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Design, Realization and Applications of Dynamically Controllable Bragg Gratings

Arora, Poonam :
Design, Realization and Applications of Dynamically Controllable Bragg Gratings.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2008)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Design, Realization and Applications of Dynamically Controllable Bragg Gratings
Language: English
Abstract:

This dissertation emphasizes on the realization, investigation and manipulation of Bragg gratings with external electrical control especially for spectral filtering applications. Volume photorefractive Bragg gratings realized in bulk lithium niobate crystals are manipulated with external electric field in order to demonstrate fast electrically switchable holographic lenses and mirrors. Furthermore, photorefractive Bragg gratings are inscribed in lithium niobate waveguides and a fast electrically tunable integrated optical spectral filter is demonstrated. In addition, a detailed investigation of higher harmonic components of nonlinear photorefractive waveguide gratings in reflection geometry has been reported. The most important and interesting part of the entire work is the introduced concept of phase-shift keying of corrugated waveguide Bragg gratings which was used to dynamically reconfigure the Filter transfer function. This novel concept comprises, for the first time to the best of my knowledge, the use of external electric field to dynamically inscribe phase-shifts to more than two sections of the already fabricated integrated corrugated Bragg grating. Employing this technique, a fast (< one microsecond) reconfiguration or synthesis of the transfer function into several desirable profiles is demonstrated. Some of the realized reconfigurations e.g. continuous tuning of a single selected channel, reconfiguration from pass-band to stop-band, reconfiguration from one to two, three and five pass-bands, reconfiguration to a flat-top profile, dynamic correction of the transfer function profile, dynamic control of the bandwidth and the shape of the transfer function are presented and discussed. One of the most promising results was the estimation of switching time. The demonstrated switching with time less than 1 microsecond (few GHz). With such fast switching, the proposed integrated optical filters with reconfigurable transfer functions are very promising not only for the existing DWDM networks but also for the next generation high-speed reconfigurable telecommunication networks like OCDMA (optical code division multiple access).

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Aufgrund ihrer charakteristisch schmalbandigen Filtereigenschaft sind Bragg-Gitter in optischen Nachrichtennetzen weit verbreitet. Durch die schnell voranschreitende Entwicklung in diesem Bereich müssen auch auf Bragg-Gittern basierende Filter und Schaltelemente zu abstimmbaren und rekonfigurierbaren Elementen weiterentwickelt werden. Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung, Konzeption und Kontrolle elektro-optisch abstimmbarer Bragg- Gitter für die Anwendungen in der optischen Telekommunikationstechnik. Hier wird besonders das "elektro-optische Phase Shift Keying" vorgestellt, durch das ein gezieltes Design (Synthese) gewünschter Filterfunktionen ermöglicht wird. Die Untersuchung der Bragg-Gitter erfolgt hierbei durch das spektrale Auslesen der am Gitter reflektierten Intensität, die in dieser Arbeit als Transferfunktion ("transfer function") bezeichnet wird und die Informationen Äuber das Phasen- und Amplitudenprofil des zu Grunde liegenden Gitters enthält. Zur Untersuchung der elektro-optischen Eigenschaften wurden zu Beginn dieser Arbeit schnell schaltbare Linsen und Spiegel als photorefraktive Volumengitter in Lithium Niobat volumenkristallen realisiert und untersucht. Aufbauend auf diesen ergebnissen wurden photorefraktive Gitter in Wellenleiterstrukturen in LiNbO3-Kristallen eingeschrieben und erfolgreich die elektro-optische Abstimmung der Filterfunktion integriert optischer Filter demonstriert. Bei diesen Untersuchungen wurden, meines Wissens zum ersten Mal, die nichtlinearen spektralen Reflexionseigenschaften photorefraktiver Bragg-Gitter als Wellenlängenfilter diskutiert. Im Hauptteil der Arbeit wird das Konzept des "elektro-optischen Phase Shift Keyings" (e-o PSK) vorgestellt und dessen Potential zur schnellen und dynamischen Abstimmung der Filter-Transferfunktion untersucht. Zum ersten Mal wird hier die segmentweise elektro-optische Abstimmung eines zuvor eingeschriebenen homogenen Bragg-Gitters zur schnellen (< 1 mikrosekund) dynamischen Neukonfiguration bzw. zur Synthese einer Filterfunktion angewendet. Die von mir untersuchte Möglichkeit des elektro-optischen Phase-Shift Keying erlaubt somit die Herstellung schnell rekonfigurierbarer und flexibler integriert-optischer Filter für die Anwendung in bestehenden optischen DWDM-Nachrichtennetzen sowie auch für zukünftige rekonfigurierbare OCDMA (Optical Code Division Multiple Access)-Netze.German
Uncontrolled Keywords: Bragg gittern, Photorefraktive optik, Optische filtern
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Bragg gittern, Photorefraktive optik, Optische filternGerman
Photorefractive effect, optical filter, volume holography, Bragg gratings, phase-shift keyingEnglish
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:53
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000937
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-9371
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Tschudi, Prof. Dr. Theo and Birkl, Prof. Dr. Gerhard
Advisors: Tschudi, Prof. Dr. Theo
Refereed: 19 December 2007
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/937
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