DE10035083A1

DE10035083A1 - PMD-compensator for compensating polarization mode conditioned distortions in optical transmission systems, esp. transmission fibers, uses polarization transformation element

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Publication number: DE10035083A1
Application number: DE10035083A
Authority: DE
Inventors: Adalbert Bandemer; Egbert Krause
Original assignee: Individual
Current assignee: Thorlabs GmbH
Priority date: 2000-03-04
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2001-09-27

Abstract

Distortions in transmission systems generated by polarization mode dispersion (PMD) must be compensated to allow high-speed data transmission and to obtain the required signal quality and the measurement device now detects the PMD directly or via detection of polarization states, of at least one transmission channel, optically by super-positioning the signal of the transmission channel with the narrow band signal of a light source.

Description

Technical field

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Kompen sation PMD-bedingter Verzerrungen in optischen Transmis sionssystemen und insbesondere Transmissionsfasern.The invention relates to an arrangement for Kompen sation of PMD-related distortions in optical transmis sion systems and in particular transmission fibers.

Da jede Glasfaser ungewollt in geringem Umfange doppel brechend ist, laufen Lichtsignale unterschiedlicher Pola risation mit verschiedenen Gruppengeschwindigkeiten durch die Glasfaser. Beim Empfänger kommen die Lichtanteile un terschiedlicher Polarisation daher zeitlich gegeneinander verzögert an; dieser Laufzeiteffekt führt zu einer Ver breiterung des empfangenen Signals und damit zu einer Be einträchtigung der Übertragungsqualität. Dies kann insbe sondere zu einer Erhöhung der Bitfehlerrate führen.Because every glass fiber is unwanted double to a small extent is refractive, light signals of different pola run rization with different group speeds the glass fiber. The light components come from the receiver Different polarization against each other delayed on; this runtime effect leads to a ver broadening of the received signal and thus to a loading impairment of the transmission quality. This can be particularly the case lead in particular to an increase in the bit error rate.

Die Polarisations-Moden-Dispersion umfaßt alle polarisa tionsabhängigen Laufzeiteffekte, bei denen sich die Signalausbreitung vollständig durch das Ausbreitungsver halten zweier voneinander unabhängiger und zueinander or thogonaler Polarisationsmoden beschreiben läßt. Da sich die Doppelbrechung durch äußere Einflüsse, wie Temperatur und mechanische Belastung ständig ändert, und zudem von der Wellenlänge abhängt, verändert sich permanent sowohl die Lage der "principial states of polarisation" (PSP) als auch die Laufzeitdifferenz zwischen den PSP's. Dies bezeichnet man auch als Polarisations-Moden-Dispersion zweiter Ordnung.The polarization mode dispersion includes all polarisa tion-dependent runtime effects, in which the Signal propagation completely through the propagation ver keep two independent from each other and to each other can describe thogonal polarization modes. That I the birefringence due to external influences such as temperature and mechanical stress changes constantly, and also from depends on the wavelength, changes permanently the location of the "principal states of polarization" (PSP) as well as the runtime difference between the PSPs. This is also referred to as polarization mode dispersion second order.

Aus den genannten Effekten resultiert ein zeitlich fluk turierendes wellenlängenabhängiges PMD-Verhalten mit Zeitkonstanten im Minutenbereich.A temporal flood results from the effects mentioned turbid wavelength-dependent PMD behavior with Time constants in the minute range.

Verzerrungen in Transmissionssystemen, die durch Polari sations-Moden-Dispersion (PMD) erzeugt werden, müssen für hochratige Datenübertragungen kompensiert werden, um die Signalqualität zu erhalten.Distortions in transmission systems caused by Polari sations mode dispersion (PMD) must be generated for high rate data transfers are compensated for by the Get signal quality.

State of the art

Eine Anordnung, mit der derartige PMD-bedingte Verzerrun gen kompensiert werden können, muß eine Meßeinrichtung für die PMD-bedingten Verzerrungen aufweisen. Des weite ren muß (wenigstens) eine Emulationseinheit für einstell bare PMD-Werte und (wenigstens) ein Anpaßelement bzw. ein Polarisationstransformationselement vorhanden sein, das die PSP's der aus einem Transmissionssystem austretendem Signale an die PSP's der PMD-Emulationseinheit anpaßt. Die Emulationseinheit und das Polarisationstransformati onselement werden von einer Auswerte- und Steuereinheit gesteuert, an der das Ausgangssignal der Meßeinrichtung anliegt.An arrangement with which such PMD-related distortion A measuring device must be able to be compensated for for the PMD-related distortions. The far ren must (at least) set an emulation unit for bare PMD values and (at least) one adjustment element or one Polarization transformation element be present, the the PSPs of those emerging from a transmission system Adapts signals to the PSP's of the PMD emulation unit. The emulation unit and the polarization transformation onselement by an evaluation and control unit controlled at which the output signal of the measuring device is present.

Obwohl derartige Anordnungen in der Literatur und insbe sondere der Patentliteratur mehrfach vorgeschlagen worden sind, ist bislang keine Anordnungen kommerziell erhält lich, die praxisgerecht den Anforderungen an eine derar tige Anordnung genügen würde.Although such arrangements in the literature and esp patent literature has been proposed several times no orders have been obtained commercially so far Lich, the practical requirements of a derar arrangement would suffice.

Der Grund hierfür liegt zum einen darin, daß in der Ver gangenheit keine Meßeinrichtung für PMD-bedingte Verzer rungen zur Verfügung gestanden hat, die ausreichend schnell und hinreichend einfach aufgebaut ist. Die genaue Ausbildung der Meßeinrichtung ist Gegenstand einer paral lelen Anmeldung. Ein weiterer Grund hierfür ist, daß es keine Emulationseinheit gegeben hat, die die PMD einer realen Transmissionsfaser und insbesondere einer D-WDM- Faser möglichst exakt nachbilden kann. Eine spezielle Emulationseinheit, die im Rahmen der vorliegenden Erfin dung ebenfalls einsetzbar ist, ist Gegenstand einer wei teren parallelen Anmeldung.The reason for this is, on the one hand, that in the ver no measuring device for PMD-related distortion has been available that is sufficient is quick and sufficiently simple to set up. The exact Training of the measuring device is the subject of a parallel lelen registration. Another reason for this is that it has not given an emulation unit that the PMD one real transmission fiber and in particular a D-WDM Can reproduce fiber as precisely as possible. A special one Emulation unit, which in the context of the present Erfin is also usable, is the subject of a white tter parallel registration.

Presentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Kompensation PMD-bedingter Verzerrungen in optischen Transmissionssystemen und insbesondere Transmissionsfa sern anzugeben, die eine schnelle und praxisgerechte Kom pensation der PMD-bedingten Verzerrungen erlaubt.The invention has for its object an arrangement to compensate PMD-related distortions in optical Transmission systems and especially transmission fa to specify that a quick and practical comm compensation of the PMD-related distortions allowed.

Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den un abhängigen Patentansprüchen angegeben. Weiterbildungen dieser Lösungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Solutions according to the invention of this task are in the un dependent claims. Training these solutions are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß werden sowohl die Emulationseinheit als auch die Meßeinrichtung für die PMD-bedingten Verzerrun gen (alleine oder in Kombination) weitergebildet. According to the invention, both the emulation unit and also the measuring device for the PMD-related distortion gene (alone or in combination).

Bei einer Lösung der Erfindung, die die Emulationseinheit betrifft, weist die Emulationseinheit einen PMD-Emulator auf, der auch die PMD 2.ter Ordnung emuliert und die PMD einer realen Transmissionsfaser möglichst exakt nachbil det.In a solution of the invention, the emulation unit relates, the emulation unit has a PMD emulator that also emulates 2nd order PMD and PMD of a real transmission fiber as exactly as possible det.

Eine derartige Emulationseinheit ist in der parallelen Patentanmeldung des selben Anmelders beschrieben und weist eine Anordnung zur Kompensation der Dispersion er ster Ordnung auf. Nach Durchlaufen dieser Anordnung tritt das Licht in ein Element ein, das die Polarisations- Hauptachsen vor und hinter dem Element um einen geeigne ten Winkel zueinander verdreht. Das aus diesem Element austretende Lichtsignal wird in eine Anordnung einge speist, die aus einem Polarisationssplitter/combiner- Element, einer Verzögerungsstrecke und einem weiteren Po larisationssplitter/combiner-Element zum Zusammenführen der beiden Signalstrecken besteht. Mit dieser Anordnung ist zusätzlich zur Erzeugung einer Polarisations-Moden- Dispersion erster Ordnung auch die Erzeugung einer Dis persion zweiter Ordnung möglich. Von besonderem Vorteil ist es, daß es - ausgehend von einer Anordnung zur Kom pensation der Dispersion erster Ordnung - nicht einmal erforderlich ist, zusätzliche Bauelemente, die die Kosten erhöhen würden, zu verwenden. Vielmehr ist es möglich, die erfindungsgemäße Erzeugung einer Polarisations-Moden- Dispersion zweiter Ordnung dadurch zu erhalten, daß der nicht benutzte Eingangsanschluß des zweiten Polarisati onssplitter/combiner-Elements als Eingangsanschluß für das Signal dient. Dieses Signal durchläuft dann die Ver zögerungsstrecke und das erste Polarisationssplitter/com biner-Element in Gegenrichtung zum ankommenden Signal. Am vierten Tor des ersten Polarisationssplitter/combiner- Elements wird dieses Signal dann ausgekoppelt. Das ausge koppelte Signal weist dann die gewünschte Polarisations- Moden-Dispersion erster und zweiter Ordnung auf.Such an emulation unit is in the parallel Patent application of the same applicant described and has an arrangement for compensation of the dispersion very orderly. After going through this arrangement occurs the light into an element that the polarization Main axes in front of and behind the element by a suitable twisted angle to each other. That from this element emerging light signal is inserted into an arrangement feeds from a polarization splitter / combiner Element, a delay line and another Po larisation splitter / combiner element for merging of the two signal paths. With this arrangement is in addition to generating a polarization mode First order dispersion also produces a dis second order persion possible. Of particular advantage is it that - starting from an order to the com compensation of the first order dispersion - not even additional components are required, which is the cost would increase to use. Rather, it is possible the generation of a polarization mode according to the invention To obtain second-order dispersion in that the unused input connector of the second Polarisati onssplitter / combiner elements as input connection for the signal serves. This signal then passes through the ver delay line and the first polarization splitter / com biner element in the opposite direction to the incoming signal. At the fourth gate of the first polarization splitter / combiner This signal is then decoupled from the element. That out coupled signal then has the desired polarization First and second order mode dispersion.

Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung einer Emulationseinheit für einstellbare PMD-Werte, die wenig stens eine Verzögerungsleitung aufweist, die über wenig stens eine Polarisationsstellelement-Einheit mit dem Ein gangssignal beaufschlagt ist. Insbesondere kann die Emu lationseinheit bevorzugt mehrere Polarisationsstellele ment-Einheiten aufweisen. Weiterhin ist es bevorzugt, die Verzögerungszeiten zwischen aufeinanderfolgenden Polari sationsstellelement-Einheiten annähernd binär abzustu fen.However, the use of a is particularly advantageous Emulation unit for adjustable PMD values that little least has a delay line that has little least a polarization control unit with the on signal is applied. In particular, the Emu lation unit preferably a plurality of polarization points have ment units. It is further preferred that Delay times between successive polari sationsstellelement-units approximately binary fen.

Mit dem erfindungsgemäßen PMD-Emulator können die PMD- bedingten Verzerrungen eines oder mehrerer Transmissions kanäle kompensiert werden.With the PMD emulator according to the invention, the PMD conditional distortion of one or more transmissions channels can be compensated.

Bei einer weiteren Lösung der erfindungsgemäß gestellten Aufgabe, die die Meßeinrichtung für die PMD-bedingten Verzerrungen betrifft, ist diese so ausgebildet, daß sie die PMD direkt oder über die Erfassung von Polarisations zuständen in einem oder mehreren Transmissionskanälen des Transmissionssystems optisch erfaßt. Aufgrund dieser Aus bildung ist es insbesondere möglich, daß das Ausgangs signal der Meßeinrichtung als IST-Signal für die Steue rung der Emulationseinheit oder bei mehrkanaliger Erfas sung für die Steuerung mehrerer Emulationseinheiten und der vorgeschalteten Polarisationstransformationselemente dient.In a further solution of the invention Task that the measuring device for the PMD-related As far as distortion is concerned, it is designed so that it the PMD directly or through the detection of polarization states in one or more transmission channels of the Transmission system optically detected. Because of this out education, it is particularly possible that the starting signal of the measuring device as an actual signal for the tax emulation unit or multi-channel acquisition solution for the control of several emulation units and of the upstream polarization transformation elements serves.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Meßeinrich tung zusätzlich zur optischen Erfassung wenigstens einen optoelektrischen Wandler und mindestens einen Filter auf weist, der das Ausgangssignal des Wandlers filtert, und daß das Ausgangssignal des Filters als weiteres Ist- Signal an die Auswerte- und Steuereinheit oder an eine von der Auswerte- und Steuereinheit unabhängige Ansteuer einheit für das wenigstens eine Polarisationstransforma tionselement angelegt ist.It is particularly advantageous if the measuring device device in addition to optical detection at least one optoelectric converter and at least one filter points, which filters the output signal of the converter, and that the output signal of the filter as a further actual Signal to the evaluation and control unit or to one control independent of the evaluation and control unit Unit for the at least one polarization transformation tion element is created.

In jedem Falle werden jedoch die Stellwerte für die Pola risationstransformationselemente aufgrund der Messung de finiert einstellt bzw. geregelt, so daß eine Steuerung nach dem trial-and-error-Prinzip, wie sie beim Stand der Technik verwendet wird, entfallen kann.In any case, however, the control values for the pola Rization transformation elements based on the measurement de finishes sets or regulates, so that a control according to the trial-and-error principle, as in the state of the Technology is used, can be omitted.

Dabei ist es - auch i. S. einer unabhängigen Lösung - von besonderem Vorteil, wenn das wenigstens eine Polarisati onstransformationselement bis zu drei oder mehr Polarisa tionsstellelemente bzw. polarisationsbeeinflussende Ele mente aufweist, die die Steuer- und Auswerteeinheit oder die Ansteuereinheit aufgrund des Ausgangssignals der Meßeinrichtung steuert. Insbesondere kann jede Polarisa tionsstellelement-Einheit wenigstens ein polarisationsbe einflussendes Element aufweisen, das eine mechanische Wirkung auf die Fasern ausübt oder anderweitig die Pola risation beeinflußt.It is - also i. S. an independent solution - from particularly advantageous if that is at least one Polarisati transformation element up to three or more Polarisa tion control elements or polarization-influencing ele has elements that the control and evaluation unit or the control unit based on the output signal of the Measuring device controls. In particular, any Polarisa tion control unit at least one polarisationsbe have influencing element, which is a mechanical Has an effect on the fibers or otherwise the pola rization influenced.

Die Beeinflussung der Polarisation kann beispielsweise durch Elemente, wie Flüssigkristall-Polarisationsdreher, YIG-Kristalle oder nematische Bauelemente erfolgen, wobei die vorgenannte Aufzählung nicht vollständig ist. Im Rah men der Erfindung - auch i. S. einer unabhängigen Lösung - ist es jedoch von besonderem Vorteil, wenn Elemente verwendet werden, die eine mechanische Wirkung ausüben. Diese Elemente können insbesondere Faserquetscher oder -stretcher mit elektrisch steuerbaren Elementen, wie Pie zo-Elementen sein, die eine mechanische Wirkung auf die Faser ausüben.The polarization can be influenced, for example through elements such as liquid crystal polarization rotators, YIG crystals or nematic components are made with the above list is not complete. In the frame men of the invention - also i. See an independent solution - However, it is particularly advantageous if elements can be used that have a mechanical effect. In particular, these elements can be fiber crushers or stretcher with electrically controllable elements, such as pie zo elements that have a mechanical effect on the Exercise fiber.

Weiterverwendung von Elementen, die eine mechanische Wir kung ausüben, ist es von besonderem Vorteil, wenn diese zur Verteilung der mechanischen Wirkung auf eine mög lichst große Faserlänge einen Ring aufweisen, auf dem die Faser ohne Verdrehung aufgewickelt ist. Hierdurch ist es aufgrund der langen effektiven Faserstrecke möglich, mit vergleichsweise geringen Brücken zu arbeiten. Damit kön nen Fasern mit einem Standard-Coating eingesetzt werden, ohne daß die Lebensdauer der Faser in der Praxis verkürzt werden würde. Beim Stand der Technik ist es dagegen er forderlich, ein besonders hartes Coating zu verwenden, damit die Lebensdauer zumindest nicht über Gebühr verrin gert wird. Reuse of elements that are mechanical We exercise, it is particularly advantageous if this to distribute the mechanical effect on a poss Lich large fiber length have a ring on which the Fiber is wound without twisting. This is it possible due to the long effective fiber path with comparatively small bridges to work. So that fibers with a standard coating are used, without shortening the life of the fiber in practice would be. In the prior art, however, it is required to use a particularly hard coating, so that at least the lifespan is not unduly reduced is gert.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist wenig stens ein druckausübendes Element vorgesehen, an wenig stens einer Stelle Druck auf eine Mehrzahl von Faserstücken der aufgewickelten Faser ausübt. Dieses druckausüben de Element kann insbesondere ein elongierendes Element, wie ein Piezoelement sein, das wenigstens ein Kreisseg ment der aufgewickelten Fasern beaufschlagt und das am Ring anliegt. Korrespondierend zu den Kreissegmenten sind Gegensegmente vorgesehen, die an den Faserstücken anlie gen und Druck auf die Faser ausüben. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß eine Druckausübung auf die Faser ohne "Strecken" der Faser erfolgt. Bei der Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn sie zu erfolgt, daß sich keine ther mischen Einflüsse ergeben.In another preferred embodiment, there is little least a pressure-exerting element provided, at little at least one place pressure on a plurality of fiber pieces of the wound fiber. Apply this pressure de element can in particular be an elongating element, be like a piezo element that has at least one circular segment ment of the wound fibers and the am Ring rests. Corresponding to the circle segments are Counter segments provided that abut the fiber pieces pressure on the fiber. Has this training the advantage that a pressure on the fiber without The fiber is "stretched". When designing is it is advantageous if it takes place that no ther mix influences result.

Wie bereits ausgeführt, ist bei einer weiteren bevorzug ten Ausgestaltung vorgesehen, daß jedes Polarisations stellelement mindestens zwei polarisationsbeeinflussende Elemente aufweist, die die Faser in unterschiedlicher Richtung beeinflussen, wobei diese Richtungen bevorzugt (ca.) 0° und 45° sind.As already stated, another is preferred th design provided that each polarization actuator at least two polarization influencing Has elements that the fiber in different Influence direction, with these directions preferred (approx.) 0 ° and 45 °.

Diese unterschiedlichen Richtungen können auf unter schiedlicher Art- und Weise erzeugt werden:
So ist es möglich, zwischen den polarisationsbeeinflus senden polarisationsdrehende Elemente vorzusehen bzw. po larisationsdrehende Fasern einzuspleisen. Besonders be vorzugt - da einfach und damit kostengünstig - ist es je doch, wenn die unterschiedlichen Richtungen durch Drehen bzw. "Twisten" des Faserstücks zwischen zwei aufeinander folgenden polarisationsbeeinflussenden Elementen erzeugt werden.These different directions can be created in different ways:
It is thus possible to provide polarization-rotating elements between the polarization-influencing elements or to feed in polarization-rotating fibers. It is particularly preferred - since it is simple and therefore inexpensive - if the different directions are generated by rotating or "twisting" the fiber piece between two successive polarization-influencing elements.

Prinzipiell ist es möglich, daß die Meßeinrichtung für PMD-bedingte Verzerrungen ein an sich bekanntes Polarime ter ist. Die erfindungsgemäß eingesetzte Meßeinrichtung für PMD-bedingte Verzerrungen kann jedoch insbesondere derart aufgebaut sein, daß das Eingangs-Lichtsignal und das Signal eines bezüglich seiner Wellenlänge durchstimm baren optischen Elements, z. B. eines Filters oder insbe sondere eines Lasers optisch überlagert werden und die zur Messung der PMD-bedingten Verzerrung notwendigen Po larisationsszustände fest oder einstellbar erzeugt wer den.In principle, it is possible that the measuring device for PMD-related distortion is a known Polarime ter is. The measuring device used according to the invention for PMD-related distortions, in particular be constructed such that the input light signal and tune the signal of one with respect to its wavelength cash optical element, e.g. B. a filter or in particular special of a laser are optically superimposed and the Po necessary to measure the PMD-related distortion Larization states are generated fixed or adjustable the.

Dabei kann es sich für den Fall der Erfassung nur eines Transmissionskanals um ein nur schmalbandig, z. B. über ± 0,5 nm durchstimmbares Element und insbesondere einen Laser handeln. Dieser Laser kann insbesondere ein tempe ratur- und/oder stromgesteuerter DFB- oder VCSEL-Laser sein. Sollen die PMD-bedingten Verzerrungen mehrerer Transmissionskanäle mit der Meßeinrichtung erfaßt werden, können breitbandig durchstimmbare Elemente, wie DBR- oder Faserlaser eingesetzt werden.In the event of detection, there can only be one Transmission channel around a narrow-band, z. B. about ± 0.5 nm tunable element and especially one Trade lasers. This laser can be a tempe rature and / or current controlled DFB or VCSEL laser his. Are the PMD-related distortions of several Transmission channels are recorded with the measuring device, can be tuned broadband elements, such as DBR or Fiber lasers are used.

Zur Erzeugung der Meßwerte bei insbesondere 3, 4 oder mehr definierten Polarisationszuständen können die Pola risationstransformationselemente wahlweise im Zweig des Eingangssignals oder auch im Zweig des durchstimmbaren Elementes vorgesehen sein. Die Elemente können zeitlich nacheinander z. B. die Polarisationszustände 0°, 45°, 90° und "zirkular polarisiert" erzeugen.To generate the measured values in particular 3, 4 or more defined polarization states can the pola Rization transformation elements optionally in the branch of Input signal or in the branch of the tunable Element be provided. The elements can be timed successively z. B. the polarization states 0 °, 45 °, Generate 90 ° and "circularly polarized".

Die zur Messung der PMD-bedingten Verzerrungen notwendi gen Polarisationszustände können auch gleichzeitig durch eine feste Aufteilung der Eingangssignale oder des durch stimmbaren Signals durch eine geeignete Anordnung reali siert werden. Eine derartige Anordnung kann beispielswei se Polarisationsstrahlteiler oder anstelle von vier Pola risationsstrahlteilern eine Anordnung von vier Prismen aufweisen, die zur Verringerung des Justieraufwandes in Art eines Polarisationsstrahlteilers aufgebaut sind. Faßt man vier Prismen zu einem Würfel zusammen, kann man als Empfänger Balance-Empfänger verwenden, wobei das Signal in die unterschiedlichen Polarisationsanteile aufgespal ten und die Detektion mit dem oder den Balance-Empfänger Störungen, die ohne Nutzsignal vorhanden sind, unter drückt.The necessary to measure the PMD-related distortions Polarization states can also occur simultaneously a fixed division of the input signals or by tunable signal reali by a suitable arrangement be settled. Such an arrangement can, for example se polarization beam splitter or instead of four pola an array of four prisms have in order to reduce the adjustment effort Are constructed like a polarization beam splitter. Summarizes if you put four prisms together in a cube, you can call it a Receiver Use the balance receiver with the signal split into the different polarization components and the detection with the balance receiver (s) Faults that are present without a useful signal, under presses.

Bevorzugt ist es weiterhin, wenn die Auswerte- und Steu ereinheit die PMD-Kompensation derart regelt, daß der Po larisationszustand des optischen Datensignals über der Wellenlänge (annähernd) konstant gehalten wird.It is further preferred if the evaluation and control Unit controls the PMD compensation in such a way that the Po larization state of the optical data signal over the Wavelength is kept (approximately) constant.

Wie bereits ausgeführt, kann die Auswerte- und Steuerein heit das wenigstens eine Polarisationstransformationsele ment ansteuern. Alternativ und insbesondere wegen der Ge schwindigkeit der Regelung ist es jedoch bevorzugt, wenn eine von der Auswerte- und Steuereinheit unabhängige An steuereinheit für das wenigstens eine Polarisations transformationselement vorgesehen ist. Diese Ansteuerein heit kann insbesondere eine analoge Schaltung sein, sie schneller als ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder ein Mikrocontroller ist.As already explained, the evaluation and control that is, at least one polarization transformation element control. Alternatively and in particular because of the Ge speed of regulation, however, it is preferred if an independent of the evaluation and control unit Control unit for the at least one polarization transformation element is provided. This control unit can be, in particular, an analog circuit faster than a digital signal processor (DSP) or is a microcontroller.

Unabhängig von der Art der Ansteuerung ist es besonders bevorzugt, das Polarisationstransformationselement, das die Polarisation der aus einem Transmissionssystem aus tretenden Signale an die PMD-Emulationseinheit anpaßt, moduliert angesteuert wird, wobei vorteilhafter Weise die mindestens zwei polarisationsbeeinflussenden Elemente mit unterschiedlicher Frequenz moduliert werden. Hierzu ist es möglich, daß an der Ansteuereinheit das Ausgangssignal der Emulationseinheit anliegt, und daß die Ansteuerein heit elektrische und/oder optische Filter mit einer auf die Modulationsfrequenzen abgestimmten Durchlaßcharakte ristik aufweist.Regardless of the type of control, it is special preferred, the polarization transformation element that the polarization of a transmission system adapts occurring signals to the PMD emulation unit, modulated is controlled, advantageously the with at least two polarization-influencing elements different frequency can be modulated. This is it is possible that the output signal at the control unit of the emulation unit, and that the control unit unit electrical and / or optical filters with one the pass frequencies matched to the modulation frequencies logistics.

Um sehr schnell regeln zu können, isst es von besonderem Vorteil, daß zum Erhalt jeweils der Betrags- und Phasen information und damit der Regelrichtung und Regelamplitu de das Ausgangssignal der Ansteuereinheit mit jeweils ei ner der Modulationsfrequenzen gemischt wird, und daß die gemischten Signale zur Ansteuerung jeweils eines polari sationsbeeinflussenden Elements dienen.In order to be able to regulate very quickly, it eats something special Advantage that to maintain the amount and phases information and thus the control direction and control amplitude de the output signal of the control unit, each with egg ner of the modulation frequencies is mixed, and that the mixed signals to control one polar serve influencing element.

Durch die Verwendung von Reset-Algorithmen bei der Vorga be der Stellwerte ist es möglich, nicht nur mit erfin dungsgemäßen, sondern auch mit konventionellen Polarisa tionsstellelementen endlose Transformationen durchzufüh ren.By using reset algorithms in the Vorga With the control values it is possible, not only with invent according to the invention, but also with conventional Polarisa to perform endless transformations ren.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat in jedem Falle den weiteren Vorteil, daß die PMD-Kompensation unabhängig von der Bitrate des optischen Datensignals ist, daß die Meß methode flexibel ist und keine festen Filter verwendet werden müssen, und daß die Messung nicht durch andere Dispersionseffekte, wie beispielsweise chromatische Dis persion beeinflußt wird.The arrangement according to the invention has in any case Another advantage that the PMD compensation is independent of the bit rate of the optical data signal is that the meas method is flexible and does not use fixed filters must be, and that the measurement is not by others Dispersion effects, such as chromatic dis persion is influenced.

Brief description of the drawing

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be schrieben, in der zeigen:The invention is illustrated below with reference to embodiments play be with reference to the drawing wrote in the show:

Fig. 1 eine Anordnung zur Kompensation Polarisations- Modulations-Dispersions (PMD)-bedingter Verzer rungen in optischen Transmissionssystemen und insbesondere Transmissionsfasern, und Fig. 1 shows an arrangement for compensating polarization modulation dispersion (PMD) -related distortions in optical transmission systems and in particular transmission fibers, and

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Emulationseinheit für PMD höherer Ordnung mit Ansteuerung, und Fig. 2 shows an emulation unit according to the invention for PMD higher order with control, and

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes polarisationsbeeinflus sendes Element. Fig. 3 shows a polarization-influencing element according to the invention.

Representation of exemplary embodiments

Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Kompensation Polarisa tions-Modulations-Dispersions (PMD)-bedingter Verzerrun gen in optischen Transmissionssystemen und insbesondere Transmissionsfasern. Eine Faser (100) ist an den Ein gangsanschluß eines Polarisationstransformationselements (101) angeschlossen. Der Ausgangsanschluß des Polarisa tionstransformationselements (101) ist an den Ein gangsanschluß einer nachstehend noch näher beschriebenen Emulationseinheit (102) für einstellbare PMD-Werte ange legt. Am Ausgangsanschluß der Emulationseinheit (102) ist eine Meßeinrichtung (103) für PMD-bedingte Verzerrungen angeordnet, die die Polarisationszustände und/oder die PMD-bedingte Verzerrung mittels optischer Überlagerung des Eingangs-Lichtsignals und des Signals eines bezüglich seiner Wellenlänge durchstimmbaren optischen Elements und insbesondere eines Lasers erfaßt. Das durchstimmbare op tische Element kann ein schmalbandig durchstimmbarer La ser sein, dessen Durchstimmbereich zumindest so groß ist, daß er die Messung der PMD-bedingten Verzerrungen eines optischen Übertragungskanals erlaubt. Ferner kann das durchstimmbare optische Element ein breitbandig durch stimmbarer Laser sein, dessen Durchstimmbereich so groß ist, daß er die Messung der PMD-bedingten Verzerrungen mehrerer optischer Übertragungskanäle erlaubt. Die genaue Ausbildung der Meßeinrichtung ist Gegenstand einer paral lelen Anmeldungen. Fig. 1 shows an arrangement for compensating polarization-modulation-dispersion (PMD) -related distortions in optical transmission systems and in particular transmission fibers. A fiber ( 100 ) is connected to the input terminal of a polarization transformation element ( 101 ). The output connection of the polarization transformation element ( 101 ) is connected to the input connection of an emulation unit ( 102 ), which will be described in more detail below, for adjustable PMD values. At the output connection of the emulation unit ( 102 ) there is a measuring device ( 103 ) for PMD-related distortion, which detects the polarization states and / or the PMD-related distortion by means of optical superimposition of the input light signal and the signal of an optical element which can be tuned with respect to its wavelength, and in particular of a laser. The tunable optical element can be a narrow-band tunable laser whose tuning range is at least so large that it allows the measurement of the PMD-related distortion of an optical transmission channel. Furthermore, the tunable optical element can be a broadband by tunable laser, the tuning range of which is so large that it allows the measurement of the PMD-related distortions of several optical transmission channels. The exact design of the measuring device is the subject of a parallel application.

Weiterhin ist vorteilhafter Weise ein optoelektrischer Wandler mit einem Filter (pauschal mit 104 bezeichnet) vorgesehen, der das Ausgangssignal des Wandlers filtert. Das Ausgangsignal der Meßeinrichtung (103) und des Ele ments (104) sind als Ist-Signale an eine Auswerte- und Steuereinheit (105) angelegt, die das Polarisationstrans formationselement (101) und die Emulationseinheit (102) steuert.Furthermore, an optoelectric converter is advantageously provided with a filter (generally designated 104) that filters the output signal of the converter. The output signal of the measuring device ( 103 ) and the element ( 104 ) are applied as actual signals to an evaluation and control unit ( 105 ) which controls the polarization transformation element ( 101 ) and the emulation unit ( 102 ).

Erfindungsgemäß weist die Emulationseinheit (102) wenig stens einen PMD-Emulator aufweist, der die PMD 2.ter und höherer Ordnung emuliert und so die PMD einer realen Transmissionsfaser möglichst exakt nachbildet, und der wenigstens einen oder mehrere Transmissionskanäle kompen siert.According to the invention, the emulation unit (102) little least a PMD emulator which emulates the PMD 2 .ter and higher order and simulates so the PMD of a real transmission fiber as precisely as possible, and the Siert compen least one or more transmission channels.

Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Emulationsein heit (102) sowie ein Polarisationstransformationselement (101) ist in Fig. 2 dargestellt.An embodiment of such an emulation unit ( 102 ) and a polarization transformation element ( 101 ) is shown in Fig. 2.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wei sen das Polarisationstransformationselement (101) eine Polarisationsstellelement-Einheit (106) und die Emulati onseinheit (102) drei Polarisationsstellelement-Einheiten (106) auf, die jeweils von Stelleinheiten (107) angesteu ert werden. Zwischen den Einheiten (106) sind Verzöge rungsleitungen (108) mit progressiv zunehmender und ins besondere binär gestaffelter Verzögerungszeit (beispiels weise 8 ps, 17 ps, 25 ps und 50 ps) vorgesehen.In the embodiment shown in FIG. 2, the polarization transformation element ( 101 ) has a polarization control element unit ( 106 ) and the emulation unit ( 102 ) has three polarization control element units ( 106 ), each of which is actuated by control units ( 107 ). Between the units ( 106 ) delay lines ( 108 ) with progressively increasing and in particular staggered binary delay time (for example, 8 ps, 17 ps, 25 ps and 50 ps) are provided.

Jede Polarisationsstellelement-Einheit (106) weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Faserquetscher mit beispielsweise Piezo-Elementen auf, deren "Wirkrich tungen" 0°, 45° und 0° sind. Diese Faserquetscher können insbesondere Elemente sein, wie sie in Verbindung mit Fig. 2 noch beschrieben werden.Each polarization control element unit ( 106 ) has, in the exemplary embodiment shown, three fiber squeezers with, for example, piezo elements, the "effective directions" of which are 0 °, 45 ° and 0 °. These fiber squeezers can in particular be elements as will be described in connection with FIG. 2.

Am Ausgangsanschluß der Emulationseinheit (102) ist ein erster Faserkoppler (109) vorgesehen, der beispielsweise fünf Prozent des austretenden Lichts "in einen zweiten Faserkoppler (110) abzweigt". Der zweite Faserkoppler (110) teilt das Licht in geeigneter Weise so auf, daß ein Teil des Lichts in die Meßeinrichtung (103) für die Aus werte- und Steuereinheit (105) für die Emulationseinheit (102), die die Stellwerte für das Polarisationstransfor mationselement aufgrund der Messung definiert einstellt, und ein anderer Teil des Lichts in eine von der Auswerte- und Steuereinheit (105) unabhängige Ansteuereinheit (111) für das Polarisationstransformationselement (101) ein tritt.A first fiber coupler ( 109 ) is provided at the output connection of the emulation unit ( 102 ), which, for example, branches off five percent of the emerging light "into a second fiber coupler ( 110 )". The second fiber coupler ( 110 ) divides the light in a suitable manner so that part of the light in the measuring device ( 103 ) for the evaluation and control unit ( 105 ) for the emulation unit ( 102 ), which the control values for the polarization transformation element based on the measurement, and another part of the light enters a control unit ( 111 ) for the polarization transformation element ( 101 ) that is independent of the evaluation and control unit ( 105 ).

Die Auswerte- und Steuereinheit (105) weist in an sich bekannter Weise einen Mikrocontroller oder einen digita len Signalprozessor auf.The evaluation and control unit ( 105 ) has a microcontroller or a digital signal processor in a manner known per se.

Die Meßeinrichtung (103) erfaßt die Polarisationszustände und/oder die PMD-bedingte Verzerrung mittels optischer Überlagerung des Eingangs-Lichtsignals und des Signals eines bezüglich seiner Wellenlänge durchstimmbaren opti schen Elements. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Meßeinrichtung (103) einen durchstimmbaren La ser (112), dessen Durchstimmbereich zumindest so groß ist, daß er die Messung der PMD-bedingten Verzerrungen zumindest eines optischen Übertragungskanals erlaubt, so wie Elemente zur Erzeugung der für die PMD-Meßwerte not wendigen Polarisationszustände und geeignete Empfangsele mente auf, deren Ausgangssignale nach einer Analog/Digi tal-Umsetzung an die Auswerte- und Steuereinheit (105) angelegt sind. Die Elemente umfassen insbesondere Strahl teiler, optoelektronische Empfänger, Dioden, Verstärker etc. sowie Analog/Digital-Wandler.The measuring device ( 103 ) detects the polarization states and / or the PMD-related distortion by means of optical superimposition of the input light signal and the signal of an optical element tunable with respect to its wavelength. In the exemplary embodiment shown, the measuring device ( 103 ) has a tunable laser ( 112 ), the tuning range of which is at least so large that it allows the measurement of the PMD-related distortions of at least one optical transmission channel, as well as elements for generating the PMD Measured values necessary polarization states and suitable receiving elements, the output signals of which are applied to the evaluation and control unit ( 105 ) after an analog / digital conversion. The elements include, in particular, beam splitters, optoelectronic receivers, diodes, amplifiers, etc. and analog / digital converters.

Die Ansteuereinheit (111) weist einen optoelektronischen Empfänger (113), einen Verstärker (114), einen Bandpaß (115) sowie weitere Elemente auf, die ein gefiltertes elektrisches Signal an Mischelemente (116) anlegen. An die Mischelemente (116) ist ferner das Signal jeweils ei nes Sinusgenerator (117) angelegt. Die Frequenzen der einzelnen Sinusgeneratoren (117) sind unterschiedlich und betragen beispielsweise 50 kHz, 55 kHz und 60 kHz. Die gemischten Signale werden jeweils über einen Tiefpaß (118) und einen integrierenden Verstärker (119) an einen Addierer (120) angelegt, an dem auch das Signal der je weiligen Sinusgeneratoren (117) sowie Steuer- bzw. Reset signale der Auswerte- und Steuereinheiten (105) anliegen. Das Ausgangssignal der Addierer (120) steuert jeweils ei ne Stelleinheit (107) für jeweils ein polarisationsbeein flussendes Element der Einheit (106) des Polarisations transformationselements (101).The control unit ( 111 ) has an optoelectronic receiver ( 113 ), an amplifier ( 114 ), a bandpass filter ( 115 ) and further elements which apply a filtered electrical signal to mixing elements ( 116 ). To the mixing elements ( 116 ), the signal is also applied to each sine generator ( 117 ). The frequencies of the individual sine generators ( 117 ) are different and are, for example, 50 kHz, 55 kHz and 60 kHz. The mixed signals are each applied via a low-pass filter ( 118 ) and an integrating amplifier ( 119 ) to an adder ( 120 ), on which the signal of the respective sinusoidal generators ( 117 ) and control or reset signals of the evaluation and control units ( 105 ). The output signal of the adders ( 120 ) each controls a control unit ( 107 ) for one polarization-influencing element of the unit ( 106 ) of the polarization transformation element ( 101 ).

Die in Fig. 2 dargestellte Konfiguration hat den Vorteil, daß durch die Modulation sehr schnell die Betrags- und Phaseninformation und damit eine Information über die Re gelrichtung und Regelamplitude das Ausgangssignal der An steuereinheit erhalten wird, so daß die Regelung außeror dentlich schnell ist.The configuration shown in Fig. 2 has the advantage that the amount and phase information and thus information about the Re direction and control amplitude of the output signal of the control unit is obtained very quickly by the modulation, so that the control is extremely fast.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform für ein Ele ment, das zur Polarisationsbeeinflussung eine mechanische Wirkung auf die Faser (100) ausübt. Zur Verteilung der mechanischen Wirkung auf eine möglichst große Faserlänge ist in einem Gehäuse (121') ein Ring (121) vorgesehen, auf dem die Faser (100) ohne Verdrehung aufgewickelt ist. Nicht dargestellt sind die Einführung der Faser in den Ring und die Herausführung der Faser aus dem Ring bzw. dem Gehäuse. Der Ring (121) besteht beispielsweise aus einem dünnen, verformbaren Edelstahlteil. In dem Ring (121) ist ein druckausübendes Element (122), beispiels weise ein Piezoelement angeordnet, das sich - einseitig über ein Ausgleichselement (122') - an zwei Kreissegmen ten (123) abstützt, die wiederum an dem Ring (121) anlie gen. Gegenüberliegend zu den Kreissegmenten (123) sind Gegensegmente (124) vorgesehen, die sich am Gehäuse (121') abstützen und an den Faserstücken anliegen, so daß sie bei einer entsprechenden Elongation des Elements (122) Druck auf die Faser (100) ausüben. Durch eine Elon gation des Piezoelements (122) kann damit gezielt die Fa ser (100) mechanisch belastet werden. Fig. 3 shows a preferred embodiment for an element that exerts a mechanical effect on the fiber ( 100 ) to influence polarization. In order to distribute the mechanical effect over the greatest possible fiber length, a ring ( 121 ) is provided in a housing ( 121 '), on which the fiber ( 100 ) is wound without twisting. The insertion of the fiber into the ring and the removal of the fiber from the ring or the housing are not shown. The ring ( 121 ) consists for example of a thin, deformable stainless steel part. In the ring ( 121 ) is a pressure-exerting element ( 122 ), for example a piezo element is arranged, which - on one side via a compensating element ( 122 ') - is supported on two circular segments ( 123 ), which in turn abuts the ring ( 121 ) Opposite to the circular segments ( 123 ), opposing segments ( 124 ) are provided, which are supported on the housing ( 121 ') and bear against the fiber pieces, so that they press the fiber ( 100 ) when the element ( 122 ) is elongated accordingly. exercise. Elongation of the piezo element ( 122 ) allows the fiber ( 100 ) to be mechanically stressed.

Claims

1. Arrangement for compensating for polarization-modulation-dispersion (PMD) -related distortions in optical transmission systems and in particular transmission fibers

- a measuring device for PMD-related distortions,
- an emulation unit for adjustable PMD values,
optionally at least one polarization transformation element which adapts the polarization of the signals emerging from a transmission system to the PMD emulation unit,
an evaluation and control unit to which the output signal of the measuring device is present and which controls the emulation unit and, if appropriate, the polarization matching element,

characterized in that the measuring device detects the PMD directly or via the detection of polarization states of at least one transmission channel op table by superimposing the signal of the transmission channel on with the narrowband signal of a light source.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in
that the measuring device has an opto-electrical converter and at least one filter which tert the output signal of the converter, and
that the output signal of the filter is applied to the evaluation and control unit as a further actual signal.

3. Arrangement according to the preamble of claim 1 or according to claim 1 or 2, characterized in that
that the emulation unit has a PMD emulator, the PMD 2nd and, if necessary, emulates higher order and the PMD reproduces a real transmission fiber as precisely as possible, and
that the at least one PMD emulator compensates for at least one transmission channel.

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the emulation unit and / or the at least one polarization trans formation element at least one delay line has at least one polarization Actuating element unit with the input signal strikes.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in
that more than one delay line is provided, and
that the delay times of the individual lines are staggered approximately in binary.

6. Arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that each polarization position element unit at least one polarization leg has a flowing element that is mechanical Effect on the fibers or otherwise the Polarization affected.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the elements that are different widely affect polarization, liquid crystal stall polarization rotator, YIG crystals or nemati are components.

8. Arrangement according to claim 6, characterized in that the elements that a exert mechanical effect, fiber squeezer or -stretcher with electrically controllable elements, such as Piezo elements that have a mechanical effect exert on the fiber.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that at least one of the Ele elements that exert a mechanical effect, for ver division of the mechanical effect on a possible large fiber length has a ring on which the company ser is wound up without twisting.

10. Arrangement according to claim 9, characterized in that at least one printout pressure element at least at one point a plurality of fiber pieces from the wound company he exercises.

11. The arrangement according to claim 10, characterized in
that the pressure-exerting element is an elongating element, such as a piezo element, which acts on at least one segment of a circle which lies against the ring, and
that at least part of the circle segments Ge gene segments are provided, which abut the fiber pieces and exert pressure on the fiber.

12. Arrangement according to one of claims 6 to 11, characterized in that each polarization position element at least two polarization influencing Has elements that the fiber in different Influence direction.

13. Arrangement according to claim 12, characterized in that the directions 0 ° and 45 ° are.

14. Arrangement according to claim 12 or 13, characterized in that the different Directions by twisting the fiber piece between two successive polarisati ons influencing elements are generated.

15. Arrangement according to one of claims 1 to 14, characterized in that the measuring device for PMD-related distortion is a known pola rimeter is.

16. Arrangement according to one of claims 1 to 14, characterized in that the measuring device Polarization states and / or the PMD-related Ver distortion by optical overlay of the input Light signal and the signal one with respect to it Wavelength tunable optical element and especially optically detected by a laser.

17. The arrangement according to claim 16, characterized in that the tunable opti element is a narrow-band tunable laser whose tuning range is at least as large that it measures the PMD-related distortion nes optical transmission channel allowed.

18. Arrangement according to claim 16, characterized in that the tunable opti element is a broadband tunable laser is whose tuning range is so large that it Measurement of the PMD-related distortions of several opti shear transmission channels allowed.

19. Arrangement according to one of claims 16 to 18, characterized in that the elements for generating the polarization required for the PMD measured values on states either in the light path of the input light signals or in the light path of the tunable opti rule elements are arranged.

20. Arrangement according to one of claims 16 to 19, characterized in that the necessary Polarisa states in succession due to changes te polarization control elements and / or by means of a optical construction from beam splitters or from prisms as well as wave plates for a polarization diversi ty reception can be generated.

21. Arrangement according to one of claims 1 to 20, characterized in that the evaluation and tax unit regulates the PMD compensation in such a way that the Polarization state of the optical data signal over the wavelength is constant.

22. Arrangement according to one of claims 1 to 21, characterized in that the evaluation and tax unit that at least one polarization transform mation element controlled.

23. Arrangement according to claim 22, characterized in that the evaluation and tax unit the control values for the polarization transform mation element defined based on the measurement poses.

24. Arrangement according to one of claims 1 to 21, characterized in that one of the evaluation and control unit independent control unit for the at least one polarization transformation element is provided.

25. Arrangement according to one of claims 1 to 24, characterized in that the polarization transformation element that the polarization of out a transmission system emerging signals to the Adapts PMD emulation unit, modulated controlled becomes.

26. Arrangement according to claim 25, characterized in that the at least two pola risk-influencing elements with different cher frequency are modulated.

27. Arrangement according to claim 26, characterized in that on the control unit the output signal of the emulation unit is present, and that the control unit is electrical and / or optical Filters with one based on the modulation frequencies has the right pass characteristic.

28. Arrangement according to claim 26 or 27, characterized in
that to obtain the amount and phase information and thus the control direction and control amplitude, the output signal of the control unit is mixed with one of the modulation frequencies, and
that the mixed signals are used to control one polarization-influencing element.

29. Arrangement according to one of claims 1 to 28, characterized in that the evaluation and tax an endless pola using reset algorithms rization transformation by changing the target values for the individual control elements of the Polarisati executes transformation elements.