DE69434167T2

DE69434167T2 - Vorrichtung zur optischen Taktgewinnung und Vorrichtung zum Demultiplexen eines Zeitmultiplexsignales

Info

Publication number: DE69434167T2
Application number: DE69434167T
Authority: DE
Inventors: Tomoki Saito; Naoya Henmi
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1994-04-11
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: EP0619658B1; EP0619658A2; JPH06303216A; US5457559A; DE69434167D1; EP0619658A3; JPH0813025B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Synchronisieren eines optischen Taktes und eine Vorrichtung zum Demultiplexen eines Zeitmultiplexsignals und insbesondere eine Taktsynchronisierungs- und eine Demultiplexverarbeitung für Signallicht, wobei diese Verarbeitungen unter Verwendung von Vierwellenmischlicht ausgeführt werden, das in einem nichtlinearen optischen Medium durch das Signallicht und ein Taktlicht erzeugt wird.
Eine Taktsynchronisierung wird verwendet, um einen Zeitbezugspunkt zum Einrichten einer Synchronisierung zwischen einem Sender und einem Empfänger und zum korrekten Unterscheiden entzerrter Signale bereitzustellen.
In bekannten optischen Kommunikationssystemen, z. B. in den nachstehend beschriebenen Systemen, wird ein Takt von einem elektrischen Signal gewonnen, das unter Verwendung eines opto-elektrischen (O/E) Wandlers von einem Lichtsignal umgewandelt wird.
Auf Seite 85 des Dokuments "The technology for PCM communication", veröffentlicht im August 1976 von Sanpo Shuppan, wird ein selbsttaktendes Extraktionsverfahren beschrieben. In diesem Verfahren wird ein elektrisches Signal von einem Signallicht erhalten, unter Verwendung eines O/E-Wandlers durch eine NRZ-Codierung codiert, um über eine Übertragungsleitung übertragen zu werden, und die Taktkomponente des elektrischen Signals wird durch eine differentielle Umkehrschaltung (differential turn-back circuit) hervorgehoben, so daß jegliche unnötigen Frequenzkomponenten unter Verwendung eines Bandpaßfilters entfernt werden, um ein Taktsignal mit einem hohen Q-Wert bereitzustellen.
Auf den Seiten 106 bis 109 der vorstehend erwähnten Veröffentlichtung wird ein Verfahren beschrieben, in dem ein phasensynchronisierter oder -verriegelter Oszillator verwendet wird. In diesem Verfahren wird ein Phasenregelschleife (PLL) mit einer Phasenerfassungsschaltung, einem Tiefbandpaßfilter und einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) verwendet; In der Phasenerfassungsschaltung wird eine Phasen zwischen einem Eingangssignal und dem Ausgangssignal des VCO erfaßt, und das Ausgangssignal der Phasenerfassungsschaltung wird dem Tiefbandpaßfilter zugeführt, um es zum VCO zurückzukoppeln, so daß ein mit dem Eingangssignal synchrones Taktsignal erhalten wird.
Auf den Seiten 510 bis 511 des Dokuments "Electronics Letters, Vol. 28, No. 5, Februar 1992" wird ein optisches Signalverarbeitungssystem beschrieben, das Signale mit Geschwindigkeiten verarbeiten kann, die ausreichend hoch sind, um eine optische Hochgeschwindigkeitskommunikation zu ermöglichen, bei denen Datenübertragungsraten von mehr als 10 Gb/s auftreten. Dieses System weist eine PLL-Schaltung auf, bei der in einem optischen Halbleiterverstärker eine optische korrelative Detektion verwendet wird. In diesem System werden dem optischen Verstärker ein pulscodiertes Signallicht mit einer Frequenz f und ein Taktlicht mit einer Frequenz (f + Δf) zugeführt, wobei die Verstärkung des Signallichts aufgrund der Verstärkungssättigung im Verstärker durch das Taktlicht moduliert wird. Dadurch wird im optischen Verstärker eine Kreuzkorrelation zwischen dem Signal- und dem Taktlicht mit der Frequenz Δf erzeugt und ausgegeben. Daher wird durch Erfassen einer Phasenschwankung der Δf-Komponente und Rückkoppeln der erfaßten Phasenschwankung zum VCO ein mit dem Signallicht phasensynchronisiertes oder -verriegeltes Taktlicht erhalten.
Durch die Verarbeitung elektrischer Signale ist es jedoch aufgrund der Geschwindigkeitsgrenzen elektrischer Schaltungen schwierig, ein Zeitsequenzsignal von einem Signallicht zu demultiplexen, das zeit-gemultiplext ist, so daß es eine Übertragungskapazität von mehr als 10 Gb/s aufweist.
Aus diesem Grunde ist es bevorzugt, Signale ausschließlich durch optische Multiplex-/Demultiplexprozesse zu verarbeiten, wie in den folgenden Veröffentlichungen dargestellt ist.
In "Electronics Letters, Vol. 29, No. 2, Januar 1993, S. 231–233" ist ein vollständig optisches Multiplex-/Demultiplexsystem mit einer 8 GHz-Taktrückgewinnung beschrieben, in dem eine Phasenregelschleife (PLL) mit einem Halbleiterlaserverstärker (TW-LDA) verwendet wird, der nach dem Wanderfeldprinzip arbeitet.
Um ein Phasenvergleich-Ausgangssignal zu erhalten, das erforderlich ist, um die Phasenregelschleife in diesem System einzurichten, wird eine Frequenz Δf auf das Taktlicht gemultiplext, das dem TW-LDA zugeführt wird, und gleichzeitig in der Δf-Komponente des vom TW-LDA-ausgegebenen Licht erfaßt.
Ein Vorläufer des vorstehenden Systems ist in "Conference on Lasers and Electrooptics, 1991, Technical Digest Series, Volume 10, Seiten 356–357" beschrieben.
In "Electronics Letters, Vol. 27, No. 11, Mai 1991, Seiten 462–464" ist ein Vierwellenmischschalter beschrieben, in dem ein Signallicht und ein Taktlicht einer Lichtleitfaser zugeführt werden, in der eine Vierwellenmischung in Abhängigkeit vom Überlappungsgrad von Impulsen zwischen dem Signal- und dem Taktlicht auftritt.
In "Electronics Letters, Vol. 26, No. 14, Juli 1990, Seiten 962–964" ist ein nichtlinearer Lichtleitfaserschleifenspiegel beschrieben, in dem sich Signallichter in beide Richtungen ausbreiten und ein Taktlicht sich nur in eine Richtung ausbreitet, wobei das Signallicht, das sich in die gleiche Richtung ausbreitet wie das Taktlicht, einer Kreuzphasenmodulation unterzogen wird und das derart modulierte Signallicht und das sich in die entgegengesetzte Richtung ausbreitende Signallicht miteinander interferieren, um einen Schaltvorgang bereitzustellen.
In "IEEE Journal of Selected Areas in Communications, Vol. 5, No. 7, Seiten 1186–1198" wird ein optischer Kerr-Schalter beschrieben. Im optischen Kerr-Schalter werden ein linear polarisiertes Signallicht und Taktlicht, die unter einem Winkel von 45° ausgerichtet sind, einer Lichtleitfaser zugeführt. Durch Drehen der Polarisation des Signallichts um 90° wird ein Schaltvorgang unter Verwendung der verschiedenen Kreuzphasenmodulationen zwischen einer parallel zur Polarisation des Taktlichts ausgerichteten Komponente des Signallichts und einer orthogonalen Komponente davon bereitgestellt.
In "Electronics Letters, Vol. 24, No. 6, März 1988, Seiten 340–341" wird ein optischer Schalter des Mach-Zehnder-Typs beschrieben. In diesem optischen Schalter wird eines von zwei geteilten Signallichtern zusammen mit einem Taktlicht einem nichtlinearen optischen Medium zugeführt, das Signallicht wird durch Kreuzphasenmodulation im nichtlinearen Medium phasenverschoben, und dann wird veranlaßt, daß das kreuzphasenmodulierte Signallicht und das andere der beiden Signallichter interferieren, um einen Schaltvorgang bereitzustellen.
Die Taktextraktionsvorrichtung unter Verwendung des selbsttaktenden Verfahrens oder unter Verwendung eines phasensynchronisierten Oszillators hat jedoch den Nachteil, daß die Betriebsfrequenz höchstens einige zehn GHz beträgt, und daß es z. B. schwierig ist, einen Takt von einem Ultrahochgeschwindigkeitssignallicht von 100 Gb/s zu extrahieren.
Optische PLL-Schaltungen, die einen optischen Halbleiterverstärker aufweisen, haben den Nachteil, daß die Betriebsfrequenz durch den optischen Halbleiterverstärker auf höchstens mehrere zehn GHz begrenzt ist. Außerdem ist ein zusätzlicher Taktlichtgenerator erforderlich, um das Taktlicht mit der Frequenz f phasensynchron mit dem Signallicht zu erzeugen, weil die Wiederholfrequenz des erhaltenen Signallichts (f + Δt) beträgt, weil die Frequenzkomponente Δf dem Ausgangssignal des VCO überlagert worden ist.
Außerdem hat eine optische Zeitmultiplex-/Demultiplexvorrichtung den Nachteil, daß eine Phasensynchronisation zwischen dem Signal- und dem Taktlicht erforderlich ist, um die herkömmliche optische Taktextraktionsvorrichtung zu realisieren. Dies führt zu einer großen Schaltungsgröße, hohen Kosten und einem hohen Leistungsverbrauch.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Synchronisieren eines optischen Taktes mit einem Signal bereitgestellt, mit den Schritten: Erzeugen eines Taktsignals mit einer von einem Steuersignal abhängigen Frequenz, Erzeugen eines Taktlichtes, das durch ein mit dem Taktsignal synchrones intensitätsmoduliertes Licht dargestellt wird, in Antwort auf das Taktsignal; Kombinieren eines pulscodierten Signallichts und des Taktlichts; Zuführen des kombinierten pulscodierten Signallichts und des Taktlichts zu einem nichtlinearen optischen Medium zum Erzeugen mehrerer Ausgangslichter, wobei mindestens eines der Ausgangslichter ein Vierwellenmischlicht ist, wobei der zeitliche Mittelwert der Leistung des Vierwellenmischlichts ein Maß für die Phasendifferenz zwischen dem Taktlicht und dem pulscodierten Signallicht ist; Extrahieren von Vierwellenmischlicht, das im nichtlinearen optischen Medium erzeugt wird, von den Ausgangslichtern des nichtlinearen optischen Mediums; und Erzeugen der Steuerspannung in Abhängigkeit vom extrahierten Vierwellenmischlicht, wobei die Steuerspannung verwendet wird, um das Taktsignal zu erzeugen, derart, daß das Taktsignal und das Taktlicht bezüglich des pulscodierten Signallichts phasensynchronisiert oder -verriegelt sind und eine Taktfrequenz aufweisen, die einem N-tel oder dem N-fachen der Taktfrequenz des pulscodierten Signallichts entspricht, wobei N eine ganze Zahl ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein Demultiplexverfahren nach Anspruch 3, 4, 5 und 13 bereitgestellt, wobei das Synchronisationsverfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung verwendet wird.
Gemäß den Ansprüchen 6, 10, 11, 12 und 16 wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung bereitgestellt, in der die vorstehend erwähnten Verfahren verwendbar sind.
Vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den beigefügten Patentansprüchen dargestellt.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
1 ein Blockdiagramm zum Darstellen einer ersten bevorzugten Vorrichtung zum Extrahieren eines optischen Takts gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;
2A bis 2C Spektrumdiagramme zum Darstellen der Wellenlängen des Signallichts, des Taktlichts und des Vierwellenmischlichts in 1;
3A bis 3D die Beziehung zwischen der Leistung des Vierwellenmischlichts und der Phasendifferenz zwischen dem Signal- und dem Taktlicht in 1;
4A und 5 Blockdiagramme zum Darstellen einer zweiten und einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Extrahieren eines optischen Takts gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
4B einen Graphen zum Darstellen des Verhaltens der Bitfehlerrate in der in 4A dargestellten Vorrichtung;
6 ein Blockdiagramm zum Darstellen einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Demultiplexen eines Zeitmultiplexsignals gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung;
7 ein Diagramm zum Erläutern der Arbeitsweise der in 6 dargestellten Vorrichtung;
8 ein Blockdiagramm zum Darstellen einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Demultiplexen eines Multiplexsignals gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung;
9A bis 9D Spektrumdiagramme zum Darstellen der Wellenlängen des Signallichts, des Taktlichts und des Vierwellenmischlichts in 8;
10 ein Diagramm zum Erläutern der Arbeitsweise der in 8 dargestellten Vorrichtung; und
11 und 12 Blockdiagramme zum Darstellen einer dritten und einer vierten bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Demultiplexen eines Zeitmultiplexsignals gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Extrahieren eines Taktlichts von einem Signallicht.
Die Vorrichtung weist einen Optokoppler 1, ein nichtlineares optisches Medium 4, ein optisches Filter 5, einen opto-elektrischen (O/E) Wandler B, eine Steuerschaltung 9, einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 10 und einen Taktlichtgenerator 11 auf.
Ein Signallicht 101 wird durch Modulieren eines pulscodierten Signals in das Ausgangslicht eines Halbleiterlasers erzeugt, der Single-Mode-Laserlicht unter Verwendung eines optischen LiNbO₃-Modulators abstrahlt. Das Signallicht wird so moduliert, daß es eine Datenrate von 20 Gb/s, ein Tastverhältnis von 1/2 und eine Pulsbreite von 25 ps in der Form eines RZ-Codes aufweist, und wird dem Optokoppler 1 zugeführt. Ein Taktlicht 102 hat eine Wiederholfrequenz von 20 GHz und eine Pulsbreite von 25 ps, wobei diese Werte denjenigen des Signallichts 1 gleichen, und wird ebenfalls dem Optokoppler 1 zugeführt. Das Taktlicht 102 wird im Taktlichtgenerator 11 unter Verwendung eines Verstärkungsschalters als Pulslichtquelle erzeugt, die durch ein vom VCO 10 zugeführtes elektrisches Signal mit einer Frequenz von 20 GHz angesteuert wird.
Das Signallicht 101 mit einer Wellenlänge λs von 1,554 μm und das Taktlicht 102 mit einer Wellenlänge λc von 1,550 μm werden im Optokoppler 1 kombiniert, von dem das Ausgangslicht dem nichtlinearen optischen Medium 4 zugeführt wird. Dieses ist eine Single-Mode-Lichtleitfaser auf Silikabasis mit einer Länge von 10 km und einer Zero-Dispersion-Wellenlänge von 1,552 μm. Die Spitzenleistungen des Signal- und des Taktlichts 101 und 102 sind auf +40 mW am Eingang des nichtlinearen optischen Mediums 4 festgelegt, in dem eine Vierwellenmischung auftritt, um zwei Vierwellenmischlichter 103 mit Wellenlängen λm₁ und λm₂ von 1,546 μm (2λc – λs) und 1,558 μm (2λs – λc) als Ausgangslichter zusammen mit dem Signal- und dem Taktlicht 101 und 102 zu erzeugen. Von den Ausgangslichtern des nichtlinearen optischen Mediums 4 durchläuft nur das Vierwellenmischlicht 103 mit der Wellenlänge λm₁ das optische Filter 5 und wird extrahiert. Das extrahierte Vierwellenmischlicht 103 wird dem O/E-Wandler zugeführt und als elektrisches Signal an die Steuerschaltung 9 ausgegeben, die dem VCO 10 ein Steuersignal zuführt. Dadurch wird eine optische Phasenregelschleife (optische PLL) konstruiert.
Nachstehend wird die Arbeitsweise unter Bezug auf die 2A bis 2C und die 3A bis 3D ausführlicher beschrieben. 2(A) zeigt das Signal- und das Taktlicht 101 und 102 (λc und λs), die vom Optokoppler 1 zugeführt werden, 2B zeigt das Signal- und das Taktlicht (λc und λs) und die Vierwellenmischlichter 103 (λm₁ und λm₂), die vom nichtlinearen optischen Medium 4 zugeführt werden, und 2C zeigt das durch das optische Filter 5 extrahierte Vierwellenmischlicht 103 (λm₁).
Die Leistung des Vierwellenmischlichts 13 ist von der Phasendifferenz Φ zwischen dem Signal- und dem Taktlicht 101 und 102 abhängig, wie in den 3A bis 3D dargestellt ist. 3A zeigt einen Fall, in dem die Phasendifferenz Φ zwischen dem Signal- und dem Taktlicht 101 und 102 null beträgt und der erhaltene zeitliche Mittelwert der Leistung des Vierwellenmischlichts 103 maximal ist; 3B zeigt einen Fall, in dem die Phasendifferenz Φ = π/2 beträgt und der erhaltene zeitliche Mittelwert der Leistung des Vierwellenmischlichts 103 kleiner ist als der Maximalwert; und 3C zeigt einen Fall, in dem die Phasendifferenz Φ = π beträgt und der erhaltene zeitliche Mittelwert der Leistung des Vierwellenmischlichts 103 minimal ist.
Daher ist der zeitliche Mittelwert der Leistung des Vierwellenmischlichts 103 von der Phasendifferenz Φ abhängig, wie in 3D dargestellt ist.
Wie anhand der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird die Phasensynchronisation zwischen dem Signal- und dem Taktlicht 101 und 102 durch Umwandeln des Vierwellenmischlichts 103 im O/E-Wandler 8 in ein elektrisches Signal und Zuführen des elektrischen Signals über die Steuerschaltung 9 zum VCO 10 erhalten.
Durch die Verwendung der ersten bevorzugten Ausführungsform einer Taktextraktionsvorrichtung wird gewährleistet, daß die Phasendifferenz des Taktlichts 102 und des elektrischen Taktsignals zum Erzeugen des Taktlichts 102 bezüglich des Signallichts 101 auch dann konstant gehalten werden, wenn die Frequenz des Taktsignals in der Signalquelle, die des optischen LiNbO₃-Modulator ansteuert, geringfügig schwankt.
4A zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Extrahieren eines Taktlichts, wobei ähnliche Teile oder Komponenten wie in 1 durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet sind, wobei die Vorrichtung ferner einen Oszillator 19, einen Mischer 20 und einen Phasenmodulator 21 aufweist.
Ein Signallicht 101 wird durch Modulieren eines pulscodierten Signals unter Verwendung eines optischen LiNbO₃-Modulators in das Ausgangslicht eines Halbleiterlasers erzeugt, der Single-Mode-Laserlicht abstrahlt. Das Signal wird derart moduliert, daß es eine Datenrate von 20 Gb/s, ein Tastverhältnis von 1/2 und eine Pulsbreite von 20 ps in der Form eines RZ-Codes aufweist, und wird dem Optokoppler 1 zugeführt. Ein Taktlicht wird durch Modulieren eines intensitätsmodulierten Signals durch einen LiNbO₃-Modulator in das Ausgangslicht eines Halbleiterlasers erzeugt, der Single-Mode-Laserlicht abstrahlt. Das Taktlicht wird derart moduliert, daß es eine Wiederholfrequenz von 20 GHz aufweist, die der Taktfrequenz von 20 GHz für das Signallicht 101 gleicht. Der Taktgenerator 11 wird durch ein elektrisches Ausgangssignal mit der Frequenz 20 GHz angesteuert, das vom VCO 10 zugeführt wird; das Ausgangssignal des VCO 10 wird durch einen Phasenmodulator 21 phasenmoduliert, der durch ein vom Oszillator 19 zugeführtes Oszillationssignal mit der Frequenz 100 kHz angesteuert wird.
Das Signallicht 101 mit einer Wellenlänge λs von 1,554 μm und das Taktlicht 102 mit einer Wellenlänge λc von 1,550 μm werden im Optokoppler 1 kombiniert. Das kombinierte Signal- und Taktlicht 101 und 102, die jeweils eine Spitzenleistung von +40 mW haben, werden einem Eingang des nichtlinearen optischen Mediums 4 zugeführt, das eine Single-Mode-Lichtleitfaser auf Silikabasis mit einer Länge von 10 km und einer Zero-Dispersion-Wellenlänge von 1,552 μm ist. Vom nichtlinearen optischen Medium werden Vierwellenmischlichter 103 mit einer Wellenlänge λm₁ (= 2λc – λs) von 1,546 μm bzw. λm₂ (= 2λs – λc) von 1,558 μm zusammen mit dem Signal- und dem Taktlicht 101 und 102 erhalten. Von den Ausgangslichtern des nichtlinearen optischen Mediums 4 durchläuft nur eines der Vierwellenmischlichter 103 das optische Filter 5 und wird extrahiert. Das extrahierte Vierwellenmischlicht 103 wird im O/E-Wandler 8 in ein elektrisches Signal umgewandelt, und das elektrische Signal wird dann zusammen mit einem Ausgangssignal des Oszillators 19 dem Mischer 20 zugeführt. Im Mischer 20 wird in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen dem Signal- und dem Taktlicht gemäß einer synchronen Detektion eine Spannung erzeugt. Die erzeugte Spannung wird vom Mischer 20 der Steuerschaltung 9 zugeführt, von der dem VCO 10 ein Steuersignal zugeführt wird. Dadurch wird eine optische Phasenregelschleife (optische PLL) konstruiert.
Wie unter Bezug auf die 3A bis 3D erläutert wurde, ist der zeitliche Mittelwert der Leistung des Vierwellenmischlichts 102 maximal, wenn die Phasendifferenz zwischen dem Signal- und dem Taktlicht 101 und 102 null beträgt, und minimal, wenn die Phasendifferenz π beträgt.
Im Phasenmodulator 21 wird dem Ausgangssignal des VCO 10 ein 100 kHz-Signal überlagert, so daß eine Phasenmodulation mit der Wiederholfrequenz von 100 kHz auf das Taktlicht 102 angewendet wird. Die Phasenmodulationskomponente wird auf dem Vierwellenmischlicht 103 so dargestellt, daß die Phasendifferenz Φ zwischen dem Signal- und dem Taktlicht 101 und 102 durch eine synchrone Detektion im Mischer (Phasenvergleicher) 20 erfaßt wird, dem die Ausgangssignale des O/E-Wandlers 8 und des Oszillators 19 zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Mischers 20 wird über die Steuerschaltung 9 dem VCO 10 zugeführt, so daß eine Phasensynchronisation zwischen dem Signal- und dem Taktlicht 101 und 102 erreicht wird.
Durch die Verwendung der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Taktextraktionsvorrichtung wird gewährleistet, daß das Taktlicht 102 und das damit in Beziehung stehende elektrische Taktsignal mit dem Signallicht 101 auch dann phasensynchronisiert sind, wenn die Taktfrequenz der dem optischen LiNbO₃-Modulator ansteuernden Signalquelle geringfügig schwankt.
5 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Extrahieren eines Taktlichtes, wobei ähnliche Teile oder Komponenten wie in 4 durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet sind, und wobei der Taktlichtgenerator 11 ferner einen Halbleiterlaser 13, einen optischen LiNbO₃-Modulator 14, eine Treiberschaltung 15, einen Widerstand 16 und Bias- oder Vorspannungsschaltungen 17 und 18 aufweist.
In dieser Vorrichtung ist das Signallicht 101 das gleiche wie das in der ersten und in der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Taktextraktionsvorrichtung verwendete Taktlicht; das Taktlicht 102 wird im Taktlichtgenerator 11 durch Intensitätsmodulation des Ausgangslichts des Halbleiterlasers 13, der Single-Mode-Laserlicht abstrahlt, im durch die Treiberschaltung 15 angesteuerten optischen LiNbO₃-Modulator 14 erzeugt. Die Frequenz des Taktlichts 102 ist die gleiche wie diejenige des Signallichts 101.
Beim Einstellen des Arbeitspunkts des optischen LiNbO₃-Modulators 14 werden die zwei Vorspannungsschaltungen 17 und 18 verwendet, um dem Taktlicht 102 ein Intensitätsmodulationssignal mit einer Frequenz von 100 kHz zu überlagern. Die erste Vorspannungsschaltung 17 spannt das 20 GHz-Taktlicht 102 vor, und die zweite Vorspannungsschaltung 18 spannt das vom Oszillator 19 zugeführte 100 kHz-Signal vor. Wie in 5 dargestellt ist, ist die erste Vorspannungsschaltung 17 über einen 50 Ω-Widerstand 16 mit Masse verbunden.
Das Signallicht 101 mit einer Wellenlänge λs von 1,554 μm und das Taktlicht 102 mit einer Wellenlänge λc von 1,550 μm werden im Optokoppler 1 kombiniert; das kombinierte Signal- und Taktlicht 101 und 102 werden dann dem nichtlinearen optischen Medium 4 zugeführt, das eine Single-Mode-Lichtleitfaser auf Silikabasis mit einer Länge von 10 km und einer Zero-Dispersion-Wellenlänge von 1,552 μm ist; die Eingangsspitzenleistungspegel des Signal- und des Taktlichts 101 und 102 werden auf +40 mW gesetzt. Im nichtlinearen optischen Medium 4 tritt eine Vierwellenmischung zwischen dem Signal- und dem Taktlicht 101 und 102 auf, und am Ausgang des nichtlinearen optischen Mediums 4 werden Vierwellenmischlichter 103 mit einer Wellenlänge λm₁ (= 2λc – λs) von 1,546 μm bzw. λm₂ (= 2λs – λc) von 1,558 μm erhalten.
Vom Signal- und Taktlicht 101 und 102 und von den Vierwellenmischlichtern 103 durchläuft nur das Vierwellenmischlicht 103 mit der Wellenlänge λm₁ das optische Filter 5 und wird im O/E-Wandler 8 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die Ausgangssignale des O/E-Wandlers 8 und des Oszillators 19 werden dem Mischer 20 zugeführt, in dem in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen dem Signal- und dem Taktlicht 101 und 102 eine Spannung erzeugt wird. Das Ausgangssignal des Mischers 20 wird der Steuerschaltung 9 zugeführt, von der ein Steuersignal an den VCO 10 zurückgekoppelt wird. Dadurch wird eine optische Phasenregelschleife (optische PLL) konstruiert.
In der dritten bevorzugten Ausführungsform werden im Betrieb die Beziehung zwischen der Leistung und der Wellenlänge und zwischen dem zeitlichen Mittelwert der Leistung des Vierwellenmischlichts und der Phasendifferenz verwendet, wie in den 2A bis 2C und 3A bis 3D dargestellt ist.
In der dritten bevorzugten Ausführungsform wird das vom Oszillator 19 ausgegebene 100 kHz-Signal dem Ausgangssignal des optischen LiNbO₃-Modulators 14 überlagert, so daß dem Taktlicht 102 ein Intensitätsmodulationskomponente von 100 kHz überlagert wird. Diese Intensitätsmodulationskomponente ist im Vierwellenmischlicht 103 vorhanden.
Das Ausgangssignal des O/E-Wandlers 8 und des Oszillators 19 werden dem Mischer 20 zugeführt, wo eine synchrone Detektion verwendet wird, um die Phasendifferenz Φ zwischen dem Signal- und dem Taktlicht 101 und 102 zu bestimmen.
Das Ausgangssignal des Mischers 20 wird über die Steuerschaltung 9 dem VCO 10 zugeführt, um die Phase des Signal- und des Taktlichts 101 und 102 zu synchronisieren.
Durch die Verwendung der dritten bevorzugten Ausführungsform der Taktextraktionsvorrichtung wird gewährleistet, daß das elektrische Taktsignal und das Taktlicht 102 bezüglich des Signallichts 101 phasensynchron gehalten werden, auch wenn die Taktfrequenz der Signalquelle zum Ansteuern des optischen LiNbO₃-Modulators geringfügig schwankt.
6 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Demultiplexen eines optischen Zeitmultiplexsignals gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung weist Optokoppler 1 und 2, ein nichtlineares optisches Medium 4, ein optisches Filter 5, einen O/E-Wandler 8, eine Steuerschaltung 9, einen VCO 10 und einen Taktlichtgenerator 11 auf.
In der Demultiplexvorrichtung wird ein Signallicht 101 mit einer Datenrate von 40 Gb/s durch Zeitmultiplexen von vier Sequenzsignalen erhalten. Jedes der vier Sequenzsignale wird erhalten durch Teilen eines kurzen Impulses, der durch einen Verstärkungsschalter eines Halbleiterlasers erzeugt wird, in vier Signale mit einer Wiederholfrequenz von 10 GHz und einer Pulsbreite von 10 ps und durch Modulieren jedes der vierfach geteilten Signale unter Verwendung eines optischen LiNbO₃-Modulators derart, daß sie eine Datenrate von 10 GHz, ein Tastverhältnis von 1/2 und eine Pulsbreite von 10 ps in der Form eines RZ-Codes aufweisen. Beim Zeitmultiplexen des Signallichts 101 wird zwischen benachbarten Sequenzsignalen durch eine variable optische Verzögerungsvorrichtung, die in diesem Fall ein Lichtleitfaser-Stretcher ist, eine geeignete Zeitdifferenz zugeordnet; die derart verarbeiteten Sequenzsignale werden in einem Optokoppler so kombiniert, daß sie sich nicht überlappen. Das Taktlicht 102 hat eine Wiederholfrequenz von 10 GHz, die einem Viertel der Taktfrequenz des Signallichts 101 entspricht und der Taktfrequenz der zu kombinierenden Sequenzsignale gleicht, und eine Pulsbreite von 10 ps, die derjenigen des Signallichts 101 gleicht.
Das Taktlicht 102 wird, wie vorstehend erläutert wurde, im Taktlichtgenerator 11 erzeugt, der durch ein elektrisches Signal mit einer Frequenz von 10 GHz angesteuert wird, das vom VCO 10 zugeführt wird, und der einen Verstärkungsschalter eines Halbleiterlasers für die Pulslichtquelle aufweist.
Das Signallicht 101 mit einer Wellenlänge λs von 1,554 μm und das Taktlicht 102 mit einer Wellenlänge λc von 1,550 μm werden im ersten Optokoppler 1 kombiniert, von dem die kombinierten Signal- und Taktlichter 101 und 102 dem nichtlinearen optischen Medium 4 zugeführt werden, das eine Single-Mode-Lichtleitfaser auf Silikabasis mit einer Länge von 10 km und einer Zero-Dispersion-Wellenlänge von 1,552 μm ist. Die Spitzenleistungspegel des Signal- und des Taktlichts 101 und 102 am Eingang des nichtlinearen optischen Mediums 4 werden auf +40 mW gesetzt. Die vom nichtlinearen optischen Medium erhaltenen Vierwellenmischlichter 103 haben eine Wellenlänge λm₁ (= 2λc – λs) von 1,546 μm bzw. λm₂ (= 2λs – λc) von 1,558 μm, wie vorstehend erläutert wurde. Nur das Vierwellenmischlicht 103 mit der Wellenlänge λm₁ durchläuft das optische Filter 5 und wird dann durch den zweiten Optokoppler 2 in zwei Vierwellenmischlichter oder -lichtkomponenten geteilt. Eines der zwei geteilten Lichtkomponenten ist ein Ausgangslicht, während die andere geteilte Lichtkomponente dem O/E-Wandler 8 zugeführt wird, von dem der Steuerschaltung 9 ein elektrisches Signal zugeführt wird.
Dem VCO 10 wird von der Steuerschaltung ein Steuersignal zugeführt, wodurch die optische Phasenregelschleife (PLL) realisiert wird.
Auch in dieser Anordnung werden die Beziehung zwischen der Leistung und der Wellenlänge und zwischen dem zeitlichen Mittelwert der Leistung des Vierwellenmischlichts und der Phasendifferenz verwendet, wie in den 2A bis 2C und 3A bis 3D dargestellt ist.
7 zeigt das Signallicht 101 mit ersten bis vierten Sequenzlichtern 1 bis 4 und das Taktlicht 102, das mit dem ersten Sequenzlichtsignal 1 koinzident ist. Dadurch wird das Vierwellenmischlicht 103 mit einem Takt erzeugt, der demjenigen des ersten Sequenzsignals des Signallichts 101 und des Taktlichts 102 gemeinsam ist.
Daher wird durch die Verwendung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Demultiplexschaltung gewährleistet, daß die Phasensynchronisation zwischen dem Taktlicht 102 und dem Sequenzlicht des Signallichts 101 erhalten wird, so daß ein Sequenzsignal mit einer Frequenz von 10 GHz vom 40 GHz-Signallicht 101 demultiplext werden kann.
8 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Demultiplexen eines Zeitmultiplexsignals gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Die Demultiplexvorrichtung weist Optokoppler 1, 2 und 3, ein nichtlineares optisches Medium 4, optische Filter 5 und 6, einen O/E-Wandler 8, eine Steuerschaltung 9, einen VCO 10 und einen Taktlichtgenerator 11 auf.
Ein Signallicht 101, das dem in der ersten bevorzugten Ausführungsform einer Demultiplexvorrichtung verwendeten Taktlicht gleicht, wird einem Port 1 des ersten Lichtleitfaser-Optokopplers 2 zugeführt und an Ports 3 und 4 des Optokopplers in zwei Signallichter geteilt. Das erhaltene erste Signallicht 104, das vom Port 3 des ersten Optokopplers 2 zugeführt wird, und das Taktlicht 102, das dem in der ersten bevorzugten Ausführungsform des Demultiplexers verwendeten Taktlicht gleicht, werden im zweiten Optokoppler 1 kombiniert, dessen Ausgangslichter dann dem nichtlinearen optischen Medium 4 zugeführt werden, das eine Single-Mode-Lichtleitfaser auf Silikabasis mit einer Länge von 10 km und einer Zero-Dispersion-Wellenlänge von 1,552 μm ist, wobei die Spitzenleistungspegel des Signal- und des Taktlichts 104 und 102 am Eingang des nichtlinearen optischen Mediums auf +40 mW gesetzt sind.
Im nichtlinearen optischen Medium 4 breiten sich sowohl das erste Signallicht als auch das Taktlicht im Uhrzeigersinn (CW) aus, und eine Vierwellenmischung tritt zwischen dem ersten (CW) Signallicht 104 und dem Taktlicht 102 auf. Dadurch werden am Ausgang des nichtlinearen optischen Mediums 4 Vierwellenmischlichter 103 mit der Wellenlänge λm₁ (= 2λc – λs) von 1,546 μm bzw. λm₂ (= 2λs – λc) von 1,558 μm zusammen mit dem Taktlicht 102 und dem CW-Signallicht 104 ausgegeben, das um einen von der Spitzenintensität des Taktlichts 102 abhängigen Betrag phasenverschoben ist. Das CW-Taktlicht 102, das CW-Vierwellenmischlicht 103 und das CW-Signallicht 104 werden dem Port 4 des Optokopplers 2 zugeführt, während das vom Port 4 des Optokopplers 2 zugeführte zweite Signallicht 104 das nichtlineare optische Medium 4 im Gegenuhrzeigersinn (CCW) durchläuft und am Port 3 des Optokopplers 2 ankommt.
Die CW- und CCW-Signallichter 104 und 105, die den Ports 4 und 3 des Optokopplers 2 zugeführt werden, interferieren miteinander, und das Interferenzlicht wird am Port 1 des Optokopplers 2 erhalten, wenn die Phasendifferenz zwischen dem CW- und dem CCW-Signallicht 104 und 104 null beträgt, und am Port 2, wenn die Phasendifferenz π beträgt. Das am Port 1 erhaltene Interferenzlicht ist ein nichtgeschaltetes Signallicht 107, bei dem das CW-Signallicht 104 durch das Taktlicht 102 nicht phasenverschoben wurde, und das am Port 2 erhaltene Interferenzlicht ist geschaltetes Licht 106, bei dem das CW-Signallicht 104 durch das Taktlicht 102 um π phasenverschoben wurde. Außerdem werden das Taktlicht 102 und das Vierwellenmischlicht 103 durch den Optokoppler 2 jeweils in zwei Lichter geteilt. Dadurch sind die vom Port 1 des Optokopplers 2 ausgegebenen Lichter das nichtgeschaltete Signallicht 107, das Taktlicht 102 und das Vierwellenmischlicht 103, von denen nur das nichtgeschaltete Signallicht 107 extrahiert und einer nächsten Stufe zum Demultiplexen eines Zeitmultiplexsignals durch ein optisches Filter zugeführt wird. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird an Stelle des Optokopplers 2 ein Polarisationsstrahlenteiler verwendet, um die geschalteten und nicht-geschalteten Lichter 106, 107 zu erhalten.
Die vom Port 2 des Optokopplers 2 ausgegebenen Lichter sind das geschaltete Licht 146, das Taktlicht 102 und das Vierwellenmischlicht 103. Diese werden durch den Optokoppler 3 jeweils in zwei Lichtsätze geteilt, und jeder Satz wird einem von zwei optischen Filtern zugeführt. Nur das Vierwellenmischlicht 103 wird durch das erste optische Filter 5 extrahiert, und nur das geschaltete Signallicht 106 wird durch das zweite optische Filter 6 extrahiert. Das vom ersten optischen Filter 5 ausgegebene Vierwellenmischlicht wird dem O/E-Wandler zugeführt, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das der Steuerschaltung 9 zugeführt wird, die ein Steuersignal an den VCO 10 ausgibt. Dadurch wird eine optische Phasenregelschleife (PLL) konstruiert.
Nachstehend wird die Arbeitsweise dieser Vorrichtung unter Bezug auf die 9A bis 9D erläutert. 9A zeigt das CW-Signallicht 104 mit der Wellenlänge λs und das Taktlicht 102 mit der Wellenlänge λc, die vom zweiten Optokoppler 2 zugeführt werden, und 9B zeigt das CW-Signallicht 104 und das Taktlicht 102, und die Vierwellenmischlichter 103 mit der Wellenlänge λm₁ und λm₂ sind als Ausgangssignal des nichtlinearen optischen Mediums 4 dargestellt. 9C zeigt das Taktlicht 102, das CW-Signallicht 106 und das Vierwellenmischlicht 103, die vom Port 2 des ersten Optokopplers 1 erhalten werden, und 9D zeigt das Vierwellenmischlicht 103 mit der Wellenlänge λm₁, das vom optischen Filter 5 erhalten wird.
Wie in 10 dargestellt ist, weist das CW-Signallicht 104 vier Zeitsequenzsignale 1 bis 4 auf, und das Taktlicht 102 hat eine Wiederholfrequenz von 1/4 derjenigen des CW-Signallichts 104. In diesem Fall ist das Taktlicht 102 mit dem Sequenzsignal 1 des CW-Signallichts 104 (das dem ersten von vier Zeitschlitzen entspricht) in Phase. dadurch wird das geschaltete Signallicht 106 (Sequenzsignal 1) am Port 2 des Optokopplers 2 er halten, und das nichtgeschaltete Signallicht 107 (das die Sequenzsignale 2 bis 4 aufweist) wird am Port 1 des Optokopplers 2 erhalten. 10 zeigt das vom optischen Filter 5 ausgegebene Vierwellenmischlicht.
In dieser Anordnung kann das Taktlicht 102 mit einem beliebigen der Sequenzsignale 2 bis 4 in Phase gebracht werden, vorausgesetzt, daß zwischen dem Signallicht 101 und dem Taktlicht 102 keine Phasendifferenz besteht.
11 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Demultiplexen eines Zeitmultiplexsignals gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Die Demultiplexvorrichtung weist Optokoppler 1 und 2, ein nichtlineares optisches Medium 4, optische Filter 5 und 6b, einen O/E-Wandler 8, eine Steuerschaltung 9, einen VCO 10, einen Taktlichtgenerator 11 und einen Polarisationsstrahlenteiler 12 auf.
In dieser Vorrichtung werden ein Signallicht 101 und ein Taktlicht 102 im ersten Optokoppler 1 kombiniert und dem nichtlinearen optischen Medium 4 zugeführt, das wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform eine Single-Mode-Lichtleitfaser auf Silikabasis mit einer Länge von 10 km und einer Zero-Dispersion-Wellenlänge von 1,552 μm ist. Der Spitzenleistungspegel des Signallichts 101 am Eingang des nichtlinearen optischen Mediums 4 wird auf +40 mW und derjenige des Taktlichts wird auf +50 mW gesetzt. Die Ausgangslichter des nichtlinearen optischen Mediums 4 werden durch den Optokoppler 2 jeweils in zwei Lichtsätze geteilt, und jeder Lichtsatz wird einem der optischen Filter 5 und 6b zugeführt. Nur das Signallicht 101 wird durch das erste optische Filter 6b vom Satz extrahiert, und nur das Vierwellenmischlicht 103 wird durch das zweite optische Filter 5 vom anderen Satz extrahiert. Das Signallicht 101 wird vom ersten optischen Filter 6b dem Polarisationsstrahlenteiler 12 zugeführt, von dem ein geschaltetes Signal 106 und ein nichtgeschaltetes Signal 107 erhalten werden. Das Vierwellenmischlicht 103 wird vom zweiten Optokoppler 5 dem O/E-Wandler 8 zugeführt, von dem ein elektrisches Signal an eine Steuerschaltung 9 ausgegeben wird. Von der Steuerschaltung 9 wird dem VCO 10 ein Steuersignal zugeführt, wodurch eine optische Phasenregelschleife (PLL) konstruiert wird.
In dieser Demultiplexvorrichtung ist die Taktextraktionsvorrichtung die gleiche wie in der ersten und in der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Demultiplexvorrichtung.
In der Demultiplexoperation wird die Erscheinung ausgenutzt, daß die durch Kreuzphasenmodulation induzierten Phasenverschiebungswerte für die Polaristionskom ponente (104b) des Signallichts 101 parallel zum Taktlicht 102 und eine Polarisationskomponente (105b) des Signallichts 101 orthogonal zum Taktlicht verschieden sind. Wenn die Phasendifferenz der beiden Komponenten π beträgt, ist die Polarisation des Signallichts 101 zwischen dem Eingang und dem Ausgang des nichtlinearen optischen Mediums 4 um 90° gedreht. Aus diesem Grunde werden, wenn das Signallicht 101 dem Polarisationsstrahlenteiler 12 zugeführt wird, das Signallicht 106, das durch das Taktlicht 102 geschaltet ist, und das Signallicht 107, das nicht durch das Taktlicht 102 geschaltet ist, vom Polarisationsstrahlenteiler 12 erhalten.
Durch die Verwendung der Demultiplexvorrichtung wird gewährleistet, daß das Taktlicht 102 mit dem Signallicht 101 phasensynchron ist und vom 40 Gb/s-Zeitmultiplexsignal 101 ein 10 Gb/s-Zeitsequenzsignal erhalten wird.
12 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Demultiplexen eines Zeitmultiplexsignals gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Die Demultiplexvorrichtung weist Optokoppler 1, 2 und 3, ein nichtlineares optisches Medium 4, optische Filter 5, 6c und 6d, einen O/E-Wandler 8, eine Steuerschaltung 9, einen VCO 10 und einen Taktlichtgenerator 11 auf.
In dieser Vorrichtung ist der Spitzenleistungspegel des Signallichts 101 am Eingang des nichtlinearen optischen Mediums auf +40 mW eingestellt, und der Spitzenleistungspegel des Taktlichts 102 am Eingang des nichtlinearen optischen Mediums ist ebenfalls auf +40 mW eingestellt.
In dieser Vorrichtung ist die Taktextraktionsoperation derjenigen der ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsformen ähnlich; die Demultiplexoperation wird unter Verwendung der durch Kreuzphasenmodulation bezüglich des Taktlichts 102 im nichtlinearen optischen Medium verursachten Phasenverschiebung im Signallicht 101 erhalten. In der Demultiplexoperation interferieren, wenn die Phasenverschiebung π beträgt, die Signallichter 104c und 105c, die vom zweiten und dritten optischen Filter 6c und 6d zugeführt werden, im dritten Optokoppler 3, um an einem Port des dritten Optokopplers 3 ein Signallicht 106 bereitzustellen, das durch das Taktlicht 102 geschaltet ist, und am anderen Port ein Signallicht 107 bereitzustellen, das nicht durch das Taktlicht 102 geschaltet ist.
Durch die Verwendung dieser Vorrichtung wird das gleiche Ergebnis erhalten wie bei den ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsformen. Die Strukturen der Taktextraktionsvorrichtung und der Demultiplexvorrichtung, die vorstehend unter Bezug auf bevor zugte Vorrichtungen beschrieben wurden, können wie nachstehend dargestellt modifiziert werden.
Das nichtlineare optische Medium 4 ist nicht auf eine Single-Mode-Lichtleitfaser auf Silikabasis beschränkt, sondern kann stattdessen ein optischer Halbleiterverstärker oder eine anorganische oder organische Vorrichtung mit nichtlinearen optischen Effekten dritter Ordnung sein. Außerdem kann für das nichtlineare optische Medium eine Lichtleitfaser mit Aufrechterhaltung der Polarisation oder eine beliebige andersartige Lichtleitfaser verwendet werden. In derartigen Lichtleitfasern kann die Zero-Dispersion-Wellenlänge 1,56 μm oder 1,3 μm betragen oder einen beliebigen anderen Wert haben, vorausgesetzt, daß der vom Signal- und vom Taktlicht 101 und 102 erhaltene nichtlineare optische Effekt ausreichend ist.
Die Spitzenleistungspegel des Signal- und des Taktlichts 101 und 102 am Eingang des nichtlinearen optischen Mediums 4 können +20 mW oder +40 mW betragen oder einen beliebigen anderen Wert haben, vorausgesetzt, daß der nichtlineare optische Effekt erzeugt wird. Die optische Leistung kann unter Verwendung einer Er-dotierten Lichtleitfaser oder eines optischen Halbleiterverstärkers als nichtlineares optisches Medium 4 verstärkt werden, vorausgesetzt, daß der nichtlineare optische Effekt ausreichend ist.
Ein optischer Verstärker kann für Verstärkungszwecke an einer beliebigen Position angeordnet sein.
Die Wellenlänge des Signal- oder des Taktlichts 101 oder 102 kann 1,3 μm oder 1,555 μm betragen oder einen beliebigen anderen Wert haben.
Das Signallicht 101 kann wie nachstehend beschrieben modifiziert werden. D. h., die Datenbitrate kann z. B. 5 Gb/s oder 100 Gb/s betragen, die Anzahl der Zeitmultiplexsignale ist nicht auf 4 beschränkt und kann z. B. 2 oder 10 betragen; an Stelle einer RZ-Codierung kann eine NRZ-Codierung verwendet werden; das Tastverhältnis ist nicht auf 1/2 beschränkt und kann z. B. 3/8 oder 1/8 betragen; die Pulsbreite ist nicht auf 25 ps oder 10 ps beschränkt, sondern kann z. B. 100 ps oder 5 ps betragen, vorausgesetzt, daß sie kleiner ist als ein Zeitschlitz einer Taktfrequenz des Signallichts 101; hinsichtlich der Impulsform kann der Impuls ein kurzer Impuls mit einem kleinen Tastgrad oder ein Sinuswellenimpuls sein oder eine andere Form haben, so lange er als Signallicht funktioniert; und das Extinktionsverhältnis kann z. B. 10 dB oder 20 dB betragen.
Das Taktlicht 102 kann wie nachstehend beschrieben modifiziert werden. Das Teilungsverhältnis der Taktfrequenz des Taktlichts 102 bezüglich der Taktfrequenz des Signallichts 101 ist nicht auf 4 beschränkt, sondern kann z. B. 2 oder 20 betragen.
Die Taktfrequenz des Taktlichts 102 kann eine Frequenz sein, durch die die Taktfrequenz des Signallichts 101 derart gemultiplext wird, daß die Taktfrequenz einem N-tel oder dem N-fachen der Taktfrequenz des Signallichts gleicht, wobei N eine ganze Zahl ist. Für das Signallicht gelten die gleichen Modifikationen bezüglich der Pulsbreite, der Pulsform, des Extinktionsverhältnisses usw. wie für das Taktlicht 102.
Es kann ein Lichtleitfaser-Squeezer zum Steuern der Polarisation des Signal- und/oder des Taktlichts 101 und 102 verwendet werden, so daß der maximale nichtlineare optische Effekt erhalten wird, der von der Polarisation abhängig ist.
Das durch den O/E-Wandler 8 empfangene Licht ist nicht auf das Vierwellenmischlicht 103 beschränkt, sondern kann das Signal- oder das Taktlicht 101 oder 102 sein, wobei der zeitliche Mittelwert der Leistung des Lichts 101 oder 102 am Ausgang des nichtlinearen optischen Mediums 4 aufgrund der Erzeugung des Vierwellenmischlichts 103 reduziert ist. In diesem Fall kann der Minimalwert derart gesteuert werden, daß der Überlappungsgrad zwischen dem Signal- und dem Taktlicht 101 und 102 durch die Steuerschaltung 10 in der Demultiplexvorrichtung maximal wird.
Die Optokoppler 1, 2 und 3 können anstatt durch Lichtleitfasern unter Verwendung von Reflexionsfilmen implementiert werden.
Die optischen Filter 5, 6 und 7 können unter Verwendung von Interferenzfilmen, durch Fabry-Perot-Filter oder andersartige Filter implementiert werden.
Der O/E-Wandler 8 kann eine PIN-Photodiode, eine Lawinen-Photodiode oder ein andersartiger O/E-Wandler sein.
Die Pulslichtquelle im Taktlichtgenerator 11 ist nicht auf einen Halbleiterlaser mit einem Verstärkungsschalter beschränkt, sondern kann wie nachstehend beschrieben modifiziert werden.
Die Lichtquelle kann ein Halbleiterlaser, in dem eine Modusrastung als Kurzimpulsgenerator verwendet wird, ein Ringlaser oder eine andere Vorrichtung sein, die durch das Ausgangssignal des VCO 10 angesteuert wird, um eine geeignete Wiederholfrequenz und Pulsbreite bereitzustellen. Wenn die gewünschte Wiederholfrequenz und Pulsbreite nicht von der Lichtquelle erhalten werden können, kann eine Wiederholfrequenz durch Abzweigen des Lichts von der Lichtquelle in einen Optokoppler, Verzögern des abgezweigten Lichts und Kombinieren des verzögerten Lichts mit dem Licht von der Lichtquelle erzeugt werden; die Pulsbreite kann durch eine Pulskomprimierungstechnik unter Verwendung eines Gitterpaars oder durch Lösungen höherer Ordnung eingestellt werden. Außerdem ist der Taktimpuls 102 nicht auf Kurzimpulslicht beschränkt, sondern kann ein intensitätsmoduliertes Licht sein, das unter Verwendung eines externen Modulators erhalten wird, z. B. durch den optischen LiNbO₃-Modulator 14, oder einen optischen Halbleitermodulator mit elektrischer Feldabsorption; der Intensitätsmodulationsindex kann verändert werden, vorausgesetzt, daß der nichtlineare optische Effekt erhalten wird.
In der in den 4 und 5 dargestellten bevorzugten Ausführungsform kann die Oszillationsfrequenz von 100 kHz im Oszillator 19 beispielsweise auf 1 MHz oder 10 MHz geändert werden, vorausgesetzt, daß eine synchrone Detektion bereitgestellt wird.
Der in der Demultiplexvorrichtung verwendete nichtlineare Schalter ist nicht auf einen nichtlinearen Lichtleitfaser-Schleifenspiegel, einen optischen Kerr-Schalter oder eine andere Vorrichtung beschränkt, in der das Signallicht und das Taktlicht 101 und 102 verwendet wird, die verschiedene Wellenlängen aufweisen.
Die vorstehend beschriebenen Vorteile der Taktextraktionsvorrichtung und der Demultiplexvorrichtung sind nachstehend zusammengefaßt.

(1) Ein Betrieb mit ultrahoher Geschwindigkeit in der Größenordnung von THz wird durch Auswählen eines nichtlinearen Mediums ermöglicht, weil dann der nichtlineare optische Effekt der Vierwellenmischung genutzt werden kann. Dadurch kann ein Takt von einem Ultrahochgeschwindigkeitssignallicht mit einer Frequenz von mehreren zehn GHz reproduziert werden; dies ist nicht möglich, wenn ausschließlich elektrische Verarbeitungen verwendet werden.
(2) Es wird hochgradig stabiles Taktlicht erhalten, weil der erhaltene Vierwellenmischeffekt stabil ist.
(3) Es kann ein Taktlicht mit einer Taktfrequenz erhalten werden, die einem N-tel (1/N) oder dem N-fachen der Taktfrequenz eines Signallichts entspricht, so daß die Vorrichtung beispielsweise als optischer Frequenzteiler oder optischer Frequenzmultiplizierer betreibbar ist.
(4) Es werden sowohl der optische Takt als auch der elektrische Takt erhalten, weil das Ausgangssignal des VCO bezüglich des Signallichts ebenfalls phasensynchron ist.
(5) In einer Vorrichtung zum Demultiplexen eines Zeitmultiplexsignals wird im allgemeinen ein nichtlineares optisches Medium in einer Vorrichtung zum Extrahieren eines optischen Takts verwendet. Daher werden eine kleine Größe, ein stabiler Betrieb, ein niedriger Leistungsverbrauch und niedrige Kosten gleichzeitig realisiert.

Claims

Verfahren zum Synchronisieren eines optischen Takts mit einem Signal, umfassend die folgenden Schritte: a) Erzeugen eines Taktsignals mit einer Frequenz, die von einer Steuerspannung abhängig ist; b) Erzeugen, als Reaktion auf das Taktsignal, eines Taktlichts (102), das durch ein intensitätsmoduliertes Licht repräsentiert wird, das mit dem Taktsignal synchron ist; c) Kombinieren eines pulscodierten Signallichts (101) und des Taktlichts (102); d) Zuführen des kombinierten pulscodierten Signallichts und des Taktlichts zu einem nichtlinearen optischen Medium (4) zum Erzeugen einer Reihe von Ausgangslichtern (101, 102, 103), wobei wenigstens eines der Ausgangslichter ein Vierwellenmischlicht (103) ist, wobei der Zeitmittel-Leistungswert des Vierwellenmischlichts ein Maß für die Phasendifferenz zwischen dem Taktlicht und dem pulscodierten Signallicht ist; e) Extrahieren des in dem nichtlinearen optischen Medium erzeugten Vierwellenmischlichts (103) von den Ausgangslichtern des nichtlinearen optischen Mediums; und f) Erzeugen der Steuerspannung in Abhängigkeit von dem extrahierten Vierwellenmischlicht (103); wobei die Steuerspannung zum Erzeugen des Taktsignals verwendet wird, so dass das Taktsignal und das Taktlicht (102) auf das pulscodierte Signallicht (101) phasenverriegelt werden und eine Taktfrequenz von einem N-tel oder dem N-fachen der Taktfrequenz des pulscodierten Signallichts haben, wobei N eine ganze Zahl ist.
Verfahren zum Synchronisieren eines optischen Taktes auf ein Signal nach Anspruch 1, bei dem Schritt f) ferner Folgendes umfasst: i) Erzeugen eines Oszillationssignals; ii) Konvertieren des extrahierten Vierwellenmischlichts in ein entsprechendes elektrisches Signal; iii) Ableiten der Phasendifferenz zwischen dem pulscodierten Signallicht und dem Taktlicht von dem dem Vierwellenmischlicht entsprechenden elektrischen Signal; iv) Erzeugen der Steuerspannung in Abhängigkeit von der Phasendifferenz; und v) Modulieren der Phase des Taktsignals durch das Oszillationssignal.
Verfahren zum Demultiplexieren eines zeitmultiplexierten Signals, das die Schritte des Bereitstellens eines optischen Taktes und des Synchronisierens des optischen Taktes mit einem Synchronisationsverfahren nach Anspruch 1 umfasst, wobei das pulscodierte Signallicht (101) N zeitmultiplexierte Signale umfasst, von denen wenigstens eines demultiplexiert werden soll; und das Taktsignal so erzeugt wird, dass es eine Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signallichts (101) und gleich der Taktfrequenz des zu demultiplexierenden multiplexierten Signals hat; und wobei Schritt e) ferner Folgendes umfasst: i) Unterteilen des extrahierten Vierwellenmischlichts in ein erstes und ein zweites Vierwellenmischlicht mit einer Taktfrequenz von einem N-tel von der des Signallichts; und ii) Zuführen des ersten Vierwellenmischlichts als demultiplexiertes Ausgangslicht; und wobei in Schritt f) das zweite Vierwellenmischlicht zum Erzeugen der Steuerspannung verwendet wird; wobei die Steuerspannung zum Erzeugen des Taktsignals verwendet wird, so dass das Taktsignal und das Taktlicht auf das pulscodierte Signallicht phasenverriegelt werden und eine Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signallichts hat, wobei N eine ganze Zahl ist.
Verfahren zum Demultiplexieren eines zeitmultiplexierten Signals, umfassend die Schritte des Bereitstellens eines optischen Taktes und des Synchronisierens des optischen Taktes mit einem Synchronisationsverfahren nach Anspruch 1, wobei das pulscodierte Signallicht (101) N zeitmultiplexierte Signale umfasst, von denen wenigstens eines demultiplexiert werden soll; wobei das pulscodierte Signallicht eine Komponente parallel zu dem Taktlicht (104b) und eine Komponente orthogonal (105b) zu dem Taktlicht hat; und wobei das Taktsignal so erzeugt wird, dass es eine Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signallichts (101) und gleich der Taktfrequenz des zu demultiplexierenden multiplexierten Signals hat; und wobei in Schritt d) des Synchronisierungsverfahrens die Komponenten (104b, 105b) des pulscodierten Signallichts (101) in dem nichtlinearen optischen Medium um unterschiedliche Beträge verschoben werden; wobei in Schritt f) des Synchronisationsverfahrens die Steuerspannung zum Erzeugen des Taktsignals verwendet wird, so dass das Taktsignal und das Taktlicht auf das pulscodierte Signallicht phasenverriegelt werden und eine Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signallichts haben, wobei N eine ganze Zahl ist; wobei das Verfahren auch die folgenden Schritte umfasst: g) Extrahieren des die phasenverschobenen (104b, 105b) Signalkomponenten umfassenden Signallichts (101) von den Ausgangslichtern des nichtlinearen optischen Mediums; h) Empfangen des extrahierten Signallichts (101) zum Erzeugen eines geschalteten Signallichts (106) und eines nichtgeschalteten Signallichts (107), wobei das geschaltete Signallicht (106) als Ausgang zugeführt wird, wobei das geschaltete Signallicht das eine N zeitmultiplexierte Signal (106) repräsentiert und erhalten wird, wenn die Phasendifferenz zwischen den Komponenten (104b, 105b) des Signallichts π ist, und wobei das nichtgeschaltete Signallicht die übrigen N – 1 zeitmultiplexierten Signale (107) repräsentiert und dann erhalten wird, wenn die Phasendifferenz zwischen den Komponenten des Signallichts null ist.
Verfahren zum Demultiplexieren eines zeitmultiplexierten Signals, das die Schritte des Bereitstellens eines optischen Taktes und des Synchronisierens des optischen Taktes mit einem Synchronisationsverfahren nach Anspruch 1 umfasst, wobei das pulscodierte Signallicht (101) N zeitmultiplexierte Signale umfasst, von denen wenigstens eines demultiplexiert werden soll; und das Taktsignal so erzeugt wird, dass es eine Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signallichts (101) und gleich der Taktfrequenz des zu demultiplexierenden multiplexierten Signals hat; wobei Schritt c) das Unterteilen des kombinierten pulscodierten Signallichts und des Taktlichts in erste und zweite kombinierte pulscodierte Signallichter (104c, 105c) und Taktlichter (102) beinhaltet; und in Schritt d) des Synchronisationsverfahrens das erste kombinierte pulscodierte Signallicht (104c) und das Taktlicht dem nichtlinearen optischen Medium (104) zugeführt werden, wobei die Phase des ersten pulscodierten Signallichts (104c) in dem nichtlinearen optischen Medium gemäß der Peakintensität des ersten Taktlichtes verschoben wird, und wobei in Schritt f) des Synchronisationsverfahrens die Steuerspannung zum Erzeugen des Taktsignals verwendet wird, so dass das Taktsignal und das Taktlicht auf das pulscodierte Signallicht phasenverriegelt werden und eine Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signallichts haben, wobei N eine ganze Zahl ist; wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: g) Extrahieren des phasenverschobenen Signallichts (104c) von den Ausgangslichtern des nichtlinearen optischen Mediums; h) Extrahieren des Signallichts, das ein nicht phasenverschobenes Signallicht (105c) ist, von dem zweiten kombinierten pulscodierten Signallicht (105c) und dem Taktlicht; und i) Empfangen des extrahierten phasenverschobenen Signallichts (104c) und des nicht phasenverschobenen Signallichts (105c) zum Erzeugen eines geschalteten Signallichts (106) und eines nichtgeschalteten Signallichts (107), wobei das geschaltete Signallicht (106) als Ausgang zugeführt wird, und wobei das geschaltete Signallicht das eine N zeitmultiplexierte Signal (106) repräsentiert und erhalten wird, wenn die Phasendifferenz zwischen dem phasenverschobenen Signallicht (101) und dem nicht phasenverschobenen Signallicht π ist, und wobei das nichtgeschaltete Signallicht die übrigen N – 1 zeitmultiplexierten Signale (107) repräsentiert und erhalten wird, wenn die Phasendifferenz zwischen dem phasenverschobenen Signallicht (101) und dem nicht phasenverschobenen Signallicht null ist.
Vorrichtung zum Synchronisieren eines optischen Takts mit einem Signal für die Verwendung in dem Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) (10) zum Erzeugen eines Taktsignals mit einer von einer Steuerspannung abhängigen Frequenz; einen Taktlichtgenerator (11) zum Empfangen des Taktsignals von dem VCO als Eingang und zum Erzeugen, als Reaktion auf das Taktsignal, eines Taktlichts (102), das von einem intensitätsmodulierten Licht repräsentiert wird, das mit dem Taktsignal synchron ist; einen Optokoppler (1) zum Kombinieren eines pulscodierten Signallichts (101) und des von dem Taktlichtgenerator (11) ausgegebenen Taktlichts (102); ein nichtlineares optisches Medium (4) zum Empfangen des kombinierten pulscodierten Signallichts und des Taktlichts von dem Optokoppler und zum Erzeugen einer Reihe von Ausgangslichtern (101; 102, 103), wobei wenigstens eines der Ausgangslichter ein Vierwellenmischlicht (103) ist, wobei der Zeitmittel-Leistungswert des Vierwellenmischlichts ein Maß für die Phasendifferenz zwischen dem Taktlicht und dem pulscodierten Signallicht ist; einen optischen Filter (5) zum Extrahieren des in dem nichtlinearen optischen Medium (4) erzeugten Vierwellenmischlichts von den Ausgangslichtern des nichtlinearen optischen Mediums; einen optoelektronischen Wandler (8) zum Empfangen des extrahierten Vierwellenmischlichts (103) und zum Umwandeln desselben in ein entsprechendes elektrisches Signal; eine Steuerschaltung (9) zum Empfangen des elektrischen Signals von dem optoelektronischen Wandler (8) und zum Anlegen der von dem elektrischen Signal abhängigen Steuerspannung an den VCO (10), um das Taktsignal zu erzeugen, so dass das Taktsignal und das Taktlicht (102) auf das pulscodierte Signallicht (101) phasenverriegelt werden und eine Taktfrequenz von einem N-tel oder dem N-fachen der Taktfrequenz des pulscodierten Signals hat, wobei N eine ganze Zahl ist.
Vorrichtung zum Synchronisieren eines optischen Takts mit einem Signal nach Anspruch 6, die ferner Folgendes umfasst: einen Oszillator (19) zum Erzeugen eines Oszillationssignals; einen Phasenkomparator (20) zum Empfangen des extrahierten Vierwellenmischlichts und des Oszillationssignals und zum Ableiten der Phasendifferenz zwischen dem Signallicht und dem Taktlicht; und einen Phasenmodulator (21) zum Modulieren der Phase des Taktsignals durch das Oszillationssignal.
Vorrichtung zum Synchronisieren eines optischen Takts mit einem Signal nach Anspruch 6, wobei der Taktlichtgenerator (11) ferner Folgendes umfasst: einen Halbleiterlaser (13) zum Aussenden von Licht; einen optischen LiNbO₃-Modulator (14) zum Modulieren des Lichts zum Erzeugen des Taktlichts; eine Ansteuerungsschaltung (15) zum Ansteuern des optischen LiNbO₃-Modulators durch Empfangen des Taktsignals; und Vorspannungsschaltungen (17, 18) zum Vorspannen des optischen LiNbO₃-Modulators.
Vorrichtung zum Synchronisieren eines optischen Takts auf ein Signal nach Anspruch 8, wobei die Vorspannungsschaltungen zum Vorspannen des optischen LiNbO₃-Modulators eine erste (17) und eine zweite (18) Vorspannungsschaltung umfassen, wobei die erste (17) und die zweite (18) Vorspannungsschaltung zum Einstellen des Ansprechpunkts des optischen LiNbO₃-Modulators und zum Überlagern eines Intensitätsmodulationssignals auf das Taktlicht (102) verwendet werden.
Vorrichtung zum Demultiplexieren eines zeitmultiplexierten Signals, die Folgendes umfasst: eine Vorrichtung zum Synchronisieren eines optischen Takts nach Anspruch 6; und Mittel zum Zuführen eines pulscodierten Signallichts (101), umfassend N zeitmultiplexierte Signale, von denen wenigstens eines demultiplexiert werden soll; wobei der spannungsgesteuerte Oszillator (VCO) (10) das Taktsignal erzeugt, so dass es eine Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signallichts und gleich der Taktfrequenz des zu demultiplexierenden multiplexierten Signals hat; wobei die Vorrichtung auch einen Optokoppler (2) zum Empfangen des extrahierten Vierwellenmischlichts von dem optischen Filter und zum Unterteilen desselben in ein erstes und ein zweites Vierwellenmischlicht mit einer Taktfrequenz von einem N-tel von der des Signallichts umfasst, wobei das erste Vierwellenmischlicht als Ausgang zugeführt wird; und wobei die Steuerschaltung (9) eine Steuerspannung an den VCO (10) anlegt, um das Taktsignal zu erzeugen, so dass das Taktsignal und das Taktlicht auf das pulscodierte Signallicht phasenverriegelt werden und eine Frequenz von einem N-fachen der Taktfrequenz des Signallichts haben, wobei N eine ganze Zahl ist.
Vorrichtung zum Demultiplexieren eines zeitmultiplexierten Signals, umfassend eine Vorrichtung zum Synchronisieren eines optischen Takts nach Anspruch 6; und Mittel zum Zuführen eines pulscodierten Signallichts (101), umfassend N zeitmultiplexierte Signale, von denen wenigstens eines demultiplexiert werden soll; wobei das pulscodierte Signallicht eine Komponente (104b) parallel zum Taktlicht und eine Komponente (105b) orthogonal zum Taktlicht hat; wobei der spannungsgesteuerte Oszillator (VCO) (10) das Taktsignal so erzeugt, dass es eine Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signals und gleich der Taktfrequenz der zu demultiplexierenden multiplexierten Signale hat; und die Steuerschaltung (9) eine Steuerspannung an den VCO (10) anlegt, um das Taktsignal so zu erzeugen, dass das Taktsignal und das Taktlicht auf das pulscodierte Signal phasenverriegelt werden und eine Frequenz von einem N-fachen der Taktfrequenz des Signallichts haben, wobei N eine ganze Zahl ist; wobei die Komponenten (104b, 105b) des pulscodierten Signallichts (101) in dem nichtlinearen optischen Medium um verschiedene Beträge verschoben sind; wobei die Vorrichtung auch einen zweiten optischen Filter (6b) zum Empfangen der Ausgangslichter von dem nichtlinearen optischen Medium und zum Extrahieren nur des Signallichts (101) davon umfasst, das die phasenverschobenen (104b, 105b) Komponenten umfasst; einen Polarisationsstrahlenspalter zum Empfangen des extrahierten Signallichts (101) und zum Erzeugen eines geschalteten Signallichts (106) und eines nichtgeschalteten Signallichts (107), wobei das geschaltete Signallicht (106) als Ausgang zugeführt wird, wobei das geschaltete Signallicht das eine N zeitmultiplexierte Signal (106) repräsentiert und dann erhalten wird, wenn die Phasendifferenz zwischen den Komponenten des Signallichts π ist, und wobei das nichtgeschaltete Signallicht die übrigen N – 1 zeitmultiplexierten Signale (107) repräsentiert und dann erhalten wird, wenn die Phasendifferenz zwischen den Komponenten des Signallichts null ist.
Vorrichtung zum Demultiplexieren eines zeitmultiplexierten Signals, die Folgendes umfasst: eine Vorrichtung zum Synchronisieren eines optischen Takts gemäß Anspruch 6; und Mittel zum Zuführen eines pulscodierten Signallichts (101), umfassend N zeitmultiplexierte Signale, von denen wenigstens eines demultiplexiert werden soll; wobei der spannungsgesteuerte Oszillator (VCO) (10) ein solches Taktsignal erzeugt, das eine Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signallichts und gleich der Taktfrequenz des zu demultiplexierenden multiplexierten Signals hat; wobei die Steuerschaltung (9) eine Steuerspannung an den VCO (10) anlegt, um das Taktsignal so zu erzeugen, dass das Taktsignal und das Taktlicht auf das pulscodierte Signallicht phasenverriegelt werden und eine Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signallichts hat, wobei N eine ganze Zahl ist; und der Optokoppler auch zum Unterteilen des pulscodierten Signallichts (104) und des Taktlichts in ein erstes und ein zweites kombiniertes pulscodiertes Signallicht (104c, 105c) und Taktlichter dient; wobei die Phase des ersten pulscodierten Signallichts (104c) in dem nichtlinearen optischen Medium gemäß der Peakintensität des ersten Taktlichts verschoben ist, wobei die Vorrichtung ferner einen zweiten optischen Filter (6d) zum Empfangen der Ausgangslichter von dem nichtlinearen optischen Medium und zum Extrahieren nur des phasenverschobenen Signallichts (101) davon umfasst; einen dritten optischen Filter (6c) zum Empfangen des zweiten kombinierten pulscodierten Signallichts und Taktlichts von dem Optokoppler (1) und zum Extrahieren nur des zweiten Signallichts (105c) davon, das ein nicht phasenverschobenes Signallicht (105c) ist; einen zweiten Optokoppler (3) zum Empfangen des extrahierten phasenverschobenen Signallichts (104c) und des nicht phasenverschobenen Signallichts (105c), um ein geschaltetes Signallicht (106) und ein nichtgeschaltetes Signallicht (107) zu erzeugen, wobei das geschaltete Signallicht (106) als Ausgang zugeführt wird, wobei das geschaltete Signallicht das eine N zeitmultiplexierte Signal. (106) repräsentiert und dann erhalten wird, wenn die Phasendifferenz zwischen dem phasenverschobenen Signallicht (101) und dem nicht phasenverschobenen Signallicht π ist, und wobei das nichtgeschaltete Signallicht die übrigen N – 1 zeitmultiplexierten Signale (107) repräsentiert und dann erhalten wird, wenn die Phasendifferenz zwischen dem phasenverschobenen Signallicht (101) und dem nicht phasenverschobenen Signallicht null ist.
Verfahren zum Demultiplexieren eines zeitmultiplexierten Signals, umfassend die folgenden Schritte: a) Zuführen eines pulscodierten Signallichts (101), das N zeitmultiplexierte Signale umfasst; b) Unterteilen des pulscodierten Signallichts (101) in erste (104) und zweite (105) pulscodierte Signallichter; c) Erzeugen eines Taktsignals mit einer Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signallichts (101) und gleich der Taktfrequenz des zu demultiplexierenden multiplexierten Signals; d) Erzeugen, als Reaktion auf das Taktsignal, eines Taktlichts (102), das durch ein intensitätsmoduliertes Licht repräsentiert wird, das mit dem Taktsignal synchron ist und das zeitlich einem der N zeitmultiplexierten Signale entspricht; e) Kombinieren des ersten pulscodierten Signallichts (104), umfassend die N zeitmultiplexierten Signale und das Taktlicht (102), das zeitlich einem der genannten N zeitmultiplexierten Signale entspricht; f) Zuführen des kombinierten ersten pulscodierten Signallichts und des Taktlichts zu einem nichtlinearen optischen Medium (4), so dass wenigstens ein Vierwellenmischlicht (103) in dem nichtlinearen optischen Medium (4) erzeugt wird und die Phase des ersten pulscodierten Signallichts (104) gemäß der Peakintensität des Taktlichts verschoben wird, wobei der Zeitmittel-Leistungswert des Vierwellenmischlichts ein Maß für die Phasendifferenz zwischen dem Taktlicht und dem pulscodierten Signallicht ist; g) Empfangen des in dem nichtlinearen optischen Medium erzeugten Vierwellenmischlichts (103) und des ersten pulscodierten Lichtes (104), das gemäß der Peakintensität des Taktlichts (102) phasenverschoben ist, von dem nichtlinearen optischen Medium (4) des Taktlichts (102); h) Bewirken, dass sich das erste, gemäß der Peakintensität des Taktlichts phasenverschobene pulscodierte Signallicht (104) mit, dem zweiten pulscodierten Signallicht (105) überlagert, so dass ein geschaltetes Signallicht (106) und ein nichtgeschaltetes Signallicht (107) erhalten werden, wobei das geschaltete Signallicht das eine N zeitmultiplexierte Signal (106) repräsentiert und von dem ersten (104) und dem zweiten (105) Signallicht mit einer Phasendifferenz von π erhalten wird, und wobei das nichtgeschaltete Signallicht die übrigen N – 1 zeitmultiplexierten Signale (107) repräsentieren und von dem ersten (104) und dem zweiten (105) Signallicht mit einer Phasendifferenz von null erhalten werden; i) Zuführen des nichtgeschalteten Signallichts (107), des Taktlichts (101) und des Vierwellenmischlichts (103) als zu demultiplexierender Ausgang; j) Trennen des geschalteten Signallichts (106) von dem Taktlicht (102) und dem Vierwellenmischlicht (103); k) Zuführen des so getrennten geschalteten Signallichts (106) als Ausgang, der ein demultiplexiertes Signallicht repräsentiert; l) Trennen des Vierwellenmischlichts (103) von dem geschalteten Signallicht (106) und dem Taktlicht (102); und m) Erzeugen einer Steuerspannung in Abhängigkeit von dem so getrennten Vierwellenmischlicht (103); wobei die Steuerspannung zum Erzeugen des Taktsignals verwendet wird, so dass das Taktsignal und das Taktlicht auf das pulscodierte Signal phasenverriegelt sind und eine Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signallichts haben, wobei N eine ganze Zahl ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das erste pulscodierte Signallicht und das zweite pulscodierte Signallicht in Schritt h) in einen Optokoppler eingegeben werden, so dass sie einander überlagern, um geschaltete (106) und nichtgeschaltete (107) Signallichter zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das erste pulscodierte Signallicht und das zweite pulscodierte Signallicht in Schritt h) in einen Polarisationsstrahlspalter eingegeben werden, so dass sie einander überlagern, um geschaltete (106) und nichtgeschaltete (107) Signallichter zu erzeugen.
Vorrichtung zum Demultiplexieren eines zeitmultiplexierten Signals, die Folgendes umfasst: Mittel zum Zuführen eines pulscodierten Signallichts (101), umfassend N zeitmultiplexierte Signale; einen Optokoppler (2) zum Unterteilen des pulscodierten Signallichts in erste (104) und zweite (105) pulscodierte Signallichter; einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) (10) zum Erzeugen eines Taktsignals mit einer Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signallichts und gleich der Taktfrequenz des zu demultiplexierenden multiplexierten Signals; einen Taktlichtgenerator (11) zum Empfangen des Taktsignals von dem VCO als Eingang und zum Erzeugen, als Reaktion auf das Taktsignal, eines intensitätsmodulierten Taktlichts (102), das mit dem Taktsignal synchron ist; einen Optokoppler (1) zum Kombinieren des ersten pulscodierten Signallichts (104) und des Taktlichts (102), das von dem Taktlichtgenerator (11) ausgegeben wird; ein nichtlineares optisches Medium (4) zum: a) Empfangen des kombinierten ersten pulscodierten Signallichts (104) und Taktlichts (102) von dem Optokoppler und zum Erzeugen einer Reihe von Ausgangslichtern (104, 102, 103), wobei wenigstens eines der Ausgangslichter ein Vierwellenmischlicht (103) ist und wobei die Phase des ersten pulscodierten Signallichts (104) gemäß der Peakintensität des Taktlichts verschoben ist, wobei der Zeitmittel-Leistungswert des Vierwellenmischlichts ein Maß für die Phasendifferenz zwischen dem Taktlicht und dem pulscodierten Signallicht ist; und b) Empfangen des zweiten pulscodierten Signallichts (105); Mittel, um zu bewirken, dass das erste (104) und das zweite (105) pulscodierte Signallicht eineinander überlagern, um dadurch ein geschaltetes Signallicht (106) und ein nichtgeschaltetes Signallicht (107) zu erzeugen; wobei das phasenverschobene erste pulscodierte Signallicht (104), das Taktlicht (102) und das Vierwellenmischlicht (103) sowie das zweite pulscodierte Signallicht (105) dem Mittel zugeführt werden, um zu bewirken, dass das erste (104) und das zweite pulscodierte Signallicht einander überlagern, um ein geschaltetes Signallicht (106) und ein nichtgeschaltetes Signallicht (107) zu erzeugen, wobei das geschaltete Signallicht das eine N zeitmultiplexierte Signal (106) repräsentiert und von dem ersten (104) und dem zweiten (105) Signallicht mit einer Phasendifferenz von π erhalten wird, und wobei das nichtgeschaltete Signallicht die übrigen N – 1 zeitmultiplexierten Signale (107) repräsentiert und von dem ersten (104) und dem zweiten (105) Signallicht mit einer Phasendifferenz von null erhalten wird; einen Optokoppler (3) zum Empfangen des geschalteten Signallichts (106), des Taktlichts (102) und des Vierwellenmischlichts (103) und zum Unterteilen derselben in ein erstes und ein zweites Ausgangslicht; einen optischen Filter (6) zum Empfangen des ersten Ausgangslichts von dem Optokoppler (3) und zum Extrahieren nur des zuzuführenden geschalteten Signallichts (106) als demultiplexierten Signalausgangs von dem ersten Ausgangslicht; einen optischen Filter (5) zum Empfangen des zweiten Ausgangslichts von dem Optokoppler (3) und zum Extrahieren nur des Vierwellensignallichts (103) von dem zweiten Ausgangslicht; einen optoelektronischen Wandler (8) zum Empfangen des extrahierten Vierwellenmischlichts (103) von dem optischen Filter (5) und zum Umwandeln desselben in ein entsprechendes elektrisches Signal; eine Steuerschaltung (9) zum Empfangen des elektrischen Signals von dem optoelektronischen Wandler (8) und zum Anlegen einer Steuerspannung in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal an den VCO (10) zum Erzeugen des Taktsignals, so dass das Taktsignal und das Taktlicht auf das pulscodierte Signal phasenverriegelt sind und eine Frequenz von einem N-tel der Taktfrequenz des Signallichts haben, wobei N eine ganze Zahl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Mittel, um zu bewirken, dass das erste pulscodierte Signallicht und das zweite pulscodierte Signallicht einander überlagern, ein Optokoppler ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Optokoppler, der verwendet wird, um zu bewirken, dass das erste und das zweite pulscodierte Signallicht einander überlagern, derselbe Optokoppler (2) ist, der zum Unterteilen des pulscodierten Signallichts in erste (104) und zweite (105) pulscodierte Signallichter verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Mittel, um zu bewirken, dass das erste pulscodierte Signallicht und das zweite pulscodierte Signallicht einander überlagern, ein Polarisationsstrahlenspalter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das erste (104) und das zweite (105) pulscodierte Signallicht in entgegengesetzten Richtungen durch das nichtlineare optische Medium wandern.