DE3212590A1

DE3212590A1 - Verfahren und vorrichtung zum optischen entzerren von signalen bei ihrer uebertragung ueber lichtwellenleiter

Info

Publication number: DE3212590A1
Application number: DE19823212590
Authority: DE
Inventors: Gustl Dipl.-Phys. 7414 Lichtenstein Keller
Original assignee: Wandel and Golterman GmbH and Co
Current assignee: Wandel and Golterman GmbH and Co
Priority date: 1982-04-03
Filing date: 1982-04-03
Publication date: 1983-10-13

Description

Verfahren und Vorrichtung zum optischen Entzerren von Signalen bei ihrer Obertragung über Lichtwellenleiter Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optischen Entzerren der durch Dispersion, insbesondere durch Modendispersion, in Lichtwellenleitern entstandenen Verzerrungen eines Signals.
Bei der Obertragung optischer Signale über lange Lichtwellenleiter treten zufolge von Moden-, Material- und Wellenleiterdispersion der Lichtwellenleiter Signalverzerrungen auf, die mit der Länge de -Lichtwellenleiter zunehmen und daher den maximalen Verstärkera,ustand bestimmen. Bei der Obertragung in dem für Gradienten-LWL besonders interessanten Wellenlängenbereich von 1,2 um bis 1,3 um überwiegt die Modendispersion, die durch die Laufzeitunterschiede bzwe unterschiedl ichen Fortpflanzungsgeschwindigkeiten der verschiedenen Moden bzw. Modengruppen hervorgerufen-wird, wogegen die Materialdispörsion in diesem Wellenlängenbereich ein Minimum aufweist. Demgegenüber ist im Wellenlängenbereich von 800 nm bis 900 nm die Material dispersion nicht zu vernachlässigen. Ihre Auswirkung kann je nach Art der anregenden Lichtquelle die Auswirkung der Modendispersion auch über wiegen.
Aus Optical Communication Conference, Amsterdam 17. - 19. September 1979, Conference proceedings, Seite 22.2-3, Figur 6, ist als Bestandteil eines optischen Empfängers für die LWL-Obertragung ein Signalregenerator für eine Lichtwellenleiterübertragungsstrecke bekannt, der zur Entzerrung der durch Dispersion hervorgerufenen Impulsverzerrungen einen elektrischen Entzerrer enthält. Diese Art der Entzerrung ist aber umständlich und aufwendig, weil die empfangenen optischen Signale zuerst in elektrische Signale umgewandelt und diese nach der Entzerrung wieder in opt:ische Signale zurückgewandelt werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entzerrung unmittelbar am optischen Signal vorzunehmen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe auf die im Anspruch 1 gekennzeichnete Weise. Dabei ergeben sich die Vorteile, daß das optische Signal ohne Zufuhr von Hilfsenergie entzerrt wird, und daß es bei der Entzerrung keine elektromagnetischen Störungen aufnimmt.
Eine erfinderische Weiterbildung des Verfahrens ist im Anspruch 3 gekennzeichnet. Sie eignet sich auch dann, wenn ein optisches RZ-Signal mehrere Verzerrungsanteile enthält, die von unterschiedlichen Dispersionsarten herrühren.
Die Erfindung löst die oben angegebene Aufgabe jeweils auch durch die in den Ansprüchen 7, 12 und 13 gekennzeichneten Anordnungen.
Da diese rein optischer Art sind, können längs einer LWL-Obertragungsstrecke auch Entzerrer vorgesehen werden, denen keine elektrische Energie zugeführt werden muß (ungespeiste Regeneratoren) wenn, wie üblich, die mögliche LWL-Kabellänge ("Regeneratorfeldlänge") durch die Dispersion und nicht durch die Kabeldämpfung begrenzt ist.
Eine erfinderische Anordnung zur Entzerrung von RZ-Signalen ergibt sich mit den Mitteln des Anspruchs 1S. Auf diese Weise kann an den Stellen einer LWL-Obertragungsstrecke, an denen ein optisches RZ-Signal zwecks Verstärkung desselben vorübergehend' in ein elektrisches Signal umgesetzt wird, das -optische Signal auch ohne Zuhilfenahme eines optisch wirkenden Moden-, wellenlängen oder Polaris-ationstrenners rein optisch-entzerrt werden, wobei es keine Rolle spielt, welche Dispersionsart die Verzerrungen verursacht hat.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Hierbei zeigt In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Hierbei zeigt Figur 1 einen ersten Entzerrer Figur 2 einen zweiten Entzerrer mit einem Modentrenner gemaß Ansprüche 8 und -9 Figuren 3a und 3b einen dritten Entzerrer mit einem Modentrenner gemäß Anspruch 10 Figur 4 einen vierten Entzerrer mit einem Wellenlängentrenner (=Demultiplexer) Figur 5 einen fünften Entzerrer mit einem Polarisationstrenner Figur 6 einen sechsten Entzerrer mit einem schnellen n-Wege-Umschalter.
Bei dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines Entzerrers ist ein Lichtwellenleiter (LWL) 1, in dem das durch Laufzeitunterschiede verzerrte Signal ankommt, mit dem Eingang einer Einrichtung 2 zum Trennen des Signals in Signalanteile mit unterschiedlichen Laufzeiten verbunden. Ausgänge 3a bis 3n der Einrichtung 2 sind über unterschiedl-ich lange LWL-Abschnitte 4a bis 4n mit Eingängen 5 eines Summiergliedes 6 verbunden, an dessen mit einer abgehenden LWL 7 verbundenem Ausgang das entzerrte Signal erscheint. Am Ausgang 3a erscheint der Signalanteil mit der längsten Laufzeita. Er wird zum Eingang 5a des Summiergliedes 6 über den kürzesten LWL-Abschnitt 4a geleitet. An den Ausgängen 3b bis 3n erscheinen Signalanteile mit jeweils gegenüber der Laufzeit des vorigen Signalanteils kürzeren Laufzeiten 21& bis gX . Die Längen der die Ausgänge 3 mit den Eingängen 5 verbindenden LWL-Abschnitte 4a bis 4n sind entsprechend den Laufzeit unterschieden in der Weise gestaffelt, daß sich jeweils dieselbe Laufzeit ergibt, die der längsten Gesamtlaufzeit <7a entspricht, wodurch di-e Entzerrung des Signals b-ewirkt wird.
Bei dem in Figur 2 dargestellten zweiten 'Ausführungsbeispiel eines Entzerrers ist hinter dessen Eingang 20, der mit dem Ende eises langen, die Modendispersion erzeugenden LWL 21 verbunden ist, ein drei unterschiedlich lange LWL-Zweige 22,23,24 aufweisender Modentrenner angeordnet, dessen kürzester LWL-Zweig 22 den Eingang 20 auf kurzem Wege mit einem ersten Eingang 25 eines Summiergliedes 26 verbindet und der einen stark gekrümmten mittleren Bereich 27 aufweist. Hinter und vor dem stark gekrümmten Mittelteil 27 ist der LWL-Zweig 22 seitlich bis zu seinem Kern angeschliffen und jewei.ls mit den kurz hinter ihren einen Enden, ebenfalls seitlich bis zu ihren Kernen angeschliffenen LWL-Zweigen 23 bzw. 24 durch Kontaktieren der angeschliffenen Stellen verbunden. Die anderen Enden der LWL-Zweige 23 und 24; von denen der LWL-Zweig 23 eine mittlere Länge und der LWL-Zweig 24 eine größte Länge aufweist, sind stirnseitig mit weiteren Eingängen 28 und 29 des Summiergliedes 26 verbunden, während die den angeschliffenen Stellen benachbarten Enden der LWL-Zweige 23 und 24 mit absorbierenden Abschlüssen 23a, 24a verbunden sind.
Da je nach Art des für die LWL-Zweige verwendeten Glasfasermaterials und dessen Anschliffs die sich unterschiedlich schnell ausbreitenden Modengruppen bevorzugt in die verschiedenen LWL-Zweige übertreten, wird man bei der Herstellung des Modentrenners zunächst die LWL-Zweige 22, 23 und 24 gleich lang machen und sie erst nach Feststellen der zwischen ihnen auftretenden Modengruppenverteilunq und der im vorgeschalteten LWL 21 tatsächlich auftretenden Laufzeitunterschiede entsprechend kürzen.
Bei der in Figur 2 dargestellten Anordnung ist angenommen, daß die am Eingang 25 erscheinende Modengruppe in dem vor dem Eingang 20 liegenden, die Modendispersion verursachenden LWL 21 die größte Laufzeitverzögerung, die am Eingang 28 erscheinde Modengruppe eine mittlere und die am Eingang 29 erscheinende Modengruppe die geringste Laufzeitverzögerung erfahren hat, so daß sich im Zusammenwirken mit den unterschiedlichen Längen der LWL-Abschnitte 22,23 und 24, für alle Modengruppen bzw. Signalanteile jeweils dieselbe Gesamtlaufzeit ergibt Das in den Figuren 3a und 3b dargestellte dritte Ausführungsbeispiel benutzt einen Modentrenner, bei dem ein erster LWL-Abschnitt, 30, der mit seinem einen Ende mittels einer LWL-Kupplung 31 mit dem Ende eines langen LWL 32 verbunden ist, in dem das zu entzerrende Signal ankommt, an seinem anderen Ende eine plane Endfläche 33 mit kreis- bzw. ringförmigen Teilbereichen 30a, 30b, 30c und 30d besitzt, aus denen die verschiedenen Signalanteile auskoppelbar sind, die den vorgeschalteten langen LWL 32 mit unterschiedlichen Laufzeiten durchlaufen h(ben.
An den inneren kreisförmigen Teilbereich 30d ist ein dünner LWL-Abschnitt 34d angekoppelt, der unmittelbar zu einem Eingang eines ersten Summiergliedes 35 führt. Die ringförmigen Teilbereiche 30a, 30b und 30c sind jeweils über eine Gruppe 34a, 34b bzw. 34c hinter sich gleichlanger. dünner LWL-Abschnitte 34al bis 34a8; 34bl t)is 34b6; 34c1 bis 34c4 mit den Eingängen weiterer Summiergleider 35a, 34b ur;d 35c verbunden, deren Ausgänge über weitere LWL-Abschnitte 36a, 36b und 36c mit den übrigen Eingängen des ersten Summiergliedes 35 verbunden sind. Die Laufzeitentzerrung kommt durch die untersch-edlichen Längen der LWL-Abschnitte 34d und 36a bis 36c zustande. Im dargestel-lten Beispiel ist angenommen, daß die Laufzeiten der aus den verschiedenbn Teilbereichen 30a bis 30d der Endfläche 33 auskoppelbaren Signalanteile von innen nach außen abnimmt.
Das in Figur 4 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel arbeitet mit einem Wellenlängendemultiplexer 40, an dessen Eingang 41 das Laufzeit verzerrte Signal anliegt und an dessen drei Ausgängen drei verschiedene Wellenlängenbereiche » 2 und i>3 und umfassende Teilsignale erscheinen die über drei unterschiedlich lange LWL-Abschnitte 42, 43 und 44 mit den Eingängen eines Summiergliedes 45 verbunden sind, wobei angenommen ist, daß 7L1> iuz > 2L3 ist.
Das in Figur 5 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel arbeitet mit einem Polarisationstrenner 50-, an dessen beiden Ausgängen Signalan-° teile mit um 90 gegeneinander verdrehten Polarisationsrichtungen Pl und P2 erscheinen. Hierbei ist angenommen, daß das Teilsignal mit der Polarisationsrichtung P1 die größere Laufzeit aufweist.
Das in Figur 6 dargestellte sechste Ausführungsbeispiel besitzt zur Trennung der verschiedenen Signalanteile eines: laufzeitverzerrten RZ-Signals einen schnellen optischen n-Wege-Umschalter 60, der mit dem n-fachen der Bittaktfrequenz des RZ-Signals umläuft. An seinem Eingang 61 ist das Ende des das zu entzerrende RZ-Signal zuführenden langen LWL 62 angeschlossen, und seine Ausgänge sind über unterschiedlich lange LWL- Abschnitte 63 bis 68, mit den Eingängen eines Summiergliedes 69 ver--bunden, an dessen Ausgang das entzerrte Signal steht.
Die Anordnung nach Figur 6 ist nur bei LWL-Strecken 62 anwendbar, deren Länge so begrenzt ist, daß die auf der LWL-Strecke auftretenden maximalen Laufzeitunterschiede zwischen dem sich am schnellsten und dem sich am langsamsten fortpflanzenden Signalanteil die Dauer eines Bits nicht überschreitet.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum optischen Entzerren eines in einem Lichtwellenleiter (LWL) durch Dispersion verzerrten optischen Signals, d a d u r c h.

g e k e n n z e i c h n e-t, daß das verzerrte Signal in einzelne Signalanteile zerlegt wird, di.e dispersionsbedingte, voneinander verschiedene Laufzeiten aufweisen, daß-jeder Signal anteil einer.

solchen individuellen Signal verzögerung unterworfen wird, daß sich für alle Signalanteile dieselbe Gesamtlaufzeit ergibt, und daß die individuell verzögerten Signalanteile'wieder vereinigt werden..
2. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere zur Entzerrung von Modendispersion, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jeder Signalanteil um die Differenz zwischen seiner Laufzeit durch den Lichtwellenleiter und der längsten Laufzeit eines Signalanteiis durch den Lichtwellenleiter verzögert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 od.er 2 zum Entzerren eines RZ-Signals-, d a d u r c h g e k e n-n z e i c h n e t, daß jedes Bit des RZ-Signals in mehrere zeitlich aufeinanderfolgende gleichlange, zusammen jeweils einer Bitdauer entsprechende Signal abschnitte zerlegt wird, daß jeder Signalabschnitt individuell entsprechend der Differenz der Laufzeit des in dem betreffenden Signal abschnitt vorherrschenden Mode bzw. der in dem betreffenden Signal abschnitt vorherrschenden Modengruppe und der längsten Laufzeit eines Modes bzw. einer Modengruppe verzögert wird und daß die verzögerten Signal abschnitte addiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 zum Entzerren von Modendispersion, irsbesondere in Multimode-LWL, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß die Zerlegung in Signalanteile mit unterschiedlichen Mcden, bzw. mit unterschiedlichen Modengruppen jeweils etwa gleicher Signallaufzeit, erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 zum Entzerren von Wellenlängendispersion, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zerlegung in Signalanteile unterschiedlicher Wellenlängen erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 zum Entzerren von Polarisationsdispersion in LWL, insbesondere in Monomode-LWL, d a d u r c h g e k e n n-7 e i c h n e t, daß die Zerlegung in Signalanteile unterschiedlicher Polarisationsrichtungen erfolgt.
7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Modentrenner (2), an dessen Eingang das verzerrte Signal liegt, durch mehrere mit ihren einen Enden an den Ausgängen (3a bis 3n) des Modentrenners (2) angeschlossene, unterschiedlich lange LWL-Abschnitte (4a bis 4n) und durch ein mit den anderen Enden (5a bis 5n) der unterschiedlich langen LWL-Abschnitte (4a bis 4n) verbundenes Summierglied (6), an dessen Ausgang das entzerrte Signal abnehmbar ist. (Fig. 1)
8. Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h. g e k e n n z e i c h n e t, daß der Modentrenner einen mit seinem einen Ende einen Entzerrereingang (20) bildenden und mit seinem anderen Ende einem Entzerrerausgang zugewandten, einen stark gekrümmten mittleren Bereich (27) aufweisenden LWL-Abschnitt (22) enthält, an denausgangsseitig hinter dem stark gekrümmen Bereich (27) ein weiterer LWL-Abschnitt (23) durch gegenseitige Anlage einseitig querschnittsgeschwächter Bereiche der beiden LWL-Abschnitte (22,23) angeschlossen ist, dessen dem Entzerrereingang (20) zugewandtes Ende mit einem absorbierenden Abschluß (23a) versehen ist und dessen dem Entzerrerausgang zugewandtes Ende einen weiteren Modentrennerausgang bildet. (Fig. 2)
9. Anordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auch vor dem stark gekrümmten Bereich (27) des LWL-Abschnittes (22) ein weiterer LWL-Abschnitt (24j angeschlossen ist, der einerseits einen -Abschluß (24a) trägt und andererseits einen weiteren Modentrennerausgang bildet. (Fig. 2)
10. Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Modentrenner einen mit seinem einen Ende den Eingang des Entzerrers bildenden ersten LWL-Abschnitt (30), dessen anderes Ende eine plane Endfläche (33) aufweist, un-d mehrere mit ihren einen Enden jeweils zu einem Ausgang des Entzerrers weisende weitere LWL-Abschnitte besitzt, deren andere Enden im Querschnitt verringert (verdünnt) sind und an diskrete Teilbereiche (30a bis 30d) der planen Endfläche (33) des ersten LWL-Abschnittes (30) angekoppelt sind, und daß die weiteren LWL-Abschnitte nach Maßgabe der auszugleichenden Laufzeitunterschiede der einezlenen Moden bzw. Modengruppen unterschiedliche Längen aufweisen und mit den Eingängen eines Summiergliedes (35) verbunden sind.
11. Anordnung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an jedem der kreisringförmigen Teilbereiche (30a, 30b, 30c)-der Endfläche (33) jeweils eine Gruppe unter sich gleich langer LWL-Abschnitte (34al bis 34a8; 34bl bis34b6; 34c1 bis 34c4)-angekoppelt sind, die jeweils an den Eingängen weiterer Summierglieder (35a, 35b, 35c) wiegen, deren Ausgänge über unterschiedlich lange LWL-Abschnitte (36a, 36b, 36c) mit den übrigen Eingängen eines ersten Summiergliedes (36) verbunden sind. (Fig. 3a, Fig. 3b).
12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, g e k e n nz e i c h n e t d u r c h einen Wellenlängendemultiplexer (40), an dessen Eingang (41) das verzerrte Signal liegt, durch mehrere mit ihren einen Enden an den Ausgängen des Wellenlängendemultiplexers angeschlossene, unterschiedlich lange-LWL-Abschnitte (42, 43, 44) und durch ein mit den anderen Enden der unterschiedlich langen LWL-Abschnitte verbundenes Summierglied (45), an dessen Ausgang (46) das entzerrte Signal abnehmbar ist. (Figur 4).
13. Ancrdnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, g e k e n nz E i c h n-e t d u r c h einen Polarisationstrenner (50), an dessen Eirgang (51) das verzerrte Signal liegt, durch zwei mit ihren einen Encen an den Ausgängen des Polarisationstrenners angeschlossene unterschiedlich lange LWL-Abschnitte (52, 53) und durch ein mit den anderen Encen der unterschiedlich langen LWL-Abschnitte verbundenes Summierglied (44), an dessen Ausgang das entzerrte Signal abnehmbar ist. (Figur 5)
14. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, g e k e n nz e i c h n e t d u r c h die Kombination mindestens zweier der Ansprüche 7, 12 und 13.
15. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das zu entzerrende optische RZ-Signal am eingang (61) eines schnellen optischen n-Wege-Umschalters (60) liegt, der mit dem n-fachen der Bittaktfrequenz des RZ-Signals umläuft und dessen Ausgänge über unterschiedlich lange LWL-Abschnitte (63 bis 68) mit den Eingängen eines Summiergliedes (69) verbunden sind. (Figur 6)