DE10118959B4 - Verfahren zur Ansteuerung eines 3R Regenerators - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Ansteuerung eines 3R Regenerators, aufweisend Mittel zur Taktregeneration, die einen zum Datensignal synchronisierten Strom von Lichtpulsen erzeugen, und einen als Entscheider-Element eingesetzten Laser mit annähernd digitaler Schaltfunktion zur Unterscheidung von Rauschen und Signalpulsen,
bei dem
– ein Mehrsektionslaser als Entscheider-Element verwendet wird,
– Pulsfolgen des Daten- und Taktsignals in das Entscheider-Element derart eingestellt werden, dass
– jeweils ein Puls des Datensignals über eine optische Verzögerungsleitung um etwa ein halbes Bit verzögert in die zeitliche Lücke zwischen je zwei Pulse des Taktsignals gesetzt wird,
– die Pulse des Daten- und Taktsignals und die emittierte Laserstrahlung zur Vermeidung von Interferenzen unterschiedliche Wellenlängen oder Polarisationen oder Strahlrichtungen aufweisen, und
– die Leistungen von Daten- und Taktsignal so eingestellt werden, dass sowohl die Wirkung auf den Mehrsektionslaser annähernd gleich ist, als auch der Laser in die Nähe der Laserschwelle geschaltet wird und etwa gleich viele...

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung eines 3R Regenerators.
• Optische 3R Regeneration (Re-amplification/Amplitude des Signals; Reshaping/Form des Signals; Re-timing/zeitliche Position des Signals) ist eine Schlüsselfunktion für transparente optische Datennetze. Die wichtigen Funktionsblöcke gemäß dem allgemein bekannten Stand der Technik sind die Taktregeneration, die aus degradierten Datensignalen einen Strom von präzise getakteten Lichtpulsen erzeugt, der zum Datensignal synchronisiert ist, und das Entscheiderelement, das eine annähernd digitale Schaltfunktion hat, um Rauschen und Signalpulse zu unterscheiden. Das Schalten von einem Zustand in den anderen erfolgt bei einem derartigen optischen Entscheiderelement bei Überschreiten einer optischen Schaltschwelle.
• Zur optischen Taktregeneration in hochratigen Kommunikationssystemen werden dem Stand der Technik nach selbstpulsierende Mehrsektionslaser eingesetzt, wie beispielsweise in DE 195 13 198 A1 ; in IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 8, No. 1, Januar 1996, Seiten 28 bis 30 und in Electronics Letters, Vol. 36, No. 4, Februar 2000, Seiten 327 und 328 beschrieben.
• Für die 3R Regeneration werden bisher vorzugsweise bistabile Laser (Hysterese in der Schaltfunktion) entwickelt und eingesetzt.
• Derartige Laseranordnungen sind beispielsweise beschrieben in SPIE Vol. 2954, pp. 30–41 und in ELECTRONICSLETTERS, 28^th September 1989, Vol. 25, No. 20, pp. 1332–1333.
• Daten- und Taktpulse werden gleichzeitig in den bistabilen Laser eingestrahlt und dabei die Leistung so eingestellt, dass beide Signale in ihrer Addition den Laser umschalten, das Taktsignal allein den Laser im umgeschalteten Zustand hält und erst bei Abfallen des Taktsignals der Laser zurückschaltet. Es wird so das für die 3R Regeneration benötigte getaktete nichtlineare Schalten erreicht. Nachteil dieses Betriebes ist das begrenzte Geschwindigkeitspotential. Zum einen sind bistabile Schaltprozesse langsam und mit Jitter (unerwünschten kleinen Schwankungen in Zeit oder Amplitude) behaftet, da der Laser aus der spontanen Emission heraus zur Lasertätigkeit anschwingen muss; zum anderen führen die hohen Leistungsänderungen bei der Ansteuerung zu hohen Modulationen der Ladungsträgerdichte im Laser. Die so bewirkte starke Ladungsträgerdynamik begrenzt ebenfalls die Geschwindigkeit der Schalteffekte im Laser.
• Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Ansteuerung eines 3R Regenerators anzugeben, das technisch weniger aufwendige Komponenten erfordert und eine wesentliche Verbesserung der Schaltgeschwindigkeit des Lasers ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines 3R Regenerators, aufweisend Mittel zur Taktregeneration, die einen zum Datensignal synchronisierten Strom von Lichtpulsen erzeugen, und einen als Entscheider-Element eingesetzten Laser mit annähernd digitaler Schaltfunktion zur Unterscheidung von Rauschen und Signalpulsen, gelöst, bei dem ein Mehrsektionslaser als Entscheider-Element verwendet wird, Pulsfolgen des Daten- und Taktsignals in das Entscheider-Element derart eingestellt werden, dass jeweils ein Puls des Datensignals über eine optische Verzögerungsleitung um etwa ein halbes Bit verzögert in die zeitliche Lücke zwischen je zwei Pulse des Taktsignals gesetzt wird, die Pulse des Daten- und Taktsignals und die emittierte Laserstrahlung zur Vermeidung von Interferenzen unterschiedliche Wellenlängen oder Polarisationen oder Strahlrichtungen aufweisen und die Leistungen von Daten- und Taktsignal so eingestellt werden, dass sowohl die Wirkung auf den Mehrsektionslaser annähernd gleich ist, als auch der Laser in die Nähe der Laserschwelle geschaltet wird und etwa gleich viele Ladungsträger für die Verstärkung der Signale im Laser wie bei Lasertätigkeit ohne eingestrahlte Signale verbraucht werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt keine bistabile Schaltcharakteristik (Hysterese), sondern muss lediglich eine nichtlineare Schaltfunktion zur Realisierung der re-timing-Funktion aufweisen. Der nichtlineare Laser-Entscheider wird in der erfindungsgemäßen Lösung von einer Kombination der eingestrahlten Daten- und Taktpulse angesteuert, erzeugt durch eine gezielte zeitliche Verzögerung der Daten- und Taktpulse zueinander (Taktlücke-Daten-Kombination). Die Datenpulse werden hierzu um etwa ein halbes Bit verzögert in die zeitliche Lücke zwischen je zwei Taktpulse gesetzt und so in den Entscheider eingestrahlt.
• In Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass als Mehrsektionslaser ein Mehrsektions-DFB-Laser oder ein als Laser betriebener verstärkungsfixierter (gain-clamped) Halbleiterverstärker oder ein Y-Mehrsektionslaser oder ein Mehrsektionslaser mit sättigbarem Absorber oder ein gütemodulierter Mehrsektions-Halbleiterlaser verwendet wird. Diese dem Stand der Technik nach bekannten Mehrsektionslaser-Anordnungen weisen eine nichtlineare Schaltcharakteristik und ein annähernd digitales Schaltverhalten auf. Werden diese genannten Mehrsektionslaser-Anordnungen, die sehr kompakt und gut integrierbar auszubilden sind, in ihrer Funktion als Entscheider-Element eines 3R Regenerators nun mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angesteuert, so wird sein Geschwindigkeitspotential wesentlich verbessert. Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt keine Bauelemente für den Entscheider mit einer bistabilen Schaltfunktion für das re-timing, sondern – wie bereits enrwähnt – benötigt das eingesetzte Bauelement eine nichtlineare Schaltfunktion mit einem Schwellwert-Verhalten.
• Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Ausgangssignal bezüglich der Logik invertiert. Deshalb ist in einer anderen Ausführungsform vorgesehen, dass bei Notwendigkeit die entstehende logische Konvertierung der Daten zurückgesetzt wird.
• Die Erfindung wird im folgenden Ausführungsbeispiel näher beschrieben. In der Figur hierzu sind sowohl einzelne Datenpulse 1 und die Taktpulse 2 als auch die gemäß der Erfindung kombinierten, d.h. zueinander mittels einer Verzögerungsleitung 3 um ca. ein halbes Bit verzögerten, in das Entscheider-Element eingestrahlten Daten- und Taktpulse 4 und am Ausgang des Entscheider-Elements ausgegebenen Daten- und Taktpulse 4 entlang der Zeitachse 5 dargestellt.
• Hat das Datensignal 1 „Eins" Bits, so führt die in der erfindungsgemäßen Lösung verwendete Überlagerung von Datensignal 1 und Taktlücke zu einem nahezu konstanten Leistungspegel, der den Laser-Entscheider konstant im nahezu Aus-Zustand hält. Kleine Leistungsschwankungen durch Datendegradation werden durch die Schwellwert-Funktion des Laser-Entscheiders abgefangen. Liegt eine „Null" im Datensignal 1 vor, so fällt im kombinierten Daten-Takt-Signal 4 die Leistung zwischen den zwei angrenzenden Taktpulsen 2 – wie in der Figur dargestellt – unter die Entscheiderschwelle S ab. Der Laser-Entscheider schaltet sich nun auf volle Leistung ein. Für die Schalt-Dynamik hierbei und für die Unterdrückung von Datenmuster-Effekten ist es außerdem wichtig, dass die Ladungsträgerdichtemodulationen sehr klein gehalten werden, was durch die Einstellung der Leistung von Daten- 1 und Taktsignal 2 gemäß der Erfindung realisiert wird, und der Laser-Entscheider immer bei hoher Photonendichte betrieben wird. Der Laser-Entscheider wird zwischen den Zuständen „unidirektionale Verstärkung von Pulsen der Datenwellenlänge", „unidirektionale Verstärkung der Pulse der Taktwellenlänge" und „bidirektionale Generierung von Pulsen der Laserwellenlänge" hin und hergeschaltet, sodass die Art der Photonen im Bauelement wechselt, während sowohl die Dichte der Photonen als auch die Dichte der Ladungsträger nahezu konstant bleibt. Dadurch wird eine sehr hohe Schaltgeschwindigkeit erreicht. Der Schaltzeitpunkt (re-timing) und die Schaltfunktion (re-shaping) des 3R Regenerators hängen nur von der Zeitlage und der Form der Taktpulse sowie der Anschwingcharakteristik des Laser-Entscheiders ab. Diese Parameter werden nicht beeinträchtigt durch Degradation (Zeit-Jitter, Amplitudenfluktuationen) des Datensignals. Die für die 3R Regeneration benötigte re-timing- und re-shaping-Funktion wird bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung eines 3R Regenerators realisiert. Das Lasersignal kann durch Wellenlängenfilter oder die gegenläufige Emissionsrichtung von den eingestrahlten Signalen getrennt werden. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsteht eine logische Konvertierung der Daten, d.h. „Null" Bits werden in „Eins" Bits umgewandelt und umgekehrt. Die Möglichkeit zur Invertierung kann in einigen Anwendungen positiv genutzt oder durch eine zweistufige Anordnung zurückgesetzt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Ansteuerung eines 3R Regenerators, aufweisend Mittel zur Taktregeneration, die einen zum Datensignal synchronisierten Strom von Lichtpulsen erzeugen, und einen als Entscheider-Element eingesetzten Laser mit annähernd digitaler Schaltfunktion zur Unterscheidung von Rauschen und Signalpulsen, bei dem – ein Mehrsektionslaser als Entscheider-Element verwendet wird, – Pulsfolgen des Daten- und Taktsignals in das Entscheider-Element derart eingestellt werden, dass – jeweils ein Puls des Datensignals über eine optische Verzögerungsleitung um etwa ein halbes Bit verzögert in die zeitliche Lücke zwischen je zwei Pulse des Taktsignals gesetzt wird, – die Pulse des Daten- und Taktsignals und die emittierte Laserstrahlung zur Vermeidung von Interferenzen unterschiedliche Wellenlängen oder Polarisationen oder Strahlrichtungen aufweisen, und – die Leistungen von Daten- und Taktsignal so eingestellt werden, dass sowohl die Wirkung auf den Mehrsektionslaser annähernd gleich ist, als auch der Laser in die Nähe der Laserschwelle geschaltet wird und etwa gleich viele Ladungsträger für die Verstärkung der Signale im Laser wie bei Lasertätigkeit ohne eingestrahlte Signale verbraucht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein gütemodulierter Mehrsektions-Halbleiterlaser verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Mehrsektions-DFB-Laser verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein als Laser betriebener verstärkungsfixierter (gain-clamped) Halbleiterverstärker verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Y-Mehrsektionslaser verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Mehrsektionslaser mit sättigbarem Absorber verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die entstehende logische Konvertierung der Daten zurückgesetzt wird.