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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Ziaedin Dr Ing Chahabadi
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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 a method for bidirectional transmission of optical signals between two stations connected by an optical fiber, in which the signals each from one to the Optical transmitters arranged stations and sent on End of each formed by the optical fiber Transmission path can be received in the stations, in which the signals of one transmission direction in Transmission pauses in the other transmission direction via the Optical fibers are transmitted and in which the Sender is used as a receiver at the same time (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. 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. Ein solcher Lasermodul geht beispielsweise aus der DE-Z "Wiss. Ber. AEG-TELEFUNKEN 53 (1980) 1-2", Seite 56 hervor. Mittels der Monitordiode und einem zugehörigen Regler kann die Leistung der Laserdiode geregelt beziehungsweise kontrolliert werden. Das ist bei einer Laserdiode ohne Monitordiode nur mit erheblichem schaltungstechnischen Aufwand möglich. Fertigungsbedingte Streuungen bei der Herstellung der Laserdiode sowie Temperatur- und Alterungseinflüsse können durch die Monitordiode auf einfache Weise ausgeregelt werden. Diese Faktoren können sich daher auf die Leistung der in einem Lasermodul befindlichen Laserdiode nicht auswirken.Today all optical work according to this procedure Transmission systems in the message area, in which the Signals or data via optical fibers - in the following abbreviated to "LWL" - can be transmitted. To send out the Signals are used in known technology, for example Laser diodes or laser modules are used in which a laser diode and one to control the same used monitor diode are combined. Such a Laser module is, for example, from DE-Z "Wiss. Ber. AEG-TELEFUNKEN 53 (1980) 1-2 ", page 56 the monitor diode and an associated controller can Power of the laser diode regulated respectively to be controlled. This is without a laser diode Monitor diode only with considerable circuitry  Effort possible. Production-related scatter at Manufacture of the laser diode as well as temperature and Aging influences can be caused by the monitor diode be easily rectified. These factors can therefore affect the performance of a laser module the laser diode located.

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 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. Weitere Angaben bezüglich der Übertragung des Lichts sind der Druckschrift nicht zu entnehmen.In GB-OS 20 00 373 a diode is described that both as a transmitting diode and as a receiving diode for Light of the same wavelength can be used. In the document also mentions that such diodes for alternate operation on two ends of an optical fiber arranged and switched depending on the operating mode can. Further information regarding the transfer of the Light can not be found in the document.

Die DE-OS 32 03 094 beschreibt eine Leuchtdiodenschaltung für den Halbduplex-Betrieb. Mit dieser Schaltung können Informationen über einen LWL in beiden Richtungen übertragen werden. Sowohl als Sender als auch als Empfänger wird dabei die gleiche Leuchtdiode verwendet. Sie wird mittels einer Transistorschaltung entweder als Sender oder als Empfänger geschaltet. Diese bekannte Schaltung arbeitet im Empfangsbetrieb mit geringem Wirkungsgrad, da die Leuchtdiode als Sendediode und nicht als Empfangsdiode konzipiert ist. Die Übertragung von Informationen über den LWL ist dadurch auf relativ kurze Strecken beschränkt, weil das Empfangssignal nur mit geringem Wirkungsgrad umgesetzt wird. Ein Einsatz der bekannten Schaltung in der Nachrichtentechnik mit ihren hohen Bitraten ist daher nicht möglich.DE-OS 32 03 094 describes an LED circuit for half-duplex operation. With this circuit you can Information about a fiber optic in both directions be transmitted. Both as a transmitter and as The same LED is used for the receiver. It is either by means of a transistor circuit Transmitter or switched as a receiver. This well-known Circuit works in reception mode with little Efficiency, since the light-emitting diode is used as the transmitting diode and not is designed as a receiving diode. The transfer of Information about the fiber is thus relatively short Stretch limited because the received signal only with low efficiency is implemented. An application of the known circuit in communications engineering with their high bit rates are therefore 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. 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. Es kann das Empfangssignal nur mit geringem Wirkungsgrad umsetzen. 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. Auch dieses bekannte Verfahren ist daher nur für kurze Strecken, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, und niedrige Bitraten mit ausreichend starken Empfangssignalen einsetzbar.In the process according to the above DE-OS 29 05 734 is used as an optical transmitter is a receiver at the same time, a light-emitting Semiconductor element used, which is a Diode can act. The same applies here as for the LED in the circuit according to DE-OS 32 03 094. This semiconductor element is also a transmitting component  designed. It can receive the received signal with little Implement efficiency. In the circuit of this known The process is also an input amplifier Operational amplifier used, which is a not sufficiently sensitive for weak signals Component. This known method is therefore also only for short distances, for example in Motor vehicles, and low bit rates with sufficient strong reception signals can be used.

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 for its object a method for bidirectional transmission of optical signals via a fiber optic, in which each as the sender and receiver same component used to indicate that with improved efficiency works.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,This task is accomplished with a procedure of the beginning solved in accordance with the invention,

  • - daß als optischer Sender ein aus Laserdiode und Monitordiode bestehender Lasermodul verwendet wird und- That as an optical transmitter, a laser diode and Existing laser module monitor diode is used 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 contained in the laser module in Each station is used as a receiver in the pauses of the own station that of one signals coming from another 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. Die Monitordiode ist dabei im Lasermodul als Empfangsdiode eingesetzt und dementsprechend auch als solche konzipiert. Sie ist also für den Empfang optischer Signale optimiert und setzt Empfangssignale mit hohem Wirkungsgrad um. Das Verfahren ist dadurch auch für große Übertragungsstrecken und hohe Bitraten geeignet. Auch schwache Empfangssignale werden durch die Monitordiode noch empfangen und einwandfrei umgesetzt. 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. Im Empfangsbetrieb muß nur ein geeigneter Empfänger in den Stromkreis der Monitordiode eingeschaltet werden.In this process, a method known per se becomes known Laser module used opposite a laser diode and other light-emitting semiconductors has the advantage that the performance of its laser diode in a simple way is regulated by means of the monitor diode. The monitor diode is used in the laser module as a receiving diode and accordingly designed as such. So it is optimized and set for the reception of optical signals Receive signals with high efficiency. The procedure is therefore also suitable for long transmission distances and high ones Suitable bit rates. Even weak reception signals will be still received by the monitor diode and perfect  implemented. Another advantage of the method is there in that the circuitry on the laser module and especially on the monitor diode between transmission and receiving operations do not have to be changed since the Monitor diode in both cases as a receiving diode is switched. In reception mode only a suitable one has to be Receiver in the circuit of the monitor diode be switched on.

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 during the Receiving operation in principle as a kind Gain element used for the received signals will.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous embodiments of the invention are shown in the Sub-claims emerge.

Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigtThe method according to the invention is based on the in the Drawings illustrated embodiment explained. 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 laser module used for the process,

Fig. 3 eine Schaltung zur Gewinnung von Empfangssignalen. Fig. 3 shows a circuit for obtaining received signals.

Mit 1 und 2 sind zwei Stationen bezeichnet, zwischen denen ein LWL 3 zur Übertragung optischer Signale der Nachrichtentechnik angeordnet ist. Der LWL 3 ist in beiden Stationen 1 und 2 an einen Lasermodul 4 angeschlossen, dessen genauerer Aufbau beispielseise aus Fig. 2 hervorgeht. Sonstige, an sich bekannte Bauteile der Stationen 1 und 2 sind jeweils durch ein Kästchen 5 angedeutet. 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. Ein dafür verwendbares Übertragungsverfahren ist beispielsweise das aus der herkömmlichen Übertragungstechnik mit metallischen Leitern bekannte Zeitgetrenntlageverfahren. Die Signale können sowohl in analoger als auch in digitaler Form übertragen werden. 1 and 2 denote two stations, between which an optical fiber 3 is arranged for the transmission of optical signals in communications technology. The LWL 3 is connected in both stations 1 and 2 to a laser module 4 , the more precise structure of which can be seen, for example, from FIG. 2. Other, known components of stations 1 and 2 are each indicated by a box 5 . The signals are transmitted in both directions via the LWL 3 in such a way that the signals of one direction of transmission are transmitted in pauses in the other direction of transmission. A transmission method that can be used for this is, for example, the time separation method known from conventional transmission technology with metallic conductors. The signals can be transmitted in both analog and 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. Die Laserdiode 6 wird aus einer Spannungsquelle gespeist, die beispielsweise eine Spannung von 5 V liefert. An die Laserdiode 6 ist auf deren Sendeseite der LWL 3 angeschlossen. Die Monitordiode 7 befindet sich auf der Kontrollseite der Laserdiode 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. Der Regler 8 ist mit einem Stellglied 9 verbunden, das im Strompfad der Laserdiode 6 liegt. Zu sendende Signale bzw. Daten werden der Laserdiode 6 in bekannter Weise aufmoduliert. Sie können beispielsweise über den Eingang E des Stellgliedes 9 zugeführt werden. Das Stellglied 9 kann beispielsweise ein beliebiger Transistor sein.To send the signals or data, a laser module 4 is shown in FIG. 2 are used, comprising a serving as a light source laser diode 6 and a monitor diode 7. The laser diode 6 is fed from a voltage source which, for example, supplies a voltage of 5 V. The LWL 3 is connected to the laser diode 6 on its transmitting side. The monitor diode 7 is located on the control side of the laser diode 6 . A controller 8 is connected to the monitor diode 7 , to which a reference voltage is given as the setpoint, which corresponds to a power of the laser diode 6 of, for example, 0.25 mW. The controller 8 is connected to an actuator 9 which lies in the current path of the laser diode 6 . Signals or data to be transmitted are modulated onto the laser diode 6 in a known manner. They can be fed, for example, via the input E of the actuator 9 . The actuator 9 can be any transistor, for example.

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. Die Leistung des auf die Monitordiode 7 fallenden Lichts ist der Sendeleistung proportional. Der von der Monitordiode 7 gelieferte Strom wird im Regler 8 mit dem vorgegebenen Sollwert der entsprechenden Referenzspannung verglichen. 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. Unter dem Wort "Lichtleistung" ist dabei die Sendeleistung der Laserdiode 6 zu verstehen. When transmitting signals or data, the laser diode 6 sends light or light pulses in the direction of the optical fiber 3 on the one hand and the monitor diode 7 on the other. The power of the light falling on the monitor diode 7 is proportional to the transmission power. The current supplied by the monitor diode 7 is compared in the controller 8 with the predetermined target value of the corresponding reference voltage. In accordance with this current, the regulator 8 continuously adjusts the current flowing to the laser diode 6 via the actuator 9 , so that the predetermined light output of the laser diode 6 is maintained. The word “light output” is to be understood as the transmission power of the laser diode 6 .

In den Sendepausen wird von der Laserdiode 6 kein Licht ausgesandt. In dieser Zeit dient die Monitordiode 7 des Lasermoduls 4 als Empfänger für über den LWL 3 ankommende Signale. Die Monitordiode 7 eignet sich besonders zum Abgriff der Empfangssignale, weil sie ohnehin in Sperrichtung, also als Empfangsdiode, betrieben wird. Ein über den LWL 3 ankommendes Signal erzeugt in der Monitordiode 7 einen der Lichtleistung proportionalen Strom. 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. Der Verstärker 11 ist beispielsweise als Transimpedanzverstärker ausgebildet. Der Schalter 12 ist vorzugsweise nur in den Sendepausen des zugehörigen Lasermoduls 4 geschlossen. Er wird geöffnet, wenn die Laserdiode 6 ein Burst sendet. Zwischen Empfänger 10 und Verstärker 11 kann noch ein geregelter Verstärker 13 zur Aussteuerung des Empfangssignals eingeschaltet sein.No light is emitted by the laser diode 6 in the transmission breaks. During this time, the monitor diode 7 of the laser module 4 serves as a receiver for signals arriving via the LWL 3 . The monitor diode 7 is particularly suitable for tapping the received signals because it is operated in the reverse direction anyway, that is to say as a receiving diode. A signal arriving via the LWL 3 generates a current proportional to the light output in the monitor diode 7 . This current is fed to a receiver 10 , expediently via an amplifier 11 , which can be connected to the monitor diode 7 by means of a switch 12 . The amplifier 11 is designed, for example, as a transimpedance amplifier. The switch 12 is preferably closed only in the transmission pauses of the associated laser module 4 . It is opened when the laser diode 6 sends a burst. Between the receiver 10 and the amplifier 11 , a regulated amplifier 13 can also be switched on for modulating the received signal.

Der Schalter 12 kann als beliebiger Transistor ausgeführt sein. Besonders geeignet ist ein kapazitätsarmer 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.The switch 12 can be designed as any transistor. A low-capacitance MOSFET is particularly suitable. Amplifier 11 and switch 12 are expediently encapsulated 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. Der Wirkungsgrad des Verfahrens beim Empfang der Signale kann dadurch weiter verbessert werden. Die Laserdiode 6 arbeitet dann quasi in einer Verstärkerfunktion.During the receiving operation, the laser diode 6 of the receiving station can be supplied with current which is less than its threshold current. The efficiency of the method when receiving the signals can be further improved. The laser diode 6 then works as it were in an amplifier function.

Claims (5)

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,
  • - daß als optischer Sender ein aus Laserdiode (6) und Monitordiode (7) bestehender Lasermodul (4) verwendet wird und
  • - 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.
1. A method for the bidirectional transmission of optical signals between two stations connected by an optical waveguide, in which the signals are each transmitted by an optical transmitter arranged in the stations and received at the end of the transmission path formed by the optical waveguide in the stations, in which the signals of the a transmission direction in transmission pauses of the other transmission direction are transmitted via the optical waveguide and in which the transmitter is simultaneously used as a receiver, characterized in that
  • - That is used as an optical transmitter from a laser diode ( 6 ) and monitor diode ( 7 ) existing laser module ( 4 ) and
  • - That the monitor diode ( 7 ) contained in the laser module ( 4 ) is used in each station ( 1, 2 ) as a receiver which receives the signals coming from another station in the transmission pauses of its own station.
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 through the monitor diode ( 7 ), the received light power proportional current is fed via an amplifier ( 11 ) to a receiver ( 10 ). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Monitordiode (7) und Verstärker (11) ein Schalter (12) angeordnet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a switch ( 12 ) is arranged between the monitor diode ( 7 ) and amplifier ( 11 ). 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 amplifiers ( 11 ) and switches ( 12 ) are embedded in a metallic housing ( 14 ). 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. The 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 receiving operation with a current which is less than its threshold current.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US5119223A (en) * 1989-09-28 1992-06-02 Siemens Aktiengesellschaft Bidirectional light waveguide (LWG) telecommunication system and method for wavelength separation mode (bidirectional wavelength separation mode (WDM) between a central telecommunication location and plurality of decentralized telecommunication locations
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