DE19631109C1 - Optische Wellenlängenmultiplexeinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Wellenlängenmultiplex­ einheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Bei Kommunikationssystemen stellt sich häufig das Problem, die Übertragungsbandbreite zu steigern. Insbesondere bei der Über­ tragung optischer Signale über Lichtwellenleiter wird die vom Übertragungsmedium, also dem Lichtwellenleiter (Glasfaser), zur Verfügung gestellte Bandbreite in aller Regel nur sehr unvollständig ausgenutzt, da die Signalübertragung meist nur sehr schmalbandig bei einer vorbestimmten optischen Wellenlän­ ge erfolgt. Die derzeit bestehenden optischen Übertragungs­ systeme arbeiten meist mit einer Wellenlänge von 1300 nm, da sich in diesem Wellenlängenbereich das Dispersionsminimum von herkömmlichen Stufenindex-Einmodenfasern befindet. Dies ge­ währleistet bei der gewählten Übertragungswellenlänge sehr hohe Übertragungsdaten. In bestehenden Übertragungsnetzen findet bei der Übertragung über herkömmliche Einmodenfasern meist eine Übertragungsrate von 565 Mbit/s Verwendung. Durch die optimale Abstimmung von Sende- und Empfangselementen sowie des Übertragungsmediums können jedoch bereits Übertragungs­ raten bis zu 10 Gbit/s über eine verstärkerlose Strecke von 100 km und mehr erreicht werden. Allerdings ist die Steigerung der Übertragungsrate durch die Eigenschaften der verfügbaren Sendeelemente, der Ansteuerelektronik und der Übertragungs­ strecke begrenzt.

Zur Steigerung der Bandbreite des gesamten Übertragungssystems besteht die Möglichkeit, eine simultane optische Übertragung unter Verwendung mehrerer schmalbandiger Sender mit unter­ schiedlichen Sendewellenlängen vorzunehmen. Die einzelnen Sendewellenlängen können dabei im Bereich von ca. 1300 nm bis 1500 nm gewählt werden, wobei darauf zu achten ist, daß be­ nachbarte Sendewellenlängen einen ausreichenden Abstand von­ einander aufweisen. Als Sendeelemente für die Realisierung solcher optischer Wellenlängenmultiplex-Übertragungssysteme kommen insbesondere schmalbandige Halbleiter-Laserdioden zum Einsatz. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, breitbandige­ re optische Sendeelemente mit nachgeschaltetem externen schmalbandigen Filter zu verwenden. Dies ist jedoch relativ aufwendig.

Da Laserdioden durch Reflexionen, die in der nachgeschalteten optischen Übertragungsstrecke entstehen, gestört werden (Ver­ breiterung bzw. Veränderung des Sendespektrums, Senderrauschen infolge Amplitudenschwankungen etc.), ist es in der Regel erforderlich, vor dem Ausgang einer Laserdiode einen optischen Isolator zu setzen, der das Eindringen von Reflexionen in den optischen Resonator der Laserdiode verhindert.

Ein derartiger optischer Isolator ist ein nicht-reziprokes optisches Bauelement, das beispielsweise aus Yttrium-Eisen- Granat besteht und in einem starken Magnetfeld betrieben wird. Dabei wird das Yttrium-Eisen-Granat durch den Faraday-Effekt doppelbrechend. Hierdurch ist es möglich, den Isolator so zu bemessen, daß er die Polarisationsebene des von der Laserdiode ausgestrahlten Lichts zunächst um 45° dreht, bevor es in die Übertragungsstrecke eintritt. Das aus der Übertragungsstrecke reflektierte Signal wird dann im Isolator nochmals um 45° gedreht, so daß seine Polarisationsebene senkrecht zur aktiven Schicht der Laserdiode liegt und der Laser nicht mehr nachtei­ lig beeinflußt wird. Diese Wirkung kann durch die Verwendung eines Polarisators zwischen der Laserdiode und dem Isolator gesteigert werden, wobei der Polarisator so gedreht ist, daß er das Licht der Laserdiode ungehindert hindurchläßt.

Da derartige Polarisatoren entsprechend aufwendig herzustellen sind, wurden in letzter Zeit Laserdioden mit integriertem Isolator entwickelt, wobei der Isolator durch die Verwendung integrierter Optik, beispielsweise als Bragg-Gitter, reali­ sierbar ist. Derartige Sendedioden mit integriertem Isolator sind jedoch infolge des deutlich gesteigerten Aufwands gegen­ über herkömmlichen Laserdioden deutlich teurer.

Da jedoch bei Übertragungsstrecken das Auftreten von Reflexio­ nen, beispielsweise Fresnel-Reflexion an Steckern, kaum wirk­ sam und mit ausreichender Sicherheit zu vermeiden ist, wurden bei bisher bekannten Wellenlängenmulitplex-Sendeeinheiten Laserdioden mit integriertem Isolator verwendet, wobei die Signale der einzelnen Laserdioden mittels einer optischen Koppeleinheit auf einem einzigen Lichtwellenleiter zusammen­ gefaßt wurden, welcher dann mit der eigentlichen Übertragungs­ strecke verbunden wurde.

Derartige Sendeeinheiten sind jedoch infolge der aufwendigen Laserdioden mit integriertem Isolator sehr teuer.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optische Wellenlängenmultiplexeinheit zur Realisierung eines optischen Wellenlängenmultiplexsystems zu schaffen, welche mit geringerem Aufwand und damit kostengünstiger reali­ sierbar ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patent­ anspruchs 1.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß herkömmliche Laserdioden mit jeweils vorbestimmter Sendewellenlänge zur Realisierung eines Wellenlängenmultiplexsystems verwendet werden können, wenn die einzelnen Sendesignale zunächst mit­ tels einer optischen Koppeleinheit mit einem optischen Ausgang verbunden werden, welchem dann eine einzige optische Isola­ toreinheit nachgeschaltet ist.

Auf diese Weise ist nur noch ein einziger optischer Isolator erforderlich, der jedoch über den gesamten Wellenlängenbereich der einzelnen verwendeten optischen Sendeelemente seine Isola­ torwirkung aufrechterhalten muß.

Damit kann ein derartiger optischer Isolator zwar nur mit höherem Aufwand realisiert werden als ein in eine schmalbandi­ ge Laserdiode integrierter Isolator, welcher nur über den relativ schmalbandigen Wellenlängenbereich der betreffenden Laserdiode isolieren muß. Bei einer entsprechend großen Anzahl von Laserdioden, die in dem optischen Wellenlängenmultiplexsy­ stem zusammengefaßt sind, ergibt sich jedoch bei der Verwen­ dung eines einzigen, wenn auch aufwendiger zu realisierenden optischen Isolators ein deutlicher Kostenvorteil.

Der optische Isolator kann dabei in an sich bekannter Weise als entsprechend dimensioniertes Bragg-Gitter realisiert sein.

Die optische Koppeleinheit für das Zusammenfassen der einzel­ nen Sendesignale kann ebenfalls in an sich bekannter Weise als passiver optischer Wellenlängenmultiplexor, optischer Koppler, insbesondere Schmelzkoppler, oder als Wavegide, d. h. als in integrierter Optik aufgebautes Koppelelement, ausgebildet sein.

Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Eingänge der optischen Wellenlängenmultiplexeinheit mit­ tels Lichtwellenleiter mit der Koppeleinheit verbunden sein. Hierdurch wird ermöglicht, daß die Laserdioden, an deren Aus­ gänge bereits in vielen Fällen ein Lichtwellenleiter angekop­ pelt ist, durch ein Verspleißen der Lichtwellenleiter mit der Wellenlängenmultiplexeinheit koppelbar sind. Durch das Ver­ spleißen, welches vorzugsweise durch Verschweißen der Fasern unter einem Lichtbogen erfolgt, werden Reflexionen an den Koppelstellen und damit entsprechende Rückwirkungen auf die Laserdioden sicher vermieden.

In gleicher Weise kann der Ausgang der optischen Isolatorein­ heit bereits mit einem Lichtwellenleiter gekoppelt sein, wobei dieser Lichtwellenleiter mit der betreffenden Übertragungs­ strecke, beispielsweise wiederum durch thermisches Spleißen, verbindbar ist.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die optische Wellenlängenmultiplexeinheit als (integriertes) Modul ausgebildet, so daß lediglich die Ausgänge der Laserdioden mit den Eingängen der Multiplexeinheit und der Ausgang der Multi­ plexeinheit mit dem Eingang der Übertragungsstrecke verbunden werden muß.

Der Ausgang der Koppeleinheit der Wellenlängenmultiplexeinheit kann dabei mittels eines Lichtwellenleiters mit dem Eingang der Isolatoreinheit verbunden sein.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Kop­ peleinheit jedoch auch integriert mit der Isolatoreinheit, beispielsweise unter Verwendung integrierter Optik, ausgebil­ det sein.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann in die Isolatoreinheit auch ein Faserverstärker integriert sein, um die Ausgangsleistung der Wellenlängenmultiplexsignale zu erhö­ hen.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind vor­ zugsweise alle Eingänge der Wellenlängenmultiplexeinheit mit jeweils einem Wellenlängenumsetzer verbunden, wobei jeder Wellenlängenumsetzer die Wellenlänge eines beliebigen opti­ schen Eingangssignals in eine vorbestimmte Wellenlänge um­ setzt. Auf diese Weise ist es möglich, auf mehreren Lichtwel­ lenleitern ankommende optische Signale unabhängig von deren Wellenlänge auf einem einzigen Lichtwellenleiter zusammenzu­ fassen.

Der Wellenlängenumsetzer kann dabei vorzugsweise als optisch­ elektrisch-optischer Wellenlängenumsetzer ausgebildet sein, wobei eine vorzugsweise breitbandige Empfangsdiode zur op­ tisch-elektrischen Umsetzung und eine Laserdiode mit einer vorbestimmten Sendewellenlänge zur elektrisch-optischen Umset­ zung verwendet wird.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung darge­ stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeich­ nung zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer optischen Wellenlän­ genmultiplexeinheit nach der Erfindung und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer optischen Wellenlän­ genmultiplexeinheit nach der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte optische Wellenlängenmultiplexein­ heit 1 weist mehrere Eingänge E₁ bis E_n auf, welche über Licht­ wellenleiter 3 mit den Eingängen einer optischen Koppeleinheit 5 verbunden sind. Die optische Koppeleinheit kann als passiver optischer Wellenlängenmultiplexer oder als optischer n×1-Koppler ausgebildet sein. Hierzu eignen sich beispielsweise Schmelzkoppler oder Waveguides, die in integrierter Optik realisierbar sind.

Der Ausgang der optischen Koppeleinheit 5 ist mit dem Eingang einer Isolatoreinheit 7 verbunden. Dies kann unter Verwendung eines Lichtwellenleiters 9 erfolgen. Selbstverständlich können jedoch die optische Koppeleinheit 5 und die optische Isolator­ einheit 7 unter Einsatz integrierter Optik integriert ausge­ bildet sein.

Der Ausgang der optischen Isolatoreinheit 7 ist mit dem opti­ schen Ausgang 11 der Wellenlängenmultiplexeinheit 1 verbunden. Dies kann, wie in Fig. 1 dargestellt, vorzugsweise erneut unter Einsatz eines Lichtwellenleiters 13 erfolgen. Denn die Verwendung von Lichtwellenleitern als Verbindungselemente zwischen den Eingängen E₁ bis E_n und den Eingängen der Koppel­ einheit 5 bzw. dem Ausgang der Isolatoreinheit 7 und dem Aus­ gang 11 der Wellenlängenmultiplexeinheit 1 bietet den Vorteil, daß die mit den optischen Sendern verbundenen Lichtwellenlei­ ter mit den Eingängen E₁ bis E_n bzw. der Ausgang 11 der Multi­ plexeinheit 1 mit dem Eingang der nachgeschalteten Übertra­ gungsstrecke 15 reflexionsfrei verspleißt werden kann. Dabei ist zwar die Reflexionsfreiheit bei der Verbindung des Aus­ gangs 11 mit der Übertragungsstrecke 15 nicht zwingend erfor­ derlich, da die Isolatoreinheit 7 die Rückwirkung von Refle­ xionen bereits weitgehend reduziert. Da jedoch jede Reflexion auch mit einer entsprechenden Dämpfung des Signals verbunden ist, bietet das reflexionsfreie Verspleißen von Lichtwellen­ leitern auch am Ausgang der Wellenlängenmultiplexeinheit einen Vorteil.

Die Ausbildung der Wellenlängenmultiplexeinheit als Modul bietet den Vorteil, daß die Ankopplungen von Lichtwellenlei­ tern an die Koppeleinheit 5 bzw. die Isolatoreinheit 7, die möglichst reflexionsarm sein müssen, unter kontrollierten Bedingungen vom Hersteller des Moduls vorgenommen werden kön­ nen. Die meist weniger kritischen Kopplungen zwischen den Sendern und dem Modul bzw. dem Modul und der Übertragungs­ strecke können dann vom Ersteller des Systems hergestellt werden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, kann jeder Eingang E₁ bis E_n über jeweils einen optischen Wellenlängenumsetzer mit dem betref­ fenden Eingang der optischen Koppeleinheit 5 verbunden sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß unabhängig von der Wellenlänge des am betreffenden Eingang anliegenden Signals die Signale gemultiplext werden können, da in jedem Fall eine (teilweise) Überlagerung der ankommenden Signale vermieden wird.

Jeder Wellenlängenumsetzer kann dabei durch die Verwendung einer geeigneten Empfangsdiode und einer Laserdiode mit einer vorbestimmten eigenen Wellenlänge realisiert werden, welche mittels einer geeigneten elektronischen Steuerschaltung ver­ bunden sind. Die Umsetzung der ankommenden Signale in die von den Wellenlängenumsetzern abgegebenen Signale erfolgt dabei vorzugsweise transparent.

Eine derartige optische Wellenlängenmultiplexeinheit nach der Erfindung ermöglicht somit den einfachen und kostengünstigen Aufbau eines Wellenlängenmultiplexsystems.

Claims (11)

1. Optische Wellenlängenmultiplexeinheit mit

• a) mehreren optischen Eingängen (E₁ bis E_n), welche mittels einer optischen Koppeleinheit (5) mit ei­ nem optischen Ausgang (11) verbunden sind,
• b) wobei jeder optische Eingang (E₁ bis E_n) mit einer optischen Sendeeinheit mit einer vorbestimmten Wellenlänge verbindbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

• c) daß der optische Ausgang der Koppeleinheit (5) mit dem Eingang einer optischen Isolatoreinheit (7) verbunden ist, dessen Ausgang mit einer optischen Übertragungsstrecke (15) verbindbar ist.

2. Wellenlängenmultiplexeinheit nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die optische Koppeleinheit (5) als passi­ ver optischer Wellenlängenmultiplexor, optischer Koppler, insbesondere Schmelzkoppler, oder als Waveguide ausgebildet ist.

3. Wellenlängenmultiplexeinheit nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Eingänge (E₁ bis E_n) der Wel­ lenlängenmultiplexeinheit (1) mittels Lichtwellenleiter (3) mit der Koppeleinheit (5) verbunden sind.

4. Wellenlängenmultiplexeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der optischen Isolatoreinheit (7) mit einem Lichtwellenleiter (13) verbunden ist.

5. Wellenlängenmultiplexeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Koppeleinheit (5) mittels eines Lichtwellenleiters (9) mit dem Eingang der Isolatoreinheit (7) verbunden ist.

6. Wellenlängenmultiplexeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinheit (5) und die Isolatoreinheit (7) integriert ausgebildet sind.

7. Wellenlängenmultiplexeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der optischen Isolatoreinheit (7) ein Faserverstärker integriert ist.

8. Wellenlängenmultiplexeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein, mehrere oder alle Eingänge (E₁ bis E_n) der Wellenlängenmultiplexeinheit (1) mit jeweils einem Wellenlängenumsetzer (17) verbunden sind, wobei jeder Wellenlängenumsetzer (17) die Wellenlänge eines Eingangssignals in eine vorbestimmte Wellenlänge umsetzt.

9. Wellenlängenmultiplexeinheit nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Wellenlängenumsetzer (17) als op­ tisch-elektrisch-optischer Wellenlängenumsetzer ausgebildet ist.

10. Wellenlängenmultiplexeinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wellenlängenumsetzer (17) eine Laserdiode mit der vorbestimmten Wellenlänge als optischen Sender aufweist.