DE3785081T2

DE3785081T2 - Polarisationsunabhaengige kohaerente optische ueberlagerungsempfaenger.

Info

Publication number: DE3785081T2
Application number: DE8787303852T
Authority: DE
Inventors: Bernard Glance
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1986-05-08
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1993-07-08
Anticipated expiration: 2007-05-01
Also published as: US4723316A; EP0247738A3; EP0247738B1; DE3785081D1; EP0247738A2; JPS62272233A; CA1255755A; JP2786188B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft polarisationsunabhängige optische Überlagerungs-Empfänger.

Beschreibung des Standes der Technik

Optische Überlagerungs-Empfänger sind aus dem Stand der Technik bekannt und enthalten Anordnungen, wie sie z.B. in dem für C.F. Buhrer am 2.11.1965 erteilten US-Patent 3 215 840 und dem Artikel von G.T. Wrixon, 8. European Microwave Conference, Paris, Frankreich, 4.-8.9.1978, Seiten 717-719, dargestellt sind. In einem konventionellen kohärent optischen Kommunikationssystem muß die Polarisation des empfangenen Signals linear und zu der Polarisationsachse des örtlichen optischen Signals des Empfängers ausgerichtet sein. Eine Abweichung von diesem Zustand verschlechtert sehr schnell die Betriebsleistung des kohärenten Empfängers. Das Auftreten einer derartigen Verschlechterung ist in einem kohärenten Faserkommunikationssystem wahrscheinlich, da die Polarisationsausrichtung zwischen den zwei Signalen aufgrund von Deformationen der Faser, die den Polarisationszustand des empfangenen Signals zufällig verändern, nicht permanent aufrechterhalten wird.
Die Verwendung einer polarisationserhaltenden Faser kann derartige Probleme lösen. Nachteiligerweise wird diese Möglichkeit wahrscheinlich dadurch ausgeschlossen, daß das Auswechseln der Fasern von existierender optischer Kommunikationssysteme unmöglich ist. Eine alternative Lösung besteht in der Verwendung einer adaptiven Polarisationstechnik. Ein derartiges System mißt den Polarisationszustand des empfangenen Signals und verwendet diese Information, um die Polarisation des empfangenen Signals zu steuern. Diese Technik ist normalerweise auf einen elektromechanischen oder elektrooptischen Rückkopplungskreis angewiesen, der nicht die erwünschteste Lösung für ein Kommunikationssystem sein muß.
Die JP-A-59 122 140 beschreibt einen optischen Überlagerungs- Detektor, dessen Betriebsleistung in Bezug auf Veränderungen des Polarisationszustandes des Signals stabil ist, und erwähnt die Möglichkeit des Anpassens des Detektors an differentielle Pulslagenmodulation.
T.G. Hodgkinson und andere beschreiben in "Electronics Letters", Bd 21, Nr. 19, 12.9.1985, Seiten 867-868, einen Empfänger, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 erläutert ist. Tatsächlich ist der Empfänger hochempfindlich gegenüber der Polarisation des Signals und es ist nötig, Mittel bereitzustellen, um die Polarisation sehr genau zu steuern.
Deshalb besteht das beim Stand der Technik verbleibende Problem darin, einen kohärent optischen Überlagerungs-Empfänger für differentiell pulslagenmodulierte Signale (differential phase shift key modulated, DPSK), die auch als Phasendifferenzmodulierte Signale bezeichnet werden, zur Verfügung zu stellen, der von dem Polarisationszustand des empfangenen Signals unabhängig ist, um die Verschlechterungen bei den optischen Überlagerungs-Empfänger des Standes der Technik zu vermeiden.

Zusammenfassung der Erfindung

Das vorstehende Problem des Standes der Technik wurde gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 1 beschrieben, gelöst.

Figurenbeschreibung

Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Anordnung eines erfindungsgemäßen polarisationsunabhängigen optischen Überlagerungs-Empfängers, der das gesamte verfügbare lokale Signal für die Überlagerung verwendet,
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm der Detektion der horizontalen Polarisationskomponente des in der Anordnung von Fig. 1 empfangenen Signals,
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm der Detektion der vertikalen Polarisationskomponente des in der Anordnung von Fig. 1 empfangenen Signals, und
Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm einer alternativen Anordnung des in Fig. 1 dargestellten polarisationsunabhängigen optischen Überlagerungs-Empfängers, der nur einen Anteil der durch das lokale optische Signal für die Überlagerung zur Verfügung gestellten Leistung verwendet.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines kohärent optischen Überlagerungs-Empfängers gemäß der vorliegenden Erfindung, dessen Betriebseigenschaften unabhängig von dem Polarisationszustand des empfangenen optischen Signals sind. Die Wirkung der Polarisation wird durch einfache Signalverarbeitung bei der Zwischenfrequenz (IF, ZF) eliminiert. Das empfangene optische Signal, Es, ist ein differentiell pulslagenmoduliertes Signal (ein DPSK-Signal).
In Fig. 4 wird das empfangene polarisierte optische Signal, Es, mit einem polarisierten lokalen optischen Oszillatorsignal, EL, in einer optischen Verbindungs- oder Vereinigungseinrichtung, wie z.B. einem Richtungskoppler 10, vereinigt und die vereinigten Signale Es + EL werden auf einen polarisierenden Strahlteiler 11 gerichtet. Die Funktion des polarisierenden Strahlteilers 11 besteht darin, die vereinigten Signale in einer ersten Polarisationsrichtung in einen ersten Zweig 12 und die vereinigten Signale in einer zweiten orthogonalen Polarisationsrichtung in einen zweiten Zweig 13 zu richten. Die in den Zweigen 12 und 13 fortschreitenden Signale werden jeweils durch einen ersten und einen zweiten Fotodetektor 14 und 15 erfaßt.
Im speziellen sind die zwei Polarisationsrichtungen durch die zwei Polarisationsachsen des polarisierenden Strahlteilers 11 definiert. Die nicht dargestellte für die Überlagerung verwendete optische Quelle des lokalen Oszillators wird als linear polarisiert vorausgesetzt. Dieses lokale Oszillatorsignal der Leistung PL, der Kreisfrequenz ωL und mit der Phasenstörung θL (t) ist gegeben durch:
EL(t) = [2PL] cos[ωLt + θ(t)] (1)
Diese Signalleistung wird zwischen den zwei Polarisationsachsen des polarisierenden Strahlteilers 11 gleich aufgeteilt. Mit der Annahme, daß die beiden Fotodetektoren den gleichen Quantenwirkungsgrad haben, kann dies durch Drehen des polarisierenden Strahlteilers 11, bis die beiden Fotodetektoren 14 und 15 den gleichen Strom aus dem Signal z.B. nur aus dem lokalen Oszillator zur Verfügung stellen, erreicht werden. Unter diesen Bedingungen sind die optischen Signale des lokalen Oszillators, die von den Fotodetektoren 14 und 15 in der horizontalen und vertikalen Polarisationsrichtunge gesehen werden:
Die Größen αH und αV stellen zwei willkürliche unabhängige Phasen dar, die von dem Zustand der Polarisation von PL, dem optischen Richtkoppler 10, dem polarisierenden Strahlteiler 11 und dem jeweiligen von den zwei optischen Signalen Es und EL gesehenen Pfaden abhängen.
Wenn das empfangene Signal, Es, linear polarisiert ist, ist sein Wert in Richtung seiner Polarisationsachse gegeben durch:
Es(t) = [2Ps] M(t)cos[ωst + θs(t)] (4)
wobei Ps die Signalleistung, ωs die Kreisfrequenz und θs(t) die Phasenstörung ist. Die Größe M(t) stellt die DPSK-Modulation dar, die gegeben ist durch:
αkP(t-KT),
wobei αK gleich +1 oder -1 während jedes Bits der Dauer T mit der Pulsform P(t). Unter allgemeinen Bedingungen fluktuiert die Polarisation des empfangenen Signals, Es, zufällig zwischen allen möglichen Polarisationszuständen. In diesem Fall wird das empfangene, dem lokalen Oszillatorsignal, EL mittels des Richtkopplers 10 addierte Signal zwischen den zwei Polarisationsachsen des polarisierenden Strahlteilers 11 aufgeteilt. Die resultierenden, von den Fotodetektoren 14 und 15 gesehenen optischen Signale sind jeweils:
wobei β 2Ps und 1-β² 2Ps die Größen der empfangenen Signale in den jeweiligen zwei Polarisationsachsen sind. Die Größen δH und δV hängen von den Phasen der Polarisationskomponenten des empfangenen Signals, Es, gemessen relativ zu den Polarisationsachsen des polarisierenden Strahlteilers 11 ab. Sie enthalten ebenfalls die willkürlichen, unabhängigen, von dem Richtkoppler 10, dem Strahlteiler 11 und dem jeweiligen durch die zwei Signale gesehenen Pfad eingefügten unabhängigen Phasenverschiebungen.
Die von den Fotodetektoren 14 und 15 bei der ZF-Frequenz bereitgestellten Ströme X= ω&sub1; - ω&sub2;, die aus den Signalen der Gleichungen (2)+(5) und der Gleichungen (3)+(6) resultieren sind:
Die Größe η stellt den Quantenwirkungsgrad der Fotodioden dar; h ist Planck's Konstante, ω die optische Frequenz und e die Ladung des Elektrons. Die Phasenterme sind gegeben durch:
Die verbleibenden Terme stellen das in der ZF-Bandbreite, die als gleich zu 1/T unterstellt wird, erzeugte Schrotrauschen dar. Mit der Annahme, daß PL»PS, sind die Schrotrauschterme Zufalls- Gaus-Variable mit Mittelwert Null und Varianz:
wobei N die mittlere Anzahl von Photonen/Bit ist.
Im Zweig 12, nach dem Fotodetektor 14, wird das Ausgangssignal von dem Fotodetektor 14 durch ein ZF-Filter 16 geführt, dessen Funktion darin besteht, nur die ZF-Frequenzen durchzulassen und alle anderen Frequenzen zurückzuhalten. Das resultierende ZF- Signal wird durch eine Teilereinrichtung 17, die z.B. aus einem Lötpunkt bestehen kann, gleichgeteilt. Die zwei Anteile des geteilten Signals breiten sich entlang verschiedener Pfaden aus, wobei ein Pfad eine Verzögerungseinrichtung 18 zum Bereitstellen einer Verzögerung von T Sekunden gleich einer Bitdauer enthält. Die verzögerten und unverzögerten Anteile der Signale des Filter 16 werden in einem Multiplizierer 19 multipliziert. Die gleichen Elemente 16 bis 19 sind im Zweig 13 zur Verarbeitung des Signals des Fotodetektors 15 in ähnlicher Weise enthalten. Die beiden Signale der Multiplizierer 19 in den Zweigen 13 und 14 werden in einem Addierer 20 addiert, um ein auch als Grundbandsignal bezeichnetes Basisbandsignal zu erhalten, das in einem Basisbandfilter 21 gefiltert wird, um nur ein Basisbandsignal für die Datenwiederherstellung sicherzustellen.
Im speziellen wird die Information M(t)M(t-T) separat in den zwei Zweigen 12 und 13 des Empfängers wie in einem konventionellen Einzelzweig-DPSK-Empfänger gewonnen. Dies wird durch Multiplikation einer Hälfte des ZF-Stroms mit der anderen um eine Bitdauer T verzögerten Hälfte im Multiplexer 19 jedes Zweiges durchgeführt. Dieses Verfahren stellt ein Basisband zur Verfügung, dessen Größe die Wurzel aus der ZF-Stromgröße ist und dessen Phase gleich der Phasendifferenz zwischen den beiden Hälften des ZF-Stroms ist. Vorausgesetzt, daß die ZF-Frequenz eingestellt ist, daß XT = 2nπ ergibt, und daß der Polarisationszustand des empfangenen Signals, Es, über eine Bitdauer quasi konstant ist, ist die Phase der zwei Basisbandsignale in den zwei Zweigen 12 und 13 die gleiche und gleich zu:
Somit sind die Basisbandsignale proportional zu:
wobei n&sub1; (t) und n&sub2; (t) jeweils von den Störungstermen in Gleichungen (7) und (8) herrühren. Die Größen der erwünschten Komponente von Gleichungen (13) und (14) sind jeweils proportional zu der empfangenen Signalleistung in der horizontalen und vertikalen Polarisation. Somit ergibt die Summe der zwei Signale das Basisbandsignal:
das unabhängig von dem Polarisationszustand des empfangenen Signale ist.
Der optische Überlagerungs-Empfänger aus Fig. 4 stellt Betriebseigenschaften, die unabhängig von dem Polarisationszustand des empfangenen Signals sind, zur Verfügung. Das Ergebnis wird durch separates Demodulieren der in den zwei Polarisationsachsen eines polarisierenden Strahlteilers 11 empfangenen Signale und Addieren dieser Signale vor dem Erfassen der Daten erhalten. Die Zusatzstörungen aufgrund der Verwendung von zwei Zweigen 12 uns 13 verschlechtert die Leistung des Empfängers um ungefähr 0,4 dB im Vergleich zu den Leistungen, die durch einen konventionellen idealen DPSK- Überlagerungs-Empfänger erhalten werden, stellt aber den Vorteil der vorstehend beschriebenen Betriebseigenschaften zur Verfügung. Ein konventioneller DPSK-Überlagerungs-Empfänger würde in Serie den Richtungskoppler 10 und einen Zweig mit einem Fotodetektor (entweder 14 oder 15) und das zugehörige ZF-Filter 16, den Teiler 17, den Verzögerer 18 und den Multiplizierer 19 enthalten. Das Problem des konventionellen Empfängers besteht darin, daß die Polarisationsrichtungen des Signals angepaßt werden müssen oder z.B. β in den Gleichungen (5) und (6) Null erreicht und kein Ausgangssignal erhalten wird. Der Nachteil des Empfängers aus Fig. 4 besteht darin, daß das empfangene Signal mit dem lokalen Oszillatorsignal durch einen Richtungskoppler 10, der für das empfangene Signal quasi transparent ist, vereinigt wird. Somit wird das meiste des lokalen Oszillatorsignals, EL, in dem ungenutzten vierten Arm des Richtungskopplers 10, der nicht an einen optischen Pfad gekoppelt ist, verschwendet.
Fig. 1 zeigt ein effizienteres und ein deshalb bevorzugtes Ausführungsbeispiel des optischen Überlagerungs-Empfängers gemäß der vorliegenden Erfindung. Anstelle eines Richtungskopplers 10, wie in Fig. 4 dargestellt, verwendet der Empfänger aus Fig. 1 eine Mischeranordnung, die mit einem 3 dB-Strahlteiler 30, einem ersten Spiegel 33, einem π/2 Polarisationsdreher 34 und einem zweiten Spiegel 35 dargestellt ist. Die Funktion des 3 dB- Strahlteilers 30 besteht darin, sowohl das empfangene Signal, Es, und das lokale Oszillatorsignal, EL, zu vereingigen als auch (b) im wesentlichen gleiche Anteile der vereinigten Signale Es + EL entlang im wesentlich senkrechter erster und zweiter Pfade 31 und 32 zu übertragen. Einer der Pfade 31 oder 32 enthält einen π/2 Polarisationsdreher 34.
Zum Zweck der Erläuterung und nicht zur Beschränkung enthält der in Fig. 1 dargestellte Empfänger den Polarisationsdreher 34 im Pfad 32. Es ist festzuhalten, daß der Polarisationsdreher 34 stattdessen im Pfad 31 angeordnet sein kann. Die Polarisationsrichtung des entlang des zweiten Pfades 32 fortschreitenden vereinigten Signals wird um π/2 Radian gedreht, während z.B. die Spiegel 33 und 35 den Strahl umlenken, um im wesentlichen senkrecht zu der Richtung des entlang des Pfades 31 fortschreitenden Strahls am polarisierenden Strahlteiler 11 anzukommen. Die zwei Eingänge des polarisierenden Strahlteilers 11 sind jeweils transparent und reflektierend für eine erste und eine zweite orthogonale Orientierung der Polarisation. Somit unterscheidet sich die Empfängeranordnung aus Fig. 1 von der Anordnung aus Fig. 2 durch die Ersetzung sowohl eines 3 dB- Strahlteilers 30 als auch eines Polarisationsdrehers 34 für den Richtungskoppler 10, wobei die verbleibenden Kreise ungeändert bleiben.
Der Betriebszustand des Empfängers aus Fig. 1 wird klar durch Betrachtung zunächst nur der Komponenten des empfangenen Signals, Es, und des lokalen Oszillatorsignal, EL, die den polarisierenden Strahlteiler 11 auf der gleichen Achse, z.B. Zweig 12, wie in Fig. 2 dargestellt, verlassen. Zur Erläuterung wird die Eingangspolarisation dieser Komponenten als horizontal definiert und mit dem Symbol eines von einem Kreis umgebenen Punktes bezeichnet, wie in Fig. 2 dargestellt. Die horizontal polarisierte Komponente des empfangenen Signals kann ausgedrückt werden als:
Die Größe β² bezeichnet den Anteil der in dieser Polarisationsrichtung empfangenen Signalleistung Ps; M(t) stellt die DPSK-Signalmodulation dar; ω&sub1; ist die Kreisfrequenz; θ&sub1;(t) ist die Phasenstörung und α ist eine langsam fluktuierende Phase, die von dem Polarisationszustand des empfangenen Signals abhängt. Das lokale Oszillatorsignal wird als in einer Ebene, welche die Eingangsleistung zwischen den zwei Ausgangssignalen des polarisierenden Strahlteilers gleich aufteilt, linear polarisiert, vorausgesetzt. Somit ist die horizontale Komponente dieses Signals:
wobei PL die durch die lokale optische Quelle zugeführte Signalleistung darstellt; ω&sub2; die Kreisfrequenz ist und θ&sub2;(t) die Phasenstörung ist.
Die Signale aus Gleichungen (16) und (17) werden durch einen 3 dB-Strahlteiler 30 in zwei Strahlen vereinigt. Der vorwärts durch den polarisierenden Strahlteiler entlang des Pfades 31 gerichtete Strahl tritt durch dieses Bauteil, um in den Zweig 12 des Empfängers zu treten. Dieser Strahl erreicht einen Fotodetektor 14 seines Zweiges.
Die Größe L&sub1;/V stellt die zeitliche Verzögerung dar, die der entlang der Strecke L&sub1;, die den 3 dB-Strahlteiler 30 von dem polarisierenden Strahlteiler 11 trennt, fortschreitende Strahl erlitten hat. Die Phasen ∅T und ∅R sind Phasenverschiebungen, die jeweils durch Transmission und Reflexion an dem 3 dB- Strahlteiler 30 eingeführt werden. Diese Phasenshiften sind verknüpft durch:
∅T - ∅R = π/2 (19)
Ähnliche Phasenshiften ∅'T und ∅'R werden durch den polarisierenden Strahlteiler 11 eingebracht. Der letzte Term δA stellt die Phase aufgrund des Pfades dar, der den Fotodetektor 14 von dem polarisierenden Strahlteiler 11 beabstandet. Der andere, von dem 3 dB-Strahlteiler zur Verfügung gestellte. entlang des Pfades 32 fortschreitende Strahl hat seine Polarisationsachse durch den Polarisationsdreher 34 um π/2 Radian gedreht. Diese Polarisationsrichtung wird als die vertikale Achse definiert und wird durch das Symbol bezeichnet. Der resultierende Strahl wird dann auf den anderen Eingang des polarisierenden Strahlteilers 11, beispielsweise durch Spiegel 33 und 34, gerichtet, wobei die Strahlrichtung im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Eingangsstrahl des Pfades 31 ist. Der in den Pfad 32 eintretende Strahl, der vertikal polarisiert ist, wird durch den polarisierenden Strahlteiler 11 in den Zweig 12 des Empfängers, der einen Fotodetektor 14 in seinem Zweig enthält, reflektiert.
Die Größe L&sub2; stellt die von diesem Strahl zwischen dem 3 dB- Strahlteiler 30 und dem polarisierenden Strahlteiler zurückgelegte Strecke dar. Es ist festzuhalten, daß die Signale aus Gleichung (16) und (17) keine Ausgangssignale in den Zweig 13 des Empfängers liefern.
Nachstehend werden die Polarisationskomponenten des empfangenen Signals und des lokalen Oszillatorsignals betrachtet, die relativ zu den Signalen der Gleichungen (16) und (17), wie in Fig.3 dargestellt, senkrecht sind. Die Werte dieser Signale sind jeweils:
Die Größe (1-β²)Ps stellt die in dieser Polarisation emfpangene Signalleistung dar und α ist eine Phase, die wie α von dem Polarisationszustand dieses Signals abhängt. Die Signale der Gleichungen (21) und (22) werden durch 3 dB-Strahlteiler 30 in zwei Strahlen vereinigt. In diesem Fall wird der durch den polarisierenden Strahlteiler entlang des Pfades 31 gerichtete Strahl durch dieses Bauteil in den Zweig 13 des Empfängers reflektiert, da der polarisierende Strahlteiler 11 für die Polarisationsrichtung dieses Strahls reflektierend ist. Dieser Strahl erreicht den Fotodetektor 15 des Zweiges 13.
Die Größe δB stellt eine Phase ähnlich zu δA dar. Die Polarisation des zweiten durch den 3 dB-Strahlteiler 30 zur Verfügung gestellten und entlang des Pfades 32 fortschreitenden Strahls wird um π/2 Radian druch den Polarisationsdreher 34 gedreht. Als Ergebnis tritt dieser Strahl durch den polarisierenden Strahlteiler 11 in die Richtung des Zweiges 13 des Empfängers und erreicht den Fotodetektor 15 des Empfängerzweiges 13.
Es ist festzuhalten, daß die Signale der Gleichungen (21) und (22) nur dem Zweig 13 des Empfängers zugeführt werden, während, wie vorstehend dargestellt, die Signale der Gleichungen (16) und (17) nur dem Zweig 12 des Empfängers zugeführt werden. Somit können die beiden Polarisationskomponenten des empfangenen Signals unabhängig wie in dem Empfänger aus Fig. 4 verarbeitet werden.
Dem Fotodetektor jedes Zweiges werden zwei senkrecht polarisierte Signale zugeführt. Z.B. wird Zweig 12 das horizontal polarisierte vereinigte Signalmuster von Pfad 31 und die vertikal polarisierten vereinigten Signalanteile von Pfad 32, wie in Fig. 2 dargestellt, zugeführt. Deshalb werden diese Signale unabhängig detektiert, tragen unabhängig zu dem ZF-Strom bei der Kreisfrequenz X = ω&sub1; - ω&sub2; bei. Mit der Annahme, daß L&sub1; und L&sub2; ausgewählt sind um die Bedingung zu erfüllen:
X(L&sub2;-L&sub1;)/ν = π (25)
und unter der Voraussetzung, daß die Größen M(t), θ&sub1;(t) und θ&sub2;(t) sich während des Zeitintervalls (L&sub2;-L&sub1;)/V wenig ändern, sind die durch die zwei Fotodetektoren 14 und 15 gelieferten ZF- Ströme jeweils:
Die Größe η stellt den Quantenwirkungsgrad der Fotodiodendar; e ist die Ladung eines Elektrons; h ist Planck's Konstante und t' ist die verzögerte Zeit t +(L&sub1;+L&sub2;)/2v. Die letzten zwei Größen nH (t') und nv (t') stellen das durch den Detektionsprozeß erzeugte Schrotrauschen dar, das nun leichter das Empfängerrauschen dominieren kann, da die gesamte Leistung des lokalen Signals für die Überlagerung zur Verfügung steht.
Die verbleibende Signalverarbeitung ist identisch zu der für den Empfänger aus Fig. 4 beschriebenen. Deshalb erreicht der Emfänger die gleiche Betriebsleistungen unabhängig von der Polarisation des empfangenen Signals, vorausgesetzt, daß die Signalmodulation und die Phasenstörungen sich während einer Hälfte einer ZF-Periode wenig ändern.
Aus der vorstehenden Diskussion ist zu ersehen, daß die vorliegenden Empfängeranordnungen unabhängig von dem Polarisationszustand des empfangenen Signals, Es, sind. Es ist festzuhalten, daß das lokale Oszillatorsignal, EL, in seiner Polarisationsrichtung festgelegt ist, aber daß sich das empfangene Signal Es zufällig während der Übertragung ändern kann und nicht jederzeit linear und zu der Polarisation des lokalen Oszillatorsignals ausgerichtet sein muß. Sollte das empfangene Signal linear und zu der Polarisation des lokalen Oszillatorsignals ausgerichtet sein, dann wird jeder der Zweige 12 und 13 aufgrund der Ausrichtung zu dem polarisierenden Strahlteiler 11 im wesentlichen gleiche Ströme zur Verfügung stellen, wobei die Ströme in dem Addierer 20 addiert werden, um einen vorbestimmten Signalpegel zur Verfügung zu stellen. Falls das empfangene Signal sich jedoch zufällig ändert, so daß es nicht linear und zu dem lokalen Oszillatorsignal ausgerichtet ist, dann wird einer der Zweige 12 oder 13 einen Strom zur Verfügung stellen, der größer als der, wenn die Signale linear und ausgerichtet sind, zur Verfügung gestellte ist. während der andere Zweig einen entsprechend kleineren Strom zur Verfügung stellt. Wenn die Ströme aus beiden Zweigen 12 und 13 unter dieser letzteren Bedingung addiert werden, ist zu erkennen, daß die addierten Ströme noch den gleichen vorbestimmten Signalpegel zur Verfügung stellen, wie er mit den linearen und ausgerichteten Signalen erhalten wurde. Deshalb stellen die vorgestellten optischen Überlagerungsempfängeranordnungen Betriebsleistungen zur Verfügung, die unabhängig von dem Polarisationszustand des empfangenen Signals sind und erlauben die Änderung von Fasern in bestehenden optischen Kommunikationssystemen ohne verschlechternde Wirkung.
Es ist festzuhalten, daß die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele einfache Erläuterungen des Prinzips der Erfindung darstellen. Verschiedene andere Modifikationen und Änderungen können durch Fachleute auf diesem Gebiet, welche die Prinzipien der Erfindung verwenden, durchgeführt werden und liegen innerhalb des Rahmens der Ansprüche. Z.B. könnte in Fig. 1 bis 3 der π/2 Polarisationsdreher 34 im Pfad 31 anstatt in dem Pfad 32 angeordnet sein. Unter dieser Bedingung würden die normalerweise von dem Fotodetektor 14 empfangenen Signale durch den Fotodetektor 15 empfangen und umgekehrt. In gleicher Weise könnten die Spiegel 33 und 35 durch eine beliebige bekannte richtungsumlenkende Einrichtung, wie ein Prisma oder einen Reflektor, ersetzt werden. Die Schaltungen aus Fig. 1 und 2 können ebenfalls unter Verwendung optischer Fasern in den optischen Pfaden gebildet werden.

Claims

1. Optischer Überlagerungsempfänger mit:

einem ersten und einem zweiten Eingang zum Empfangen jeweils eines polarisierten differenziell pulslagenmodulierten optischen Eingangssignals und eines polarisierten optischen lokalen Oszillatorsignals,

Vereinigungs- und Übertragungseinrichtungen (10,30) zum Vereinigen der Signale des ersten und des zweiten Eingangs und zum Übertragen des vereinigten Signals entlang eines ersten Pfades,

einem polarisierendem Strahlteiler (11) zum Richten von Komponenten der vereinigten Signale von der vereinigenden und übertragenden Einrichtung, die in einer ersten Polarisationsrichtung polarisiert sind, entlang eines ersten Zweiges und von Komponenten, die in einer zweiten, orthogonal zur ersten Richtung liegenden Richtung polarisiert sind, entlang eines zweiten Zweiges, wobei der polarisierende Strahlteiler ausgerichtet ist, um die Leistung des polarisierten optischen lokalen Oszillatorsignals, das in den vereinigten Signalen empfangen wird, im wesentlichen gleich in den ersten und zweiten Zweig aufzuteilen,

einem ersten und zweiten Fotodetektor (14,15), die jeweils in dem ersten und zweiten Zweig zum Erfassen der Komponenten der vereinigten, in dem jeweiligen ersten und zweiten Zweig fortschreitenden Signale und zum Erzeugen repräsentierender elektrischer Signale an einem Ausgang von diesen angeordnet sind,

ersten und zweiten Erzeugungseinrichtungen (16-19), die jeweils in Antwort auf die elektrischen Ausgangssignale des ersten und zweiten Fotodetektors das elektrische Signal in zwei gleiche Teile teilen, einen Teil mit dem anderen um eine Dauer verzögerten Teil zu multiplizieren und ein Ausgangsgrundbandsignal zu erzeugen, und

einer Addierereinrichtung (20) zum Addieren des Ausgangsgrundbandsignals der ersten und zweiten Erzeugungseinrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Polarisationszustand des modulierten optischen Eingangssignals sich zeitlich zufällig verändern darf und

die Frequenz des lokalen Oszillatorssignals sich von der des modulierten optischen Eingangssignals durch eine Zwischenfrequenz X unterscheidet derart, daß die Dauer (T) eines Bits eine ganze Anzahl von Zyklen der Zwischenfrequenz ist.

2. Optischer Überlagerungsempfänger nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vereinigungs- und Übertragungseinrichtung einen Richtungskoppler (10) enthält.

3. Optischer Überlagerungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Vereinigungs- und Überlagerungseinrichtung enthält:

einen optischen Strahlteiler (30) für beides, (a) Vereinigen der an dem ersten und zweiten Eingang empfangenen Signale und (b) Richten von ersten und zweiten im wesentlichen gleichen Anteilen der vereinigten Signale entlang jeweils erster und zweiter Ausgangspfade, und

eine Polarisationsdreheinrichtung (34), die in dem ersten oder zweiten Ausgangspfad des optischen Strahlteiler zum Drehen der Richtung der Polarisation des Anteils des kombinierten Signals, das in dem einen Ausgangspfad voranschreitet um π/2 Radian angeordnet ist, und

wobei der polarisierende Strahlteiler in Ansprechen auf die in dem ersten und zweiten Ausgangspfad der vereinigenden und übertragenden Einrichtung voranschreitenden Signale beide koaxial ausrichtet, (a) den ersten vereinigten Signalanteil mit einer ersten Polarisationsrichtung, der in dem ersten Ausgangspfad voranschreitet und den zweiten vereinigten Signalanteil mit einer zweiten Polarisationsrichtung, der in dem zweiten Ausgangspfad voranschreitet, in einen entlang des ersten Zweiges gerichteten Ausgangsstrahl, und (b) den ersten vereinigten Signalanteil mit einer zweiten Polarisationsrichtung, der in dem ersten Ausgangspfad voranschreitet und den zweiten vereinigten Signalanteil mit einer ersten Polarisationsrichtung, der in dem zweiten Ausgangspfad voranschreitet, in einen entlang des zweiten Pfades gerichteten Ausgangsstrahl.

4. Optischer Überlagerungsempfänger gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch Umlenkeinrichtungen mit einem ersten (33) und einem zweiten (35) Spiegel, die angeordnet sind, um in Kombination den zugehörigen Ausgangspfad von der vereinigenden und übertragenden Einrichtung umzulenken, um den zweiten Ausgangspfad im wesentlichen senkrecht zu diesem zu schneiden.