DE3417644A1 - Method for two-way optical data transmission - Google Patents

Method for two-way optical data transmission

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DE3417644A1 DE19843417644 DE3417644A DE3417644A1 DE 3417644 A1 DE3417644 A1 DE 3417644A1 DE 19843417644 DE19843417644 DE 19843417644 DE 3417644 A DE3417644 A DE 3417644A DE 3417644 A1 DE3417644 A1 DE 3417644A1
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Abstract

The invention relates to a method for two-way optical data transmission which, at low cost, enables in particular a very broadband transmission from a central station (exchange, switching centre) to a subscriber with simultaneous relatively narrowband transmission from the subscriber to the central station. An optical waveguide is used as a transmission channel which has a substantially larger core diameter than a conventional single-mode optical waveguide and which effectively has a single-wave characteristic for the light transmitted by the central station, whereas a multi-wave characteristic is provided for the light transmitted by the subscriber.

Description

Beschreibungdescription

Verfahren zur bidirektionalen optischen Nachrichtenübertagung Die Erfindung betrifft: ein Verfahren zur bidirektionalen optischen Nachrichtenübertragung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.Method for bidirectional optical message transmission The The invention relates to: a method for bidirectional optical communication according to the preamble of claim 1.

Ein solches Verfahren wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt eine erste Sende- und/oder Empfangsstation 1, die durch einen Lichtwellenleiter L mit einer zweiten Sende-und/oder Empfangsstation 2 verbunden wird. Die erste Sende- und/oder Empfangsstation 1 enthält einen elektrooptischen ersten Sender S1, der erstes Licht #1 (Licht der Wellenlänge 11) aussendet, eine ersten Empfänger El, der zweites Licht #2 (Licht der Wellenlänge A 2) empfängt, sowie einen ersten Duplexer D1, der bewirkt, daß das erste Licht #1 lediglich in den Lichtwellenleiter L eingekoppelt wird und daß das im Lichtwellenleiter L ankommende, voii der zweiten Sende- und/oder Empfangsstation 2 ausgesandte, zweite Licht #2 lediglich dem ersten Empfänger E1 zugeführt wird. Der Aufbau der zweiten Sende- und/oder Empfangsstation 2 entspricht demjenigen der ersten. In dem Lichtwellenleiter L wird daher erstes sowie zweites Licht übertragen mit jeweils entgegengesetzten Ausbreitungsrich t:ullgen .Such a method is described below with the aid of a schematic Drawing explained in more detail. The figure shows a first transmitting and / or receiving station 1, through an optical waveguide L with a second transmitting and / or receiving station 2 is connected. The first transmitting and / or receiving station 1 contains an electro-optical one first transmitter S1 that emits first light # 1 (light of wavelength 11), a first recipient El that second light # 2 (light of wavelength A 2) receives, as well as a first duplexer D1, which causes the first light # 1 is only coupled into the optical waveguide L and that in the optical waveguide L incoming, second sent out by the second transmitting and / or receiving station 2 Light # 2 is only fed to the first receiver E1. Building the second Transmitting and / or receiving station 2 corresponds to that of the first. In the fiber optic cable L is therefore transmitted first as well as second light with each opposite Direction of propagation: ullgen.

Ein derartiges Verfahren ist insbesondere anwendbar zur optischen Nachrichtenübertragung zwischen einer zentralen Stelle, z.B. einem Amt oder einer Vermittlugsstelle, die gleichzeitig mehrere Dienste z.B. Fernseh-Rundfunkprogramme, Tolefollgespräche, Bildfcriisprechen usw. aussendet, und mindestens einem Teilnehmer, z.B. ein privater Haushalt mit der Möglichkeit, Fernschbilder zu sendeii mit Hilfe eines sogenannten Fernsehtelefons. Bei einem derartigen Anwendungsfall kann zwischen der zentralen Stelle und dem Teilnehmer eine Entfernung bis zu 10 km bestehen. Außerdem benötigt der Übertragungskanal von der zentralen Stelle zum Teilnehmer eine wesentlich größere Bandbreite als umgekehrt. Es ist naheliegend, als Lichtwellenleiter L eine sogenannte Gradienten-Glasfaser zu verwenden. Eine Gradienten-Glasfaser hat eine numerische Apertur von ungefähr 0,2 sowie einen lichtleitenden Kern mit einem Durchmesser von ungefähr 50 ,um, der eine kostengünstige Verlegung (Justierung) ermöglicht. Optische Koppelverluste sind daher in kostengünstiger Weise weitgehend vermeidbar.Such a method is particularly applicable to optical Message transmission between a central point, e.g. an office or a Brokerage that provides several services at the same time, e.g. television broadcast programs, Sends out tolefoll talks, image criticism etc., and at least one participant, E.g. a private household with the possibility to send telegraph pictures with help a so-called television telephone. In such an application, between the central point and the participant are at a distance of up to 10 km. aside from that the transmission channel from the central point to the subscriber requires a significant amount greater bandwidth than vice versa. It is obvious to use an optical waveguide L. to use so-called gradient glass fiber. A gradient fiber has one numerical aperture of about 0.2 as well as a light-guiding core with a diameter of about 50 .mu.m, which enables inexpensive installation (adjustment). Optical coupling losses can therefore be largely avoided in a cost-effective manner.

Die übliche Gradieriten-Glasfaser besitzt jedoch in nach- teiliger Weise eine kleine Übertragungbandbreite, so daß beispielsweise eine zukünftig zu erwandtende Programmvielfalt mit vier oder mehr Fernsehkanälen (zu Je 140 MBit/s) nicht mehr von der zentralen Stelle über eine einzige Gradienten-Glasfaser übertragen werden kann. Die Verweiidung einer sehr breibandigen Präzisionsgradientenfasen ist dagegen sehr aufwendig und daher unwirtschaftlich.The usual gradierite glass fiber, however, has more part Allocate a small transmission bandwidth, so that, for example, a future too Applicable variety of programs with four or more television channels (each at 140 Mbit / s) no longer transmitted from the central point via a single gradient fiber optic can be. The refusal of a very broad-band precision gradient bevel is however, very expensive and therefore uneconomical.

Es ist möglich, diesen Nachteil dadurch zu beseitigen, daß als Lichtwellenleiter L eine übliche Monomode-Glasfaser verwendet wird, die z.B. eine numerische Apertur von ungefähr 0,12 besitzt sowie einen lichtleitenden Kerit illit einem Durchmesser von ungefähr 9 µm. Eine derartige Monomode-Glasfaser besitzt zwar eine ausreichende Übertragungsbandbreite, es ist jedoch nachteilig, daß ein erheblich höherer Justier- sowie Montageaufwarld benötigt wird um unerwünschte optische Koppelverluste zu vermeiden.It is possible to eliminate this disadvantage by using as an optical waveguide L a common single-mode optical fiber is used, e.g. a numerical aperture of about 0.12 and a light-conducting kerite with a diameter of about 9 µm. Such a single mode glass fiber has a sufficient one Transmission bandwidth, but it is disadvantageous that a considerably higher adjustment as well as assembly warning is required to avoid undesired optical coupling losses.

Außerdem ist der optische Koppelwirkungsgrad zwischen einer Monomode-Glasfas er und einer an sich kostengünstig herstellbaren LED (Licht emittierende Diode) sehr gering, so daß insbesondere eine wirtschaftliche Herstellung kostengünstiger Teilnehmerstationen nicht möglich ist.In addition, the optical coupling efficiency between a single mode glass fiber he and an LED (light-emitting diode) that can be produced cost-effectively very low, so that, in particular, economical production is more cost-effective Subscriber stations is not possible.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahiitgeheiid zu verbessern, daß iii kostengünstiger Weise rille möglichst breitbandige Nachrichtenübertragung (z.B. eine Vielzahl von Fernsehkanälen) von einer zentralen Stelle zu einem bis zu 10 km davon entfernten Teilnehmer möglich wird bei gleichzeitig genügend breitbandiger Nachrichtenübertragung (z.B. ei Fernsehkanal) vom Teilnehmer zur zentralen Stelle.The invention is therefore based on the object of providing a generic Process to improve that iii cost-effective way possible Broadband communications (e.g. a variety of television channels) from a central point to a subscriber up to 10 km away is given at the same time with sufficient broadband message transmission (e.g. a television channel) from the participant to the central point.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.This object is achieved by the characterizing part of the claim 1 specified features. Advantageous refinements and developments are the Subclaims can be found.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß als optischer Nachrichtenübertragungskanal ein Lichtwellenleiter verwendbär ist, welchem der lichtführende Kern einen wesentlich größeren Durchmesser besitzt als der entsprechende Kern eines üblichen Monomode-Lichtwelleneiters. Dadurch sind kostengünstige Morstage- und/oder Justierarbeiten durchführbar, störende optische Koppelverlus te werdeii weitgehend vermieden.A first advantage of the invention is that as an optical Communication channel a fiber optic cable is used, which is the light-guiding Core has a much larger diameter than the corresponding core of a common single mode fiber optic cable. This means that inexpensive Morstage and / or Adjustment work can be carried out, disruptive optical coupling losses will be largely avoided.

Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß lediglich in der zentralen Stelle ein Halbleiterlaser benötigt wird, während beim Teilnehmer kostengünstigere Lumineszenzdiode verwendbar sind.A second advantage is that only in the central Place a semiconductor laser is needed, while at the participant more cost-effective Light emitting diode can be used.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter BezugIlahme auf die Figur näher erläutert.The invention is illustrated below using an exemplary embodiment explained in more detail with reference to the figure.

Die Erfindung beruht auf einem Lichtwellenleiter k, bei welchem das sogenannte Brechzahlprofil n(r) entsprechend der folgenden Formel gewählt wird: mit n = Brechzahl, r = Radius, a = maximaler Radius des lichtführenden Kerns, S = relativer Brechzahlunterschied zwi- schen Kern und Mantel, n0 = maximale Brechzahl des Kerns in der Kernmitte; ist eine Konstante, welche den Verlauf der Brechzahl bestimmt.The invention is based on an optical waveguide k, in which the so-called refractive index profile n (r) is selected according to the following formula: with n = refractive index, r = radius, a = maximum radius of the light-guiding core, S = relative difference in refractive index between core and cladding, n0 = maximum refractive index of the core in the center of the core; is a constant that determines the course of the refractive index.

In dem Ausführungsbeispiel wird nun ein Kerndurchmesser 2a = 15 µm gewählt bei einem relativen Brëchzahlunterschiend # = 0,25 %, zulässigen Modenlaufzeitunterschienden von ungefähr 100 ps/km sowie der Konstanten α # 6,0 # 0,25.In the exemplary embodiment, a core diameter 2a = 15 μm chosen with a relative fracture number difference # = 0.25%, permissible mode delay differences of about 100 ps / km and the constant α # 6.0 # 0.25.

Für die Lichtwellenlänge #1 # 1,6 µm ist der Licthwellenleiter effektiv einwellig (HE11-Modus) und besitzt daher eine große Übertragungsbandbreite.The light waveguide is effective for the light wavelength # 1 # 1.6 µm single-wave (HE11 mode) and therefore has a large transmission bandwidth.

Licht der Wellenlänge 1,60 µm wird beispielsweise erzeugt durch eine spektral einwellige Halbleiter-Laserdiode mit einem nachgeschalteten optischen Richtkoppler und/oder durch eine spektral vielwellige Halbleiter-Laserdiode.Light with a wavelength of 1.60 µm is generated, for example, by a spectrally single-wave semiconductor laser diode with a downstream optical directional coupler and / or by a spectrally multi-wave semiconductor laser diode.

Derartige Laserdioden sind außerdem elektrisch modulierbar mit einem breitbandigen puls-code-Signal, das z.B.Such laser diodes can also be electrically modulated with a broadband pulse code signal, e.g.

560 MBit/s entspricht. Es ist daher zweckmäßig, eine derartige Laserdiode als ersten Sender S1 in der erwähnten zentralen Stelle (Sende- und/oder Empfangsstation l) auszubildeii.560 Mbit / s. It is therefore advisable to use such a laser diode as the first transmitter S1 in the aforementioned central location (transmitting and / or receiving station l) apprentices

Für die Teilnehmerstation (Sende- und/oder Empfangsstation 2) wird als zweiter Sender S2 lediglich eine wesentlich kostengünstiger herstellbare Lumineszenzdiode benötigt, z.B. ein Kantenemitter oder eine superstrahlende Diode oder eine Planardiode hoher Leuchtdichte, deren strahlende Fläche an den Kernquerschnitt des Lichtwellenleiters L angepaßt ist. Durch eine derartige Lumineszenzdiode wird zweites Licht #2 der Wellenlänge ungefähr 1,2 um ausgesandt. Für die Wellenlänge ist der angegebene Lichtwellenleiter vielwellig (HE11, H01, E01, HE21-Moden) . Die Vielwelligkeit des Lichtwellenleiters bei der Wellenlänge 1,2 µm bewirkt in vorteilhaft Weise bei einer Lumineszenzdiode einen ungefähr dreimal optischen Koppelwirkungsgrad, im Vergleich zu einer Monomode-Glasfaser.For the subscriber station (sending and / or receiving station 2) as the second transmitter S2, only a luminescent diode that can be produced much more cheaply required, e.g. an edge emitter or a super radiating diode or a planar diode high luminance, the radiating surface of which is attached to the core cross-section of the optical waveguide L is adapted. Through such a light emitting diode, second light # 2 becomes the Wavelength about 1.2 µm emitted. The specified fiber optic cable is used for the wavelength multi-wavy (HE11, H01, E01, HE21 modes). The multi-waviness of the optical waveguide in the A wavelength of 1.2 μm has an advantageous effect on a light-emitting diode about three times optical coupling efficiency compared to a single mode fiber.

Bei diser Wellenlänge ist ein ebenfalls puls-code- moduliertes Signal mit z.B. 140 MBit/s übertragbar. Als Empfänger E1, E2 werden pin-Photodioden und/oder Lawinenphotodioden verwendet, da diese die entstanden kurzen Lichtpulse in entsprechende elektrische Signale wandeln können.At this wavelength there is also a pulse-code-modulated signal transferable with e.g. 140 Mbit / s. The receivers E1, E2 are pin photodiodes and / or Avalanche photo diodes are used, as these result in corresponding short light pulses can convert electrical signals.

Soll für die Nachrichteiiübe irtragung von der zentralen Stelle (Sende - und/oder Empfangsstation 1) zu dem Teilnehmer noch wesentlich mehr Information übertragen werden, z B. zwölf Fernsehkanäle, so ist es zweckmäßig, den ersten Sender S1 derart auszubilden, daß das erste Licht #1 aus einem Wellenlängengemisch (Wellenlängenmultiplexbetreib) besteht. Dafür geeignete Lichtwellenlängen liegen bei 1,5 um; 1,55 um; 1,6 um. Bei diesen Wellenlängen ist der beispielhafte Lichtwelleiileiter ebenfalls effektiv einwellig (HE11-Modus).Should for the transmission of the message from the central point (send - And / or receiving station 1) much more information about the subscriber are transmitted, e.g. twelve television channels, it is expedient to use the first transmitter To train S1 in such a way that the first light # 1 from a wavelength mixture (wavelength division multiplex operation) consists. Suitable light wavelengths for this are 1.5 µm; 1.55 µm; 1.6 µm. at The exemplary optical waveguide is also effective at these wavelengths single-wave (HE11 mode).

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar. Beispielsweise isl: es möglich, aii den Lichtwellenleiter L mehrere Teilnehmer (Sende- und/oder Empfangsstation 2) anzukoppeln.The invention is not limited to the exemplary embodiment described, but can be used analogously for others. For example, it is possible to use the Optical fiber L to couple several participants (transmitting and / or receiving station 2).

Claims (10)

Patentansprüche 1. Verfahren zur bidirektionalen optischen Nachrichtenübertragung, bestehend aus einer ersten Serlde- und/oder Empfangsstation und mindestens einer zweiten Sende-und/oder Empfangsstation sowie einem diese verbindenden Lichtwellenleiter, in dem in entgegengesetzten Richtungen Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, - daß in der ersten Sende- und/oder Empfangsstation (1) ein zugehöriger elektrooptischer erster Sender (S1) derart ausgebildet wird, daß eine sehr breitbandige optische Nachrichtenübertragung ermöglicht wird, - daß in der zweiten Sende- und/oder Empfangsstation (2) ein zugehöriger elektrooptischer zweiter Sender (52) derart ausgebildet wird, daß bezüglich des ersten Senders (S1) eine vergleichsweise schmalbandige optische Nachrichtenübertragung ermöglicht wird, - daß für erstens Licht (A1) des ersten Senders (S1) der Lichtwellenleiter (L) als effektiv einwellig wirkender Lichtwellenleiter ausgebildet wird, - daß für zweites Licht (A2) des 7,weitell Senders (S2) der Lichtwellenleiter (L) als effektiv vielwellig wirkender Lichtwellenleiter ausgebildet wird und - daß das erste Licht (ß1) und das zweite Licht (ß2) unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.Claims 1. A method for bidirectional optical message transmission, consisting of a first service and / or receiving station and at least one second transmitting and / or receiving station and a fiber optic cable connecting these, in which in opposite directions light with different wavelengths is transmitted, characterized in that - that in the first transmitting and / or receiving station (1) an associated electro-optical first transmitter (S1) is designed in such a way that that a very broadband optical message transmission is made possible, - that in the second transmitting and / or receiving station (2) an associated electro-optical second transmitter (52) is designed such that with respect to the first transmitter (S1) a comparatively narrow-band optical message transmission is made possible, - that for first light (A1) from the first transmitter (S1) the optical waveguide (L) as effectively single-wave acting optical waveguide is formed, - that for the second Light (A2) of the 7th wide transmitter (S2) of the optical waveguide (L) as effectively multi-wave acting optical waveguide is formed and - that the first light (ß1) and the second light (ß2) have different wavelengths. 2. Verfahren zur bidirektionalen optischen Nachrichtenübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Lichtwellenleiter (L) für den optischen Brechungsindex eill Gradientenprofil verwendet wird, das für alle in einer Richtung übertragenen Moden des Lichts nahezu gleiche Ausbreitungskonstanten bewirkt.2. Method for bidirectional optical communication according to claim 1, characterized in that the optical waveguide (L) for the optical refractive index eill gradient profile is used for all in one Direction transmitted modes of light causes almost the same propagation constants. 3. Verfahren zur bidirektionalen optischen Nachrichtenübertragung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Licht (X1) in eiem HE11-Modus übertragen wird und daß das zweite Licht (#2) in einer Kombination von mindestens zwei der Moden HE11, H01, E01 sowie HE21 übertragen wird.3. Method for bidirectional optical communication according to claim 1 or claim 2, characterized in that the first light (X1) is transmitted in a HE11 mode and that the second light (# 2) in a combination is transmitted by at least two of the modes HE11, H01, E01 and HE21. 4. Verfahreii zur bidirektionalen optischen Nachrichtenübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Lichtwellenleiter (L) ein Kerndurchmesser verwendet wird, der größer ist als derjenige eines üblichen einwelligen Lichtwellenleiters und kleiner als derjenige eines typischen vielwelligen Lichtwellenleiters.4. Process for bidirectional optical communication according to one of the preceding claims, characterized in that the optical waveguide (L) a core diameter larger than that of a conventional one is used single-wave optical fiber and smaller than that of a typical multi-wave Optical fiber. 5. Verfahren zur bidirektionalen optischen Nachrichtenübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Spektralbereich des ersten Lichts (#1) ein Wellenlängenmultiplexbetrieb durchgeführt wird.5. Method for bidirectional optical communication according to one of the preceding claims, characterized in that at least im Spectral range of the first light (# 1), wavelength division multiplexing is performed will. 6. Verfahren zur bidirektionalen optischen Nachrichtenübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der erste Sender (S1) mindestens einen Lasersender enthält und daß der zweite Sender (52) mindestens eine Luminesendiode enthält.6. Method for bidirectional optical communication according to one of the preceding claims, characterized in that at least the first transmitter (S1) contains at least one laser transmitter and that the second transmitter (52) contains at least one luminescent diode. 7. Verfahren zur bidirektionalen optischen Nachrichtenübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Lasersender mindestens eine spektral vielwellige Laserdiode verwelldel: wird und/oder mindestens eine spektral einwellige Laserdiode mit einem nachfolgenden optischen Richtkoppler.7. Method for bidirectional optical communication according to one of the preceding claims, characterized in that as a laser transmitter at least one spectrally multi-wave laser diode bewelldel: is and / or at least a spectrally single-wave laser diode with a downstream optical directional coupler. 8. Verfahren zur bidirektionalen optischen Nachrichtenübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Lumineszendiode eine superstrahlende Diode oder ein Kantenemitter oder eine Planardiode verwendet wird.8. Method for bidirectional optical communication according to one of the preceding claims, characterized in that the luminescent diode a super radiative diode or an edge emitter or a planar diode is used will. 9. Verfahren zur bidirektionalen optischen Nachrichtenübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sender (S1) und/oder der zweite Sender (S2) mit mindestens einem puls-code-und/oder analog moduliertem elektrischen Signal angesteuert werden.9. Method for bidirectional optical communication according to one of the preceding claims, characterized in that the first transmitter (S1) and / or the second transmitter (S2) with at least one pulse code and / or analog modulated electrical signal can be controlled. 10. Verfahren zur bidirektionalen optischen Nachrichtenübretragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den ersten Empfänger (E1) und/oder den zweiten Empfänger (E2) mindestens eine pin-Photodiode und/oder mindestens eine Lawinenphotodiode verwendet wird.10. Method for bidirectional optical message transmission according to one of the preceding claims, characterized in that for the first Receiver (E1) and / or the second receiver (E2) at least one pin photodiode and / or at least one avalanche photodiode is used.
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