NO851879L - Fiberoptisk mettbar absorberer av enkel-modustypen. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår optiske signalbetingelser og nærmere bestemt dempning av optiske signaler ved anvendelse av en mettbar absorberende substanse.

I den senere tid har det blitt beskrevet et antall forskjellige optiske fibersystemer som erstatter mekaniske og elektriske anordninger. Optiske fibergyroskop har f.eks. blitt utviklet som gir en nøyaktighet og et område sammen-lignbart med mekaniske systemer uten at det er nødvendig med bevegelige deler. Optiske fibersystemer har blitt anvendt i utstrakt grad innenfor kommunikasjonsområdet og har blitt anvendt økende ved datamaskinteknikken.

En spesiell bruk av optiske fibersystemer er skjøtefri optiske fiberresirkulasjonslager/forsinkelseslinjer, slik som skrevet i US-patent nr. 4.473.270 og US-patent nr. 4.473.270. Ovenfor nevnte patenter beskriver anordninger som anvender passive optiske fiberkomponenter for å tilveiebringe dataresirkulasjon innenfor en optisk fibersløyfe. For å tilveiebringe et stort antall resirkulasjoner kan en forsterker bli ført inn i fibersløyfen for å opprettholde resirkulasjonspulser ved et nyttig nivå. Fiberspredning og bruk av aktive anordninger for å forsterke signalpulser i sløyfen kan bevirke forvrengning av pulsene og kan også resultere i uvedkommende støysignaler som medfører mulige tap av sirkulasjonsdata. Forsterkning av resirkulasjons-signalet kan dessuten medføre tap av data ved å bevirke at front- og bakflanken til pulssignalet øker i amplitude som således gjør pulsbredden større og derfor reduserer maksimal datahastighet for resirkulasjonsanordningen. Det er følgelig et behov ved signalbetingelser som gjenoppretter pulsformen etter forsterkningen og fiberspredningen og som reduserer forsterket støy.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter en fiberoptisk mettbar absorberer i linjen som muliggjør ikke-lineær filtrering av signaler og støy i et optisk fibersystem. Denne mettbare absorbereranordningen innbefatter en optisk fiber en kjerne og en optisk kappe. En del av den optiske kappen blir fjernet for å danne en flate på fiberen. En lysabsorberende substans, som har ikke-lineær lysabsorberende karakteristikk blir påført nevnte flate. Absorpsjonskarakteristikken til lysabsorberende substans er slik at prosentdelen av absorpsjonen for det optiske signalet reduseres når intensiteten av det optiske signalet øker. Mengden av den fjernede optiske kappen fra fiberen er tilstrekkelig for å frilegge det flyktige feltet til et optisk signal som forplanter seg gjennom fiberen slik at det flyktige feltet trenger gjennom flaten for absorpsjon av lysabsorberende substans. Ved den foretrukne utførelsesformen er den lysabsorberende substansen en mettbar absorberende farve i et indekstilpasset materiale.

Når optiske signalet utbreder seg gjennom den optiske fiberen blir en betydelig mengde av lyset absorbert av den lysabsorberende substansen. Den absorberte delen forblir fortrinnsvis hovedsakelig konstant under et terskelsignal-nivå og så ved høyere signalintensitet blir en mindre prosentdel av det optiske signalet absorbert. Ved den foretrukne utførelsesformen av anordningen reduseres prosentdelen av det optiske signalet absorbert av den lysabsorberende substansen ikke lineært når intensiteten til det optiske signalet Øker. Siden front- og bakflanken til det datapulssignal som har blitt gjort bredere ved forsterkning av fiberspredning typisk har vesentlig lavere signalnivå enn datapulsen, vil absorberende farve absorbere en mye større del av front og bakflanken enn selve datapulsen. Via selektiv dempning vil således bredden på datapulsen bli redusert mot dens opprinnelige bredde. Ovenfor beskrevne ikke-lineære filterkarakteristikk til den mettbare absorbereren bevirker likeledes at lavnivåstøy mellom datapulsene blir dempet relativt mer enn høynivådatapulser. Foreliggende oppfinnelse innbefatter også en fremgangsmåte for behandling av et optisk signal ved forplanting av signalet gjennom en kontinuerlig uavbrudt optisk fiberlengde og selektiv dempning av intensiteten til signalet ved et valgt sted langs fiberlengden. Signalet blir fortrinnsvis selektivt dempet ved å fjerne en prosentdel av signalet fra den optiske fiberen ved det valgte stedet og prosentdelen således fjernet reduseres når intensiteten til signalet reduseres. Ved den foretrukne fremgangsmåten reduseres prosentdelen av signalet fjernet fra fiberen ikke lineært når intensiteten til signalet Øker. Ved den beskrevne metoden blir slik fjerning således tilveiebrakt ved å tilføre en lysabsorberende substans til det valgte stedet for å absorbere prosentdelen av signalet. Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse innbefatter også fortrinnsvis trinnet med å sirkulere lysabsorberende substans over flaten for å unngå oppbygning av konsentrasjonene av ikke-brukbare molekyler med substans ved flaten. Temperaturen til substansen er fortrinnsvis styrt slik at brytningsindeksen for substansen forblir hovedsakelig konstant.

Et annet trekk ved foreliggende oppfinnelse innbefatter en fremgangsmåte for å fremstille en selektiv demper for et optisk fiberdatasystem som innbefatter fjerning av en del av den optiske kappen fra en optisk fiber for å danne en flate på fiberen for å frilegge det flyktige feltet til et optisk signal som forplanter seg i fiberen og for å tilføre en lysabsorberende substans til flaten for å bevirke absorpsjon av en del av den optiske energien fra det flyktige feltet til det optiske signalet. Den lysabsorberende substansen er fortrinnsvis en lysabsorberende farve kombinert med et indekstilpassende materiale.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter også en fremgangsmåte for å kondisjonere et signal som har et første lavere signalnivå og et andre høyere signalnivå. Fremgangsmåten gjenoppretter formen til det optiske signalet ved å absorbere en relativt større prosentdel av den optiske energien ved det første signalnivået enn ved det andre signalnivået. Prosentdelen av det absorberte signalet varierer ikke-lineært med hensyn til forskjellen ved det første og andre signalnivået.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med , henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et riss av den mettbare absorberen ifølge oppfinnelsen i delvis tverrsnitt hvor det er vist fiberen og fiberholderen, og skjematisk er det vist absorberende farveoppløsning påført. Fig. 2 viser et perspektivriss av fiberen og fiberholderen til den mettbare absorbereren. Fig. 3 viser et delvis tverrsnitt av fiberen og holderen på fig. 2 langs linjen 3-3 på fig. 2. Fig. 4 viser en kurve over oljefalltestresultater anvendt for å bestemme mengden av optisk kappe som skal fjernes. Fig. 5 viser absorberen på fig. 3 med en resirkulasjonspumpe og temperaturstyreenhet. Fig. 6 viser energinivåer for et typisk atom til en eksempeloppløsning slik som en mettbar absorberende farve. Fig. 7 viser en kurve over prosentdelen av transmisjon-en gjennom den mettbare absorberen som en

funksjon av den relative signalintensiteten til det optiske datasignalet.

Fig. 8 viser bruk av foreliggende oppfinnelse ved en

resirkulerende lageranordning.

Fig. 9 viser et eksempel på et ideelt datasignal utfra den optiske fiberresirkulasjonslageranordningen vist på fig. 8. Fig. 10 viser et eksempel på et ikke-ideelt datasignal utført fra det optiske fiberresirkulasjonslager-et på fig. 8 som viser virkningen av støy og forvrengning av datasignalet og virkningen av foreliggende oppfinnelse ved dempning av støy og forvrengning.

Med henvisning til fig. 1 innbefatter foretrukne utførelses-former av oppfinnelsen en optisk fiberbølgeleder 20 mekanisk festet til en fiberholder 22. Fiberen 20 innbefatter en kommersielt tilgjengelig fiber av kvartsglass som er dopet for å ha en sentral kjerne (ikke vist) og en ytre optisk kappe. Diameteren til den optiske kappen kan f.eks. være i størrelsesorden av 100 pm og kjernen kan ha en diameter på omkring 5 til 10 um. Fiberen 20 er fortrinnsvis fremstilt av relativt rent silisiumoksyd (Si02)/med en kjerne av relativt stor brytningsindeks omgitt av en optisk kappe av relativt lav brytningsindeks. Det er ønskelig å bruke en fiber 20 med en svært lav konsentrasjon av urenheter, slik som overgangselementer, jern og kobber, så vel som svært lave konsentrasjoner av urenheter slik som 0H~iOner. Slike urenheter i strukturen til fiberen kan bevirke absorpsjon og spredningstap.

En del av den optiske kappen til fiberen 20 er fjernet ved polering eller på annen egnet måte for å danne en flate 28 som er koplan med den Øvre overflaten 26 til holderen 22. Flaten 26 er dekket med en oppløsning 30 av et oppløsnings-middel slik som mettbar absorberende farve oppløst i et egnet indekstilpasset oppløsningsmiddel. Oppløsningsmidlet kan f.eks. være 1,2 dikloroetan og farven kan være Eastman nr. 9860.

Med henvisning til fig. 2 har f.eks. fiberholderen 22 en øvre flate 26 i hvilken er dannet et langsgående bueformet spor 24. Sporet 24 har en bueradius på tilnærmet 25 cm, som er mye større enn diameteren på fiberen 20. Bredden på sporet 24 er litt større enn diameteren på fiberen 20. Dybden på sporet 24 varierer fra et minimum ved midten av blokken 22 til maksimum ved blokkens 22 kanter. Når fiberen 20 er montert i sporet 24, danner fiberen 20 en bane definert av bunnflaten til sporet 24 og fiberen 20 konvergerer gradvis med overflaten 26 mot midten av blokken 22 og divergerer fra overflaten 26 mot blokkens 22 kanter. Dette eliminerer enhver skarp bøy eller plutselig kurve i retningen av fiberen 20 som ville kunne bevirke energitap gjennom uregelmessig modus. Ved den viste foretrukne utførelsesformen er sporet 24 vist som rektangulært i tverrsnitt, men det skal bemerkes at sporet 24 kan ha ethvert annet egnet tverrsnitt, slik som U-form eller V-form. Teknikker for å danne sporet 24 er velkjente.

Fiberen 20 er festet ved hjelp av f.eks. et egnet adhesiv i sporet 24 til blokken 22. Blokken 22 og adhesivet har fortrinnsvis samme tilnærmede termiske ekspansjonskoef-fesient og samme tilnærmede hårdhet som fiberen 20.

Ved den fortrukne utførelsesformen innbefatter fiberen 20 og holderen 22, som beskrevet ovenfor, en halvdel av en retningskopler til hvilken oppløsningen 30 er sluttført. Konstruksjonen av koplerhalvdelen er beskrevet nærmere i US-patent nr. 4.473.270 og europeisk patentsøknad publisert under nr. 0074789.

Det skal bemerkes at ut fra fig. 3 fremgår det at en del 40 av den optiske kappen 36 er fjernet for å danne flaten 28 som tidligere er beskrevet i forbindelse med fig. 2. Denne delen av den optiske kappen 40 kan bli fjernet ved hjelp av enhver metode som kan nøyaktig styre mengden den fjernede optiske kappen, men det er imidlertid viktig at den nøyak-tige kontrollen over mengden av fjernet optisk kappe kan bli opprettholdt slik at kjernen 34 ikke blir frilagt. Fjerningen blir tilveiebrakt typisk ved samtidig polering av fiberen 20 med den øvre overflaten 26 inntil den nødvendige delen 40 av den optiske kappen 36 har blitt fjernet.

Poleringen av overflaten 26 danner den ovale plane platen 28 på fiberen 20. Flaten 28 kan bli brakt tett opp til kjernen 34 ved fortsatt polering av den øvre flaten 26 inntil tilstrekkelig mengde av materialet av den øvre flaten 26 og en tilsvarende mengde av materialet i den optiske kappen 36 har blitt fjernet. Det er imidlertid ikke mulig å påføre nytt optisk materiale på fiberen 20 dersom det blir fjernet for mye (dvs. flaten 28 når kjernen 34). Det er således nødvendig med en teknikk for å begrense poleringen før dette oppstår.

Den prikkede linjen 38 på fig. 3 viser relativ elektriske feltfordeling 38 til en lysbølge som utbreder seg i fiberen 20 og dens forhold til kjernen 34 og den optiske kappen 36. Ved den viste utførelsesformen er diameteren til kjernen 34 valgt for å understøtte kun en modus i bølge-lengdeområdet til det optiske signalet gjennom hele fiberen 20 og er typisk mindre enn 10 um. Den magnetiske utledningen av den elektromagnetiske feltfordelingen innebærer løsning av Maxwell's ligninger. Mange variabler er involvert og ingen forsøk skal her bli gjort for å karakterisere feltfor delingen, da denne utledningen skulle være i og for seg velkjent.

Det fremgår av fig. 3 at det flyktige feltet 38 utenfor diameteren til kjernen 34 avtar hurtig med avstanden inn i den optiske kappen. Nok optisk kappemateriale 40 må bli fjernet slik at det flyktige feltet 44 strekker seg hovedsakelig forbi flaten 28 til fiberen 20. For å bestemme hvor mye optisk kappemateriale som skal bli fjernet for å tilveiebringe dette resultatet blir et "oljefall" testet.

Med henvisning til fig. 4 er det vist en rekke kurver 80, 82, 84, 86, som hver representerer en forskjellig mengde med fjernet optisk materiale 40 (fig. 3) dvs. en forskjellig tetthet mellom overflaten 28 og kjernen 34. Kurvene viser strålingstapene ved overflaten 28 som en funksjon av brytningsindeksen til en ordinær indekstilpasningsolje 87 anbrakt på flaten 28, som vist på fig. 3 ved fantomlinjer. Slike tap er indikative for utstrekningen av inntrengningen til det flyktige feltet 44 (fig. 3). Fig. 4 blir tilveiebrakt ved å måle mengden av den optiske utgangseffekten (<P>out) fra fiberen 20 for å gi en mengde med inngangseffekt når oljedråpene som har forskjellige brytningsindekser er anbrakt på flaten 28, da sammenlignet med optisk effekt sendt i<fra>vær av olje (<P>max). Dersom signalet sett ut uten olje (dvs. P x) er f.eks. 100 milliwatt, representerer 3-dB punktet på taktskalaen et tap tilnærmet 50 milliwatt ved flaten (dvs.<tap>dB<=>-10lo<g>10(Pout/<P>max) = -10log10(50 milliwatt/100 milliwatt) = -10log1()(0f 5, = 3dB) Likeledes representerer 20-dB punktet et tap på tilnærmet 99 milliwatt (dvs. tapdB= -10log10(1 milliwatt/100 milliwatt)

<-10log>10(0|01) = 20dB). Testresultatene vist på fig. 4 blir tilveiebrakt ved å anvende et Corning Class fiber med en kjerne som har en diameter på 6 mikrometer og en brytningsindeks på omkring 1,46. Kurveradiusen til halvdelskopler-sporet 24 er 25 cm. Bølgelengden til lyset var 1,064 pm og

inngangseffekten var 0,7 milliwatt. Brytningsindeksen blir variert ved å anvende oljer med forskjellige brytningsindekser.

Kurven 80 viser strålingstapene ved flaten 28 med en liten del av den optiske kappedelen 40 fjernet. Når oljeindeksen er litt under kjernens indeks, så vil det forekomme full-stendig indre refleksjon med lite eller ikke noe tap. Dette tilsvarer området på den horisontale aksen mellom indeksen 1,42 og indeksen 1,46 betegnet med henvisningstallet 83 på fig. 4. Da oljeindeksen er tilnærmet kjerneindeksen vil ingen tap forekomme inntil oljeindeksen tilnærmet når kjerneindeksen. Dette er vist med plutselig oppoverrettet overgangslinje 88 rundt indeksverdien 1,46 på fig. 4. Kurven 80 viser at dersom en liten mengde med optisk kappe er fjernet, er tapene for oljeindeksverdiene på 1,46 og høyere mindre enn tilnærmet 3 dB. Tapstoppene ved indeksverdiene litt større enn 1,46 blir litt mindre for høyere indeksverdier. Disse tapene resulterer fra inntrengningen av flyktig felt 44 (fig. 3) forbi flaten 28 som resulterer fra strålingstap. Siden kurven 80 viser en fjernet del 40 av den optiske kappen som er liten, strekker seg den flyktige feltdelen 44 (fig. 3) til den elektromagnetiske feltfordelingen 38 ut av den optiske kappen kun ved en liten verdi og tapene er tilsvarende små.

Kurven 82 på fig. 4 viser tap oppstått når tilnærmet en eller flere mikrometer av optisk kappe 40 er fjernet. Dette tilsvarer en flate 28 (fig. 3) som er tettere opp mot kjernen 34 mot toppen av den elektromagnetiske feltfordelingen 38. Det skal bemerkes at en bevegelse av flaten 28 mot kjernen 34 resulterer i en mer flyktig feltdel utenfor flaten 28 på grunn av styrken av det flyktige feltet 44 som rager forbi flaten 28 øker når flaten 28 kommer tetter opp mot kjernen 34. Når oljeindeksen på flaten 28 blir øket inntil den passer med eller litt over kjerneindeksen, reduseres tapene til tilnærmet 12 eller 13 dB, som vist med kurven 82 på fig. 4. For olje med høyere indeksverdier reduseres tapene til omkring 5 dB for en oljeindeks på 1,7. Ved foreliggende oppfinnelse skulle en vesentlig del 44 av den elektromagnetiske feltfordelingen 38 (fig. 3) fortrinnsvis strekke seg forbi flaten 28, for således å tilveiebringe en adekvat absorpsjon når farveoppløsningen 30 blir påført flate 28. En tilstrekkelig optisk kappe kan f.eks. bli fjernet slik at flaten 28 er tett nok mot kjernen for å gi et tap mellom 40 og 65 dB når oljeindeksen er tilnærmet lik kjerneindeksen. Kurven 84 og 86 på fig. 4 tilfredsstiller dette kravet og korresponderer med posisjonen for flaten 28 relativt i forhold til kjernen 34 for adekvat absorpsjon når en farveoppløsning 30 er anbrakt i kontakt med flaten 28.

Kurvene 80, 82 og 84 korresponderer med en mikrometerinkre-mentering av fjerningen av den optiske kappedelen 40. Det fremgår imidlertid fra fig. 4 at for kurven 84 er tapene ved overgangslinjen 88 for en oljeindeks litt over 1,46 45 dB, som overskrider tapene funnet ved kurven 82 ved linjen 88 med mer enn 30 dB for en olje av hovedsakelig samme indeks. Denne ikke-lineariteten resulterer fra den klokkeformede fordelingen av det elektriske feltet vist med kurven 38 på fig. 3. Det vil si, når flaten 28 kommer tett opptil kjernen 34 i like avstandsinkrementer, øker tapsstørrelsen ved overflaten 28 med en hovedsakelig større margin for hvert ytterligere inkrement.

Ingen absolutt verdi for avstanden til flaten 28 fra kjernen 34 kan være spesifisert, på grunn av at størrelsen på det flyktige feltet 44 som strekker seg forbi flaten 28 avhenger av lysets bølgelengde i kjernen 34 så vel som kjernediamete-ren og de relative brytningsindeksene til kjernen 34 og den optiske kappen 36. Størrelsen på inntrengningen av det flyktige feltet 44 i den optiske kappen 36 blir f.eks. generelt større når diameteren til kjernen 34 blir mindre. Fibre av monomodustypen er foretrukket for absorpsjons-anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse på grunn av at de har større prosentdel av det elektromagnetiske feltet 38 i den optiske kappen 36 sammenlignet med fibre av multi-modustypen.

Som nevnt ovenfor er et relativt høyt overføringstap i størrelsesorden av 40 til 65 dB, da bestemt av oljefalltest-en, ønskelig på grunn av at det angir at en relativ vesentlig inntrengning av det flyktige feltet 44 forbi flaten 28 har forekommet. Dersom for mye optisk kappe er fjernet slik at flaten 28 berører eller trenge inn i den ytre omkretsen av kjernen 34, vil imidlertid et svært høyt og uønsket tap oppstå på grunn av modusinntrengning. Det skal derfor bli tatt hensyn til at ved poleringen kommer ikke flaten 28 i kontakt med kjernen 34.

Som vist på fig. 1, 2 og 3 er flaten 28 dannet på en side av fiberen 20. Den mettbare absorbereren beskrevet her kan således bli dannet på en enkel, kontinuerlig, uavbrudt optisk fiberlengde som ikke krever noe skjøyting eller forbindelsesinnretninger.

Etter at egnet mengde av optisk kappe har blitt fjernet, f.eks. slik at kun en mikrometer av den optiske kappen dekker fiberkjernen av midten av flaten 28, som vist på fig. 3, blir blokken 22 og fiberen 20 rengjort for å fjerne olje og annen forurensning og flaten 28 blir dekket med opp-løsningen 30 (fig. 1) til et mettbart absorberende materiale, slik som farve, f.eks. Eastman nr. 9860. Som beskrevet ovenfor blir farven oppløst i en egnet brytningsindeks-tilpasset oppløsning, slik som 1,2 dikloroetan. Eastman farven har en absorpsjonstopp ved 1,051 mikrometer. Farven skulle fortrinnsvis ikke endre brytningsindeksen til oppløsningen, som ved den viste utførelsesformen er tilnærmet 1,444. Siden brytningsindeksen til fiberkjernen 34 for den foretrukne utførelsesformen er typisk 1,454, er det optiske signalet vel ført gjennom kjernen 34 i området av flaten 28, selv om det flyktige feltet 44 til lyset i fiberkjernen 34 strekker seg forbi flaten 28, som vist på fig. 3.

Som vist på fig. 5, kan farven 30 være anordnet i et farvehulrom 112, anbrakt på den øvre overflaten 26 til fiberholderen 22. Farvehulrommet 112 innbefatter en boks-lignende struktur som f.eks. kan være dannet av glass eller annet egnet materiale, som er forseglet til overflaten 26 som fastholder farveoppløsningen 30 i kontakt med flaten 28. Ved konstruksjonen av halvkopledelen som danner basisen for anordningen, skulle sporet 24 fortrinnsvis være fylt med et egnet adhesivt middel 32, slik som epoksy, slik at den øvre overflaten 26 er jevn flat, da dette forenkler forseglingen av farvehulrommet 112 med den øvre overflaten 26.

Farvehulrommet 112 kan være forbundet via rør med en resirkulasjonspumpe og en temperaturstyreenhet 110. Denne resirkulasjonspumpen og temperaturstyreenheten 110 er konvensjonell og enhver anordning som kan sirkulere farve-oppløsningen 30 til og fra flaten 28 på halvkoplerdelen 22 vil være egnet.

Resirkulasjonspumpen og temperaturstyreenheten 110 tjener til i det minste å tilfredsstille to formål. Et formål er å opprettholde brytningsindeksen til farvemidlet ved en konstant verdi. Absorpsjonsprosessen bevirker at farveopp-løsningen 30 absorberer energi fra lyset som således bevirker at temperaturen gradvis stiger. Når temperaturen stiger, reduseres brytningsindeksen til farveoppløsningen 30 og reduserer inntrengningen av det flyktige feltet 44 for det optiske signalet inn i farveoppløsningen. Siden mindre lysenergi strekker seg inn i farveoppløsningen 30, blir mindre lysenergi absorbert og overføringen øker. Resirkula sjonspumpen og temperaturstyreenheten 110 har en tendens til å opprettholde temperaturen til farveoppløsningen 30 ved relativt konstant nivå som således unngår endringer i brytningsindeksen og sammenhengende endring i dempningen.

Det andre formålet med resirkulasjonspumpen og temperaturstyreenheten 110 er å etterfylle farvemolekylene i opp-løsningen 30. Den lysabsorberende farven i farveoppløsningen 30 er typisk en stor organisk molekyl som kan brytes ned etter et endelig antall eksiteringer av lysenergi. Etter at en molekyl har blitt brudt ned kan den ikke lengre absorbere lysenergi. Dersom samme farveoppløsning 30 er tillatt å forbli i kontakt med flaten 28, vil farveoppløsningen 30 hurtig tape dens lysabsorberende karakteristikk.

Resirkulasjonspumpen og temperaturstyreenheten 110 har typisk et farveoppløsningsreservoar (ikke vist) som har en kapasitet mye større enn kapasiteten til farvehulrommet 112. Farveoppløsningen 30 fra farvehulrommet 112 er konstant returnert til reservoaret i resirkulasjonspumpen og temperaturstyreenheten 110 hvor farvemolekylene som har blitt brudt ned blir blandet med brukbare molekyler. På grunn av den store kapasiteten til reservoaret, forblir konsentrasjonen til de ikke brukbare farvemolekylene ubetydelig liten. Lysabsorpsjonskarakteristikken til farveoppløsningen 30 forblir hovedsakelig konstant. Den brukbare levetiden til farveoppløsningen 30 avhenger naturligvis av frekvensen, arbeidssyklusen og intensiteten til de optiske pulsene som forplanter seg gjennom anordningen og på størrelsen på reservoaret.

Fig. 6 viser en forenklet fremstilling av energitilstandene til typiske atomer i farven. Med ikke noe lys påtruffende farven er hovedsakelig alle atomene i farveoppløsningen funnet ved de laveste energinivåene angitt som Sq røår et atom (ikke vist) i tilstanden SQabsorberer lysenergi (vist med henvisningstallet 104), vil dets energinivå utføre overgangen 100 fra tilstanden SQtil tilstanden S1. Etter

-12

hviletiden til farven (f.eks. 9,1 x 10 pikosekunder for Eastman nr. 9860), vil atomet til farven gå ut av den eksiterte tilstanden, S1fog utføre en ikke-strålende overgang 102 tilbake til det lavere energinivået SQ. Atomet vil så kunne absorbere ytterligere lysenergi.

For enhver konsentrasjon med farve, vil kun et endelig atomer være tilgjengelig for å absorbere lysenergi, nemlig de atomene som er i det lavere energinivået SQ. Når intensiteten til det påstøtende lyset Øker, forbruker atomene en stor prosentdel av deres tid i de høyere energinivåene . Det er således mindre atomer i de lavere energinivåene Sq for å absorbere ytterligere lysenergi. Når intensiteten til lyset øker, blir således en avtagende prosentdel av lys absorbert. Den prosentmessige overgangen av lyssignaler i fiberen øker derfor når signalintensiteten øker.

Prosentandelen av lys absorbert ved lave signalintensiteter blir bestemt av konsentrasjonen til farven i oppløsningen 30. Konsentrasjonen kan således bli justert slik at ved lave signalintensiteter er prosentdelen av absorpsjon tilnærmet 50% av signalenergien. De øvrige 50% av signalenergien fortsetter å passere gjennom fiberen 20 (fig. 3). Når den relative signalintensiteten øker, reduseres absorpsjonsprosenten på grunn av metning av atomer i farven, som forklart ovenfor. Når den relative signalintensiteten øker, øker også transmisjonsprosenten.

Ovenfor nevnte er vist ved fig. 7 som viser transmisjonsprosenten som en funksjon av relativ (eller normalisert) signalintensitet for et farveoppløsningseksempel. Dersom den maksimale signalintensiteten er 100 watt og har en normalisert verdi på 1,0, ville f.eks. en relativ signalintensitet på 0,2 korrespondere med en signalintensitet på 20 watt. Den relative signalintensiteten er opptegnet på en logaritmisk skala for klarere å vise at lave, relative signalintensiteter (f.eks. under 0,01) er absorpsjonsprosentdelen ved eksempelanordningen i hovedsaken konstant (f.eks. tilnærmet 50%). Når den relative signalintensiteten nærmere seg normalisert verdi på 1,0, øker transmisjonsprosenten (f.eks. tilnærmet 80%) . Som vist med fig. 7 er transmis jonsprosenten en ikke-lineær funksjon av den relative signalintensiteten, som således tilveiebringer den ønskede ikke-lineære demp-ningskarakteristikken.

Ved lavere signalintensitet (dvs. under 1% av den maksimale relative intensiteten) forblir absorpsjonskarakteristikken til den lysabsorberende farven hovedsakelig konstant. For eksemplet vist ovenfor (dvs. den maksimale intensiteten på 100 watt), er således absorpsjonen ved intensitetene til 1 watt eller mindre tilnærmet 50%. Når signalintensiteten begynner å øke over 1 watt, begynner absorpsjonsprosenten å avta og transmisjonsprosenten øker som vist på fig. 7. Som det vil fremgå nedenfor er støynivåene som er av interesse typisk mindre enn 1% av datasignalintensiteten og blir derfor dempet med 50% sammenlignet med kun 20% dempning for høynivådatasignalet.

Et eksempel på bruk av mettbar absorberer ifølge foreliggende oppfinnelse er vist på fig. 8. Absorbereren 1 er dannet på en sløyfe 14 til en resirkulasjonshukommelses-anordning slik som den beskrevet i US-patent nr. 4.479.701. Sløyfen 14 har også en forsterker 3 dannet på sløyfen. Forsterkeren 3 kan være en fiberoptisk forsterker, slik som den beskrevet i europeisk patentsøknad nr. 83307278.8. Et optisk signal 200, f.eks. i form av en puls, går inn resirkulasjonslageret gjennom fiberens 12 inngangsende. En optisk kopler 5 med et koplingsforhold på 95% kopler inngangsdelen til fiberen 12 med sløyfen 14 og avviser tilnærmet 95% av inngangslyset 200 som vraket signal 204. De øvrige 5% av inngangslyset fortsetter i fiberen 12 som signalet 202 til kopleren 7, som kopler sløyfen 14 og utgangsdelen av fiberen 12. 95% av signalet 202 er koplet med kopleren 7 til sløyfen 14 som signalet 208. De øvrige 5% blir ført ut ved utgangsenden til anordningen som signalet 206. Signalet 208 forplanter seg gjennom sløyfen 14 og passerer så gjennom forsterkeren 3 hvor det kommer ut som signalet 210. Dette signalet 210 passerer så gjennom absorbereren 1 hvor det kommer ut som signalet 212 for forplantning til kopleren 5. 95% av signalet 212 er koplet ved hjelp av kopleren 5 fra sløyfen 14 til fiberen 12 for å tilveiebringe signalet 202. 5% av signalet 202 er sendt ut som signalet 206 og 95% av returneres til sløyfen 14 som signalet 208. Lyset utfører således flere resirkulasjoner gjennom sløyfen 14 for å tilveiebringe multippelsignalene 206 ved utgangen til lageret.

Signalene 206 ved utgangen vil være en rekke med pulser identiske med inngangspulsen 200. Med mindre forsterket av forsterkeren 2, vil imidlertid signalet 206 være degradert med tiden på grunn av lystapet ved koplerne 5, 7 og dempningen i sløyfen 14 og vil således eventuelt bli for lite for å kunne nyttes. For å øke antall brukbare signaler forsterker forsterkeren 3 med fordel signalet 208 for å tilveiebringe kompensasjon for dempningen til sløyfen og for 5% av signaltapet i kopleren 5 og 5% ført ut fra kopleren 7 i løpet av hver lysresirkulasjon i sløyfen. Forsterkeren 3 kan imidlertid bevirke innføringen av støy og degradering av pulsformen som beskrevet nedenfor med henvisning til fig. 9 og 10.

Fig. 9 viser et eksempel på et idealt pulstog i resirkulasjonslageret. Pulsene 300, 302, 304 er eksempel på datapulser som har en Gaussisk energifordeling. Som vist for pulsen 302 er tilnærmet 68% av lysenergien mellom punktene a og a', tilnærmet 95% av lysenergien er mellom punktene b og b', og over 99% av lysenergien er mellom punktene c og c<1>. Nullsignalene 306, 308 mellom datapulsene 300, 302, 304 representerer ideale nullnivåer med ingen lysenergi. En anordning forbundet med utgangen til et ideaelt resirkulasjonslager som har signaler vist på fig. 9, ville således motta klart skillbare høye og leve energinivåer.

Fig. 10 viser ikke-ideale datapulser 300', 302', 304' som korresponderer med datapulsene 300, 302, 304 på fig. 9.

(Datapulsene 300, 302, 304 er vist med stiplede linjer for sammenligningens skyld). Disse ikke-ideale datapulser 300', 302' og 304' blir forvrengt relativt i forhold til ideal-pulsene 300, 302 og 304 hhv. Slik forvrengning kan bli bevirket ved fiberspredning eller i løpet av forsterkningen av pulsene av forsterkeren 3 (fig. 8). Som vist inneholder ikke-ideal datapulsen 302' en øket prosentdel av lysenergi i frontdelen 310 og bakdelene 312 (f.eks. før b og etter b') relativt i forhold til den til idealpulsen 302. Selv om overdrevet på fig. 10 for klarhetens skyld, er intensiteten for pulsen 302' før c og etter c' typisk mindre enn 1% av intensiteten ved senteret 314 til pulsen 302', ytterligere forsterkning av pulsen 302' (f.eks. på grunn av multippel-sirkulasjoner i sløyfen 14 på fig. 8) vil imidlertid bevirke at intensiteten til frontdelen 310 og den bakre delen 312 Øker. Etter fortsatt resirkulasjon av forsterkning, vil således pulsen 302' bli bredere inntil den blir ikke brukbar for anvendelse på pulsbredden er viktig.

Det er også vist på fig. 10 at forsterkeren 3 kan bevirke at nullsignalene 306', 308' mellom datapulsene 300', 302', 304' har en liten mengde med støyenergi, f.eks. på grunn av urenheter i fiberen, forsterkeren eller andre komponenter i resirkulasjonslageret. Selv om støyen er fremhevet på fig.

10 for klarhetens skyld, er støynivåene typisk mindre enn 1% av maksimumsamplituden til pulsen 302'. Dersom denne støyen er tillatt til å resirkulere i anordningen, vil imidlertid støyenergien ved nullsignalet 306', 308' bli forsterket for å øke nivåene som kan bli detektert som signalnivåer.

Den mettbare absorbereren 1 (fig. 8) til foreliggende oppfinnelse reduserer amplituden til frontdelen 310, den bakre delen 312 og nullsignalene 306', 308' med selektiv dempning av signalene. Som forklart før med hensyn til fig. 7, demper den mettbare absorberen en høyere prosentdel av lavnivåsignalene enn høynivåsignalene. Ved et typisk resirkulasjonslager kunne datapulsen 302' ha en maksimums-intensitet på flere watt, mens nivåene til energien i frontdelen 310, den bakre delen 312 og nullsignalene 306', 308' har mye mindre enn en watt. Frontdelen 310, den bakre delen 312 og nulldelene 306', 308' vil bli dempet f.eks. med 50% mens senterdelen 314 blir dempet med f.eks. kun 20%

(dvs. 80% av senterdelen 314 blir sendt og 50% av frontdelen 310, den bakre delen 312 og støydelene 316, 318 blir sendt). Dette er vist på fig. 10 (med stiplede linjer) som datapulsen 302" og nullsignalene 306", 308".

Når datapulsen 302" igjen blir forsterket, vil senterdelen 314 typisk bli gjenopprettet til dens opprinnelige amplitude med de Øvrige delen av pulsen 302" forsterket med samme prosentdel. Siden frontdelen 310, den bakre delen 312 og nullsignalene 306", 308" imidlertid har blitt dempet med en større prosentdel, vil de bli gjenopprettet til amplituder som er mindre enn deres amplituder før dempningen. Energien som forekommer i frontdelen 310, den bakre delen 312 eller nulldelene 306, 308 vil således bli dempet før de økes til en amplitude som bevirker forvrengning av datasignalene.

Ovenfor nevnte kan bli ytterligere vist med henvisning til eksempellageret på fig. 7 ved hjelp av et eksempel. Det antas at absorbereren 1 demper høye signaler med 20% og lave signaler med 50% og amplituden til pulsen 302 vil bli redusert av absorbereren 1 til tilnærmet 80% av amplituden for pulsen 210. Amplituden for pulsen 202 vil bli redusert med 5% fra amplituden til pulsen 212, dvs. 77% av pulsen 210 og amplituden til pulsen 208 vil bli redusert med 5% fra amplituden til pulsen 202, dvs. tilnærmet 73% av pulsen 210. Sløyfen 14 vil også ha samme tapene som vil ytterligere redusere amplituden til pulsen som entrer forsterkeren 3 til tilnærmet 70% f.eks. Forsterkeren vil således ha en for-sterkningsfaktor på tilnærmet 143% (dvs. 1,0/0,70) for å gjenopprette pulsen 210 til amplituden den hadde på tidligere sirkulasjon gjennom sløyfen. I løpet av samme sirkulasjon vil støyenergien ha blitt redusert til 50% av dens amplitude med absorbereren 1 og til 47% og 45% av kopleren 5 og 7 hhv. Med forsterkningsfaktoren til forsterkeren 3 sett til 143%, vil amplituden til støyenergien bli forsterket til tilnærmet 64% av dens amplitude fra tidligere sirkulasjon gjennom sløyfen. Selv med ytterligere forsterkning av støyen har absorbereren 1 således hovedsakelig undertrykket en gradvise økningen i støyenergien som ville forekomme dersom absorbereren ikke var tilstede.

Selv om driften av anordningen har blitt beskrevet i forhold til et resirkulasjonslager, kunne samme operasjonsprinsipper bli anvendt til selektiv dempning av støy og signalnivåer ved andre optiske fibersystemer hvor signalforholdene eller omformingen er viktig, slik som gjeninngående gyroskoper, datasystemer og kommunikasjonssystemer.

Claims (11)

1. Fiberoptisk mettbar absorberer for behandling av et optisk signal, karakterisert ved en optisk fiber (20) med en kjerne (34) og en optisk kappe (36) og med en del (40) av den optiske kappen (36) derfra for å danne en flate (28) på fiberen (20) for frilegging av det flyktige feltet (38) til det optiske signalet som forplanter seg gjennom den optiske fiberen (20), og en lysabsorberende substans (30) påført flaten (28) for frilegging til det flyktige feltet 38 av det optiske signalet, idet den lysabsorberende substansen (30) har en ikke-lineær lysabsorberende karakteristikk valgt for å bevirke selektiv dempning av det optiske signalet som forplanter seg i den optiske fiberen (20) slik at prosentdelen av absorpsjon av det optiske signalet av den lysabsorberende substansen (30) avtar når intensiteten til det optiske signalet økes.

2. Absorberer ifølge krav 1, karakterisert ved at lysabsorberingssubstansen (30) er en oppløsning av et indekstilpassende materiale og en mettbar lysabsorberende farve.

3. Absorberer ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den lysabsorberende substansen (30) har karakteristikker slik at prosentdelen av det absorberte signalet er vesentlig konstant under en terskelsignalintensitet og at prosentdelen av det absorberte optiske signalet reduseres når signalintensiteten øker over terskelnivået.

4. Fremgangsmåte for behandling av et optisk signal, karakterisert ved forplantning av signalet gjennom en enkel kontinuerlig ikke-avbrudt lengde med optisk fiber (20), og selektiv dempning av intensiteten av signalet ved et valgt sted (28) langs den ene kontinuerlige ikke-avbrudte lengden av optisk fiber (20).

5. Fremgangsmåte for behandling av et optisk signal ifølge krav 4, karakterisert ved selektiv dempning av intensiteten til signalet ved fjerning av prosentdelen av intensiteten til signalet fra den optiske fiberen (20), idet prosentdelen reduseres når intensiteten av signalet øker.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at prosentdelen reduseres ikke-lineært når intensiteten til signalet økes.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at fjerningen innbefatter påføring av lysabsorberende substans (30) til det valgte stedet (28) for absorbering av prosentdelen av signalet.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved sirkulering av lysabsorberende substans (30) over en flate (28), og styring av temperaturen til lysabsorberingssubstansen (30) for å opprettholde en vesentlig konstant temperatur.

9 . Fremgangsmåte for fremstilling av en selektiv demper for et optisk fiberdatasystem, karakterisert ved fjerning av en del (40) av den optiske kappen (36) fra en optisk fiber (20) for å danne en flate (28) på den optiske fiberen (20) for å frilegge det flyktige feltet (38) for et optisk signal som forplanter seg derigjennom ved flaten (28), og påføring av en lysabsorberende substans (30) på flaten (28) for å bevirke absorpsjon av en del av den optiske energien fra det flyktige feltet (38).

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved kombinering av et indekstilpassende materiale med en lysabsorberende farve for å danne en lysabsorberende substans (30).

11 . Fremgangsmåte for behandling av et optisk signal som har et første og andre signalnivå, idet det første signalnivået er lavere enn det andre signalnivået og, idet metoden består i gjenoppretting av formen på det optiske signalet og er, karakterisert ved absorbering av relativt større prosentdel av den optiske energien ved det første signalnivået enn det andre signalnivået, idet relativt større prosentdel varieres ikke-lineært i forhold til forskjellen ved det første og andre signalnivået.