DE3149615A1 - Optisches signaluebertragungsverfahren und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Optisches signaluebertragungsverfahren und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

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Description

  • Beschreibung
  • Optisches Signalübertragungsverfahren und Anordnung zur Durchführllng des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein optisches Signalübertragungsverfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verlährens nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 4.
  • Die Erfindung ist beispielsweise anwendbar bei sogenannten optischen Wellenlängenmuliplexverfahren und wird im folgenden anhand eines derartigen Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • In den letzten Jahren haben optische Nachrichtenübertragungssysteme mit Halbleiterlasern als Sender und einwelligen Glasfaser-Lichtwellenleitern, im folgenden Monomodefasern genannt, ständig an wirtschaftlicher Bedeutung gewonnen. Derartige Systeme werden in Zukunft besondere Bedeutung bei der breitbandigen Nachrichtenübertragung über große Distanzen erlangen. Die Nachrichterlübertragllngskapazitat von Monomodefasern ist wesentlich höher als die vielwelliger Fasern, auch Multimodefasern genannt, da bei Monomodefasern keine Nodendispersion vorhanden ist. Werden als optische Sender Halbleiterlaser mit Emissionswellenlängen zwischen 1,2 und 1, 6/um verwendet, so kann durch einen geeigneten Aufbau der Monomodefasern in diesem Wellenlängenbereich auch eine geringe Materialdispersion erreicht werden, so daß Bitraten bis zu einem Gigabit/sec über Strekken bis zu hundert Kilometer übertragen werden können Bei derartigen Systemen zur Nachrichten-Fernübertragung ist nun der derzeitige Preis der Monomodefasern ein wesentlicher Kostenfaktor. Diese Kosten können erheblich vermindert werden, wenn die Monomodefaser durch Wellenlängenmultiplexbetrieb vielfach genutzt wird. Als Multiplexer bzw. Demultiplexer werden dabei optische Bauelemente mit kollimierenden und fokussierenden Bauteilen und Interferenzfiltern bzw. Beugungsgittern verwendet.
  • Bei diesem technisch sehr interessanten Nachrichtenübertragungssystem taucht nun folgendes Problem auf: Der Halbim wesentlichen monochromatisches leiterlaser emittiert/Licht mit einem hohen Polarisationsdann grad Die verwendete einwellige Faser hat/ auch bei großen Längen nahezu keine depolarisierende Wirkung. Aufgrund der vorhandenen Doppelbrechung der einwelligen Faser ändert sich der Polarisationszustand des Lichts längs der Faser. Der Polarisationszustand am Ende der Faser ist elliptisch, linear oder zirkular. Dieser Polarisationszustand ändert sich in Abhängigkeit von Umweltbedingungen, wie z,B, Temperatur, Erschütterungen und zwar zufällig.
  • Wird nun zwischen Faserende und einem opto-elektrischen Detektor ein optisches Bauelement mit t polarisationsabhängi- gen Verlusten eingefügt, so werden durch dieses Bauelement die statistischen Polarisationssohwankungen in Intensitätsschwankungen tran-sformiert, die dann am Detektor als Rauschen in Erscheinung treten. Die Verluste einer Anzahl von Multiplexern und Demultiplexern sind polarisationsabhängig. Werden in den Demultipl-exern Interferenzfilter als wellenlängen selektives Element verwendet, so ergibt sich lediglich bei genau senkrechtem Durchgang durch das Filter keine Abhängigkeit der Filtereigenschaften von der Polarisation des ankommenden Lichts.
  • Wird im Demultiplexer ein Beugungsgitter mit einem blaze-Winkel als ellenlängenseletives Element verwendet so tritt auch hier mit zunehmendem α eine zunehmende Polarisationsabhängigkeit auf.
  • Ein derartiges WellenlängenmultipLexverfahren wird anhand des mit ausgezogenen Linien dargestellten Teiles der FIG.1 näher erläutert. Jeder der Lichtwellenleiter 11 bis 15 führt im wesentlichen monochromatisches Licht, das mit ZU übertragenden Signalen (Nachrichten) moduliert wird.
  • Das in verschiedenen Lichtwellenleitern geführte Licht hat jeweils unterschiedliche Wellenlängen, z.B. Al 1 bis X Dieses Licht wird einem Wellenlängenmultiplexer M zugeftihrt, der ein Wellenlängengemisch bildet, das über einen einzigen Lichtwellenleiter 10, der z.B. mehrere Kilometer lang ist, zu einem optischen Wellenlängendemultiplexer DM übertragen wird. Dieser zerlegt das Wellenlängengemisch derart, daß die weiterführenden Lichtwellenleiter 21 bis 25 im wesentlichen lediglich monochromatisches Licht der Wellenlängen Ä 1 bis #5 führen, das z.B. nicht dargestellten opto-elektrischen Empfängern z.B. Photodioden zugeführt wird FIG. 2 zeigt einen derartigen Wellenlängendemultiplexer.
  • Das über den Lichtwellenleiter 10 ankommende Licht-Wellen- längengemisch(mit Pfeilen gekennzeichnet ausgezogene Linien) wird durch ein optisch abbildendes Bauelement 31, zOBo eine Konvexlinse, derart auf ein optisches Beugungsgitter 30 abgebildet, daß das entstehende monochromatische Licht (mit Pfeilen gekennzeichnete unterbrochene Linien) in Abhängigkeit von der Wellenlänge, jeweils einem der Lichtwellenleiter 21 bis 25 zugeführt wird0 Der anhand der FBG, 2 beschriebene Wellenlängendemultiplexer ist ein polarisationsabhängiges Bauelement0 Dieses wird anhand der FIG. 3 näher erläutert.
  • FIG. 3 zeigt, für einen der Lichtwellenleiter 21 bis 25 (FIG.
  • 2) die Transmission T (in %) eines Wellenlängendemultiplexers mit Beugungsgitter in Abhängigkeit von der Licht-Wellenlänge # (in /um) des im Lichtwellenleiter 10 zugeführten Lichts.
  • Die dargestellten Meßkurven beziehen sich auf unterschiedliche polarisationsrichtungen des zugeführten Lichts. Die Bezugszeichen Tn bzw TL bezeichnen Licht, dessen Polarisationsrichtung (Richtung der elektrischen Feldstärke) parallel bzw, senkrecht zur Richtung der Rillen des (Reflexions-Beugungsgitters 30 (FIG. 2) verläuft. Für den eingangs erwähnten Wellenlängenbereich von 1,2 /um bis 1,6/um ergibt sich aus den mit T,' bzw T1 bezeichneten Meßkurven, daß die Transmission T von der Polarisationsrichtung des zugeführten Lichts abhängig ist0 Bei einer beispielhaft gewählten Lichtwellenlänge von 1,2/um ergeben sich für die Transmission T Werte von ungefähr 67% (Meßkurve T1) sowie 42% (Meßkurve Tn).
  • Daraus ergibt sich, daß Schwankungen der "Polarisationsrichrung des Lichts in dem Lichtwellenleiter 10 (FIG. 1, FIG. 2) zu Schwankungen der Transmission T in den LichtwellenlLeitern 21 bis 25 (FIG, 1 FIG. 2) führen. Diese Schwankungen der Transmission T erzeugen bei einer Nachrichtenübertragungsstrecke gemäß FIG. 1 in den erwähten opto-elektrischen Empfängern in nachteiliger Weise Intensitätsschwankungen bzw, Intensitätsrauschen des elektrischen Signals, so daß dessen Auswertung erschwert oder sogar verhindert wird Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Signalübertragungsverfahren und eine Anordnung anzugeben, die eine Verringerung des Rauschens ermöglichen, das durch Schwankungen der Polarisationsrichtung des Lichts verursacht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 4 angegebenen Merlcmale.
  • Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
  • Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß insbesondere in einem optischen Nachrichten-Ubertragungssystem das Rauschen verringert und/oder der sogenannte Störabstand (Signal/Rausch-Verhältnis) vergrößert wird, wenn unmittelbar vor einem polarisationsempfindlichen Bauelement DM (FIG.t), z.B. dem Wellenlängendemultiplexer, ein optischer Depolarisator DP eingefügt wird (FIG.1).
  • Gemäß FIG. 3 liegt die für unpolarisiertes Licht maßgebende Transmission E (Meßkurve Tu) im wesentlichen zwischen den Meßkurven Tn und T1 . Dieses bedeutet, daß bei dem erfindungsgemäßen Signalübertragungsverfahren vorteilhafterweise keine Erhöhung der Intensität des übertragenen Lichts benötigt wird. Vergleichende Messungen des Störabstandes haben ergeben, daß bei einem erfindungsgemäßen Versuchsaufbau gemäß den FIG. 1 und 2, d.h. mit eingefügtem Depolarisator DP, das durch Polarisationsschwankungen bedingte Rauschen um mindestens 6 dB (Dezibel) verringert wurde Im folgenden sind Depolarisator-Anordnungen beschrieben, die insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind.
  • FIGo 4a zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Depolarisators DP, der in einem im wesentlichen parallelen optischen Strahlengang angeordnet ist0 Dieser Parallele Strahlengang wird beispielsweise dadurch erzeugt, daß das aus dem Lichtwellenleiter 10 austretende Licht eine Kollimatoroptik, z.B. eine Konvexlinse, durchläuft , Nach dem Durchlaufen des Depolarisators DP wird das depolarisierte parallele Licht z.B. durch eine Fokussieroptik 41, z.B. eine Konvexlinse, in ein polarisationsabhängiges Bauelement DM, gemäß FIG 1, eingekopperlt Der Depolarisator DP enthält zwei optische Keildepolarisatoren DP1, DP2, die optisch doppelbrechende Kristallkeile enthalten Die Depolarisationswirkung derartiger Keildepolarisatoren DP1, DP2 beruht auf der räumlichen Verschmierung verschiedener Polarisat ionszustände die durch die Keilform eines doppelbrechenden Kristalls erzeugt werden. Darartige Depolarisatoren bestehen z.B.
  • aus einem optisch doppelbrechenden Kristallkeil und einem Gegenkeil aus optisch nichtdoppelbrechdem Material mit annähernd dem gleichen Brechungsindex zur Kompensation der Winkelablenkung des Lichts. Die depolarisierende Wirkung ist um so größer, je länger die optische Wegdifferenz innerhalb eines Strahlenbündels beim Durchgang durch den doppelbrechenden Kristallkeil ist.
  • Die Keildepolarisatoren DP1 bzw. DP2 haben optische Achsen 42 bzw, 43, die einen Winkel 44 von ungefähr 45 einschliessen und die im wesentlichen senkrecht zum Strahlengang stehen (FIG. 4a, b).
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht mindestens ein Keildepolarisator DP1 aus zwei doppelbrechenden Keilen 45, 46 die sich zu einer im wesentlichen planparallelen Platte ergänzen, und deren optische Achsen einen Winkel von ungefähr 90° bilden. Bei diesen Keildepolarisatoren sind unterschiedliche Keilwinkel 47, 48 möglich, z.B. ein Winkelverhältnis von zwei zu eins. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird anstelle von zwei Keildepolarisatoren lediglich ein Keildepolarisator verwendet. Diesei- Keildepolarisator besteht aus zwei doppelbrechenden Kristallteilen, die sich zu einer im wesentlichen planparallelen Platte ergänzen und deren optische Achsen etwa unter 450 zueinander stehen.
  • Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß bei gleicher Dicke des Elements sich die depolarisierende Wirkung annähernd verdoppelt.
  • Erfindungsgemäß ist es weiterhin möglich, daß ein derartiger Depolarisator DP im Strahlengang des polarisationsabhängigen Bauelementes DM angeordnet ist, z.B. bei einem Demultiplexer gemäß FIG. 2 zwischen dem abbildenden (1Xollimierenden) Bauelement 31 und dem Beugungsgitter 30.
  • Die FIG. 5a, 5b und 6 zeigen in schematischen Darstellungen Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Depolarisatoren DP, die in einem konvergenten tndXoder divergenten optischen Stnhlengang angeordnet sind.
  • Gemäß FIG 5a gelangt das aus dem Lichtwellenleiter 10 divergent austretende Licht auf einen Depolarisator DP der zwei optische Planpiatten 50, 51 enthält, die im wesentlichen parallel zur optischen Achse eines optisch doppelbrechenden Kristalls geschnitten sind. Die optischen Achsen 501, 511 beider Platten bilden eine Winkel 52 von ungefähr 450 (FIG.5b). Die optisch wirksame Dicke der Platten 50, 51 kann unterschiedlich sein, z,B, ein Verhältnis von zwei zu eines besitzen, Der Aufbau eines derartigen Depolarisators ähnelt im Aufbau dem Depolarisator nach Lyot.
  • Während letzterer die Depolarisation durch die Überlagerung zirkular, elliptisch und linear polarisierten Lichtes verschiedener Wellenlängen bewirkt (aufgrund der für verschiedene Wellenlängen unterschiedlichen optischen Phasendifferenz zwischen ordentlichem und außerordentlichem Strahl), beruht bei dem erfindungsgemäßen Depolarisator die Depolarisationswirkung auf den für unterschiedliche Einfallswinkel verschiedene optische Weglängen bei monochromatischem Licht0 Das Bezugszeichen 53 bezeichnet eine Ankopplungsoptik, z oBo einen Kollimator, für ein anschließendes polarisationsabhängiges Bauelement Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG. 6 wird das aus dem Lichtwellenleiter 10 divergent austretende Licht durch eine Optik 60, zOB, eine Konvexlinse, in den Depolarisator DP abgebildet und anschließend durch ein Ankopplungsoptik 61, zoBe eine Konvexlinse auf das polarisationsabhängige Bauelement weitergeleitet. Der Depolarisator DP hat den gleichen Aufbau wie in den FIG. 5a, 5b beschrieben.
  • Derartige Depolarisatoren DP sind erfindungsgemäß in den divergenten Strahlengang des polarisationsabhängigen Bau- clementes einfügbar, z.B. gemäß FIG. 2 zwischen dem Lichtlfellenleiter 10 und dem Bauelement 31.
  • In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird erfindungsgemäß ein faseroptischer Depolarisator verwendet. Ein derartiger Depolarisator ist in der deutschen Patentanmeldung (internes Aktenzeichen: UL 81/127b) beschrieben, die der Anmelder am gleichen Tage mit der vorliegenden Patentanmeldung beim deutschen Patentamt eingereicht hat.
  • L e e r s e i t e

Claims (12)

  1. Patentansprüche Optisches Signalübertragungsverfahren, insbesondere optisches Wellenlängeninultiplexverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Lichtwellenleiter (10) übertragenes Licht mindestens einem optischen Depolarisator (DP) zugeführt wird, der zumindest teilweise depolarisiertes Licht erzeugt, das an mindestens ein polarisationsempfindliches Bauelement (DM) weitergeleitet wird.
  2. 2. Optisches Signalübertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wellenlängenmultiplexverfahren als Lichtwellenleiter (10) ein im wesentlichen einwelliger Lichtwellenleiter verwendet wird und daß als polarisationsempfindliches Bauelement (DM) ein optischer Wellenlängendemultiplexer verwendet wird, der als Wellenlängen selelstierendes Element mindestens ein Beugungsgitter (30) enthält.
  3. 3. Optisches Signalübertragungsverfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Depolartsator (DP) mindestens ein faseroptischer und/oder mindestens ein kristalloptischer Depolarisator verwendet wird.
  4. 4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprfiche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein kristalloptischer Depolarisator (DP) vorhanden ist, bei dem das zu depolarisierende Licht in einem ungefähr parallelen Strahlengang nacheinander mindestens zwei Keildepolarisatoren (DP1, DP2) durchläuft, deren optische Achsen (42, 42) nicht parallel sind.
  5. 5, Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Achsen (42, 43) einen Winkel (44) von ungefähr 45° bilden und daß die Achsen (42, 43) im wesentlichen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts stehen (FIG. 4a, b).
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 4-, oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Keildepolarisatoren (DP1) aus mindestens zwei optisch doppelbrechenden Keilen (45, 46) besteht, deren optische Achsen einen Winkel von ungefähr 900 bilden und daß die Achsen im wesentlichen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts stehen.
  7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche. 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Keildepolarisator mindestens zwei optische Keile enthält, die unterschiedliche optisch wirksame Keilwinkel (47, 48) aufweisen.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Keilwinkel (47, 48) ein Winkelverhältnis von ungefähr zwei zu eins aufweisen.
  9. 9 Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein kristalloptischer Depolarisator vorhanden ist, der mindestens zwei optisch doppelbrechende Planplatten (50, 51) enthält, deren optische Achsen nicht parallel sind und vorzugsweise einen Winkel von ungefähr 450 einschließen, daß die optischen Achsen ungefähr senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts stehen und daß innerhalb der Planplatten ein divergenter und/oder konvergent er optischer Strahlengang vorhanden ist (FIGe 5).
  10. 10 Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei optisch wirksame Planpiatten vorhanden sind, die unterschiedliche optisch wirksame Plattendicken aufweisen.
  11. iIo Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Plattendicken ein optisch wirksames Dickenverhältnis von ungefähr zwei zu eins aufweisen.
  12. 12 Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Depolarisator im optischen Strahlengang eines polarisationsabhängigen Bauelements (DM) angebracht ist.
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