złączkowe, a z drugiej strony skierowane jest bezpośrednio do odbiornika (detektora). Stopień przewężenia właściwego definiuje się jako R = ((d1-d2)/d1)-100%. W tym przykładzie wykonania b1 = 5 mm, b2 = 0, c = 10 mm, d1 = 125 pm, d2 = 20 pm (R = 84%). Przewężenie pokryte jest substancją absorbującą (8), którą w tym korzystnym wariancie jest parafina. Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów ma zastosowanie w systemach transmisyjnych umożliwiając zwiększenie przepływności i zasięgu systemów transmisyjnych wykorzystujących źródła światła typu VCSEL na długości fali 850 nm i włókna OM4.
P r z y k ł a d 3
Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów ma postać przewężenia wykonanego na włóknie wielomodowym dla długości fali poniżej 1100 nm o skokowym rozkładzie współczynnika załamania, aperturze numerycznej 0,37 (definiowanej jako pierwiastek z różnicy kwadratu współczynnika załamania rdzenia i kwadratu współczynnika załamaniu płaszcza), średnicy rdzenia 100 pm i średnicy płaszcza 300 pm. Przewężenie światłowodowe jest włączone szeregowo w rezonator lasera światłowodowego. Przewężenie światłowodowe (7) posiada wydzielone strefy, tj. obszary nie przewężonego światłowodu o długościach (a1) i (a2), w których średnica włókna jest równa (d 1) - długość tego obszaru nie ma bezpośredniego wpływu na działanie urządzenia; obszar stref przejściowych o długościach (b1) i (b2), w których średnica włókna odpowiednio zmniejsza/zwiększa się; oraz obszar przewężenia właściwego o długości (c), w którym średnica włókna jest równa (d2). Urządzenie włączone jest do toru rezonatora poprzez połączenia zrealizowane jako spawy. Stopień przewężenia właściwego definiuje się jako R = ((d1-d2)/d1)-100%. W tym przykładzie wykonania b1 = 30 mm b2 = 20 mm, c = 20 mm, d1 = 300 pm, d2 = 9 pm (R = 97%). Przewężenie pokryte jest substancją filtrującą (8) posiadającą wyższy współczynnik załamania niż materiał, z którego wykonany jest światłowód i którą w tym korzystnym wariancie jest dwusiarczek węgla.
Claims (8)
- Zastrzeżenia patentowe1. Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3), znamienne tym, że ma postać wykonanego na włóknie (2) wielomodowym na danej długości fali, co najmniej jednego przewężenia światłowodowego (7), a przewężenie światłowodowe (7) posiada wydzielone strefy, tj. obszary nieprzewężonego światłowodu o długościach (a 1) i (a2), w których średnica włókna jest równa (d 1), obszary stref przejściowych o długościach (b1) i (b2), w których średnica włókna odpowiednio zmniejsza/zwiększa się oraz obszar przewężenia właściwego o długości (c), w którym średnica włókna jest równa (d2), stopień przewężenia właściwego definiuje się jako R = ((d1-d2)/d1)-100% i wynosi on co najmniej 20%, długość stref przejściowych wynosi (b1) co najmniej 0,5 mm, (b2) jest większa lub równa 0 mm, długość przewężenia właściwego wynosi co najmniej 0,5 mm a obszar przewężenia jest pokryty substancją filtrującą o właściwościach tłumiących.
- 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że stopień przewężenia właściwego wynosi co najwyżej 97%, długość stref przejściowych (b1) i (b2) wynosi co najwyżej 75 mm, a długość przewężenia właściwego wynosi co najwyżej 75 mm.
- 3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że substancja filtrująca znajduje się co najmniej na fragmencie światłowodowego przewężenia (7) w obrębie przewężenia właściwego.
- 4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienne tym, że substancja filtrującą warstwy filtrującej posiada właściwości tłumiące - absorpcyjne i/lub rozpraszające na danej długości fali i/lub posiada większy współczynnik załamania światła niż materiał, z którego wykonany jest płaszcz światłowodu.
- 5. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienne tym, że substancja filtrująca stanowiąca integralną część urządzenia jest wybrana spośród: parafiny, wazeliny lub pokrewnych węglowodorów, kwasów tłuszczowych, ich soli lub estrów, grafitu, grafenu, sadzy, innych form węgla lub ich pochodnych, polimerów rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicznych takich, jak polistyren, etyloceluloza, nitroceluloza, octan celulozy, metyloceluloza, poli(octan winylu), polimetakrylan metylu) oraz ich pochodne, polimerów o niskiej temperaturze mięknięcia takich, jak polichlorek winylu, poli(etylen-co-octan winylu), polimerów akrylowych, octanowo-celulozowych, butylowo-celulozowych, poliimidów, poliamidów, poliolefin, polimerów perfluorowanych, organozoli typu R-Si-O, polidimetylosiloksanów, gum polibutadienowych, polimerów utwardzanych światłem z zakresu ultrafioletowego, żywic epoksydowych, epoksy-akrylowych, uretano-akrylowych, silikono-epoksydowych, silikono-akrylowych, cieczy organicznych takich, jak gliceryna, toluen, styren, czterochlorek węgla, dwusiarczek węgla, olej silikonowy, stężony roztwór cukrów, olej immersyjny, warstw metalicznych, tlenków metali lub mieszanin zawierających co najmniej jedną z wymienionych substancji lub ich pochodnych.
- 6. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienne tym, że urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3) włączone jest szeregowo w strukturę światłowodu wielomodowego pomiędzy co jednym najmniej nadajnikiem (1) oraz co najmniej jednym detektorem (odbiornikiem) (4).
- 7. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienne tym, że urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3) włączone jest w tor optyczny wnęki rezonansowej lasera światłowodowego.
- 8. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, znamienne tym, że urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3) zestawione jest z co najmniej jednym źródłem światła typu VCSEL o długości fali 850 nm i włóknami w standardzie OM3 lub OM4.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL416921A PL229961B1 (pl) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów |
CN201780024608.XA CN109219764B (zh) | 2016-04-21 | 2017-04-19 | 用于选择性地增加高阶模的损耗的设备 |
AU2017253576A AU2017253576B2 (en) | 2016-04-21 | 2017-04-19 | Device for selective increasing higher-order modes' losses |
EP17729567.2A EP3446163A1 (en) | 2016-04-21 | 2017-04-19 | Device for selective increasing higher-order modes' losses |
JP2018554731A JP7329326B2 (ja) | 2016-04-21 | 2017-04-19 | 高次モードの損失を選択的に増加させるためのデバイス |
PCT/PL2017/050023 WO2017184004A1 (en) | 2016-04-21 | 2017-04-19 | Device for selective increasing higher-order modes' losses |
KR1020187033512A KR102523792B1 (ko) | 2016-04-21 | 2017-04-19 | 고차 모드의 손실을 선택적으로 증가시키기 위한 디바이스 |
US16/165,070 US10502897B2 (en) | 2016-04-21 | 2018-10-19 | Device for selectively increasing higher-order mode losses in an optical fiber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL416921A PL229961B1 (pl) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL416921A1 PL416921A1 (pl) | 2017-10-23 |
PL229961B1 true PL229961B1 (pl) | 2018-09-28 |
Family
ID=59054166
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL416921A PL229961B1 (pl) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10502897B2 (pl) |
EP (1) | EP3446163A1 (pl) |
JP (1) | JP7329326B2 (pl) |
KR (1) | KR102523792B1 (pl) |
CN (1) | CN109219764B (pl) |
AU (1) | AU2017253576B2 (pl) |
PL (1) | PL229961B1 (pl) |
WO (1) | WO2017184004A1 (pl) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
MX2021015577A (es) * | 2019-06-28 | 2022-03-02 | Inphotech Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia | Sistema de medicion de fibra optica, metodo de adaptacion de la fibra optica de comunicacion a un sistema de medicion, y sistema de medicion y comunicacion de fibra optica. |
ES2912964T3 (es) * | 2019-10-18 | 2022-05-30 | Centre Nat Rech Scient | Procedimiento para retardar una señal óptica |
CN111965758B (zh) * | 2020-08-07 | 2023-05-23 | 华南师范大学 | 用于高功率激光光束质量优化器件、测试装置及制备方法 |
US11789203B2 (en) * | 2021-06-07 | 2023-10-17 | Mellanox Technologies, Ltd. | Coupling element with embedded modal filtering for a laser and/or photodiode |
Family Cites Families (37)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS50123352A (pl) * | 1974-03-14 | 1975-09-27 | ||
JPS5280133A (en) * | 1975-12-26 | 1977-07-05 | Nec Corp | Mode filter |
JPS5958404A (ja) * | 1982-09-29 | 1984-04-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光ファイバ伝播光の無切断検知装置 |
DE68919679T2 (de) * | 1988-09-14 | 1995-05-11 | Fujitsu Ltd | Polarisiervorrichtung mit optischen fasern und verfahren zur herstellung. |
GB2280968B (en) * | 1993-08-12 | 1996-07-31 | Northern Telecom Ltd | Chirped optical fibre filter |
US5586205A (en) * | 1995-04-10 | 1996-12-17 | National Science Council | Apparatus for selecting waveguide modes in optical fiber and the method of manufacturing the same |
US6103535A (en) | 1996-05-31 | 2000-08-15 | University Of Maryland | Optical fiber evanescent field excited fluorosensor and method of manufacture |
US6160606A (en) * | 1997-08-05 | 2000-12-12 | Xerox Corporation | Optical equivalents of fiber optic face plates using irradiation sensitive glass |
US6301408B1 (en) | 1998-09-24 | 2001-10-09 | Lucent Technologies Inc | Tapered optical fiber grating devices with variable index coatings for modifying guide properties of the fundamental mode |
US6115519A (en) * | 1998-09-24 | 2000-09-05 | Lucent Technologies Inc. | Tapered optical fiber devices with variable index coatings for modifying guide properties of the fundamental mode |
US6697541B1 (en) * | 1999-05-17 | 2004-02-24 | Corning Incorporated | Amplitude tunable filter |
JP2001133647A (ja) | 1999-08-20 | 2001-05-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 導波路型高次モードフィルタおよび半導体レーザ |
US6321005B1 (en) * | 2000-08-23 | 2001-11-20 | The United States Of America As Represented By The National Security Agency | Device for dispersion compensation using tapered single-mode optical fiber |
JP3818169B2 (ja) | 2002-02-22 | 2006-09-06 | 日本電気株式会社 | 導波路デバイス |
US7165892B2 (en) | 2003-10-07 | 2007-01-23 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole fiber optic wet connect and gravel pack completion |
KR100585016B1 (ko) * | 2004-03-15 | 2006-06-01 | 광주과학기술원 | 고차 모드 제거 필터링 기능을 갖는 단일모드 광섬유 구조 |
US7184623B2 (en) | 2004-05-25 | 2007-02-27 | Avanex Corporation | Apparatus, system and method for an adiabatic coupler for multi-mode fiber-optic transmission systems |
US7194156B2 (en) | 2005-02-11 | 2007-03-20 | Analog Devices, Inc. | High bit rate optical communication over multimode fibers |
US7289698B2 (en) * | 2004-11-15 | 2007-10-30 | Analog Devices, Inc. | High bitrate transport over multimode fibers |
ATE479916T1 (de) * | 2005-09-21 | 2010-09-15 | Analog Devices Inc | Hohe bitrate über mehrmoden-fasern |
US8027557B2 (en) | 2007-09-24 | 2011-09-27 | Nufern | Optical fiber laser, and components for an optical fiber laser, having reduced susceptibility to catastrophic failure under high power operation |
US8457456B2 (en) * | 2007-10-19 | 2013-06-04 | Chiral Photonics, Inc. | Optical fiber mode coupling device, having an optimized fiber interface and method of fabrication thereof |
WO2010039310A1 (en) | 2008-06-26 | 2010-04-08 | Cornell University | Skin securable drug delivery device with a shock absorbing protective shield |
US9158070B2 (en) * | 2008-08-21 | 2015-10-13 | Nlight Photonics Corporation | Active tapers with reduced nonlinearity |
CN101408641B (zh) * | 2008-11-06 | 2010-12-15 | 燕山大学 | 锥形微结构光纤高阶模滤波器 |
US8320039B2 (en) * | 2010-04-16 | 2012-11-27 | LGS Innovations LLC | Cladding-pumped optical amplifier having reduced susceptibility to spurious lasing |
US8531654B2 (en) * | 2010-10-21 | 2013-09-10 | Panduit Corp. | Method for designing and selecting optical fiber for use with a transmitter optical subassembly |
EP2668533B1 (en) * | 2011-01-28 | 2017-11-15 | Koninklijke Philips N.V. | Tip reflection reduction for shape-sensing optical fiber |
WO2013081063A1 (ja) | 2011-11-30 | 2013-06-06 | 日本電気株式会社 | 高次モードフィルタ |
US20140361452A1 (en) | 2012-01-20 | 2014-12-11 | Afl Telecommunications Llc | Method and apparatus for making a taper in an optical fiber |
US20130236153A1 (en) * | 2012-03-06 | 2013-09-12 | The Royal Institution For The Advancement Of Learning / Mcgill University | Method of manufacturing optical fibers, tapered optical fibers and devices thereof |
CN102866462B (zh) * | 2012-08-31 | 2014-05-21 | 董浩 | 实现lp01模场直径低损耗变换的光纤模场适配器 |
KR102003689B1 (ko) * | 2013-08-07 | 2019-07-25 | 코랙티브 하이-테크 인코퍼레이티드 | 공간 변조된 클래딩 모드 제거기 및 이를 구비한 광섬유 |
US20160142142A1 (en) * | 2014-03-10 | 2016-05-19 | Alcatel-Lucent Usa Inc. | Spatial-Mode Multiplexing Optical Signal Streams Onto A Multimode Optical Fiber |
US9520943B2 (en) | 2014-03-10 | 2016-12-13 | Finisar Corporation | Communication over multimode and single mode fiber |
US9651737B2 (en) * | 2015-09-24 | 2017-05-16 | Harris Corporation | Optical communication system having filter with index selectable material and related methods |
US10495816B2 (en) * | 2017-03-16 | 2019-12-03 | Ofs Fitel, Llc | Cladding mode stripper for use with optical systems and methods of forming the same |
-
2016
- 2016-04-21 PL PL416921A patent/PL229961B1/pl unknown
-
2017
- 2017-04-19 EP EP17729567.2A patent/EP3446163A1/en active Pending
- 2017-04-19 JP JP2018554731A patent/JP7329326B2/ja active Active
- 2017-04-19 CN CN201780024608.XA patent/CN109219764B/zh active Active
- 2017-04-19 WO PCT/PL2017/050023 patent/WO2017184004A1/en active Application Filing
- 2017-04-19 AU AU2017253576A patent/AU2017253576B2/en active Active
- 2017-04-19 KR KR1020187033512A patent/KR102523792B1/ko active IP Right Grant
-
2018
- 2018-10-19 US US16/165,070 patent/US10502897B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2017184004A1 (en) | 2017-10-26 |
PL416921A1 (pl) | 2017-10-23 |
EP3446163A1 (en) | 2019-02-27 |
AU2017253576B2 (en) | 2022-03-10 |
JP2019516134A (ja) | 2019-06-13 |
AU2017253576A1 (en) | 2018-11-22 |
JP7329326B2 (ja) | 2023-08-18 |
KR102523792B1 (ko) | 2023-04-21 |
KR20180132915A (ko) | 2018-12-12 |
US10502897B2 (en) | 2019-12-10 |
CN109219764A (zh) | 2019-01-15 |
CN109219764B (zh) | 2021-08-27 |
US20190049675A1 (en) | 2019-02-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Xu et al. | Ultra‐sharp multi‐mode waveguide bending assisted with metamaterial‐based mode converters | |
Koshiba | Optical waveguide theory by the finite element method | |
Kumar et al. | Dielectric‐loaded plasmonic waveguide components: going practical | |
US10502897B2 (en) | Device for selectively increasing higher-order mode losses in an optical fiber | |
JP5880209B2 (ja) | 光素子 | |
CN110515159B (zh) | 基于光纤端面微结构的LP01-LPmn全光纤模式转换器及其制备方法 | |
KR101506931B1 (ko) | 다중 코어 광섬유격자를 이용한 광소자 및 이를 이용한 광신호의 처리 방법 | |
Mohammadi et al. | Numerical simulation of all optical demultiplexer based on pillar photonic crystal ring resonators | |
Mathew et al. | Air-cladded mode-group selective photonic lanterns for mode-division multiplexing | |
Guo et al. | Ultracompact mode-order converting power splitter for mid-infrared wavelengths using an MMI coupler embedded with oblique subwavelength grating wires | |
US8422839B2 (en) | Optical fiber-type optical filter | |
JP2018189889A (ja) | 損失差補償器 | |
Zhao et al. | Side-coupled Fabry-Perot resonator filter based on dual-waveguide Bragg grating | |
Bremer et al. | Grating assisted optical waveguide coupler to excite individual modes of a multi-mode waveguide | |
Gerosa et al. | Selectively coupling core pairs in multicore photonic crystal fibers: optical couplers, filters and polarization splitters for space-division-multiplexed transmission systems | |
US20140078505A1 (en) | Optical device, method of forming an optical device, and method for determining a parameter of a fluid | |
Liou et al. | Design and fabrication of ring resonator spectral response through-drop wavelengths selective | |
Harrat et al. | Design of a Novel 1x4 Two-Dimensional Demultiplexer Based on Multicore Photonic Crystal Fiber | |
Amorim et al. | Integrated Optical Devices Fabrication of Multimode Interference Devices in Fused Silica by Femtosecond Laser Direct Writing | |
Mohammed | Finite element modeling of coupling characteristics of directional coupler for multiplexer and de-multiplexer application | |
Zhang et al. | Multimode optical fiber Bragg gratings: modeling, simulation, and experiments | |
Schlangen et al. | Grating assisted optical waveguide couplers for Mode Division Multiplexing | |
Zhu et al. | A multifunctional all‐fiber device with a magnetic nanoparticles core mode blocker for wavelength bandpass filtering and multi‐to‐single mode conversion | |
Abd-Alla et al. | Improvement of the performance of advanced local area optical communication networks by reduction the effects of the propagation problems,“ | |
Resmi et al. | Design of a Si-EO polymer hybrid WH/TS encoder with transformation optics based waveguide coupler |