Оптический мультиплексор-демультиплексор

 

Изобретение относится к оптическим устройствам связи и может быть использовано для спектрального уплотнения каналов связи, а также для тестирования волоконно-оптических линий связи одновременно с передачей сигналов на другой длине волны. Техническим результатом является повышение эффективности устройства. Сущность изобретения: оптический мультиплексор-демультиплексор содержит последовательно установленные и оптически связанные между собой общий тракт, расщепитель луча, фокусирующие элементы и отдельные тракты для раздельной передачи сигналов различных длин волн. Расщепитель луча выполнен в виде фазовой дифракционной решетки, имеющей на периоде N ступенек равной ширины с высотой, определяемой по приведенной формуле. 2 ил.

Изобретение относится к оптическим устройствам связи и может быть использовано для спектрального уплотнения каналов связи, а также для тестирования волоконно-оптических линий связи одновременно с передачей сигналов на другой длине волны.

Известно устройство оптического фильтра длин волн и оптического демультиплексора на основе соединения направленных ответвителей и брэгговских волоконных решеток, (см. заявку 97120132/09, приоритет от 06. 12.1997, опубл. 27.10.1999). Такое устройство сложно по конструкции и характеризуется существенными потерями световой энергии.

Известно также каскадное мультиплексирующее устройство, в котором оптический блок определяет зигзагообразный оптический тракт со множеством точек отражения, а выделение необходимых длин волн осуществляется интерференционными фильтрующими элементами Фабри-Перо. Такое устройство маршрутизации оптических сигналов в зависимости от длин волн также имеет весьма сложную конструкцию и ограничения по количеству длин волн.

Наиболее близким к предлагаемому является мультиплексор и демультиплексор многократного отражения, содержащий общий тракт для передачи нескольких сигналов различных длин волн, расщепитель пучка в виде отражательного пакета, имеющего множество перекрывающихся частично отражающих поверхностей, и несколько отдельных трактов для раздельной передачи сигналов различных длин волн (см. заявка 97119180/09, приоритет от 24.11.97 г. , опубл. 20.09.1999 г.) Однако известное устройство содержит множество светоделительных поверхностей, требующих сложной юстировки и приводящих при их использовании к потерям света.

Поставлена задача разработать такое устройство, которое обладало бы большей эффективностью.

Поставленная задача достигается за счет того, что в оптическом мультиплексоре-демультиплексоре, содержащем последовательно установленные и оптически связанные между собой общий тракт для передачи нескольких сигналов различных длин волн, расщепитель луча для разделения различных длин волн, фокусирующие элементы и отдельные тракты для раздельной передачи сигналов различных длин волн, согласно изобретению расщепитель луча выполнен в виде фазовой дифракционной решетки, имеющей на периоде N ступенек равной ширины с высотой, определяемой по формуле где - показатель преломления материала решетки, ϕ_j - фазовые набеги на ступеньках для длины волны λ₀ в пределах периода, определяемые из условия c₀= 1, λ_p = λ₀c_p, разделяемые по порядкам n₀, n₁..., n_L длины волн.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема устройства, а на фиг.2 - строение фазовой дифракционной решетки.

Устройство содержит последовательно установленные и оптически связанные между собой общий тракт 1 для передачи нескольких сигналов различных длин волн, расщепитель луча 2 для углового разделения сигналов различных длин волн, фокусирующие элементы 3 для пространственного разделения сигналов различных длин волн и ввода их в установленные далее отдельные тракты 4 для раздельной передачи сигналов различных длин волн. Расщепитель луча 2 выполнен в виде фазовой дифракционной решетки для углового разделения длин волн λ_p = λ₀c_p, по порядкам n₀, n₁..., n_L.

Данная дифракционная решетка имеет на периоде N ступенек равной ширины (см. фиг.2). Высота ступенек где - показатель преломления материала решетки (считается одинаковым для выделяемых длин волн в силу их близости), ϕ_j - фазовые набеги на ступеньках для длины волны λ₀ в пределах периода, определяемые из условия c₀=1, Устройство работает следующим образом.

Выходящий из общего тракта сигнал содержит множество сигналов различных длин волн, каждый из которых имеет заданное количество энергии, распределенной по полю моды. Этот сигнал падает на фазовую дифракционную решетку для углового разделения длин волн λ_p = λ₀c_p, по порядкам n₀, n₁..., n_L. Для указанных длин волн λ₁, λ₂...λ_L на решетке будут получаться такие фазовые набеги, что для каждой длины волны фазовая функция на периоде будет максимально близка к фазовой функции призмы, квантованной по N уровням в пределах периода, то есть реально фазовый набег для р-ой длины волны на i-ой ступеньке в пределах периода будет близок к
где mod_2π означает операцию взятия по модулю 2π.
Такая фазовая дифракционная решетка будет отклонять по существу всю энергию каждой длины волны на соответствующий угол и таким образом осуществлять разделение длин волн с минимальными потерями. Далее сигналы различных длин волн при помощи фокусирующих элементов пространственно разделяются и вводятся в установленные отдельные тракты для раздельной передачи сигналов различных длин волн. В качестве примера для разделения длин волн
,
где N, р - взаимно простые числа, по порядкам 0 и±1, решетка имеет на периоде N ступенек равной ширины с высотой

где α₁ определяется из решения уравнения
(N+p)•α₁-N•α₂ = 1
Поскольку числа N+p и N взаимно простые, то указанное уравнение всегда имеет решение в целых числах по теореме о наибольшем общем делителе.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает большей эффективностью по сравнению с известным устройством.

Формула изобретения

Оптический мультиплексор-демультиплексор, содержащий последовательно установленные и оптически связанные между собой общий тракт, расщепитель луча, фокусирующие элементы и отдельные тракты для раздельной передачи сигналов различных длин волн, отличающийся тем, что расщепитель луча выполнен в виде фазовой дифракционной решетки, имеющей на периоде N ступенек равной ширины с высотой, определяемой по формуле

где - показатель преломления материала решетки;
ϕ_j - фазовые набеги на ступеньках для длины волны λ₀ в пределах периода, определяемые из условия

C_o = 1, λ_p = λ₀c_p, разделяемые по порядкам n₀, n₁... n_L длины волн.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2