DE19938103B4

DE19938103B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen der chromatischen Dispersion für optische Systeme mit einem Fernzugriffspunkt

Info

Publication number: DE19938103B4
Application number: DE19938103A
Authority: DE
Inventors: Rance M. Santa Rosa Fortenberrry
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1999-01-08
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2019-08-13
Also published as: JP3244675B2; GB9930072D0; US6313934B1; GB2346442A; DE19938103A1; JP2000206002A; GB2346442B

Abstract

Meßvorrichtung (20) zum Messen der chromatischen Dispersion eines optischen Systems (22), das einen lokalen Zugriffspunkt (LAP) und einen Fernzugriffspunkt (RAP) aufweist, mit folgenden Merkmalen:
einem ersten Empfänger (24), der ein GPS-Signal (19) empfängt und ein erstes Zeitgebungssignal (21) von dem GPS-Signal (19) ableitet;
einem Signalgenerator (26), der mit dem ersten Empfänger (24) gekoppelt ist, und ein Modulationssignal (23) erzeugt, das mit dem ersten Zeitgebungssignal (21) synchronisiert ist;
einer optischen Quelle (30), die ein optisches Signal (25) bei vorbestimmten optischen Wellenlängen liefert;
einem Modulator (28), der mit der optischen Quelle (30), dem Signalgenerator (26) und dem lokalen Zugriffspunkt (LAP) gekoppelt ist, der das optische Signal (25) entsprechend dem Modulationssignal (23) moduliert und ein moduliertes optisches Signal (27) zu dem lokalen Zugriffspunkt (LAP) liefert;
einem Demodulator (32), der mit dem Fernzugriffspunkt (RAP) des optischen Systems (22) gekoppelt ist, der das modulierte optische Signal (27) empfängt und ein...

Description

Die Erfindung geht aus von einer Messvorrichtung und einem Messverfahren zum Essen der chromatischen Dispersion eines optischen Systems, das einen lokalen Zugriffspunkt und einen Fernzugriffspunkt aufweist.
Eine chromatische Dispersion in optischen Systemen bewirkt wellenlängenabhängige Gruppenverzögerungsvariationen, die Datenraten begrenzen, Bitfehlerraten erhöhen und in anderer Form die Übertragung von optischen Signalen beeinträchtigen. Das Messen der chromatischen Dispersion eines optischen Systems ermöglicht, daß Verhaltensbegrenzungen des optischen Systems vorhergesagt werden. Überdies kann, sobald die chromatische Dispersion charakterisiert ist, dieselbe kompensiert werden, um das Systemverhalten zu verbessern.
Typischerweise werden Messungen der chromatischen Dispersion durch das Charakterisieren der Gruppenverzögerung optischer Testsignale bei verschiedenen optischen Wellenlängen, die relativ zu einem Referenzsignal gemessen werden, durchgeführt. Die chromatische Dispersion kann ohne weiteres gemessen werden, wenn die Messungszugriffspunkte des optischen Systems für ein einzelnes Gerät zur Messung der chromatischen Dispersion verfügbar sind. Jedoch besitzen optische Systeme, wie z.B. eingebaute Fasernetzwerke und andere Arten von Kommunikationssystemen Zugriffspunkte, die physikalisch entfernt voneinander sind, was Messungen der chromatischen Dispersion unter Verwendung eines einzelnen Meßgeräts unmöglich macht. Ein Lösungsansatz für Messungen der chromatischen Dispersion derartiger optischer Systeme überträgt das Referenzsignal von einem lokalen Zugriffspunkt zu einem Fernzugriffspunkt des Systems unter Verwendung einer getrennten Lichtleitfaser. Temperaturschwankungen, eine mechanische Belastung oder andere Umgebungseinflüsse auf die Faser induzieren Schwankungen in das Referenzsignal, die die Genauigkeit und die Wiederholbarkeit der Messungen der chromatischen Dispersion reduzieren. Ein alternativer Lösungsansatz multiplext das Referenzsignal und die optischen Testsi finale in dem optischen System, das charakterisiert wird. Obwohl das Multiplexen die Wirkung von Umwelteinflüssen auf die Messungen der chromatischen Dispersion wesentlich reduziert, beinhaltet dieser Lösungsansatz zusätzliche Modulatoren und Erfassungselemente, was den Aufwand und die Komplexität der Messungen erhöht.

1 zeigt ein bekanntes Meßgerät 10 zur Messung der chromatischen Dispersion, wie es beispielsweise in der Fachveröffentlichung Ryu, S. et al.: "Novel Chromatic Dispersion Measurement Method Over Continuous Gigahertz Tuning Range", Journal of Lightwave Technology, vol. 7 No. 8, August 1989, Seiten 1177 bis 1180, beschrieben ist.

Das Meßgerät 10 misst die chromatische Dispersion zwischen Zugriffspunkten eines optischen Systems 11, beispielsweise einem Eingangstor I und einem Ausgangstor O des Systems 11. Ein Modulationssignal 3, das durch ein Anregungstor S eines RF-Netzwerkanalysators 12 geliefert wird, wird an einen Amplitudenmodulator 14 angelegt, der eine Amplitudenmodulation eines optischen Signals 5, das durch einen abstimmbaren Laser 16 dem Modulator 14 zugeführt wird, durchführt. Das Modulationssignal 3 wird ferner zu einem Referenztor R des Netzwerkanalysators 12 geliefert. Amplitudenmodulierte optische Signale 7 werden an das Eingangstor I des optischen Systems 11 angelegt. An dem Ausgangstor O des optischen Systems 11 wird das resultierende optische Signal durch einen Demodulator 18 demoduliert, um ein demoduliertes Signal 9 zu erzeugen, das an das Meßtor A des Netzwerkanalysators 12 angelegt wird. Dann wird ein Vergleich der Phase des demodulierten Signals 9 mit der Phase des Modulationssignals 3, das an das Referenztor R des Netzwerkanalysators 12 angelegt wird, durchgeführt. Der Phasenvergleich erzeugt ein Phasendifferenzsignal, das der Gruppenverzögerung des optischen Systems 11 bei der optischen Wellenlänge des optischen Signals 5 entspricht. Der Phasenvergleich wird bei den verschiedenen optischen Wellenlängen, die durch den abstimmbaren Laser 16 geliefert werden, durchgeführt.

Abweichungen der Gruppenverzögerung als eine Funktion der optischen Wellenlänge, die relativ zu dem Referenzsignal gemessen werden, liefern ein Maß der chromatischen Dispersion des optischen Systems.

Das Meßgerät 10 zur Messung der chromatischen Dispersion stützt sich auf die Fähigkeit, daß das Modulationssignal 3 an dem Eingangstor I des optischen Systems 11 das optische Signal 5 moduliert und ferner an dem Ausgangstor O des optischen Systems 11 zur Verwendung als eine Referenz zum Phasenvergleich mit dem demodulierten Signal 9 dient. Dieses bekannte Meßgerät 10 ist zum Charakterisieren der chromatischen Dispersion von optischen Systemen 11, bei denen die Zugriffspunkte I, O beide für das Meßgerät verfügbar sind, gut geeignet. Jedoch besitzen viele Typen von optischen Systemen, beispielsweise eingebaute Fasernetzwerke und andere Kommunikationsysteme Zugriffspunkte, die physikalisch voneinander getrennt sind. Bei diesen Typen von optischen Systemen ist das Modulationssignal 3 nicht an beiden Zugriffspunkten verfügbar, was es schwierig macht, Messungen der chromatischen Dispersion unter Verwendung des bekannten Meßgeräts 10 zur Messung der chromatischen Dispersion durchzuführen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine wenig aufwendige Meßvorrichtung und ein Meßverfahren zur Messung der chromatischen Dispersion eines optischen Systems das einen lokalen Zugriffspunkt (LAP) und einen Fernzugriffspunkt aufweist, zu schaffen, die unabhängig von Umgebungseinflüssen ist und eine geringe Komplexität aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Meßvorrichtung nach Patentanspruch 1 und ein Meßverfahren nach Patentanspruch 9 gelöst.

Eine Meßvorrichtung, die ein System zur Messung der chromatischen Dispersion gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet, weist geringe Kosten und eine geringe Komplexität auf und ermöglicht, daß die chromatische Dispersion von optischen Systemen, die physikalisch getrennte Zugriffspunkte aufweisen, unabhängig von _Umgebungseinflüssen charakterisiert wird. Das System erzeugt ein Modulationssignal an einem lokalen Zugriffspunkt des optischen Systems und erzeugt ein Referenzsignal an einem Fernzugriffspunkt (entfernten Zugriffspunkt) des optischen Systems. Das Modulationssignal und das Referenzsignal werden über Zeitgebungssignale, die von globalen Positionierungssatelliten (GPS) abgeleitet werden, synchronisiert. Das Modulationssignal moduliert optische Testsignale, die vorbestimmte optische Wellenlängen aufweisen, wobei die modulierten optischen Testsignale dem lokalen Zugriffspunkt des optischen Systems zugeführt werden. Die modulierten optischen Testsignale werden von dem lokalen Zugriffspunkt durch das optische System zu dem Fernzugriffspunkt übertragen, wo die Signale demoduliert werden. Die Zeitverzögerung des demodulierten Signals relativ zu dem Referenzsignal wird unter Verwendung eines Oszilloskops oder eines anderen Meßgeräts an dem Fernzugriffspunkt gemessen. Alternativ wird die relative Zeitverzögerung durch einen Phasenvergleich des demodulierten Signals und des Referenzsignals, was ein Phasendifferenzsignal erzeugt, bestimmt. Das Phasendifferenzsignal bei jeder optischen Wellenlänge entspricht der relativen Verzögerung des optischen Testsignals durch das optische System bei der optischen Wellenlänge. Die relative Verzögerung durch das optische System als eine Funktion der optischen Wellenlänge liefert ein Maß der chromatischen Dispersion des optischen Systems zwischen dem lokalen und dem entfernten Zugriffspunkt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung 2 näher erläutert. Es zeigen:
1 ein bekanntes Gerät zur Messung der chromatischen Dispersion; und
2 ein System zur Messung der chromatischen Dispersion für optische Systeme mit Fernzugriffspunkten.
2 zeigt ein System 20 zur Messung der chromatischen Dispersion, das gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Das Meßsystem 20 ermöglicht, daß die chromatische Dispersion eines optischen Systems 22 charakterisiert wird, selbst wenn die Zugriffspunkte LAP, RAP des Systems 22 voneinander physikalisch getrennt sind. An dem lokalen Zugriffspunkt LAP des optischen Systems 22 empfängt ein Empfänger 24 ein Taktsignal 19 von einem globalen Positionierungssatelliten (GPS) und erzeugt ein lokales Zeitgebungssignal 21. Das lokale Zeitgebungssignal 21 wird einem Signalgenerator 26 zugeführt, der ein Modulationssignal 23 erzeugt. Bei diesem Beispiel ist das Modulationssignal 23 sinusförmig. Das Modulationssignal 23 wird einem Modulator 28 zugeführt.
Eine Reihe von optischen Testsignalen 25 wird durch eine optische Quelle 30, beispielsweise einen abstimmbaren Laser, erzeugt, um optische Signale bei vorbestimmten Wellenlängen innerhalb des Wellenbereichs, über den die chromatische Dispersion des optischen Systems 22 charakterisiert wird, zu liefern. Die optischen Testsignale 25 bei jeder vorbestimmten Wellenlänge werden dem Modulator 28 zugeführt und durch das Modulationssignal 23 moduliert. Bei diesem Beispiel werden die optischen Testsignale 25 amplitudenmoduliert. Alternativ können andere Modulationstypen, beispielsweise eine Puls- oder eine Frequenz-Modulation durchgeführt werden.
Ein moduliertes Testsignal 27 von dem Modulator 28 wird dem lokalen Zugriffspunkt LAP, beispielsweise einem Eingangstor des optischen Systems 22, zugeführt. Das modulierte Testsignal 27 breitet sich durch das optische System 22 aus, wobei dasselbe durch eine chromatische Dispersion in dem optischen System 22 modifiziert wird. An einem Fernzugriffspunkt RAP des optischen Systems 22, beispielsweise einem Ausgangstor des optischen Systems 22, extrahiert ein optischer Demodulator, beispielsweise ein optoelektrischer Wandler 32 (O/E- Wandler; O/E = optical-to-electrical) ein Meßsignal 29 aus dem modulierten Testsignal 27, welches durch das optische System 22 modifiziert ist. Das Meßsignal 29 wird einem ersten Eingang A eines Phasenkomparators 34 zugeführt.
An dem Fernzugriffspunkt RAP des optischen Systems 22 empfängt ein zweiter Empfänger 36 ein Taktsignal 19 von dem GPS und erzeugt ein Fernzeitgebungssignal 31. Das Fernzeitgebungssignal 31 wird einem Referenzsignalgenerator 38 zugeführt, der ein Referenzsignal 33 mit einer bekannten Frequenz und Phasenbeziehung bezüglich des Modulationssignals 23 an dem lokalen Zugriffspunkt LAP des optischen Systems 22 basierend auf der Ableitung sowohl des lokalen Zeitgebungssignals 21 als auch des Fernzeitgebungssignals 31 von dem GPS-Taktsignalen 19 erzeugt. Das Referenzsignal 33 wird einem zweiten Eingang R des Phasenkomparators 34 zugeführt, wobei am Ausgang D des Phasenkomparators 34 ein Phasendifferenzsignal 35 erzeugt wird, das die Phasendifferenz zwischen dem Meßsignal 29 und dem Referenzsignal 33 anzeigt. Obwohl der zweite Signalgenerator 38 und der Phasenkomparator 34 als getrennte Elemente gezeigt sind, können der Signalgenerator 38 und der Phasenkomparator 34 alternativ in einem Netzwerkanalysator enthalten sein, wobei das Referenzsignal 33 an einem Anregungstor des Netzwerkanalysators geliefert wird, wobei das Referenzsignal 33 zu einem Referenztor des Netzwerkanalysators zugeführt wird, während das Meßsignal 29 zu einem Meßtor des Analysators zugeführt wird.
Das Phasendifferenzsignal 35 entspricht der Verzögerung des modulierten Testsignals 27 durch das optische System 22 bei jeder der vorbestimmten optischen Wellenlängen, entsprechend der Messung relativ zu dem Referenzsignal 33. Die Zeitverzögerungen zwischen dem Referenzsignal 33 und dem Meßsignal 29 bei jeder der optischen Wellenlängen der optischen Testsignale 25 werden basierend auf der fundamentalen Beziehung zwischen der Phasendifferenz und der Zeitverzögerung aus dem Phasendifferenzsignal 35 bestimmt. Die Änderung der Zeitver zögerung über der optischen Wellenlänge liefert die Messung der chromatischen Dispersion für das optische System 22. Die Zeitverzögerung zwischen dem Referenzsignal 33 und dem Meßsignal 29 wird aus einem Phasenvergleich dieser Signale bestimmt. Alternativ wird die Zeitverzögerung zwischen dem Referenzsignal 33 und dem Meßsignal 29 bei jeder der entsprechenden optischen Wellenlängen direkt unter Verwendung eines Oszilloskops oder eines anderen Instruments, das eine Zeitverzögerung zwischen entsprechenden Ereignissen, beispielsweise ansteigenden Flanken, fallenden Flanken, Nulldurchgängen des Referenzsignals 33 und des Meßsignals 29 mißt, gemessen. Die Änderung der Zeitverzögerung über der optischen Wellenlänge liefert die Messung der chromatischen Dispersion für das optische System 22.

Claims

Meßvorrichtung (20) zum Messen der chromatischen Dispersion eines optischen Systems (22), das einen lokalen Zugriffspunkt (LAP) und einen Fernzugriffspunkt (RAP) aufweist, mit folgenden Merkmalen: einem ersten Empfänger (24), der ein GPS-Signal (19) empfängt und ein erstes Zeitgebungssignal (21) von dem GPS-Signal (19) ableitet; einem Signalgenerator (26), der mit dem ersten Empfänger (24) gekoppelt ist, und ein Modulationssignal (23) erzeugt, das mit dem ersten Zeitgebungssignal (21) synchronisiert ist; einer optischen Quelle (30), die ein optisches Signal (25) bei vorbestimmten optischen Wellenlängen liefert; einem Modulator (28), der mit der optischen Quelle (30), dem Signalgenerator (26) und dem lokalen Zugriffspunkt (LAP) gekoppelt ist, der das optische Signal (25) entsprechend dem Modulationssignal (23) moduliert und ein moduliertes optisches Signal (27) zu dem lokalen Zugriffspunkt (LAP) liefert; einem Demodulator (32), der mit dem Fernzugriffspunkt (RAP) des optischen Systems (22) gekoppelt ist, der das modulierte optische Signal (27) empfängt und ein demoduliertes Signal (29) erzeugt; einem zweiten Empfänger (36), der ein GPS-Signal (19) empfängt und ein zweites Zeitgebungssignal (31) aus dem GPS-Signal (19) ableitet; einem zweiten Signalgenerator (38), der mit dem zweiten Empfänger (36) gekoppelt ist und ein Referenzsignal (33), das mit dem zweiten Zeitgebungssignal (31) synchronisiert ist, erzeugt; einem Signalkomparator (34), der mit dem Demodulator (32) und dem zweiten Signalgenerator (38) gekoppelt ist, der den Zeitverlauf des demodulierten Signals (29) mit dem Zeitverlauf des Referenzsignals (33) vergleicht, um die relative Zeitverzögerung zwischen dem demodulierten Signal (29) und dem Referenzsignal (33) bei jeder der vorbestimmten optischen Wellenlängen zu bestimmen.
Meßvorrichtung (20) nach Anspruch 1, bei der der Signalkomparator (34) einen Phasenkomparator aufweist, der mit dem Demodulator (32) und dem zweiten Signalgenerator (38) gekoppelt ist, der die Phase des demodulierten Signals (29) mit der Phase des Referenzsignals (33) vergleicht, um die relative Zeitverzögerung zwischen dem demodulierten Signal (29) und dem Referenzsignal (33) bei jeder der vorbestimmten optischen Wellenlängen zu bestimmen.
Meßvorrichtung (20) nach Anspruch 2, bei der das Modulationssignal (23) ein sinusförmiges Signal ist.
Meßvorrichtung (20) nach Anspruch 2 oder 3, bei der das modulierte optische Signal (27) amplitudenmoduliert ist.
Meßvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der der zweite Signalgenerator (38) und der Phasenkomparator (34) in einem Netzwerkanalysator enthalten sind, wobei das Referenzsignal (33) durch ein Anregungstor des Netzwerkanalysators geliefert wird, wobei das demodulierte Signal (29) an ein Meßtor des Netzwerkanalysators angelegt wird, und wobei das Referenzsignal (33) an ein Referenztor des Netzwerkanalysa tors angelegt wird.
Meßvorrichtung (20) nach Anspruch 1, bei der der Signalkomparator (34) ein Oszilloskop aufweist, wobei das Vergleichen des Zeitverlaufs des demodulierten Signals (29) mit dem Zeitverlauf des Referenzsignals (33) das Messen der Zeitverzögerung zwischen entsprechenden Ereignissen des demodulierten Signals (29) und des Referenzsignals (33) umfaßt.
Meßvorrichtung (20) nach Anspruch 6, bei der das Modulationssignal (23) ein sinusförmiges Signal ist.
Meßvorrichtung (20) nach Anspruch 6 oder 7, bei der das modulierte optische Signal (27) amplitudenmoduliert ist.
Meßverfahren zum Messen der chromatischen Dispersion eines optischen Systems mit einem lokalen Zugriffspunkt (LAP) und einem Fernzugriffspunkt (RAP), mit folgenden Schritten: Empfangen eines GPS-Signals (19) und Ableiten eines ersten Zeitgebungssignals (21) aus dem GPS-Signal (19); Erzeugen eines Modulationssignals (23), das mit dem ersten Zeitgebungssignal (21) synchronisiert ist; Bereitstellen eines optischen Signals (25) bei vorbestimmten optischen Wellenlängen; Modulieren des optischen Signals (25) gemäß dem Modulationssignal (23) und Liefern eines modulierten optischen Signals (27) zu dem lokalen Zugriffspunkt (LAP), Empfangen des modulierten optischen Signals (27) an dem Fernzugriffspunkt (RAP) und Erzeugen eines demodulier ten Signals (29); Empfangen eines GPS-Signals (19) und Ableiten eines zweiten Zeitgebungssignals (31) von dem GPS-Signal (19); Erzeugen eines Referenzsignals (33), das mit dem zweiten Zeitgebungssignal (31) synchronisiert ist; und Vergleichen des Zeitverlaufs des demodulierten Signals (29) mit dem Zeitverlauf des Referenzsignals (33), um die relative Zeitverzögerung zwischen dem demodulierten Signal (29) und dem Referenzsignal (33) bei jeder der vorbestimmten optischen Wellenlängen zu bestimmen.
Meßverfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des Vergleichens des Zeitverlaufs des demodulierten Signals (29) mit dem Zeitverlauf des Referenzsignals (33) Folgendes aufweist, das Vergleichen der Phase des demodulierten Signals (29) mit der Phase des Referenzsignals (33) und das Bestimmen der relativen Zeitverzögerung zwischen dem demodulierten Signal (29) und dem Referenzsignal (33) bei jeder der vorbestimmten optischen Wellenlängen aus dem Phasenvergleich.
Meßverfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem das Modulationssignal (23) ein sinusförmiges Signal ist.
Meßverfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des Modulierens des optischen Signals (25) ein Amplituden-Modulieren des optischen Signals (25) aufweist.