DE3825126A1 - Method for two-way transmission of optical signals via an optical waveguide - Google Patents

Method for two-way transmission of optical signals via an optical waveguide

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DE3825126A1
DE3825126A1 DE19883825126 DE3825126A DE3825126A1 DE 3825126 A1 DE3825126 A1 DE 3825126A1 DE 19883825126 DE19883825126 DE 19883825126 DE 3825126 A DE3825126 A DE 3825126A DE 3825126 A1 DE3825126 A1 DE 3825126A1
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DE19883825126
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Martin Dipl Ing Brahms
Ziaedin Dr Ing Chahabadi
Johannes Ing Grad Ocker
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KE KOMMUNIKATIONS-ELEKTRONIK GMBH & CO, 3000 HANNO
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Kabelmetal Electro GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2503Bidirectional transmission

Abstract

A method for two-way transmission of optical signals via an optical waveguide is indicated. Laser modules comprising a laser diode and a monitor diode are used as transmitters. In transmission pauses, the monitor diodes of the laser modules serve simultaneously as receivers for signals arriving from the opposite direction.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur bidirektionalen Übertragung optischer Signale zwischen zwei durch einen Lichtwellenleiter verbundenen Stationen, bei welchem die Signale jeweils von einem in den Stationen angeordneten optischen Sender ausgesandt und am Ende der jeweils durch den Lichtwellenleiter gebildeten Übertragungsstrecke in den Stationen empfangen werden, bei welchem die Signale der einen Senderichtung in Sendepausen der anderen Senderichtung über den Lichtwellenleiter übertragen werden und bei welchem der Sender gleichzeitig als Empfänger benutzt wird (DE-OS 29 05 734). The invention relates to the signals are emitted by an element located in the stations optical transmitter and received in the stations at the end of the transmission path formed respectively by the optical waveguide to a method for the bidirectional transmission of optical signals between two by an optical fiber connected stations, wherein, wherein the signals of a transmitting direction are transmitted in emission pauses of the other transmission direction via the optical waveguide and in which the transmitter uses the same time as the receiver (DE-OS 29 05 734).

Nach diesem Verfahren arbeiten heute alle optischen Übertragungssysteme im Nachrichtenbereich, bei denen die Signale bzw. Daten über Lichtwellenleiter - im folgenden kurz "LWL" genannt - übertragen werden. According to this method, all the optical transmission systems today operate in the message area in which the signals or data via optical fibers - are transferred - hereafter called "FO". Zum Aussenden der Signale werden in bekannter Technik beispielsweise Laserdioden oder auch Lasermodule verwendet, in denen eine Laserdiode und eine zur Kontrolle derselben verwendete Monitordiode vereinigt sind. For transmitting the signals in a known technique, for example laser diodes or laser modules are used, in which a laser diode and are combined for control of the same monitor diode used a. Ein solcher Lasermodul geht beispielsweise aus der DE-Z "Wiss. Ber. AEG-TELEFUNKEN 53 (1980) 1-2", Seite 56 hervor. Such a laser module for example, from DE-Z "Wiss. Ber. AEG-Telefunken 53 (1980) 1-2", page 56 out. Mittels der Monitordiode und einem zugehörigen Regler kann die Leistung der Laserdiode geregelt beziehungsweise kontrolliert werden. By means of the monitor diode and an associated controller can be regulated, the power of the laser diode or controlled. Das ist bei einer Laserdiode ohne Monitordiode nur mit erheblichem schaltungstechnischen Aufwand möglich. This is only possible with considerable circuit complexity at a laser diode without a monitor diode. Fertigungsbedingte Streuungen bei der Herstellung der Laserdiode sowie Temperatur- und Alterungseinflüsse können durch die Monitordiode auf einfache Weise ausgeregelt werden. Manufacturing-related variations in the production of the laser diode and temperature and aging effects can be compensated by the monitor diode in a simple manner. Diese Faktoren können sich daher auf die Leistung der in einem Lasermodul befindlichen Laserdiode nicht auswirken. These factors can not thus affect the power of the laser diode contained in a laser module.

In der GB-OS 20 00 373 ist eine Diode beschrieben, die sowohl als Sendediode als auch als Empfangsdiode für Licht der gleichen Wellenlänge eingesetzt werden kann. In GB-OS 20 00 373 a diode is described which can be used both as a transmitter diode and also as a receiving diode for light of the same wavelength. In der Druckschrift ist auch erwähnt, daß solche Dioden zum wechselweisen Betrieb an zwei Enden einer optischen Faser angeordnet und je nach Betriebsart umgeschaltet werden können. In the publication is also mentioned that such diodes arranged for alternately operating at two ends of an optical fiber and can be switched depending on the mode. Weitere Angaben bezüglich der Übertragung des Lichts sind der Druckschrift nicht zu entnehmen. Further information concerning the transmission of light of the publication can not be inferred.

Die DE-OS 32 03 094 beschreibt eine Leuchtdiodenschaltung für den Halbduplex-Betrieb. DE-OS 32 03 094 describes an LED circuit for the half-duplex operation. Mit dieser Schaltung können Informationen über einen LWL in beiden Richtungen übertragen werden. With this circuit information on a fiber can be transferred in both directions. Sowohl als Sender als auch als Empfänger wird dabei die gleiche Leuchtdiode verwendet. Both as transmitter and as receiver, the same light-emitting diode is used here. Sie wird mittels einer Transistorschaltung entweder als Sender oder als Empfänger geschaltet. It will appear as either a transmitter or a receiver by means of a transistor circuit. Diese bekannte Schaltung arbeitet im Empfangsbetrieb mit geringem Wirkungsgrad, da die Leuchtdiode als Sendediode und nicht als Empfangsdiode konzipiert ist. This known circuit operates in receive mode with low efficiency because the LED is designed as a transmitting diode rather than receiving diode. Die Übertragung von Informationen über den LWL ist dadurch auf relativ kurze Strecken beschränkt, weil das Empfangssignal nur mit geringem Wirkungsgrad umgesetzt wird. The transmission of information via the optical fiber is thus limited to relatively short distances because the received signal is implemented only with low efficiency. Ein Einsatz der bekannten Schaltung in der Nachrichtentechnik mit ihren hohen Bitraten ist daher nicht möglich. The application of these known circuit in communications technology, with its high bit rates is not possible.

Bei dem Verfahren nach der eingangs erwähnten DE-OS 29 05 734 wird als optischer Sender, der gleichzeitig Empfänger ist, ein lichtaussendendes Halbleiterelement verwendet, bei dem es sich um eine Diode handeln kann. In the method according to the aforementioned DE-OS 29 05 734 is an optical transmitter that is the same receiver, uses a light emitting semiconductor element, which may be a diode. Hier gilt das gleiche wie für die Leuchtdiode bei der Schaltung nach der DE-OS 32 03 094. Auch dieses Halbleiterelement ist als sendendes Bauteil konzipiert. Here the same applies as for the light emitting diode in the circuit of DE-OS 32 03 094. Also this semiconductor element is designed as the sending member. Es kann das Empfangssignal nur mit geringem Wirkungsgrad umsetzen. It can convert the received signal with low efficiency. In der Schaltung dieses bekannten Verfahrens ist außerdem als Eingangsverstärker ein Operationsverstärker eingesetzt, bei dem es sich um ein für schwache Signale nicht ausreichend empfindliches Bauteil handelt. In the circuit of this known process also an operational amplifier is used as an input amplifier, which is a not sufficiently sensitive for weak signals member. Auch dieses bekannte Verfahren ist daher nur für kurze Strecken, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, und niedrige Bitraten mit ausreichend starken Empfangssignalen einsetzbar. This known method can therefore be used with sufficiently strong reception signals only for short distances, for example in motor vehicles, and low bit rates.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur bidirektionalen Übertragung optischer Signale über einen LWL, bei dem als Sender und Empfänger jeweils das gleiche Bauteil verwendet werden, anzugeben, das mit verbessertem Wirkungsgrad arbeitet. The invention has the object of providing a method for the bidirectional transmission of optical signals over an optical fiber, are used in the as transmitter and receiver respectively the same component, indicate that operates with improved efficiency.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, This object is achieved with a method of the initially described type according to the invention,

  • - daß als optischer Sender ein aus Laserdiode und Monitordiode bestehender Lasermodul verwendet wird und - that one is used for the laser diode and monitor diode existing laser module as an optical transmitter and
  • - daß die im Lasermodul enthaltene Monitordiode in jeder Station als Empfänger verwendet wird, der in den Sendepausen der eigenen Station die von einer anderen Station kommenden Signale empfängt. - that the monitor diode included in the laser module is used in each station as a receiver which receives the data coming from another station signals in the emission pauses of its own station.

Bei diesem Verfahren wird ein an sich bekannter Lasermodul verwendet, der gegenüber einer Laserdiode und anderen Licht aussendenden Halbleitern den Vorteil hat, daß die Leistung seiner Laserdiode auf einfache Weise mittels der Monitordiode geregelt wird. In this process, a per se known laser module is used which has the advantage compared to a laser diode and other light emitting semiconductors that the power of its laser diode is regulated in a simple manner by means of the monitor diode. Die Monitordiode ist dabei im Lasermodul als Empfangsdiode eingesetzt und dementsprechend auch als solche konzipiert. The monitor diode is used in the laser module as a receiver diode and accordingly designed as such. Sie ist also für den Empfang optischer Signale optimiert und setzt Empfangssignale mit hohem Wirkungsgrad um. So it is optimized for receiving optical signals and converts reception signals with high efficiency. Das Verfahren ist dadurch auch für große Übertragungsstrecken und hohe Bitraten geeignet. The method is therefore suitable for long distance transmission and high bit rates. Auch schwache Empfangssignale werden durch die Monitordiode noch empfangen und einwandfrei umgesetzt. Weak reception signals are not received by the monitor diode and properly implemented. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß schaltungstechnisch am Lasermodul und insbesondere an der Monitordiode zwischen Sendebetrieb und Empfangsbetrieb nichts geändert werden muß, da die Monitordiode in beiden Fällen als Empfangsdiode geschaltet ist. A further advantage of the method is that nothing has to be changed circuitry on the laser module, and more particularly to the monitor diode between transmission mode and reception mode, since the monitor diode is connected as a receiving diode in both cases. Im Empfangsbetrieb muß nur ein geeigneter Empfänger in den Stromkreis der Monitordiode eingeschaltet werden. In the receive mode only, a suitable receiver must be turned on in the circuit of the monitor diode.

Die Laserdiode des Lasermoduls kann während des Empfangsbetriebs prinzipiell als eine Art Verstärkungselement für die empfangenen Signale verwendet werden. The laser diode of the laser module can be used as a kind of reinforcement for the received signals during the reception operation principle.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. The method of the invention will be explained with reference to the embodiment shown in the drawings. Es zeigt It shows

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Übertragungsstrecke mit einem LWL zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, Fig. 1 shows a schematic representation of a transmission link having an optical fiber for carrying out the method according to the invention,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild eines für das Verfahren verwendbaren Lasermoduls, Fig. 2 is a schematic diagram of a method usable for the laser module,

Fig. 3 eine Schaltung zur Gewinnung von Empfangssignalen. Fig. 3 shows a circuit for the recovery of received signals.

Mit 1 und 2 sind zwei Stationen bezeichnet, zwischen denen ein LWL 3 zur Übertragung optischer Signale der Nachrichtentechnik angeordnet ist. 1 and 2, two stations are indicated between which an optical fiber 3 is arranged for transmitting optical signals in communications engineering. Der LWL 3 ist in beiden Stationen 1 und 2 an einen Lasermodul 4 angeschlossen, dessen genauerer Aufbau beispielseise aus Fig. 2 hervorgeht. The optical fiber 3 is connected in both stations 1 and 2 to a laser module 4, its more detailed structure beispielseise seen in FIG. 2. Sonstige, an sich bekannte Bauteile der Stationen 1 und 2 sind jeweils durch ein Kästchen 5 angedeutet. Other, known per se, the components of the stations 1 and 2 are respectively indicated by a box. 5 Über den LWL 3 werden die Signale in beiden Richtungen übertragen, und zwar derart, daß die Signale der einen Übertragungsrichtung in Sendepausen der anderen Übertragungsrichtung gesendet werden. About the optical fiber 3, the signals are transmitted in both directions, in such a way that the signals of one transmission direction are transmitted in emission pauses of the other transmission direction. Ein dafür verwendbares Übertragungsverfahren ist beispielsweise das aus der herkömmlichen Übertragungstechnik mit metallischen Leitern bekannte Zeitgetrenntlageverfahren. A suitable transmission method for example, is composed of the conventional transmission technology known with metallic conductors time division method. Die Signale können sowohl in analoger als auch in digitaler Form übertragen werden. The signals may be transmitted both in analog and in digital form.

Zum Senden der Signale bzw. Daten wird nach Fig. 2 jeweils ein Lasermodul 4 verwendet, der eine als Lichtsender dienende Laserdiode 6 und eine Monitordiode 7 umfaßt. To send the signals or data, a laser module 4 is used in Fig. 2 each comprising a serving as a light source laser diode 6 and a monitor diode 7. Die Laserdiode 6 wird aus einer Spannungsquelle gespeist, die beispielsweise eine Spannung von 5 V liefert. The laser diode 6 is fed from a voltage source that provides, for example, a voltage of 5 V. An die Laserdiode 6 ist auf deren Sendeseite der LWL 3 angeschlossen. To the laser diode 6 is connected on the transmission side of the optical fiber. 3 Die Monitordiode 7 befindet sich auf der Kontrollseite der Laserdiode 6 . The monitor diode 7 is located on the control side of the laser diode. 6 An die Monitordiode 7 ist ein Regler 8 angeschlossen, dem als Sollwert eine Referenzspannung aufgegeben wird, welche einer Leistung der Laserdiode 6 von beispielsweise 0,25 mW entspricht. To the monitor diode 7, a controller 8 is connected, to which a reference voltage is fed as desired value which corresponds to a power of the laser diode 6, for example, 0.25 mW. Der Regler 8 ist mit einem Stellglied 9 verbunden, das im Strompfad der Laserdiode 6 liegt. The controller 8 is connected with an actuator 9, which lies in the current path of the laser diode. 6 Zu sendende Signale bzw. Daten werden der Laserdiode 6 in bekannter Weise aufmoduliert. Signals to be transmitted or data of the laser diode are modulated in a known manner. 6 Sie können beispielsweise über den Eingang E des Stellgliedes 9 zugeführt werden. They can be supplied, for example via the input E of the actuator. 9 Das Stellglied 9 kann beispielsweise ein beliebiger Transistor sein. The actuator 9 may for example be an arbitrary transistor.

Bei der Übertragung von Signalen bzw. Daten sendet die Laserdiode 6 Licht bzw. Lichtimpulse in Richtung des LWL 3 einerseits und der Monitordiode 7 andererseits. In the transmission of signals or data, the laser diode 6 transmits light or light pulses in the direction of the optical fiber 3 on the one hand and the monitor diode 7 on the other. Die Leistung des auf die Monitordiode 7 fallenden Lichts ist der Sendeleistung proportional. The power of light incident on the monitor diode 7 light is the transmit power proportionately. Der von der Monitordiode 7 gelieferte Strom wird im Regler 8 mit dem vorgegebenen Sollwert der entsprechenden Referenzspannung verglichen. The current supplied by the monitor diode 7 is compared in the controller 8 with the predetermined desired value of the corresponding reference voltage. Der Regler 8 bewirkt nach Maßgabe dieses Stromes über das Stellglied 9 ständig eine Anpassung des zur Laserdiode 6 fließenden Stroms, so daß die vorgegebene Lichtleistung der Laserdiode 6 eingehalten wird. The controller 8 causes in accordance with this current by means of the actuator 9 to adapt continuously the current flowing to the laser diode 6 current so that the predetermined light power of the laser diode is maintained. 6 Unter dem Wort "Lichtleistung" ist dabei die Sendeleistung der Laserdiode 6 zu verstehen. Is the transmission power of the laser diode 6 meant by the word "light output".

In den Sendepausen wird von der Laserdiode 6 kein Licht ausgesandt. In the transmission pauses, no light is emitted from the laser diode. 6 In dieser Zeit dient die Monitordiode 7 des Lasermoduls 4 als Empfänger für über den LWL 3 ankommende Signale. In this time, the monitor diode of the laser module 7 4 3 incoming signals serves as a receiver for over the fiber optic. Die Monitordiode 7 eignet sich besonders zum Abgriff der Empfangssignale, weil sie ohnehin in Sperrichtung, also als Empfangsdiode, betrieben wird. The monitor diode 7 is particularly suitable for tapping the received signals because it is already operated in the reverse direction, so as receiving diode. Ein über den LWL 3 ankommendes Signal erzeugt in der Monitordiode 7 einen der Lichtleistung proportionalen Strom. In the monitor diode 7, an incoming fiber 3 via the signal produces a light output proportional current. Dieser Strom wird einem Empfänger 10 zugeführt, und zwar zweckmäßig über einen Verstärker 11 , der mittels eines Schalters 12 an die Monitordiode 7 anschaltbar ist. This stream is fed to a receiver 10, and indeed expediently through an amplifier 11, which is connectable via a switch 12 to the monitor diode. 7 Der Verstärker 11 ist beispielsweise als Transimpedanzverstärker ausgebildet. The amplifier 11 is formed for example as a transimpedance amplifier. Der Schalter 12 ist vorzugsweise nur in den Sendepausen des zugehörigen Lasermoduls 4 geschlossen. The switch 12 is preferably closed only in the emission pauses of the associated laser module. 4 Er wird geöffnet, wenn die Laserdiode 6 ein Burst sendet. It is opened when the laser diode 6 transmits a burst. Zwischen Empfänger 10 und Verstärker 11 kann noch ein geregelter Verstärker 13 zur Aussteuerung des Empfangssignals eingeschaltet sein. Between the receiver 10 and amplifier 11, a controlled amplifier 13 may still be turned on at the modulation of the received signal.

Der Schalter 12 kann als beliebiger Transistor ausgeführt sein. The switch 12 may be implemented as any desired transistor. Besonders geeignet ist ein kapazitätsarmer MOSFET. Particularly suitable is a low capacitance MOSFET. Verstärker 11 und Schalter 12 werden zweckmäßig zur Abschirmung in ein geschlossenes metallisches Gehäuse 14 eingekapselt, das in Fig. 3 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Amplifier 11 and switch 12 are encapsulated useful for shielding in a closed metallic housing 14 which is indicated in Fig. 3 by a dashed line.

Während des Empfangsbetriebs kann die Laserdiode 6 der empfangenen Station mit Strom versorgt werden, der kleiner als ihr Schwellenstrom ist. During the receiving operation, the laser diode 6, the receiving station with power can be supplied, which is smaller than its threshold current. Der Wirkungsgrad des Verfahrens beim Empfang der Signale kann dadurch weiter verbessert werden. The efficiency of the process upon reception of the signals can be further improved. Die Laserdiode 6 arbeitet dann quasi in einer Verstärkerfunktion. The laser diode 6 then operates in a quasi amplifier function.

Claims (5)

  1. 1. Verfahren zur bidirektionalen Übertragung optischer Signale zwischen zwei durch einen Lichtwellenleiter verbundenen Stationen, bei welchem die Signale jeweils von einem in den Stationen angeordneten optischen Sender ausgesandt und am Ende der durch den Lichtwellenleiter gebildeten Übertragungsstrecke in den Stationen empfangen werden, bei welchem die Signale der einen Senderichtung in Sendepausen der anderen Senderichtung über den Lichtwellenleiter übertragen werden und bei welchem der Sender gleichzeitig als Empfänger benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, 1. A process for the bidirectional transmission of optical signals between two by an optical fiber connected stations, wherein the signals are respectively emitted from a cylinder disposed in the stations optical transmitter and at the end of the transmission line formed by the optical fiber are received in the stations, wherein the signals of the a transmission direction in emission pauses of the other transmission direction will be transmitted through the optical waveguide and in which the transmitter simultaneously used as a receiver, characterized in that
    • - daß als optischer Sender ein aus Laserdiode ( 6 ) und Monitordiode ( 7 ) bestehender Lasermodul ( 4 ) verwendet wird und - that as an optical transmitter of a laser diode (6) and monitor diode (7) existing laser module (4) is used, and
    • - daß die im Lasermodul ( 4 ) enthaltene Monitordiode ( 7 ) in jeder Station ( 1, 2 ) als Empfänger verwendet wird, der in den Sendepausen der eigenen Station die von einer anderen Station kommenden Signale empfängt. - in that the laser module (4) contained monitor diode (7) in each station (1, 2) is used as a receiver which receives the data coming from another station signals in the emission pauses of its own station.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Monitordiode ( 7 ) fließende, der empfangenen Lichtleistung proportionale Strom über einen Verstärker ( 11 ) einem Empfänger ( 10 ) zugeführt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the current flowing via the monitor diode (7), the received light power proportional current via an amplifier (11) is fed to a receiver (10).
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Monitordiode ( 7 ) und Verstärker ( 11 ) ein Schalter ( 12 ) angeordnet wird. 3. The method of claim 1 or 2, characterized in that between monitor diode (7) and amplifier (11), a switch (12) is arranged.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärker ( 11 ) und Schalter ( 12 ) in ein metallisches Gehäuse ( 14 ) eingebettet werden. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that amplifier (11) and switch (12) are embedded in a metallic housing (14).
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode ( 6 ) des Lasermoduls ( 4 ) während des Empfangsbetriebs mit einem Strom beaufschlagt wird, der kleiner als ihr Schwellenstrom ist. 5. A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the laser diode (6) of the laser module (4) is acted upon during the reception operation with a current which is smaller than its threshold current.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4035373A1 (en) * 1990-11-07 1992-05-14 Fibronix Sensoren Gmbh Interferometric optical path difference measurement - using optical fibre fabry-perot resonator as pressure sensors
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