DE69418141T2 - Optische Faserelemente - Google Patents

Description

• Ein bekanntes optisches Monomode-Faser-Bauteil ist das verteilte Lichtleitfaser-Bragg-Gitter. Ein derartiges Bauteil ist als optisches Filter brauchbar, das sehr einfach in einer Form hergestellt werden kann, die relativ stark wellenlängenselektiv und gegenüber dem Polarisationszustand unempfindlich ist.
• Ein Verfahren, mit dem ein derartiges Gitter hergestellt werden kann, ist in der GB 21 61 612 A beschrieben und umfaßt das Abstrahlen eines eine hohe Leistung aufweisenden Lichtstrahls in einen Längenabschnitt einer photosensiblen Monomode-Fasesr und die Verwendung eines Reflektors zur Ausbildung eines Stehwellenmusters in der Faser. Dieses Stehwellenmuster erzeugt örtliche Änderungen des Brechungsindex der Faser, was zur Erzeugung eines Filters mit schmalem Sperrbereich führt, das selektiv bei der Wellenlänge des zur Herstellung des Gitters verwendeten Lichtes reflektierend ist. Ein weiteres Verfahren, mit dem ein derartiges Gitter geschrieben werden kann, wurde von G. Meltz et al in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Formation of Bragg Gratings in Optical Fibres by Transverse Holographic Method", Optics Letters, 1989, 14 (15), Seiten 823-235 beschrieben. Dieses Verfahren umfaßt die Beleuchtung der Faser von der Seite aus mit einem holographisch erzeugten Gitter-Interferenzmuster. Wenn derartige Interferenzmuster mit interferierenden Strahlen von kollimiertem Licht erzeugt werden, so weist das resultierende Gitter eine gleichförmige Steigung auf, obwohl Gitter mit "Chirp-"Verhalten ebenfalls dadurch erzeugt werden können, daß interferierende Strahlen mit unterschiedlicher Divergenz verwendet werden.
• Beide Arten von Verfahren zur Herstellung von verteilten Bragg-Gittern, die soweit beschrieben wurden, beinhalteten die Verwendung von Licht zur Erzeugung eines Phasengitters in der Faser. Eine andere Art von Gitter, die als Gitter vom Typ II bekannt ist, wird in gleicher Weise in einer optischen Monomode-Faser durch laterale holographische Beleuchtung hergestellt, doch wird in diesem Fall das Gitter-Interferenzmuster wesentlich schneller gebildet, wobei typischerweise ein einziger eine kurze Dauer aufweisender Impuls von einem Excimer-Laser verwendet wird. Die Schaffung von derartigen Gittern vom Typ II wurde beispielsweise von C. G. Askins et al. in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Fibre Bragg Reflectors Prepared by a Single Excimer Pulse", Optics Letters, 1992, 17 (15), Seiten 833-835, beschrieben.
• Ein weiteres bekanntes optisches Monomode-Faserbauteil ist der optische Monomode-Faser-2 · 2-Koppler mit verschmolzenen verjüngten Fasern. Dieser kann in einer äußerst gut reproduzierbaren Weise durch ein progressives Streckverfahren hergestellt werden, wie es im wesentlichen in der GB 2 150 703 A beschrieben ist. Der wesentliche Punkt dieses progressiven Streckverfahrens bei der Herstellung eines derartigen Kopplers besteht darin, daß zwei im wesentlichen identische optische Fasern miteinander verseilt und zwischen zwei Klammern befestigt werden, die ihrerseits auf unabhängigen motorgetriebenen, linear verschiebbaren Schlitten befestigt sind. Die beiden verschiebbaren Schlitten bewegen sich entlang einer gemeinsamen Achse, und die verseilten Fasern sind so angeordnet, daß sie sich parallel zu dieser Achse erstrecken. Eine Bewegung der beiden Schlitten in der gleichen Richtung, wobei jedoch der voreilende Schlitten gezwungen wird, sich geringfügig schneller zu bewegen, als der nacheilende Schlitten, bewirkt eine progressive Streckung der Fasern. Eine relativ scharf örtlich begrenzte heiße Zone, die beispielsweise durch eine Methan- Sauerstoff-Flamme erzeugt wird, die von dem Ende eines Längenabschnittes eines hypodermischen Rohres ausgeht, wird an eine Position gebracht, an der sie örtlich die Fasern durch Wärme erweicht, so daß ihre Streckung von einem plastischen Fließen begleitet ist, das auf den Bereich der heißen Zone begrenzt ist. Die Bewegung der beiden Schlitten bedeutet, daß das örtlich begrenzte plastische Fließen seinerseits entlang der Fasern mit einer gesteuerten Rate bewegt wird. Auf diese Weise erzeugt ein einziger Durchlauf oder eine Bewegung der Schlitten einen durch Ziehen im Durchmesser verringerten Bereich der Fasern, dessen Länge durch das Ausmaß der Bewegung bestimmt ist. Die Querschnittsverringerung ist unabhängig von der Länge des Durchlaufs, und sie ist durch das Verhältnis der Geschwindigkeiten bestimmt, mit denen die beiden Schlitten angetrieben werden. Um einen Koppler mit verschmolzenen Fasern durch dieses progressive Streckverfahren herzustellen, müssen mehrere oder sogar einige 10 Durchläufe verwendet werden, um das erforderliche Gesamt-Streckziehverhältnis zu erreichen.
• Die vorliegende Erfindung ist auf optische Elemente gerichtet, die beide dieser Arten von Bauteilen, nämlich das Bragg-Gitter und den 2 · 2-Koppler in integrierter Form beinhalten.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Faserelement geschaffen, das eine verjüngte verschmolzene 2 · 2- Monomode-Faserkopplerstruktur beinhaltet, die aus zwei optischen Monomode-Fasern mit im wesentlichen identischem Querschnitt gebildet sind, die mit einer Berührung Seite an Seite aneinander über einen Längenabschnitt befestigt sind, der aufeinanderfolgend einen ersten Abschnitt, in dem die Fasern bis zu einem Ausmaß gestreckt sind, daß sich ein Kopplungsbereich ergibt, in dem sich eine gegenseitige optische Kopplung zwischen den beiden Fasern ergibt, und einen zweiten Abschnitt einschließt, in dem sich im wesentlichen keine gegenseitige Kopplung zwischen den Fasern ergibt, und das optische Faserelement ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Abschnitt unter gleichen Abständen von dem Kopplungsbereich zwei im wesentlichen identische verteilte Bragg-Gitter gebildet sind, wobei ein Element der beiden Gitter in jeder der beiden Fasern gebildet ist.
• Die vorliegende Erfindung ergibt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Faserelementes aus zwei optischen Monomode-Fasern mit im wesentlichen identischen Querschnitt, wobei bei dem Verfahren die beiden Fasern miteinander in Seitean-Seite-Berührung über einen bestimmten Längenabschnitt hier von miteinander verschmolzen werden, worin ein Kopplungsbereich geschaffen wird, in dem eine gegenseitige Kopplung zwischen den beiden Fasern über einen ersten Teil des Längenabschnittes dadurch ausgebildet wird, daß die Fasern unter Anwendung eines Satzes von progressiven Streckvorgängen auf die Faser streckgezogen werden, während sie in Längsrichtung durch eine örtlich begrenzte heiße Zone hindurchbewegt werden, in der sie örtlich durch Wärme erweicht werden, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß in einem zweiten Teil des Längenabschnittes jenseits des ersten Teils zwei im wesentlichen identische verteilte Bragg-Gitter gleichzeitig in beiden Fasern unter gleichen Abständen von dem Kopplungsbereich des ersten Teils erzeugt werden, wobei ein Element des Paares von Gittern in jeder der beiden Fasern gebildet wird.
• Es folgt eine Beschreibung von optischen Elementen, die die Erfindung in bevorzugten Ausführungsformen verwirktlichen. Bezüglich der ersten bevorzugten und zu beschreibenden Ausführungsform ist dieser Beschreibung zu Vergleichszwecken eine Beschreibung von alternativen Strukturen vorangestellt, die in der Lage sind, eine in gewisser Weise analoge Funktion zu schaffen.
• Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
• Fig. 1 ein optisches Element zeigt, das ein verteiltes Bragg-Gitter in einer optischen Faser und einen Zirkulator beinhaltet,
• Fig. 2 eine Modifikation des Elementes nach Fig. 1 zeigt, bei dem der Zirkulator durch einen 2 · 2-3dB-Koppler mit verschmolzenen Fasern ersetzt ist,
• Fig. 3, 4 und 5 unterschiedliche Formen von optischen Elementen zeigen, die jeweils die vorliegende Erfindung in einer unterschiedlichen bevorzugten Ausführungsform verwirklichen.
• Das erste zu beschreibende optische Element, das die vorliegende Erfindung verwirklicht, ist ein schmales Durchlaßfilter. Wie dies weiter oben erläutert wurde, ruft das Schreiben eines eine gleichförmige Steigung aufweisenden verteilten Bragg- Gitters auf einen gleichförmigen Längenabschnitt einer optischen Monomode-Faser eine schmale Sperrbereichs-Filtercharakteristik in dieser Faser aufgrund der Tatsache hervor, daß das Gitter eine Reflektion von Licht mit einer bestimmten Wellenlänge bewirkt, die durch die Steigung des Gitters und die Ausbreitungskonstante der Faser bestimmt ist. Wenn diese Faser, die bei 10 in Fig. 1 mit ihrem Bragg-Gitter 11 gezeigt ist, mit einem Anschluß (Anschluß b) eines drei Anschlüsse aufweisenden optischen Zirkulators 12 verspleißt wird, so wirkt die Kombination als Schmalband-Durchlaßfilter, wenn es von Anschluß C aus für Licht betrachtet wird, das in den Zirkulator über den Anschlluß a eingestrahlt wird. Bei dieser Lösung ergibt sich eine Anzahl von Nachteilen. Einer dieser Nachteile besteht darin, daß aufgrund des Vorhandenseins des Zirkulators das Bauteil nicht reziprok ist, so daß daher die Kombination nicht als Schmalband-Durchlaßfilter wirkt, wenn es von Anschluß a aus für Licht betrachtet wird, das in die Kombination über den Anschluß c eingestrahlt wird. Weitere Nachteile schließen die Kosten, Kompliziertheit und die spektralen Beschränkungen von Zirkulatoren ein.
• Diese Probleme des Zirkulators können alle dadurch vermieden werden, daß der Zirkulator nach Fig. 1 mit einem verschmolzenen verjüngten 2 · 2-Monomode-Lichtleitfaser-Koppler 20 ersetzt wird, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse dieses Filters sind die Anschlüsse a und c des Kopplers 20. Der theoretische minimale Verlust oder die Dämpfung eines derartigen Filters ist 6 dB, wobei dies eintritt, wenn der Koppler ein 3dB-Koppler ist. Wenn unter diesen Umständen Licht in den Anschluß a eingestrahlt wird, so erleidet es einen Verlust von 3 dB bei der Ausbreitung durch den Kopplungsbereich und in die Faser 10, und jedes Licht, das in der Faser 10 reflektiert wird, erleidet einen weiteren Verlust von 3 dB bei der Ausbereitung zurück durch den Koppler zum Anschluß c. Es ist weiterhin ersichtlich, daß sich eine ähnliche 6dB-Reflektion zurück zum Anschluß a ergibt.
• Es könnte der Eindruck entstehen, daß diese Probleme dadurch überwunden werden könnten, daß auch der Anschluß d des Kopplers mit einem Längenabschnitt einer Monomode-Faser abgeschlossen wird, die ein verteiltes Bragg-Gitter beeinhaltet, und zwargenauso wie der Abschluß-Anschluß b. Die praktische Schwierigkeit dieser Lösung besteht darin, daß das von dem mit dem Anschluß b verbundenen Gitter reflektierte Licht in dem Kopplungsbereich des Kopplers 20 mit dem Licht interferiert, das von dem mit dem Anschluß d verbundenen Gitter reflektiert wird. Als Ergebnis dieser Interferenz kann sich die von einem derartigen Filter gelieferte Dämpfung zwischen Null und Unendlich entsprechend der Phasenbeziehung zwischen den beiden Strahlen ändern, die jeweils in die Anschlüsse b und d zurückreflektiert werden. Im Prinzip könnte diese Schwierigkeit dadurch überwunden werden, daß eine (nicht dargestellte) Phaseneinstelleinrichtung zwischen dem Koppler 20 und einem der verteilten Bragg-Gitter eingefügt würde. Ein derartiger Phasenschieber könnte so eingestellt werden, daß ein Betrag einer Phasenverschiebung eingeführt wird, die die beiden reflektierten Strahlen auf die erforderliche Phasenbeziehung an dem Punkt bringt, an dem sie sich in dem Kopplungsbereich des Kopplers 20 wieder kombinieren. Das allgemeine Problem bei dieser Lösung besteht darin, daß das Ausmaß der für diesen Zweck erforderlichen Phasenverschiebung kaum konstant bleibt, weil Umgebungsfaktoren, wie z. B. Temperaturänderungen, kaum die beiden körperlich getrennten und unabhängigen Bragg- Gitter-Fasern in genau der gleichen Weise beeinflussen würden. Es wurde jedoch festgestellt, daß bezüglich von verschmolzenen verjüngten 2 · 2-Monomode-Lichtleitfaser-Kopplern, die mit dem oben beschriebenen progressiven Streckverfahren hergestellt werden, auf jeder Seite des Kopplungsbereiches ein sehr hoher Grad von Symmetrie zwischen den beiden Fasern über den Bereich besteht, der sich über die gesamte Strecke von dem Kopplungsbereich bis zu einer Stelle erstreckt, an der die Fasern von dem aneinander befestigten Seite-an-Seite-Kontakt divergieren. Es wurde festgestellt, daß diese Symmetrie ausreichend ist, um die Phasenbeziehung von sich in den beiden Fasern ausbreitendem monochromatischem Licht von dem Kopplungsbereich bis zu diesem Punkt der Divergenz aufrechtzuhalten. Als Folge hiervon wird man feststellen, daß, wenn identische verteilte Bragg-Gitter in den beiden Fasern innerhalb dieses Bereiches unter gleichen Abständen von dem Kopplungsbereich hergestellt werden, die erforderliche Phasenbeziehueng des von den Gittern zu der Grenzfläche in dem Kopplungsbereich reflektierten Licht sich automatisch ergibt, ohne daß man auf die Verwendung irgendeiner Phasenabgleicheinrichtung zurückgreifen muß, unabhängig davon, ob diese aktiv oder passiv ist.
• Gemäß Fig. 3 werden zwei aufeinanderfolgende Längenabschnitte einer Monomodenfaser von einer einzigen Quelle einer photosensiblen optischen Faser, wie z. B. Bor-/Germanium-dotierter Faser genommen, und der Kunststoffschutzüberzug wird von einem Teil jedes Längenabschnittes entfernt, um Längenabschnitte 30, 31 der rohen Faser freizulegen (die Verwendung von zwei aufeinanderfolgenden Längenabschnitten von einer einzigen Quelle stellt sicher, daß die beiden Längenabschnitte sehr eng aneinander angepaßt sind). Die beiden Fasern werden Seite an Seite miteinander in Berührung gebracht, beispielsweise durch Verseilen der beiden rohen Fasern über eine gewisse Länge, doch ist zu Erläuterungszwecken diese Verseilung in Fig. 3 oder einer der anderen Zeichnungen nicht gezeigt. Aus diesen verseilten Fasern wird ein verschmolzener verjüngter 2 · 2-Koppler durch ein progressives Streckverfahren hergestellt, auf das weiter oben Bezug genommen wurde und das im wesentlichen so ist, wie dies in der GB 2 150 703 A unter spezieller Bezugnahme auf deren Fig. 3 beschrieben ist. Für diesen Zweck werden die Fasern zwischen zwei (nicht gezeigten) Blöcken festgelegt, die in der Richtung der Längserstreckung der Fasern bewegt werden, so daß die Fasern in Längsrichtung durch eine örtlich begrenzte heiße Zone hindurchbewegt werden, die durch eine kleine (nicht gezeigte) Flamme erzeugt wird. Um einen Streckdurchgang hervorzurufen, wird der voreilende Block um einen vorgegebenen Betrag schneller bewegt als der nacheilende Block, und die resultierende Zugbeanspruchung wird durch eine örtliche Streckung aufgenommen, die an der Stelle auftritt, an der die Fasern in der heißen Zone durch Wärme erweicht sind. Vor dem ersten Streckdurchgang werden ein oder mehrere nicht streckende Durchläufe durchgeführt, um die beiden Fasern entlang ihrer Kontaktlinie von einem Punkt 32 bis zu einem Punkt 33 miteinander zu verschmelzen. Danach wird eine Folge von Streckdurchläufen ausgeführt, um zwei sich verjüngende, d. h. in ihrem Durchmesser verringerte Bereiche 34, 35 mit einem dazwischenliegenden Bereich 36 mit konstantem Querschnitt zu schaffen, wobei diese Bereiche den Kopplungsbereich des Kopplers umfassen. Die Streckung wird gestoppt, wenn der erste 3dB-Kopplungspunkt erreicht ist. Danach wird ein eine gleichförmige Steigung aufweisendes verteiltes Bragg-Gitter 37 in den Fasern 30, 31 zwischen dem Ende des verjüngten Bereiches 35 und dem Endpunkt 33 des Längenabschnittes geschaffen, über den die beiden Fasern durch Verschmelzen aneinander befestigt sind. Bei dieser Struktur wird Licht, das in einen Eingangsanschluß a der Faser 30 eingestrahlt wird, durch den Kopplungsbereich 34, 36, 35 in zwei in Phasenquadratur stehende Komponenten mit gleicher Amplitude aufgeteilt, die sich in Richtung auf die Anschlüsse b bzw. d der Fasern 30 und 31 ausbreiten. Die Bragg-Gitter reflektieren den Teil dieses Lichtes mit der Bragg-Wellenlänge, und die zwei reflektierten Komponenten kommen in dem Kopplungsbereich zur Interferenz, um eine einzige Komponente zu erzeugen, die sich in Richtung auf den Ausgangsanschluß c ausbreiten.
• Typischerweise weisen die optischen Elemente sowohl der Fig. 1 als auch der Fig. 3 verteilte Bragg-Gitter mit gleichförmiger Steigung auf, so daß sie innerhalb eines schmalen Frequenzbandes reflektierend sind. In der GB 2 161 612 A ist ein dispersives optisches Element beschrieben, das zur Dispersionskompensation in einem optischen Übertragungssystem verwendet werden kann. Die grundlegende Konstruktion dieses dispersiven optischen Elementes kann eine Struktur umfassen, die genauso ist, wie die, die vorstehend anhand der Fig. 1 beschrieben wurde, jedoch mit Ausnahme der Tatsache, daß das verteilte Bragg-Gitter eine ungleichförmige Steigung aufweist, so daß unterschiedliche Wellenlängen in unterschiedlichen Entfernungen vom Anschluß b des Zirkulators 12 reflektiert werden. Es ist klar, daß der Ersatz des Gitters 37 mit gleichförmiger Steigung nach Fig. 3 durch ein Gitter mit ungleichförmiger Steigung ein ähnliches Ergebnis ergeben würde und damit eine alternative Form eines dispersiven optischen Elementes ergeben würde. Im Hinblick auf die Schwierigkeiten, die bei der Schaffung von verteilten Bragg- Gittern mit ungleichförmiger Steigung in optischen Fasern verglichen mit der Schaffung von Gittern mit gleichförmiger Steigung auftreten, wird es bevorzugt, einen äquivalenten Effekt dadurch zu erzeugen, daß ein eine gleichförmige Steigung aufweisendes Gitter in einem nicht gleichförmigen Streckvorgang der Fasern geschaffen wird, wie dies nunmehr unter spezieller Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wird.
• Die Konstruktion dieses Elementes beginnt mit der Konstruktion eines verschmolzenen verjüngten 2 · 2-3dB-Kopplers identisch zu dem nach Fig. 3, jedoch mit Ausnahme der Wahl einer Geometrie, bei der ein Abstand zwischen dem großen Ende der Verjüngung 35 und dem Endpunkt 33 der Verschmelzung der beiden Fasern 30, 31 miteinander verbleibt, der typischerweise größer als vorher ist, weil dieser Bereich zur Aufnahme einer zusätzlichen Struktur erforderlich ist. Diese zusätzliche Struktur umfaßt zwei weitere verjüngte Bereiche 44, 45, typischerweise mit einem dazwischenliegenden Bereich 46 mit einem konstanten Querschnitt. Diese Bereiche 44, 45 und 46 werden durch die gleiche fortschreitende Strecktechnik geschaffen, wie sie für die Schaffung der entsprechenden Bereiche 34, 35 und 36 verwendet wurde, doch ist in diesem Fall das Streckverhältnis, d. h. die Verringerung des Durchmessers beträchtlich kleiner. Insbesondere wird das Streckverhältnis speziell klein genug gelassen, damit die beiden Fasern 30, 31 in den Bereichen 44, 45 und 46 im wesentlichen nicht gekoppelt sind. Andererseits ist das Streckverhältnis groß genug, damit sich ein erheblicher Unterschied zwischen der Ausbreitungskonstante an den großen Enden der Verjüngungen 44, und der an ihren kleinen Enden ergibt. Die Änderung der Ausbreitungskonstante, die sich aus dem Ziehen oder Strecken einer Monomode-Lichtleitfaser ergibt, kann phänomenologisch, als eine Verringerung des effektiven Brechungsindex (neff) der Faser erläutert werden, die durch die Ausdehnung der Modenfleckgröße bedingt wird, was dazu führt, daß bewirkt wird, daß eine immer größere Ausbreitung der geführten Energie in der Ummantelung statt in dem einen höheren Brechungsindex aufweisenden Kernbereich stattfindet. Als Beispiel kann die fortschreitende Streckung zur Erzeugung der Verjüngungen 44, 45 typischerweise ungefähr 20 Durchläufe umfassen, um Verjüngungen mit einer Länge von ungefähr 10 mm herzustellen, bei denen der Durchmesser der einzelnen Fasern sich von ungefähr 125 um am großen Ende auf ungefähr 50 um verjüngt. Typischerweise sind die Verjüngungen speziell so ausgebildet, daß die resultierende Änderung von neff linear entlang der Verjüngung ist, doch ist dies nicht notwendigerweise der Fall. Es sei bemerkt, daß das progressive Streckverfahren besonders gut für die Herstellung dieser Verjüngungen 44, 45 geeignet ist, weil es nicht das Temperaturprofil in der örtlich begrenzten heißen Zone ist, das vollständig das Profil der Verjüngung bestimmt. Jeder aufeinanderfolgende Durchlauf der progressiven Streckung erzeugt ein Paar von Mikrostufen in dem Faserprofil, eines an jedem Ende des Durchlaufes. Die präzisen Positionen und Höhen dieser Paare von Mikrostufen sind unabhängig durch die unabhängige Steuerung der Start- und Stopp- Positionen jedes Durchlaufs und des verwendeten Streckverhältnisses steuerbar. Entsprechend kann im wesentlichen jedes gewünschte Profil einer sanften Verjüngung in der Faser durch die geeignete Konfiguration der Mikrostufen synthetisiert werden, und bei Mikrostufen mit engem Abstand besteht der ausschließliche Effekt des Temperaturprofils in der heißen Zone in einer Glättung oder Abflachung der diese bildenden Mikrostufen.
• Nachdem diese Verjüngungen 44, 45 erzeugt wurden, wird ein eine gleichförmige Steigung aufweisendes verteiltes Bragg-Gitter 37 in einer dieser Verjüngungen geschaffen. Wenn das Gitter in der Verjüngung 45 geschaffen wird, wie dies zu Erläuterungszwecken in Fig. 4 gezeigt ist, so breitet sich das von dem Kopplungsbereich 34, 36, 35 in Richtung auf die Anschlüsse b und d ausbreitende Licht in dieser Verjüngung in einem Bereich aus, in dem neff ansteigt und in dem entsprechend auch die Bragg- Wellenlänge ansteigt. Entsprechend werden die kürzeren Wellenlängen vor den längeren Wellenlängen reflektiert, so daß das Element als ein Bauteil wirkt, das eine negative (anomale) Dispersion zeigt. Der entgegengesetzte Fall würde eintreten, wenn das Bragg-Gitter 37 statt dessen in der Verjüngung 44 ausgebildet würde.
• Das optische Faserelement nach Fig. 3 wurde im ersten Fall als ein Filter beschrieben, doch ist dies nicht die ausschließliche Funktion, für die dieses Element verwendet werden kann. Unter der Voraussetzung, daß die von dem Gitter 37 gelieferte Reflektivität kleiner als 100% innerhalb seines Reflektionswellenbandes ist, so tritt restliche nicht reflektierte Leistung in diesem Wellenband über die Anschlüsse b und d aus, so daß diese Anschlüsse als Signalanzapfungen verwendet werden können. Unter geeigneten Umständen kann das optische Faserelement nach Fig. 3 außerdem als ein Wellenlängen- Multiplexer verwendet werden, beispielsweise in einem mit Erbium dotierten Faserverstärker zur Multiplexierung von Signalleistung bei einer Wellenlänge im Bereich von 155 mm mit einer optischen Pumpleistung bei einer Wellenlänge im Bereich von 980 nm. Der Kopplungsbereich 36 ist in diesem Fall so konstruiert, daß er eine Kopplungsstärke ergibt, die eine 3dB-Kopplung zwischen den beiden Fasern bei einer Wellenlänge von 1550 nm hervorruft, während sich im wesentlichen keine Kopplung zwischen den Fasern für Licht bei einer Wellenlänge von 980 nm als Folge der Tatsache ergibt, daß das die kürzere Wellenlänge aufweisende Licht wesentlich stärker an den Faserkern gebunden ist, als das die größere Wellenlänge aufweisende Licht, selbst wenn der Faserdurchmesser in dem Kopplungsbereich 36 verringert ist. Um auf diese Weise als ein Multiplexer zu wirken, wird die Signalleistung dem Anschluß a zugeführt, während die Pumpleistung dem Anschluß d zugeführt wird, um einen multiplexierten Ausgang von dem Anschluß c zu liefern. Wenn zusätzlich das Gitter 37 weniger als 100% für Licht bei der Signalwellenlänge reflektierend ist, so kann der Anschluß b als eine Signalanzapfung verwendet werden.
• Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter spezieller Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Diese Ausführungsform kann in verschiedener Weise als ein Wellenlängen-Multiplexer oder -Demultiplexer, oder als ein Kanaleinfügungs- oder ein Kanalausleitungsfilter beschrieben werden. Die Konstruktion dieses Elementes beginnt in ähnlicher Weise mit der Konstruktion eines verschmolzenen verjüngten 2 · 2-3dB-Kopplers identisch zu dem nach Fig. 3, jedoch mit der Wahl einer Geometrie ähnlich der nach Fig. 4, bei der ein Abstand zwischen dem großen Ende der Verjüngung 35 und dem Endpunkt 33 der Verschmelzung der beiden Fasern miteinander verbleibt, der typischerweise größer als im Fall des Elementes nach Fig. 3 ist, weil dieser Bereich zur Aufnahme einer zusätzlichen Struktur erforderlich ist. Diese zusätzliche Struktur umfaßt einen zweiten Satz von verjüngten Bereichen 54, 55 mit einem dazwischenliegenden Bereich 56 mit konstantem Querschnitt, die in der gleichen Weise konstruiert werden, wie ihre Gegenstücke 34, 35 und 36. Diese drei Bereiche 54, 56, 55 umfassen einen zweiten Kopplungsbereich identisch zu dem der Bereiche 34, 36 und 35, so daß auf diese Weise ein Tandern-Paar von 3dB-Kopplern gebildet wird, die mit zwei Abschnitten 50, 51 mit gleicher Länge der Fasern 30, 31 verbunden ist. Dann wird ein eine gleichförmige Steigung aufweisendes verteiltes Bragg- Gitter 37 in den Abschnitten 50, 51 der beiden Fasern 30, 31 ausgebildet.
• Die Kombination des verteilten Bragg-Gitters 37 mit dem ersten 3dB-Kopplungsbereich, der durch die Bereiche 34, 36 und 35 gebildet ist, wirkt in der gleichen Weise wie ihr Gegenstück in dem optischen Element in Fig. 3. Entsprechend wird Licht mit der Bragg-Wellenlänge, das in das Element über den Anschluß a der Faser 30 eingestrahlt wird, selektiv von dem Gitter reflektiert, um im wesentlichen ausschließlich über den Anschluß c der Faser 31 auszutreten. Licht mit anderen Wellenlängen, das in den Anschluß a eingestrahlt und von dem Gitter nicht reflektiert wird, setzt seine Ausbreitung durch die Abschnitte 50, 51 der Fasern 30, 31 in Richtung auf den zweiten 3dE-Kopplungsbereich fort. Die Phasenquadratur-Beziehung, die sich aus der Strahlteilung in dem ersten 3dB-Kopplungsbereich ergibt, wird über die gesamte Strecke bis zum zweiten Kopplungsbereich beibehalten, und somit erzeugt das Licht in diesem zweiten Kopplungsbereich einen Interferenzeffekt, der dazu führt, daß das Licht aus dem optischen Element im wesentlichen ausschließlich über den Anschluß d der Faser 31 austritt. Es ist zu erkennen, daß, wenn es erwünscht ist, mehr als einen Kanal über den Anschluß c auszuleiten oder einzuleiten, dies ohen weiteres dadurch erreicht werden kann, daß mehr als ein verteiltes Bragg-Gitter in den Abschnitten 50, 51 der Fasern 30, 31 geschaffen wird. Es ist weiterhin ersichtlich, daß das eine gleichförmige Steigung aufweisende Gitter 37 durch ein. Gitter mit Chirp-Effekt ersetzt werden kann, um ein erweitertes Reflektionsspektrum des Gitters zu schaffen, und daß ein ähnlicher Effekt mit einem gleichförmigen Gitter dadurch erzielt werden kann, daß in die Abschnitte 50, 51 weitere Verjüngungen ähnlich den Verjüngungen 44, 45 des optischen Elementes nach Fig. 4 eingefügt werden.
• Das optische Faserelement nach Fig. 5 kann ähnlich wie das nach Fig. 3 als ein Multiplexer zur Multiplexierung von Signalleistung mit Pumpleistung in einem optischen Verstärker verwendet werden. Wenn somit eine Signalleistung bei 1550 nm dem Anschluß a zugeführt wird, so kann eine Pumpleistung bei 980 nm von einer Quelle 53 an den Anschluß d angelegt werden, um einen multiplexierten Ausgang von dem Anschluß c zur Zuführung an einen Verstärker 58 mit einer mit Erbium dotierten optischen Faser zu schaffen. Die an das Element über den Anschluß d angelegte Pumpleistung weist eine ausreichend kurze Wellenlänge auf, damit im wesentlichen kein Teil ihrer Leistung von der Faser 31 zur Faser 30 in einen der Kopplungsbereiche und 56 gekoppelt wird, so daß dieses Licht direkt zum Anschluß c gelangt. Ein Pumpen mit Licht bei 1480 nm kann ebenfalls verwendet werden. In diesem Fall liegt die Wellenlänge nahe genug an der Signalwellenlänge, damit die Kopplungsbereiche als 3dB-Koppler nicht nur für die Signalwellenlänge von 1550 nm wirken, sondern auch für die Pumpwellenlänge von 1480 nm. Die Pumpleistung bei 1480 nm von einer Quelle 52 wird daher dem Anschluß b zugeführt. Der Kopplungsbereich 56 teilt diese Leistung in zwei im wesentlichen gleiche Komponenten auf, die sich jeweils in den Abschnitten 50 und 51 der Fasern 30 und 31 ausbreiten. Die aneinander angepaßten optischen Pfadwege dieser beiden Abschnitte 50 und 51 stellen sicher, daß wenn diese beiden Komponenten zu einer Interferenz im Kupplungsbereich 36 gebracht wird, ihre Leistung von dem Kopplungsbereich im wesentlichen ausschließlich in der Faser 31 austritt, um aus dem optischen Faserelement über den Anschluß c auszutreten. Es ist daher zu erkennen, daß aufgrund der Tatsache, daß das Pumpen bei 1440 nm einen anderen Pumpleistungs- Eingangsanschluß als der verwendet, der für ein Pumpen bei 980 nm erforderlich ist, der Verstärker gleichzeitig mit beiden Wellenlängen gepumpt werden kann, wenn dies erwünscht ist.

Claims (10)

1. Optisches Faserelement, das eine verjüngte verschmolzene 2 · 2-Monomode-Faserkopplerstruktur beinhaltet, die aus zwei optischen Monomode-Fasern 30, 31 mit im wesentlichen identischem Querschnitt gebildet ist, die Seite an Seite in Berührung miteinander über einen Längenabschnitt aneinander befestigt sind, der aufeinanderfolgend einen ersten Abschnitt, in dem die Fasern in einem Ausmaß durch Ziehen in ihrem Durchmesser verringert sind, so daß ein Kopplungsbereich 36 geschaffen wird, in dem sich eine gegenseitige optische Kopplung zwischen den beiden Fasern ergibt, und einen zweiten Abschnitt einschließt, in dem sich im wesentlichen keine gegenseitige Kopplung zwischen den Fasern ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Abschnitt unter gleichen Abständen von dem Kopplungsbereich (36) ein Paar von im wesentlichen identischen verteilten Bragg-Gittern (37) gebildet ist, wobei ein Element des Paares von Gittern in jeder der beiden Fasern ausgebildet ist.

2. Optisches Faserelement nach Anspruch 1, bei dem die verteilten Bragg-Gitter (37) eine gleichförmige Steigung aufweisende Gitter sind.

3. Optisches Faserelement nach Anspruch 2, bei dem die eine gleiche Steigung aufweisenden Gitter (37) in verjüngten Bereichen (47) der Fasern ausgebildet sind.

4. Optisches Faserelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Längenabschnitt aufeinanderfolgend den ersten Abschnitt, als nächstes den zweiten Abschnitt und dann einen dritten Abschnitt einschließt, in dem die Fasern in einem Ausmaß durch Ziehen in ihrem Durchmesser verringert sind, daß sich ein weiterer Kopplungsbereich (56) ergibt, in dem eine gegenseitige Kopplung zwischen den beiden Faser (30, 31) besteht, wobei die verteilten Bragg-Gitter gleiche Abstände von dem weiteren Kopplungsbereich aufweisen.

5. Optisches Faserelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die gegenseitige Kopplung zwischen den beiden Fasern (30, 31) in dem oder jedem Kopplungsbereich im wesentlichen eine 3dB-Kopplung bei einer Wellenlänge ist, die durch die verteilten Bragg-Gitter reflektiert wird.

6. Optischer Faserverstärker, der ein Element einschließt, wie es in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht ist.

7. Optischer Faserverstärker, der ein Element wie in Anspruch 4 beansprucht einschließt, bei dem die beiden optischen Fasern (30, 31) des Elementes optisch mit ersten und zweiten optischen Pumpquellen (52, 53) für den optischen Verstärker gekoppelt sind und bei dem die gegenseitige Kopplung zwischen den beiden Fasern des Elementes in den ersten und dritten Abschnitten im wesentlichen eine 3dB-Kopplung bei der Emissionswellenlänge der ersten Quelle (52) und bei einer Wellenlänge ist, die optisch durch den Verstärker verstärkt wird, während sie bei der Emissionswellenlänge der zweiten Quelle (53) im wesentlichen auf Null bleibt.

8. Verfahren zur Herstellung eines optischen Faserelementes aus zwei optischen Monomode-Fasern (30, 31) mit im wesentlichen identischem Querschnitt, wobei bei dem Verfahren die beiden Fasern in Seite an Seite liegender Berührung über einen bestimmten Längenabschnitt hiervon miteinander verschmolzen werden, bei dem ein Kopplungsbereich (36) geschaffen wird, in dem eine gegenseitige Kopplung zwischen den beiden Fasern in einem ersten Teil des Längenabschnittes dadurch ausgebildet wird, daß die Fasern durch Ziehen in ihrem Durchmesser verringert werden, wobei ein Satz von fortschreitenden Streckvorgängen auf die Fasern verwendet wird, während sie in Längsrichtung durch eine örtlich begrenzte heiße Zone hindurch bewegt werden, in der sie örtlich durch Wärme erweicht werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten Teil des Längenabschnittes jenseits des ersten Abschnittes ein Paar von im wesentlichen identischen verteilten Bragg-Gittern (37) gleichzeitig in beiden Fasern unter gleichen Abständen von dem Kopplungsbereich (36) des ersten Teils geschaffen wird, wobei ein Element des Paares von Gittern in jedem der beiden Fasern gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem ein weiterer Kopplungsbereich (56), in dem eine gegenseitige Kopplung zwischen den beiden Fasern (30, 31) besteht, durch im wesentlichen das gleiche Verfahren, das zur Schaffung des Kopplungsbereiches (36) verwendet wird, außerdem in einem dritten Teil des Längenabschnittes geschaffen wird, in dem eine gegenseitige Kopplung zwischen den beiden Fasern (30, 31) in dem ersten Teil des Längenabschnittes ausgebildet wird, wobei der dritte Teil auf der Seite des zweiten Teils liegt, der von dem ersten Teil entfernt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Schaffung des oder jedes Kopplungsbereiches (36, 56) unmittelbar beendet wird, nachdem eine gegenseitige Kopplung vom im wesentlichen 3dB zwischen den Fasern bei einer durch die Bragg-Gitter reflektierten Wellenlänge an diesem Bereich ausgebildet wurde.