DE69833463T2

DE69833463T2 - Minimierung der Dispersion von faseroptischen Übertragungsstrecken

Info

Publication number: DE69833463T2
Application number: DE69833463T
Authority: DE
Inventors: Fujitsu Limited Hiroki Ooi; Fujitsu Limited George Ishikawa
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: CN1244207C; EP0898391B1; JPH1168657A; DE69839099T2; EP0898391A2; EP1443689A3; EP1443690B1; DE69839099D1; JP3649556B2; EP1443689B1; CN1209006A; EP1443689A2; DE69833463D1; DE69834004D1; US6411416B1; EP1443690A3; EP1443690A2; EP0898391A3; DE69834004T2

Description

Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität von der japanischen Anmeldung Nr. 9-224056, eingereicht in Japan am 20. August 1997.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermindern der Menge der Dispersion in einer optischen Faser-Übertragungsleitung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermindern der Menge der Dispersion in der Übertragungsleitung durch Steuern der Gesamtdispersion-, um im Wesentlichen die Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente eines optischen Signals, das durch die Übertragungsleitung läuft, zu minimieren.
Optische Übertragungssysteme, welche optische Faser-Übertragungsleitungen verwenden, werden zur Übertragung von relativ großen Informationsmengen verwendet. Beispielsweise sind nunmehr optische Übertragungssysteme mit 10 Gb/s in optischen Hauptleitungs-Kommunikationen im praktischen Einsatz. Da die Benutzer größere Mengen von Informationen, welche schnell zu übertragen sind, benötigen, ist jedoch eine weitere Zunahme der Kapazität der optischen Übertragungssysteme erforderlich.
Zeit-Multiplexen (TDM) (umfassend optisches Zeit-Multiplexen (OTDM)) und Wellenlängen-Multiplexen (WDM) werden als Möglichkeiten für solche optischen Übertragungssysteme mit hoher Kapazität in Betracht gezogen. Beispielsweise wird in Bezug auf die TDM- Techniken für die 40-Gb/s-Systeme ein signifikanter Anteil der weltweiten Forschung durchgeführt.
Chromatische Dispersion (Gruppengeschwindigkeits-Dispersion (GVD)) ist einer der Faktoren, der die Übertragungsdistanz in einem 40-Gb/s-System vermindert. Da die Dispersionstoleranz umgekehrt proportional zum Quadrat der Bitrate ist, wird die Dispersionstoleranz, welche ungefähr 800 ps/nm bei 10 Gb/s ist, um einen Faktor von 16 auf ungefähr 50 ps/nm bei 40 Gb/s vermindert.
In gemessenen Experimenten wurde beispielsweise ein optisches Zeit-Multiplex-Signal (OTDM) mit einer Wellenlänge des Signallichtes bei 1,55 μm (dort ist die Übertragungsverlust in einer Silizium-Faser am geringsten) über eine Distanz von 50 km durch eine Ein-Moden-Faser (SMF) übertragen. Die SMF wies eine Null-Dispersions-Wellenlänge von 1,3 μm auf. Dieser Typ von SMF ist der Fasertyp, der auf der Welt am meisten installiert wird. Die Eingangsleistung des Signallichtes lag bei +3 dBm, und die Bitrate betrug 40 Gb/s. Dispersions-Kompensation wurde unter der Verwendung einer Dispersions-Kompensations-Faser (DCF) durchgeführt. Die Breite des Dispersions-Kompensations-Wertebereichs, der erlaubt war, um den Leistungsverlust (Verschlechterung der optischen Signal-Empfangs-Sensitivität durch die Übertragung) innerhalb von 1 dB (Dispersions-Kompensations-Toleranz) zu halten, betrug 30 ps/nm. Da der Dispersions-Kompensationswert, der zu diesem Zeitpunkt erforderlich ist, 930 ps/nm (18,6 ps/nm/km × 50 km) ist, wird ersichtlich, dass die Dispersions-Kompensation mit einer Genauigkeit von 930 ± 15 ps/nm durchgeführt wer den muss, was sehr nahe an einer Kompensation mit 100 Genauigkeit liegt.
Andererseits verändert sich die Dispersion in einer Übertragungsleitung mit der Zeit aufgrund von Schwankungen, beispielsweise von Temperaturschwankungen. Falls beispielsweise eine SMF-Übertragung über 50 km betrachtet wird, wird die Größe der Veränderung der Übertragungsleitungs-Dispersion bei Temperaturschwankungen zwischen –50 und 100°C wie folgt abgeschätzt: (Temperaturabhängigkeit der Null-Dispersions-Wellenlänge der Übertragungsleitung) × (Temperaturveränderung) × (Dispersionssteigung) × (Übertragungsdistanz) = 0,03 nm/°C × 150°C × 0,07 ps/nm²/km × 50 km = 16 ps/nm.
Dieser Wert kann beträchtlich sein im Vergleich zu der oben beschriebenen Dispersions-Kompensations-Toleranz. Demzufolge muss bei einer Übertragung mit hoher Kapazität bei 40 Gb/s und höher die Übertragungsleitungs-Dispersion die ganze Zeit überwacht werden, um die Gesamtdispersion bei Null zu halten. Dies erfordert auch eine dispersionsverschobene Faser (DSF), welche eine geringe chromatische Dispersion in dem 1,55 μm-Band aufweist.
Bei der Entwicklung von automatischen Dispersions-Glättungssystemen (ein System zum automatischen Steuern der Gesamtdispersion auf Null mit Rückkopplung) treten bei folgenden Punkten Probleme auf:

(i) Realisation eines variablen Dispersions-Kompensators.
(ii) Ein Verfahren zum Detektieren der Übertragungsleitungs-Dispersion (oder der Menge der Gesamtdispersion nach der Dispersions-Kompensation).
(iii) Verfahren für Rückkopplungssteuerung einer Dispersions-Kompensations-Menge.

In Bezug auf den obigen Punkt (i) wäre ein einfacher Ansatz die Verwendung von DCFs mit unterschiedlichen Dispersions-Kompensationsmengen und die Veränderung der Menge der Dispersions-Kompensation auf nicht-kontinuierliche Weise durch das Schalten zwischen den DCFs unter der Verwendung eines optischen Schalters. Es wurden Verfahren zum kontinuierlichen Variieren der Menge der Dispersions-Kompensation durch Anwendung einer Belastung vorgeschlagen (siehe z. B. M.M. Ohm et al., "Tunable grating dispersion using a piezoelectric stack," OFC '97 Technical Digest, WJ3, S. 155–156). Ferner wurden Verfahren zum Bereitstellen eines Temperaturgradienten für ein Fasergitter vorgeschlagen (siehe z. B. Sergio Barcelos et al., "Characteristics of chirped fiber gratings for dispersion compensation," OFC '96 Technical Digest, WK12, S. 161–162). Darüber hinaus wurden Verfahren zum Bereitstellen einer Phasenveränderung durch eine Temperaturveränderung für eine planare Lichtwellen-Schaltung (PLC) vorgeschlagen (siehe z. B. K. Takiguchi et al., "Variable Group-Delay Dispersion Equalizer Using Lattice-Form Programmable Optical Filter on Planar Lightwave Circuit," IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics, 2, 1996, S. 270–276). Ein weiteres mögliches Verfahren wäre die Variation der Übertragungsleitungs-Dispersion unter der Verwendung einer Lichtquelle mit variabler Wellenlänge anstatt der Verwendung eines variablen Dispersions-Kompensators. In diesem Fall muss die Mittenfrequenz eines optischen Filters simultan auf eine ineinander greifende Weise variiert werden.
In Bezug auf den obigen Punkt (ii) wurde herkömmlich ein gepulstes Verfahren oder ein Phasenverfahren verwendet, welches das Bereitstellen einer Vielzahl von Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen und das Messen der Gruppen-Verzögerungs-Differenzen oder Phasendifferenzen zwischen den Ausgabestrahlen umfasst. Jedoch erfordert die Verwendung dieser Verfahren während des Systembetriebs, dass der Systembetrieb während der Messung der Dispersionsmenge unterbrochen wird oder dass das Messen von Licht einer Wellenlänge, die sich von der Signalwellenlänge unterscheidet, mit dem Signallicht wellenlängengemultiplext wird. Im letzteren Fall tritt das Problem auf, dass eine Abschätzung der Dispersionsmenge bei dem Signallicht aus der mit der Lichtmessung gemessenen Dispersionsmenge erforderlich ist, da die Übertragungsleitungs-Dispersion mit der Wellenlänge variiert: In A. Sano et al., "Automatic dispersion equalization by monitoring extracted-clock power level in a 40-Gbit/s, 200-km Transmission line," ECOC '96, TuD, 3.5, 1996, S. 207–210, ist ein Verfahren offenbart, bei dem die Leistung einer Taktkomponente (B-Hz-Komponente, wenn die Datensignal-Bitrate B b/s ist) aus dem empfangenen optischen Signal detektiert wird und die Menge der Dispersions-Kompensation gesteuert wird, so dass die Leistung maximiert wird. Diese Technik kann für den Fall eines auf Null zurückgehenden Signals (RZ), welches eine Taktkomponente enthält, angewendet werden, aber es kann nicht für den Fall angewendet werden, bei dem die Intensität der Taktkomponente nicht die größte bei Null-Dispersion ist, wie bei einem nicht auf Null zurückgehenden Signal (NRZ) oder in einem OTDM-Signal, bei dem eine Vielzahl von RZ-Signalen zeit-gemultiplext werden, wobei ihre Schwänze miteinander überlappen.
In Bezug auf den obigen Punkt (iii) wäre ein möglicher Ansatz die Menge der Gesamtdispersion über einen weiten Bereich zu verteilen, und zwar unter der Verwendung eines variablen Dispersions-Kompensators oder eine Lichtquelle mit variabler Wellenlänge während der Unterbrechung des Systembetriebs, bis ein Punkt detektiert wird, bei dem die Gesamtdispersionsmenge Null wird. Dann kann die Menge der Dispersions-Kompensation auf diesen Punkt eingestellt werden. Jedoch ist ein Verfahren zu bevorzugen, bei dem eine Steuerung jederzeit durchgeführt werden kann, ohne den Systembetrieb zu unterbrechen.
Die Europäische Patentanmeldung EP 0 700 178 A2 offenbart verschiedene Alternativen zur Steuerung der Dispersion in Faseroptiken, wobei eine Übertragungs-Charakteristik des Systems gemessen wird und abhängig von der Messung die Menge der Dispersions-Kompensation oder Faser gesteuert wird und/oder die Wellenlänge eines einstellbaren Lasersenders variiert wird. Diese Patentanmeldung offenbart ferner, dass ein Niedrig-Frequenz-Signal überlagert werden kann, und zwar zur Steuerung des Drifts der übertragenen Signale und/oder zur Kanalidentifikation oder Stabilisation der Phase eines Taktsignals beim Empfänger.
WESEN DER ERFINDUNG
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Dispersion in einer optischen Faser-Übertragungsleitung zu schaffen. Die Erfindung wird in den Ansprüchen 1 und 6 definiert.
Beispielhafte Anordnungen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum direkten Steuern der Intensität der spezifischen Frequenzkomponente, um die Intensität der spezifischen Frequenzkomponente in der Augenöffnung, oder zwischen den größten Spitzen der Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik des optischen Signals zu minimieren. In diesem Fall wird die Intensität direkt gesteuert, anstatt dass die Intensität durch die Steuerung der Menge der Gesamtdispersion gesteuert wird.
Weitere Anordnungen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern der Gesamtdispersion der Übertragungsleitung, um die Intensität der spezifischen Frequenzkomponente entlang eines Punktes auf der Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik zu halten, der in der Augenöffnung liegt.
Weitere Anordnungen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei dem ein zeit-gemultiplextes optisches Signal, welches durch ein n·m-Bit/Sekunde Datensignal moduliert ist, das durch Zeit-Multiplexen von n optischen Signalen erhalten wird, welche jeweils durch ein m-Bit/Sekunde Datensignal moduliert sind, durch eine optische Faser-Übertragungsleitung übertragen wird. Das zeit-gemultiplexte optische Signal weist eine Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik mit wenigstens zwei Spitzen auf. Es wird dann entweder (a) eine n·m-Hertz-Frequenzkomponente aus dem zeit-gemultiplexten optischen Signal nach der Übertragung durch die optische Faser-Übertragungsleitung detektiert, wobei die Menge der Gesamtdispersion der optischen Faser-Übertragungsleitung gesteuert wird, um die Intensität der detektierten n·m-Hertz-Frequenzkomponente zwischen den zwei größten Spitzen der Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik des zeit-gemultiplexten optischen Signal im Wesentlichen zu minimieren, oder (b) es wird eine m-Hertz-Frequenzkomponente aus dem zeit-gemultiplexten optischen Signal nach der Übertragung durch die optische Faser-Übertragungsleitung detektiert, wobei dann die Menge der Gesamtdispersion der optischen Faser-Übertragungsleitung gesteuert wird, um die Intensität der detektierten m-Hertz-Frequenzkomponente zu maximieren.
Weitere Anordnungen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei dem ein zeit-gemultiplextes optisches Signal, das durch ein n·m-Bit/Sekunde Datensignal moduliert ist, welches durch Zeit-Multiplexen von n optischen Signalen, welche jeweils durch ein m-Bit/Sekunde Datensignal amplituden-moduliert sind, erhalten wird, durch eine optische Faser-Übertragungsleitung übertragen wird. Das zeit-gemultiplexte optische Signal weist eine Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik mit wenigstens zwei Spitzen auf. Es wird dann entweder (a) eine n·m-Hertz-Frequenzkomponente detektiert aus dem zeit-gemultiplexten optischen Signal nach der Übertragung durch die optische Faser-Übertragungsleitung, wobei die Frequenz der detektierten n·m-Hertz-Frequenzkomponente gesteuert wird, um die Intensität zwischen den zwei größten Spitzen der Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik des zeit- gemultiplexten optischen Signals im Wesentlichen zu minimieren, oder es wird (b) eine m-Hertz-Frequenzkomponente detektiert aus dem zeit-gemultiplexten optischen Signal nach der Übertragung durch die optische Faser-Übertragungsleitung, wobei die Intensität der detektierten m-Hertz-Frequenzkomponente gesteuert wird, um die Intensität zu maximieren.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Gesamtmenge der Dispersion in einer Übertragungsleitung. Insbesondere wird die Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente eines optischen Signals detektiert, das durch eine Übertragungsleitung übertragen wird. Dann wird die Menge der Gesamtdispersion der Übertragungsleitung aus der Intensität der detektierten spezifischen Frequenzkomponente bestimmt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nunmehr Ausführungsformen beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Graph ist, der Computersimulations-Ergebnisse der Abhängigkeit der Intensität einer 40-GHz-Taktkomponente von der Menge der Gesamtdispersion für ein 40-Gb/s OTDM-Signal zeigt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
2 ein Graph ist, der Computersimulations-Ergebnisse der Abhängigkeit der Intensität einer 40-GHz-Taktkomponente von der Menge der Gesamtdispersion für ein 40-Gb/s NRZ-Signal zeigt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
3 ein Graph ist, der Computersimulations-Ergebnisse der Abhängigkeit der Intensität einer 40-GHz-Taktkomponente von der Menge der Gesamtdispersion für ein 40-Gb/s RZ-Signal (Duty 50%) zeigt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
4 ein Graph ist, der Computersimulations-Ergebnisse der Abhängigkeit der Intensität einer 40-GHz-Taktkomponente von der Menge der Gesamtdispersion für ein 40-Gb/s RZ-Signal (Duty 25%) erzeugt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
5 ein Diagramm ist, welches einen optischen Modulator zeigt, der ein 40-Gb/s OTDM-Signal erzeugt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
6(A), 6(B), 6(C), 6(D) und 6(E) Wellenform-Diagramme sind, welche die Operation des optischen Modulators der 5 angeben, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
7 ein Basisbandspektrum eines OTDM-Signals ist, und zwar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ein Basisbandspektrum eines NRZ-Signals ist, und zwar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9(A), 9(B) und 9(C) Wellenform-Diagramme eines OTDM-Signals sind, nachdem es einer chromatischen Dispersion unterzogen wurde, und zwar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10(A), 10(B) und 10(C) Wellenform-Diagramme eines NRZ-Signals sind, nachdem es einer chromatischen Dispersion unterzogen wurde, und zwar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ein Diagramm ist, um einen Fall zu erklären, bei dem die Menge an Dispersions-Kompensation an einem Minimum in einem Verfahren ist, welches die Menge der Gesamtdispersion innerhalb eines sehr kleinen Bereichs bei einer niedrigen Frequenz f₀ verändert, und zwar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ein Diagramm ist, um einen Fall zu erklären, bei dem die Menge der Dispersions-Kompensation von einem Minimum in einem Verfahren abweicht, das die Menge der Gesamtdispersion innerhalb eines sehr kleinen Bereichs bei einer niedrigen Frequenz f₀ verändert, und zwar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ein Diagramm ist, welches ein automatisches Dispersions-Glättungssystem zeigt und zwar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 ein Diagramm ist, welches ein spezifisches Beispiel eines optischen Senders des automatischen Dispersions-Glättungssystems der 13 zeigt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
15 ein Diagramm ist, welches ein spezifisches Beispiel des optischen Empfängers des automatischen Dispersions-Glättungssystems der 13 zeigt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
16 ein Diagramm eines optischen Senders gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung ist;
17 ein Diagramm ist, welches einen von der Polarisation unabhängigen Demultiplexer (DEMUX) zeigt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
18 ein Diagramm eines Bereichs eines optischen Empfängers ist, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
19 ein Diagramm ist, welches einen variablen Dispersions-Kompensator zeigt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
20 ein Graph ist, der die Muster A bis D der Spannungen V₁ bis V₂₁ zeigt, welche auf Segmente des variablen Dispersions-Kompensators der 19 angelegt werden, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
21 ein Graph ist, der die Dispersionswerte für die Spannungsmuster A bis D in 20 zeigt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
22 ein Diagramm ist, welches die Steuerung für die Kompensationsmenge gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung zeigt;
23 ein Diagramm ist, welches eine Modifikation des automatischen Dispersions-Glättungssystems der 13 zeigt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
24 ein Diagramm ist, welches eine detaillierte Konfiguration des automatischen Dispersions-Glättungssystems der 13 zeigt, und zwar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
25(A), 25(B), 25(C), 25(D), 25(E), 25(F) und 25(G) Wellenform-Diagramme sind, welche die Operation des automatischen Dispersions-Glättungssystems der 24 erklären, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
26 ein Diagramm ist, welches eine Modifikation des automatischen Dispersions-Glättungssystems der 24 zeigt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
27 ein Diagramm ist, welches ein Beispiel eines Dispersions-Glättungssystems zeigt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung;
28 ein Diagramm ist, welches eine Modifikation des Dispersions-Glättungssystems der 27 zeigt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN ANORDNUNGEN UND BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden nunmehr detailliert die vorliegenden beispielhaften Anordnungen und bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt werden, wobei gleiche Bezugszeichen immer die gleichen Elemente bezeichnen.
1 ist ein Diagramm, welches Computersimulations-Ergebnisse der Abhängigkeit der Gesamtdispersion von der Intensität einer 40-GHz-Komponente in dem Basisbandspektrum eines OTDM-Signals mit einer Datensignal-Bitrate von 40 GHz zeigt. 2 ist ein Diagramm, welches Computersimulations-Ergebnisse der Abhängigkeit der Gesamtdispersion von der Intensität einer 40-GHz-Komponente in einem Basisbandspektrum eines optischen NRZ-Signals mit einer Datensignal-Bitrate von 40 GHz zeigt. 3 ist ein Diagramm, welches Computersimulations-Ergebnisse der Abhängigkeit der Gesamtdispersion von der Intensität einer 40-GHz-Komponente in dem Basisbandspektrum eines optischen RZ-Signals (Duty 50%) mit einer Datensignal-Bitrate von 40 GHz zeigt. 4 ist ein Diagramm, welches Computersimulations-Ergebnisse der Abhängig keit der Gesamtdispersion von der Intensität einer 40-GHz-Komponente in dem Basisbandspektrum eines optischen RZ-Signals (Duty 25%) mit einer Datensignal-Bitrate von 40 GHz zeigt.
1 bis 4 zeigen auch eine Augenöffnung in der Richtung der Amplitude. In 1 bis 4 betrug die Eingabe-Lichtleistung –5 dBm im Durchschnitt, und die SMF-Länge betrug 50 km. Die Menge der Gesamtdispersion wurde variiert durch das Variieren der Menge der Dispersion in einer DCF, die in Reihe mit der SMF geschaltet ist.
5 ist ein Diagramm, welches einen optischen Modulator 10 zeigt, der ein 40-Gb/s OTDM-Signal gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung zeigt. In Bezug auf 5 werden optische Wellenleiter 14 beispielsweise gebildet durch thermisches Diffundieren von Ti in ein LiNbO₃-Substrat 12, auf dessen Oberseite ein Elektrodenmuster 16 (durch Schraffur in 5 gezeigt) ausgebildet ist, beispielsweise unter der Verwendung von Au. Somit umfasst der optische Modulator 10 einen optischen Schalter 18 mit einer Eingabe und zwei Ausgaben, wobei der Datenmodulator 20 zwei unabhängige optische Modulatoren, eine Phasensteuerung 22 und einen optischen Multiplexer 24 aufweist.
6(A), 6(B), 6(C), 6(D) und 6(E) sind Wellenform-Diagramme, welche den Betrieb des optischen Modulators 10 gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung wiedergibt.
In 5, 6(A), 6(B), 6(C), 6(D) und 6(E) werden die in 6(A) und 6(B) gezeigten optischen Taktsignale, die 180° außer Phase sind, von dem optischen Schalter 18 ausgegeben, wenn kontinuierliches Licht in die optischen Wellenleiter in dem Schalter 18 mit einer Eingabe und zwei Ausgaben eingegeben wird und 20-GHz-Takte, die um 180° phasenverschoben sind, an den zwei Elektroden angelegt werden. Diese Signale werden dann in die zwei optischen Modulatoren in dem Datenmodulator 20 eingegeben. Ein 20-Gb/s Datensignal wird an jedem der zwei Lichtmodulatoren angelegt, und die RZ-Signale, die in 6(C) und 6(D) gezeigt sind, werden von dem Datenmodulator 20 ausgegeben. Die Phasensteuerung 22 stellt die Phasen der Lichtwellen ein, so dass die Phasendifferenz zwischen zwei Lichtwellen 180° beträgt, und diese Lichtwellen werden in dem optischen Multiplexer 24 kombiniert. Da die Phasendifferenz zwischen den zwei Lichtwellen 180° in Abschnitten beträgt, wo die Ziffern "1" aufeinanderfolgend auftreten, löschen sich die Schwänze gegenseitig aus, so dass sich die Wellenform an diejenige eines RZ-Signals annähert, wie in 6(E) gezeigt ist. In anderen Abschnitten, wo wenigstens eines der benachbarten Bits eine "0" ist, nähert sich die Wellenform einem NRZ-Signal an.
In 3 und 4 ist für die RZ-Signale, welche durch diese Figuren wiedergegeben werden, gezeigt, dass die Intensität der 40-GHz-Komponente die größte ist, wenn die Menge der Gesamtdispersion Null ist.
Demgegenüber ist in 1 für das OTDM-Signal, welches durch diese Figur wiedergegeben ist, gezeigt, dass sich die Intensität der 40-GHz-Komponente an einem Minimum in der Augenöffnung befindet, wenn die Menge der Gesamtdispersion Null ist. Auf ähnliche Weise ist in 2 für das NRZ-Signal, welches durch die Figur wiedergegeben wird, gezeigt, dass die Intensität der 40-GHz-Komponente an einem Minimum in der Augenöffnung ist, wenn die Menge der Gesamtdispersion Null ist.
Zu Verweiszwecken sind die Basisbandspektren der optischen modulierten Signale in 7 und 8 für OTDM bzw. NRZ gezeigt. Im Falle von NRZ gibt es keine 40-GHz-Komponente, es wird jedoch aus qualitativer Sicht vermutet, dass die 40-GHz-Komponente auftritt, und zwar aufgrund der spektralen Aufteilung nach chromatischer Dispersion.
Wellenformen (geglättete Wellenformen) nach den Dispersionen von –40, 0 und +40 ps/nm sind in 9(A), 9(B) bzw. 9(C) für OTDM gezeigt. In ähnlicher Weise sind Wellenformen (geglättete Wellenformen) nach den Dispersionen von –40, 0 und +40 ps/nm in 10(A), 10(B) bzw. 10(C) für NRZ gezeigt. Wie sowohl für OTDM als auch für NRZ gezeigt ist, nimmt nach der Dispersion (positiv und negativ) der "1"-Pegel im Zentrum der Wellenform zu, jedoch sind die Kreuzungspunkte niedriger, woraus sich ergibt, dass die Variation der Intensität in einem Zyklus auftritt, der der Länge einer Schlitzzeit entspricht, was somit eine 40-GHz-Komponente erzeugt.
In Bezug auf den obigen Punkt (i) ergibt sich, dass bei der Übertragung eines optischen Signals, dessen Bitrate im Allgemeinen durch B b/s repräsentiert wird und dessen B-Hertz-Komponente an einem Minimum bei Null-Dispersion ist, die Menge der Gesamtdispersion auf Null gesetzt werden kann, falls der Steuerpunkt, an dem die B-Hertz-Komponente des empfangenen optischen Signals in einem Minimum in der Augenöffnung ist, durch die Variation der Steuerpunkte einer variablen Dispersions-Vorrichtung detektiert werden kann, wie z. B. durch die Variation der Menge der Dispersions-Kompensation und der Signal-Lichtwellenlänge. Neben der B-Hertz-Komponente können andere Frequenzkomponenten, wie z. B. eine Harmonische von B-Hertz, verwendet werden, um eine ähnliche Steuerung durchzuführen.
Wie sich aus 1 und 2 ergibt, gibt es ferner zwei Maximalpunkte oder größte Spitzen an symmetrischen Positionen auf beiden Seiten eines Minimalpunktes in jeder der OTDM- und NRZ-Wellenformen. In Fällen, in denen es schwierig ist, einen Minimalpunkt zu detektieren, kann deshalb die Menge der Gesamtdispersion auf Null gesetzt werden, und zwar durch die Detektion der Steuerpunkte der variablen Dispersions-Kompensations-Vorrichtung, welche die zwei Maximalpunkte bereitstellen, und durch das Festlegen des mittleren Punktes zwischen diesen.
Im Falle eines OTDM-Signals, das durch ein n·m-bit/s Datensignal, welches durch Zeit-Multiplexen von n RZ-Signalen erhalten wird, welche jeweils amplituden-moduliert werden durch ein m-bit/s Signal, kann ferner die m-Hertz-Komponente extrahiert werden, und die Gesamtdispersion der Übertragungsleitung kann gesteuert werden, so dass die m-Hertz-Komponente ein Maximum wird. Eine solche Steuerung kann durchgeführt werden anstatt des Extrahierens einer n·m-Hertz-Komponente und des Steuerns der Gesamtdispersion der Übertragungsleitung, so dass die n·m-Hertz-Komponente ein Minimum erreicht, wie oben beschrieben wurde. Der Grund hierfür ist, dass die m-bit/s RZ-Signale, welche das OTDM-Signal bilden, jeweils eine m-Hertz-Komponente beinhalten und, wie aus 3 und 4 ersichtlich ist, dass die Komponente an einem Maximum ist, wenn die Menge der Gesamtdispersion Null ist.
Insbesondere wird in diesem Fall die n·m-Hertz-Komponente oder die m-Hertz-Komponente extrahiert, und die Menge der Gesamtdispersion der Übertragungsleitung wird gesteuert, so dass die n·m-Hertz-Komponente oder die m-Hertz-Komponente ein Minimum bzw. ein Maximum wird.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und wie sich im Detail weiter unten ergibt, schafft die vorliegende Erfindung deshalb ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Dispersion in einer Übertragungsleitung. Insbesondere wird die Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente eines optischen Signals, das durch die Übertragungsleitung übertragen wird, detektiert. Das optische Signal weist eine Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik mit einer entsprechenden Augenöffnung auf, siehe beispielsweise 1 und 2. Die Menge der Gesamtdispersion der Übertragungsleitung wird gesteuert, um die Intensität der spezifischen Frequenzkomponente in der Augenöffnung im Wesentlichen zu minimieren. Wie beispielsweise in 1 und 2 gezeigt ist, wird als Ergebnis die Dispersion minimiert, und zwar durch das Minimieren der Intensität der spezifischen Frequenzkomponente in der Augenöffnung.
Bei der tatsächlichen Umsetzung ist es sehr schwierig, die Augenöffnung zu messen. Somit wäre es schwierig zu bestimmen, ob die Intensität der spezifischen Frequenzkomponente tatsächlich in der Augenöffnung minimiert ist. Folglich kann es schwierig sein, die erforderliche Steuerung zu erreichen.
In Bezug auf beispielsweise 1 und 2 kann deshalb ein optisches Signal, wie z. B. ein OTDM- o der ein NRZ-Signal beschrieben werden als ein Signal, das eine Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik mit wenigstens zwei Spitzen aufweist. Die Menge der Gesamtdispersion der Übertragungsleitung kann dann gesteuert werden, um die Intensität der spezifischen Frequenzkomponente zwischen zwei höchsten Spitzen der Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik im Wesentlichen zu minimieren, wie beispielsweise in 1 und 2 gezeigt ist.
In Bezug auf den obigen Punkt (iii) ist ein mögliches Verfahren zur Variation der Menge der Gesamtdispersion innerhalb eines sehr schmalen Bereichs bei einer niedrigen Frequenz f₀ in der Umgebung eines Minimalpunktes (oder eines Maximalpunktes) die konstante Detektion des Punktes, wo die Intensität der B-Hz-Komponente an einem Minimum (oder Maximum) ist. Das Prinzip dieses Verfahrens ist in 11 und 12 gezeigt.
Insbesondere ist 11 ein Diagramm zur Erklärung eines Falls, bei dem die Menge der Dispersions-Kompensation an einem Minimum in einem Verfahren ist, welches die Menge der Gesamtdispersion innerhalb eines sehr kleinen Bereichs bei einer niedrigen Frequenz f₀ verändert, und zwar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 12 ist ein Diagramm zur Erklärung des Falls, wo die Menge der Gesamtdispersion von dem Minimum abweicht, und zwar gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 11 variiert die Intensität der B-Hz-Komponente mit der Zeit bei einer Frequenz von 2 × f₀, wenn die Menge der Dispersions-Kompensation an einem Minimalpunkt (oder Maximalpunkt) ist, und sie enthält somit nicht die Komponente der Frequenz f₀.
Wenn ausgehend von diesem Zustand die Menge der Dispersions-Kompensation verschoben wird, wie durch (b) oder (c) in 12 gezeigt ist, erscheint die Komponente der Frequenz f₀ in der zeitlichen Veränderung der Intensität der B-Hz-Komponente, wobei die Komponente ein umgekehrtes Vorzeichen zwischen (b) und (c) aufweist. Es wird hierbei die Detektion der Komponente mit der Frequenz f₀ aus der Intensität der B-Hz-Komponente sowie das Anwenden einer Rückkopplung betrachtet, und zwar derart, dass die Menge der Gesamtdispersion in der Richtung verändert wird, welche die Komponente der Frequenz f₀ eliminiert. Die Richtung der Veränderung kann aus der Phase der Komponente der Frequenz f₀ bestimmt werden.
Ferner kann die Menge der Gesamtdispersion auch detektiert werden durch das Verwenden der in 1 bis 4 gezeigten Charakteristika. Das heißt, durch das Detektieren der Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente kann die Menge der Gesamtdispersion aus der Größe der Intensität bestimmt werden, wie sich aus 1 bis 4 ergibt. Da die Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente keine Eins-zu-Eins-Entsprechung mit der Menge der Gesamtdispersion aufweist, werden die Charakteristika gemessen, indem die Steuerpunkte der variablen Dispersions-Vorrichtung in einem vorgegebenen Bereich je nach Bedarf verteilt werden.
Das oben beschriebene Verfahren zur Glättung der Dispersion und das Verfahren zur Detektion der Dispersion können nicht nur in Zeit-Multiplex-Systemen angewendet werden, sondern auch in Wellenlängen- Multiplex-Systemen (WDM). Das heißt, das Verfahren zur Glättung der Dispersion und das Verfahren zur Detektion der Dispersion gemäß der vorliegenden Erfindung können für jede Komponente angewendet werden, nachdem unterschiedliche Wellenlängen-Komponenten demultiplext wurden.
13 ist ein Diagramm, welches ein System zur automatischen Dispersions-Glättung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 13 wird ein optisches Signal mit einer Bitrate B b/s von einem optischen Sender 30 durch eine optische Übertragungsleitung (SMF) 32 übertragen und in einen optischen Empfänger 36 über einen variablen Dispersions-Kompensator 34 eingegeben. Ein Teil des optischen Signals, das in den optischen Empfänger 36 eingegeben wird, wird durch einen optischen Koppler 38 separiert und durch einen Photodetektor 40 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Von der Ausgabe des Photodetektors 40 wird eine B Hz-Komponente durch einen Bandpass-Filter 42 extrahiert, dessen Mitten-Frequenz B-Hz beträgt, und die Intensität dieser Komponente wird durch einen Intensitäts-Detektor 44 detektiert. Eine Kompensationsmengen-Steuerung 46 steuert die Kompensationsmenge in dem variablen Dispersions-Kompensator 34 in eine Richtung, welche die B-Hz-Komponente auf ein Maximum für ein RZ-Signal bringt, oder in eine Richtung, welche die B-Hz-Komponente auf ein Minimum für eine OTDM- oder eine NRZ-Wellenform bringt. Hierbei ist der variable Dispersions-Kompensator 34 an dem Empfangsende angeordnet, aber die gleiche Steuerung kann erreicht werden, falls er an einer anderen Position angeordnet ist, beispielsweise an dem sendenden Ende oder in einem linearen Repeater. Im Falle eines OTDM-Signals, welches n m – b/s RZ-Signale multiplext, kann ferner die m-Hertz-Komponente auf ein Maximum gebracht werden, anstatt die mn-Hertz-Komponente auf ein Minimum zu bringen.
14 ist ein Diagramm, welches ein spezifisches Beispiel eines optischen Senders 30 in 13 zeigt, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung. In 14 wird in einem optischen Sender 30 der OTDM-Modulator 10 der 5 als ein optischer Modulator zur Erzeugung eines optischen Signals verwendet.
In diesem Beispiel werden zwei 10-Gb/s Datensignale, die parallel eingegeben werden, durch einen Parallel-/Seriell-Konverter 70 umgewandelt, um ein 20-Gb/s NRZ-Signal zu erhalten. Dieses 20-Gb/s NRZ-Signal wird in einen Treiber 72 eingegeben, um ein 20-Gb/s Antriebssignal zu erhalten, um den optischen Modulator 20 anzutreiben. Die Ausgabe (optisches 20-Gb/s RZ-Signal) von jedem optischen Modulator 20 wird durch einen Phasenregler 22 in der Phase geregelt (die Phase wird verschoben, so dass die Phasendifferenz des Lichts 180° wird), und anschließend werden die derart geregelten Signale miteinander durch einen optischen Multiplexer 24 (optischen Koppler) kombiniert, um ein optisches 40-Gb/s Signal im NRZ-Format zu erhalten, welches anschließend auf der Übertragungsleitung über einen optischen Nachverstärker 74 ausgesendet wird. Ein detaillierteres Schaltungsdiagramm eines optischen Senders gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung ist in 16 gezeigt.
15 ist ein Diagramm, welches ein spezifisches Beispiel des optischen Empfängers 36 in 13 gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung zeigt. In 15 wird das optische 40-Gb/s Signal in einen optischen DEMUX 78 über den variablen Dispersions-Kompensator 34, den optischen Vorverstärker 76 und den Strahlaufteiler 38 eingegeben.
Ein polarisations-unabhängiger optischer DEMUX, der in 17 gezeigt ist, kann als ein optischer DEMUX 78 verwendet werden. Insbesondere zeigt 17 ein strukturelles Diagramm des polarisations-unabhängigen optischen DEMUX 78 gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung. Die Polarisations-Unabhängigkeit ist für den optischen DEMUX, der an dem Empfangsende angeordnet ist, erforderlich. Zu diesem Zweck wird das 40-Gb/s OTDM-Signal, welches nach der Übertragung durch die Faser eingegeben wird, zunächst gemäß der Polarisation in TE- und TM-Komponenten aufgeteilt, und zwar durch einen gekreuzten Wellenleiter-Polarisations-Aufteiler 80 in einer ersten Stufe. Hierbei wird die Kreuzungslänge optimiert, so dass ein Verhältnis der Polarisations-Auslöschung von 20 dB oder mehr erreicht werden kann. Als nächstes wird unter der Verwendung eines 1 × 2-Schalters 84, der durch ein 20-GHz-Sinussignal angetrieben wird, jeder Mode optisch zeit-demultiplext, und zwar in optische 20-Gb/s RZ-Signale. Zu diesem Zeitpunkt sind die zwei Ausgaben von jedem 1 × 2-Schalter in einem komplementären Verhältnis zueinander. Jedoch ist allgemein in einem LN-Schalter (Modulator) die Modulations-Effizienz größer für den TM-Mode als für den TE-Mode. Deshalb wird in der gezeigten Vorrichtung das TE-Mode-Licht nach der Polarisations-Aufteilung durch eine Halbwellenplatte 82 in ein TM-Mode-Licht konvertiert, welches dann dem optischen Demultiplexen unterzogen wird. In der letzten Stufe werden die gleichen Bit-Sequenzen kombiniert, und zwar unter der Verwendung von zwei Polarisationsstrahl-Kombinatoren. Falls hierbei die Strahlen des gleichen TM-Mode zusammen kombiniert würden, würde eine Strahl-Interferenz auf treten, wie es der Fall in dem zuvor beschriebenen OTDM-Modulator ist. Deshalb folgt dem 1 × 2-Schalter 84, bei dem die TE/TM-Mode-Konversion nicht durchgeführt wird, eine Halbwellenplatte 88, welche die TM/TE-Mode-Konversion durchführt, und anschließend werden Stärken der gekreuzten Polarisations-Komponenten kombiniert.
In 15 werden die zwei optischen 20-Gb/s RZ-Signale, welche von dem optischen DEMUX 78 erhalten werden, jeweils in eine Photodiode 90 zur Konversion in ein elektrisches Signal eingegeben, welches dann durch einen Vorverstärker 92 verstärkt wird und dessen Wellenform durch einen Glättungsverstärker 94 geformt wird. Aus dem Signal mit der geformten Wellenform werden dann durch einen Seriell-/Parallel-Konverter 96 die ursprünglichen 10-Gb/s NRZ-Daten rekonstruiert. Anschließend werden die Daten durch einen 10-Gb/s Diskriminator (nicht gezeigt) wiedergegeben. Ein detaillierteres Schaltungsdiagramm des optischen Empfängers 36 bis zu dem optischen Demultiplexbereich ist beispielsweise in 18 gezeigt.
19 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines variablen Dispersions-Kompensators gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung zeigt. Es wird auch auf M. M. Ohm et al., "Tunable fiber grating dispersion using a piezoelectric stack", OFC '87 Technical Digest, WJ3, S. 155–156 verwiesen.
20 ist ein Graph, welcher Muster A bis D von Spannungen V₁ bis V₂₁ zeigt, welche an die Segmen te des variablen Dispersions-Kompensators in 19 angelegt werden, und zwar gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung. Ferner ist 21 ein Graph, der die Dispersionswerte für die Spannungsmuster A bis D in 20 gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 19, 20 und 21 ist ein piezoelektrisches Element 92 an jedem der 21 Segmente des Chirp-Faser-Gitters 90 (siehe 19) angebracht. Wenn Spannungen V₁ bis V₂₁ mit einem Gradienten, der in 20 gezeigt ist, an die piezoelektrischen Elemente angelegt werden, ändert sich der Druck, der in die longitudinale Richtung des Gitters 90 aufgebracht wird, und für die Spannungsmuster A bis D, die in 20 gezeigt sind, ändern sich die Dispersionswerte (Steigungen der Linien), wie in 21 gezeigt ist.
22 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Kompensationsmengen-Steuerung 46 (siehe 13) gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung zeigt. In 22 wird der Intensitätswert der 40-Gb/s-Frequenzkomponente A/D-gewandelt durch einen A/D-Wandler 94 und als ein digitales Signal in einen MPU 96 eingegeben. Der MPU 96 vergleicht den vorliegenden Intensitätswert Ic mit dem zuvor empfangenen Intensitätswert Ip, der in einem Speicher 98 gespeichert ist, und führt eine Überprüfung durch, um zu bestimmen, ob die Beziehung zwischen der vorliegenden Dispersionsmenge und der Intensität des 40-Gb/s Signals auf der X-Schräge oder der Y-Schräge in 2 liegt. Das bedeutet, wenn sie sich auf der X-Schräge befindet, die Dispersionsmenge nach Null (Z-Punkt) tendiert, falls die Dispersionsmenge des variablen Dispersions-Kompensators 34 vermindert wird. Wenn sie sich auf der Y-Schräge befindet, tendiert die Menge der Dispersion zu Null, falls die Dispersionsmenge des variablen Dispersions-Kompensators 34 erhöht wird. Wenn Ic > Ip ist, wird deshalb angenommen, dass sich die Beziehung auf der X-Schräge befindet, und zur Steuerung der Spannungen, die an dem variablen Dispersions-Kompensator 34 der 19 angelegt werden, werden solche Werte von V₁ bis V₂₁ erhalten, welche ein Abnehmen der Dispersionsmenge verursachen, und die Spannungen, die an die jeweiligen piezoelektrischen Elemente anzulegen sind, werden über einen D/A-Wandler 100 ausgegeben. Wenn umgekehrt Ic < Ip ist, wird angenommen, dass die Beziehung sich auf der Y-Schräge befindet, und solche Werte von V₁ bis V₂₁ werden erhalten, welche ein Zunehmen der Dispersionsmenge verursachen, um die an dem variablen Dispersions-Kompensator 34 der 19 angelegten Spannungen zu steuern.
Zum Erhalten der Werte von V1 bis V₂₁ werden hierbei die Daten, die in 20 und 21 gezeigt sind (die Daten, welche die Beziehung zwischen der Dispersionsmenge und V₁ bis V₂₁ repräsentieren), und die Daten, die in 2 gezeigt sind (die Daten, welche die Beziehung zwischen der Intensität der 40-GHz-Komponente und der Menge der Gesamtdispersion repräsentieren), zuvor in einem Speicher gespeichert. Es wird dann bestimmt, ob die Beziehung auf der X-Schräge oder Y-Schräge in 2 liegt, und die vorliegende Dispersionsmenge Ic wird von den Daten erhalten, die in 2 gezeigt sind. Als nächstes wird eine Dispersionsmenge Ic' bestimmt, welche für die Kompensation in dem variablen Dispersions-Kompensator 34 notwendig ist, um die Menge der Dispersion auf Null an dem Z-Punkt zu reduzieren, und zwar aus der vorliegenden Dispersionsmenge Ic. Das heißt, Ic' wird bestimmt, so dass Ic + Ic' = 0 gilt.
Wenn Ic' auf diese Weise bestimmt ist, werden die Spannungen V₁ bis V₂₁, welche an dem variablen Dispersions-Kompensator 34 anzulegen sind, um Ic' zu erhalten, basierend auf den Daten bestimmt, die in 20 und 21 gezeigt sind.
23 ist ein Diagramm, welches eine Modifikation des Systems in 13 gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung zeigt. In 23 ist der variable Dispersions-Kompensator 34 in dem System der 13 ersetzt durch eine Lichtquelle 48 mit variabler Wellenlänge, und die Menge der chromatischen Dispersion der optischen Übertragungsleitung 32 wird gesteuert durch das Steuern der Signallichtwellenlänge unter der Verwendung einer Signallicht-Wellenlängensteuerung 50.
24 ist ein Diagramm, welches ein weiteres Beispiel des Systems der 13 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 13 erzeugt ein Oszillator 52 eine Sinuswelle mit niedriger Frequenz f₀. Das Niedrig-Frequenz-Signal, das durch den Oszillator 52 erzeugt wird, wird in einer Schaltung 54 zum Überlagern einer Niedrig-Frequenz mit einem Signal zum Einstellen der Kompensationsmenge von einer Schaltung 56 zum Einstellen der Dispersions-Kompensationsmenge überlagert, und das resultierende Signal wird einem variablen Dispersions-Kompensator 34 zugeführt. Die Intensität der B-Hz-Komponenten-Ausgabe von dem Bandpass-Filter 42 wird über einen Intensitätsdetektor 58 (beispielsweise einen Detektor nach dem Quadrat-Gesetz) detek tiert, und aus der Detektor-Ausgabe wird die f₀-Komponente durch einen Bandpass-Filter 60 extrahiert. Die Phase der f₀-Komponente, die durch den Bandpass-Filter 60 extrahiert wird, wird in einer Phasenvergleichsschaltung 62 mit der Phase der Niedrig-Frequenz-Signal-Ausgabe von dem Oszillator 52 verglichen. Basierend auf dem Vergleichsergebnis von der Phasenvergleichsschaltung 62 erzeugt die Schaltung zum Einstellen der Dispersions-Kompensationsmenge das Signal zum Einstellen der Kompensationsmenge und gibt dieses aus. Der Intensitätsdetektor 58 ist beispielsweise implementiert unter der Verwendung eines Vervielfachers oder Mischers oder eines konventionellen Leistungsdetektors. Die Phasenvergleichsschaltung 62 ist beispielsweise implementiert unter der Verwendung eines Vervielfachers oder Mischers oder eines Ganzwellen-Gleichrichters und eines Tiefpass-Filters.
25(A), 25(B), 25(C), 25(D), 25(E), 25(F) und 25(G) sind Wellenform-Diagramme zum Erklären der Operation des Systems der 24 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere sind 25(A), 25(B), 25(C), 25(D), 25(E), 25(F) und 25(G) Wellenform-Diagramme, welche Signalwellenformen an den Punkten zeigen, welche durch (a), (b), (c), (d), (e), (f) bzw. (g) in 24 angegeben sind.
Wenn die Dispersions-Kompensationsmenge von dem optimalen Wert auf die positive Seite verschoben wird, wie in 25(A) gezeigt ist, ergibt sich eine Ausgabe der Schaltung 54 zur Überlagerung der Niedrig-Frequenz, wie sie in 25(B) gezeigt ist. Wenn die Dispersions-Kompensationsmenge von dem optimalen Wert auf die positive Seite im Falle von NRZ oder OTDM verschoben wird, wächst die B-Hz-Komponenten-Intensität an, wenn die Dispersions-Kompensationsmenge anwächst (siehe 1, 2 und 12), so dass die Amplitude der B-Hz-Komponente, die durch den Bandpass-Filter 42 extrahiert wird, sich bei der Frequenz f₀ verändert, wie in 25(C) gezeigt ist.
Wenn die Intensität dieser Komponente detektiert wird (siehe 25(D)) und die f₀-Komponente extrahiert wird (siehe 25(E)), ist das resultierende Signal in Phase mit dem Niedrig-Frequenz-Signal (siehe 25(F)), das von dem Oszillator 52 ausgegeben wird. Somit gibt die Phasenvergleichsschaltung 62 ein positives Signal aus (siehe 25(G)).
Die Dispersions-Kompensationsmenge wird näher zu dem optimalen Wert gebracht, indem eine Rückkopplungs-Steuerung derart für das positive Ausgabesignal verwendet wird, dass das Dispersions-Kompensationsmengen-Steuersignal (siehe 25(A)), das von der Schaltung 56 zum Einstellen der Dispersions-Kompensationsmenge ausgegeben wird, vermindert wird. Wenn die Dispersions-Kompensationsmenge niedriger als der optimale Wert ist, ist die Ausgabe des Bandpass-Filters 60 in entgegengesetzter Phase zu der Ausgabe des Oszillators 52, und eine negative Spannung wird von der Phasenvergleichsschaltung 62 ausgegeben.
Deshalb wird durch die Verwendung der Rückkopplungs-Steuerung für das negative Ausgabesignal in einer Art und Weise, welche das Dispersions-Kompensationsmengen-Signal erhöht, verursacht, dass die Dispersions-Kompensationsmenge sich hin zum optimalen Wert verändert. Im Falle eines RZ-Signals sollte die Richtung der Veränderung der Dispersions- Kompensationsmenge gegenüber der oben beschriebenen umgedreht werden.
26 ist ein Diagramm, welches eine Modifikation des Systems der 24 gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung zeigt. Analog zur Modifikation der 13, die in 23 gezeigt ist, ist 26 die gleiche wie 24, außer dass die Steuerung der Dispersions-Kompensationsmenge durch den variablen Dispersions-Kompensator 34 ersetzt wird durch die Steuerung der Wellenlänge durch die Lichtquelle 48 mit variabler Wellenlänge.
Jedoch erfordert dieses Verfahren, dass das Detektionssignal, das aus dem Phasenvergleich an dem Empfangsende erhalten wird, zu dem sendenden Ende übertragen wird. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass separat eine Niedrig-Geschwindigkeits-Leitung bereitgestellt wird oder dass Information in einem Signal übermittelt wird, welches in die entgegengesetzte Richtung übertragen wird.
27 ist ein Diagramm, welches ein zusätzliches Beispiel eines Dispersions-Glättungssystems gemäß einer zusätzlichen Anordnung der vorliegenden Erfindung zeigt. Die vorangegangenen Beispiele haben einen Fall angenommen, bei dem die Dispersionswertsteuerung durchgeführt wird, während es ermöglicht wird, dass das System in Betrieb bleibt. Demgegenüber wird in 27 angenommen, dass die Steuerung verwendet wird, wenn das System gestartet wird oder wenn das System wiederholt in dem Fall gestartet wird, wenn die automatische Dispersions-Glättungssteuerung sich signifikant von dem optimalen Punkt verschoben hat, oder wenn die Dispersionsmengenopti mierung durch absichtliches Unterbrechen des Systembetriebs durchgeführt wird.
Die Dispersions-Kompensationsmenge des variablen Dispersions-Kompensators 34 wird über einen weiten Bereich verteilt, und zur gleichen Zeit wird die Veränderung der B-Hz-Komponente von der Ausgabe des Intensitätsdetektors 44 detektiert. Wie vorher beschrieben wurde, kann die Menge der Gesamtdispersion detektiert werden, indem die Intensitäts-Charakteristik der B-Hz-Komponente mit den Charakteristika verglichen wird, die in 1 bis 4 gezeigt sind. Im Falle eines RZ-Signals wird die Dispersions-Kompensationsmenge, mit der die B-Hz-Komponente an einem Maximum ist, aufgezeichnet, und nach dem Verteilen der Kompensationsmenge wird die Dispersions-Kompensationsmenge auf den aufgezeichneten Wert eingestellt, bevor der Systembetrieb gestartet wird. Im Falle einer OTDM- oder NRZ-Wellenform werden beispielsweise zwei Dispersions-Kompensationsmengen, mit denen sich die B-Hz-Komponente an einem Maximum befindet, aufgezeichnet, und nach dem Verteilen der Kompensationsmenge wird die Dispersions-Kompensationsmenge auf den Mittelpunkt zwischen den beiden Werten eingestellt.
28 ist ein Diagramm, welches eine Modifikation des Systems der 27 gemäß einer Anordnung der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Modifikation ist die gleiche wie die in 27 gezeigte, außer dass das Verteilen und Einstellen des variablen Dispersions-Kompensators 34 in 27 ersetzt ist durch das Verteilen der Wellenform und Einstellen der Lichtquelle 48 mit variabler Wellenlänge.
Deshalb wird gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Dispersion in einer optischen Faser-Übertragungsleitung geschaffen. Insbesondere wird die Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente eines optischen Signals detektiert, welches durch die Übertragungsleitung übertragen wird. Das optische Signal weist eine Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik mit einer entsprechenden Augenöffnung auf. Die Menge der Gesamtdispersion der Übertragungsleitung wird derart gesteuert, dass die Intensität der spezifischen Frequenzkomponente in der Augenöffnung minimiert ist. Als Ergebnis wird die Gesamtdispersion minimiert, wie beispielsweise in 1 und 2 gezeigt ist.
Ferner können gemäß Anordnungen der vorliegenden Erfindung verschiedene Typen von optischen Signalen, die durch eine Übertragungsleitung übertragen werden, derart beschrieben werden, dass sie eine Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik mit wenigstens zwei Spitzen aufweisen. Die Menge der Gesamtdispersion der Übertragungsleitung kann dann derart gesteuert werden, dass die Intensität der spezifischen Frequenzkomponente zwischen den beiden höchsten Spitzen der Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik im Wesentlichen minimiert ist, wie beispielsweise in 1 und 2 gezeigt ist.
Obwohl es zu bevorzugen ist, die Intensität der spezifischen Frequenzkomponente in der Augenöffnung zu minimieren, kann es unter bestimmten Umständen angebracht sein, nur zu erreichen, dass die Intensität innerhalb der Augenöffnung liegt. Beispielsweise würde in einigen Systemen die Gesamtdispersion, welche der Intensität innerhalb der Augenöffnung entspricht, als relativ niedrig angesehen werden. Deshalb kann bezüglich 1 und 2 die Gesamtdispersion derart gesteuert werden, dass die Intensität nur entlang eines Punkts auf der Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik bleibt, der innerhalb der Augenöffnung liegt.
Deshalb wird gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente eines optischen Signals, welches durch eine Übertragungsleitung übertragen wird, detektiert. Das optische Signal weist eine Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik mit einer entsprechenden überlappenden Augenöffnung auf. Die Menge der Dispersion der Übertragungsleitung wird derart gesteuert, dass die Intensität der spezifischen Frequenzkomponente entlang eines Punkts auf der Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik liegt, der sich in der Augenöffnung befindet.
Anstatt der Steuerung der Dispersion, um die Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente zu steuern, kann ferner die Intensität der spezifischen Frequenzkomponente einfach direkt gesteuert werden. Beispielsweise kann die Intensität derart gesteuert werden, dass die detektierte Intensität in der Augenöffnung im Wesentlichen minimiert ist.
Wie oben beschrieben wurde, ist es ferner oft schwierig, die Augenöffnung zu messen. Deshalb kann die Intensität der spezifischen Frequenzkomponente derart gesteuert werden, dass die detektierte Inten sität zwischen den zwei höchsten Spitzen der Intensität in Bezug auf die Kurve der Gesamtdispersions-Charakteristik im Wesentlichen minimiert ist.
Wie oben beschrieben wurde, wird es gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, die Dispersion in der Übertragungsleitung für optische Signale zu überwachen und zu steuern, wie z. B. für NRZ- und OTDM-Wellenformen, deren Taktkomponente an einem Minimum bei Null-Dispersion ist, und die Dispersion in der Übertragungsleitung kann gesteuert werden, ohne den Systembetrieb zu unterbrechen.
Deshalb wird gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Dispersion in der Übertragungsleitung für ein optisches Signal gesteuert, dessen Taktkomponenten-Intensität nicht die größte bei Null-Dispersion ist, wie bei einem NRZ-Signal oder bei einem OTDM-Signal, bei denen eine Vielzahl von RZ-Signalen zeit-gemultiplext werden, wobei ihre Schwänze miteinander überlappen.
Deshalb wird gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die chromatische Dispersion in einer Übertragungsleitung, welche ein durch ein Datensignal moduliertes optisches Signal überträgt, gesteuert. Insbesondere wird die Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente aus dem optischen Signal detektiert, welches durch die Übertragungsleitung übertragen wird. Die Menge der Gesamtdispersion der Übertragungsleitung wird gesteuert, so dass die Intensität der detektierten spezifischen Frequenzkomponente in der Augenöffnung minimal wird.
Zusätzlich wird gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren einer Dispersionsmenge in einer Übertragungsleitung geschaffen, welche ein durch ein Datensignal moduliertes optisches Signal überträgt. Insbesondere wird die Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente aus dem optischen Signal, welches durch die Übertragungsleitung übertragen wird, detektiert. Die Menge der Gesamtdispersion der Übertragungsleitung wird aus der Intensität der detektierten spezifischen Frequenzkomponente bestimmt.
Ferner wird gemäß Anordnungen der vorliegenden Erfindung ein zeit-gemultiplextes optisches Signal, welches durch ein n·m-Bit/Sekunde Datensignal moduliert ist, welches durch Zeit-Multiplexen von n optischen Signalen erhalten wird, welche jeweils durch ein m-Bit/Sekunde Datensignal amplituden-moduliert sind, durch die optische Faser-Übertragungsleitung übertragen. Eine n·m-Hertz- oder eine m-Hertz-Frequenzkomponente wird aus dem zeit-gemultiplexten optischen Signal extrahiert, welches von der optischen Faser-Übertragungsleitung empfangen wird. Die Dispersion in der optischen Faser-Übertragungsleitung wird variabel gemacht, so dass die extrahierte n·m-Hertz- oder m-Hertz-Frequenzkomponente einen Minimalwert bzw. einen Maximalwert aufweist.
Gemäß Anordnungen der vorliegenden Erfindung wird die Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente "im Wesentlichen" minimiert. Es ist zu bevorzugen, die Intensität des tatsächlichen Minimalwerts einzustellen. Jedoch ist es in der Praxis oft schwierig, die Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente komplett zu minimieren. Deshalb kann in den meisten Fällen die Intensität der spezifischen Frequenzkomponente als im Wesentlichen minimiert betrachtet werden, falls sie größer als oder gleich der minimalen Intensität und weniger als oder gleich 120 der minimalen Intensität ist. Vorzugsweise sollte die Intensität derart gesteuert werden, dass sie größer oder gleich der minimalen Intensität oder weniger als oder gleich 110% der minimalen Intensität ist.
Obwohl einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für Fachleute ersichtlich, dass Veränderungen in diesen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Steuern der Dispersion in einer Übertragungsleitung, umfassend die Schritte: Steuern der Menge der Gesamtdispersion der Übertragung in Übereinstimmung mit einem Steuersignal; Überlagern eines Niedrig-Frequenz-Signals auf dem Steuersignal; Detektieren der Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente eines optischen Signals, das durch die Übertragungsleitung übertragen wird; Extrahieren einer Frequenzkomponente bei der gleichen Frequenz wie das Niedrig-Frequenz-Signal von der detektierten spezifischen Frequenzkomponente; Vergleichen der Phase der extrahierten Frequenzkomponente mit der Phase des Niedrig-Frequenz-Signals; und Erzeugen des Steuersignals zum Steuern der Menge der Gesamtdispersion auf der Basis des Ergebnisses des Phasenvergleichs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das optische Signal ein nicht auf Null zurückgehendes Signal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das optische Signal ein optisches Zeitmultiplexsignal ist, in dem eine Mehrzahl von nicht auf Null zurückgehenden Signalen gemultiplext werden, wobei die Mehrzahl von nicht auf Null zurückgehenden Signalen Lichtwellenphasen und Datensignalphasen aufweisen, welche sich voneinander unterscheiden und miteinander überlappende Schwänze aufweisen.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das optische Signal durch ein Datensignal moduliert wird, welches eine Bitrate von B Bits/sec aufweist, und die spezifische Frequenzkomponente eine Komponente mit B Hertz des optischen Signals ist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Intensität der spezifischen Frequenzkomponente im Wesentlichen dadurch minimiert wird, dass sie einschließlich zwischen 100% und 110% der Minimalintensität liegt.
Vorrichtung zum Steuern der Dispersion in einer Übertragungsleitung, umfassend: ein Mittel (56) zum Steuern der Menge der Gesamtdispersion der Übertragung in Übereinstimmung mit einem Steuersignal; ein Mittel (54) zum Überlagern eines Niedrig-Frequenz-Signals auf dem Steuersignal; ein Mittel (38, 40, 42, 58) zum Detektieren der Intensität einer spezifischen Frequenzkomponente eines optischen Signals, welches durch die Übertragungsleitung übertragen wird; ein Mittel (60) zum Extrahieren einer Frequenzkomponente bei der gleichen Frequenz wie das Niedrig-Frequenz-Signal von der detektieren spezifischen Frequenzkomponente; ein Mittel (62) zum Vergleichen der Phase der extrahierten Frequenzkomponente mit der Phase des Niedrig-Frequenz-Signals; und ein Mittel (62) zum Erzeugen des Steuersignals zum Steuern der Menge der Gesamtdispersion auf der Basis des Ergebnisses des Phasenvergleichs.