DE3900095C2 - Verfahren zur Übertragung von optischen Signalen über Lichtwellenleiter nach dem Überlagerungsprinzip - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es aus der DE 37 13 340 A1 bekannt ist.

Bei der optischen Signalübertragung nach dem Prinzip des Überlagerungsempfanges kann bei gleichzeitiger Übertragung von mehreren optischen Kanälen durch die Verwendung verschiedener optischer Frequenzen die Selektion eines Kanals statt mit optischen Filtern mit elektrischen Filtern im Mikrowellenbereich vorgenommen werden. Dies ermöglicht eine schärfere Trennung der Übertragungskanäle. Für die Überlagerung wird bisher neben dem Sendelaser am Sendeort ein Lokallaser am Empfangsort eingesetzt, deren Lichtwellen auf einer Photodiode gemischt werden. Die dabei im resultierenden Photostrom gewonnene Zwischenfrequenz ist durch die Differenz der Frequenzen der beiden Laser gegeben. Die Laserfrequenz und damit auch die Zwischenfrequenz reagieren bei allen bisher bekannten Halbleiterlasern empfindlich auf Schwankungen der Temperatur. So führt beispielsweise bei Zimmertemperatur bereits eine Änderung um 1 Grad Kelvin in einem frei laufenden Halbleiterlaser zu einer Frequenzverschiebung von ca. 30 GHz. Das würde zu einer erheblichen Störung der Signalübertragung führen. Es wird daher in bisheriger Technik eine Regelung mit aufwendigen Regelschleifen eingesetzt, durch welche die Frequenz der Laser konstant gehalten werden soll.

Zur Vermeidung dieses Nachteils wird bei dem bekannten Verfahren nach der eingangs erwähnten DE 37 13 340 A1 nur ein Laser verwendet, dessen Laserwelle durch einen optischen Koppler in zwei Einzelwellen, die Signalwelle und die Lokalwelle, unterteilt wird. Nachdem die Signalwelle den Lichtwellenleiter - im folgenden kurz "LWL" genannt" - durchlaufen hat, wird ihr am anderen Ende des LWL durch einen Modulator die zu übertragende Information optisch aufmoduliert. Diese Modulation kann in der Phase, Frequenz oder Amplitude erfolgen. Danach wird die modulierte Signalwelle wieder in den LWL eingekoppelt. Sie läuft zum laserseitigen Ende des LWL zurück. Dort wird sie mit der Lokalwelle auf einer Photodiode abgebildet. Die Photodiode wirkt dabei als Mischer. Ein mit der Photodiode detektiertes Zwischenfrequenzsignal enthält die übertragene Information. Bei diesem Verfahren werden keine besonderen Anforderungen an die Frequenzstabilität des Lasers gestellt. Eine etwaige Frequenzverschiebung in der Emissionsfrequenz des Lasers wirkt sich auf die beiden zu überlagernden Wellen in gleicher Weise aus. Die Signalübertragung wird also durch sich ändernde Temperaturen nicht gestört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschilderte Verfahren so weiterzubilden, daß Informationen bidirektional und simultan über einen LWL übertragen werden können und daß das Übersprechen von einem Kanal auf den Kanal der Gegenrichtung auf ein nicht störendes Maß reduziert wird.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Bei diesem Verfahren werden zwei Übertragungsstrecken aufgebaut, die nach dem Prinzip des optischen Überlagerungsempfangs arbeiten. Es werden alle für beide Übertragungsrichtungen benötigten Sende- und Empfangskomponenten über die optischen Koppler mit nur einem LWL verbunden. Wenn diese Komponenten so an den LWL angeschlossen werden, daß sich an jeweils einem Ende desselben ein Modulator, ein Laser und eine Photodiode befinden, so lassen sich nach dem oben beschriebenen Prinzip in beide Richtungen gleichzeitig Informationen übertragen.

Auf jeder der beiden Photodioden wird dabei auch ein unerwünschter Feldanteil des jeweils anderen Lasers abgebildet. Dadurch bedingte Mischprozesse können die eigentliche Signalübertragung nicht stören, wenn die Frequenzen der beiden Laser um einen Betrag differieren, der die Übertragungsbandbreite der beiden Photodioden weit übersteigt. Bei diesem Verfahren sind daher zwei Laser eingesetzt, deren Frequenzen einen Abstand von mindestens 100 GHz voneinander haben. Dadurch ist in jedem Fall, auch unter Berücksichtigung von Seitenbändern durch Laser-Relaxationsschwingungen, ein meßbares Übersprechen auf den Gegenrichtungskanal ausgeschlossen. Dieser Relativabstand der Frequenzen der beiden Laser voneinander kann etwa dem Abstand zwischen zwei longitudinalen Lasermoden einer Laserdiode entsprechen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine Anordnung zur bidirektionalen Übertragung von optischen Signalen.

An den beiden Enden eines LWL 1 größerer Länge sind über optische Koppler die Komponeten für eine simultane, bidirektionale Signalübertragung jeweils auf getrennten Wegen angeschlossen. Diese Komponenten sind für die eine Übertragungsrichtung ein Laser 2, eine Photodiode 3 und ein Modulator 4. Für die andere Übertragungsrichtung sind jeweils am entgegengesetzten Ende des LWL 1 ein Laser 5, eine Photodiode 6 und ein Modulator 7 an den LWL 1 angeschlossen. Die Modulatoren 4 und 7 werden beispielsweise in Reflexion betrieben.

Die beiden Laser 2 und 5 arbeiten mit unterschiedlichen, im Tera Hertz-Bereich liegenden Frequenzen, die einen Abstand von mindestens 100 GHz voneinander haben. Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung arbeitet beispielsweise wie folgt:

Vom Laser 2 wird über den LWL 1 und den Koppler 8 Licht als Signalwelle zum Modulator 4 übertragen. Das Licht des Lasers 2 kann dabei zunächst einen optischen Isolator 9 durchlaufen, der verhindern soll, daß die Signalwelle des Lasers 5 aus der Gegenrichtung oder zufällig rückgekoppeltes Streulicht auf den Laser 2 einwirken können, wodurch seine spektralen Eigenschaften beeinträchtigt werden könnten. In dem Modulator 4 wird der Signalwelle des Lasers 2 eine zu übertragende Information optisch aufmoduliert. Die modulierte Signalwelle wird dann reflektiert bzw. umgelenkt. Sie gelangt über den Koppller 8 wieder in den LWL 1. Über den Koppler 10 wird die modulierte Signalwelle der Photodiode 3 zugeführt. Dort mischt diese Signalwelle mit der vom Laser 2 über den Koppler 10 direkt zur Photodiode 3 geführten, nicht modulierten Lokalwelle. Die Photodiode 3 detektiert ein entsprechendes Zwischenfrequenzsignal, das die aufmodulierte Information enthält. Die Information wird so als elektrisches Signal zurückgewonnen. Die zwischen dem Koppler 10 und der Photodiode 3 eingezeichnete Polarisationsnachführung 11 kann zur Optimierung der Feldüberlagerung verwendet werden. Sie ist insbesondere dann von Vorteil, wenn für den LWL 1 keine polarisationserhaltende Faser eingesetzt wird. Die Polarisationsnachführung 11 ist auch dann entbehrlich, wenn auf der Empfängerseite jeweils ein Polarisations-Diversitätsempfänger eingesetzt wird.

Die Übertragung von Informationen in der Gegenrichtung geschieht bei einer anderer Lichtfrequenz analog zur geschilderten Übertragung. Der vom Laser 5 über den Koppler 12 kommenden Signalwelle wird vom Modulator 7 eine Information optisch aufmoduliert, die in der als Mischer wirkenden Photodiode 6 detektiert wird. Auch in dieser Übertragungsweg können ein Isolator 13 und eine Polarisationsnachführung 14 verwendet werden. Signalwelle und Lokalwelle werden der Photodiode über den Koppler 15 zugeführt.

Zur weiteren Verringerung des Übersprechens von einem Kanal auf den Kanal der Gegenrichtung können als Photodioden 3 und 6 Zweidiodenempfänger (Balanced Receiver) eingesetzt werden. Derartige Empfänger können mit den beiden Ausgängen von gestrichelt eingezeichneten Kopplern 16 und 17 verbunden werden, die jeweils vor den Photodioden 3 und 6 in den Übertragungsweg eingeschaltet werden.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung ist sowohl eine digitale als auch eine analoge Signalübertragung möglich. Die analoge Signalübertragung kann hier vorgenommen werden, weil sowohl die Signalwelle als auch die Lokalwelle vom gleichen Laser kommen.

Das Signal/Rausch-Verhältnis hängt bei der analogen Signalübertragung wesentlich von der Laserlinienbreite des verwendeten Lasers ab. Es kann verbessert werden, wenn die zu übetragende Information zeitlich komprimiert übertragen und auf der Empfängerseite entsprechend wieder zeitlich gedehnt wird.

Claims (6)

1. Verfahren zur Übertragung von optischen Signalen über Lichtwellenleiter nach dem Überlagerungsprinzip, bei welchem zwei Laserwellen, eine Lokalwelle und eine Signalwelle, durch einen gemeinsamen Laser erzeugt werden, bei welchem der vom Laser ausgehenden Signalwelle an dem dem Laser abgewandten Ende des Lichtwellenleiters eine zu übertragende Information durch einen Modulator optisch aufmoduliert wird, bei welchem die rücklaufende, modulierte Signalwelle über einen optischen Koppler zusammen mit der Lokalwelle einer Photodiode zugeführt wird und bei welchem die Information nach Überlagerung auf der Photodiode als Photostrom zurückgewonnen wird, dadurch gekennzeichnet,

• 1. - daß an beiden Enden eines Lichtwellenleiters (1) über optische Koppler (8, 10, 12, 15) jeweils ein Laser (2, 5), ein Modulator (4, 7) und eine Photodiode (3, 6) auf getrennten Wegen an den Lichtwellenleiter angeschlossen werden,
• 2. - daß zwei Laser (2, 5) verwendet werden, die mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten, deren Relativabstand mindestens 100 GHz beträgt,
• 3. - daß jeder der beiden Modulatoren (4, 7) jeweils die Signalwelle des am entgegengesetzten Ende des Lichtwellenleiters (1) befindlichen Lasers (2, 5) moduliert und
• 4. - daß die Lokalwellen der Laser (2, 5) den jeweiligen Photodioden (3, 6) über Koppler (10, 15) direkt zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen Laser (2, 5) und optischem Koppler (10, 15) ein optischer Isolator (9, 13) eingeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen Laser (2, 5) und zugehöriger Photodiode (3, 6) eine Polarisationsnachführung (11, 14) angeschlossen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite jeweils Polarisations- Diversitätsempfänger verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Photodioden (3, 6) Zweidiodenempfänger eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei analoger Signalübertragung eine zeitliche Kompression der Signale durchgeführt wird.