DE4016331A1 - Brillouin optical fibre amplifier for optical heterodyne receiver - uses feedback of light from pumped laser eliminating need for second local laser - Google Patents
Brillouin optical fibre amplifier for optical heterodyne receiver - uses feedback of light from pumped laser eliminating need for second local laserInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen optischen Überlage rungsempfänger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optical cover tion receiver according to the preamble of claim 1.
Der Brillouin-Effekt beschreibt die Streuung optischer Wellen an akustischen Molekülschwingungen. Bei geringer Intensität der optischen Welle ist nur die spontane Brillouin Streuung vorhanden, die auf die Wellenausbreitung in der Glasfaser keinen merklichen Einfluß hat. Wird die Intensität erhöht, tritt zusätzlich stimulierte Brillouin-Streuung auf und regt eine neue optische Welle, die Stokes-Welle, an, deren Ausbreitungsrichtung entgegengesetzt zu der der anregenden Welle ist und deren Frequenz um die Stokes-Frequenz tiefer liegt. Eine Einmodenfaser führt nun auch bei reflexionsfreier Strecke und einseitiger Anregung zwei gegenläufige Wellen. Die eingespeiste Welle, die das Nutzsignal trägt und die sich vom Sender fortbewegt, und eine induzierte Störwelle, die der Nutzwelle Leistung entzieht und die zum Sender zurückläuft. Wegen des exponentiellen Zusammenhangs zwischen stimulierter Brilloni-Streuung und der Intensität der anregenden Welle nimmt bei weiterer Intensitätserhöhung die in die Stokes-Welle induzierte Leistung überproportional zu, so daß die von der Nutzwelle übertragbare Leistung sich einem fasertypischen Grenzwert nähert. Jede weitere Erhöhung der Sendeleistung verstärkt nur noch die Stokes-Welle, die die Leistung wieder direkt zum Sender zurücktransportiert. Die Faser wirkt nun wie ein Spiegel, der den reflektierten Strahl noch zusätzlich in der Frequenz verschiebt. Dieser Prozeß, die Umwandlung aller "Pumpphotonen" in "Stokesphotonen" wird auch als "pump depletion" bezeichnet.The Brillouin effect describes the scattering optically Waves of acoustic molecular vibrations. With less The intensity of the optical wave is only the spontaneous one Brillouin scatter present due to the wave propagation has no noticeable influence in the glass fiber. Will the Intensity increases, stimulated additionally occurs Brillouin scatter and excite a new optical wave, the Stokes wave, whose direction of propagation is opposite to that of the stimulating wave and its Frequency is lower than the Stokes frequency. A Single-mode fiber now also leads with a reflection-free path and one-sided excitation two opposite waves. The injected wave that carries the useful signal and that moved away from the transmitter, and an induced interference wave that deprives power of the useful wave and that to the transmitter runs back. Because of the exponential relationship between stimulated Brilloni scatter and intensity The stimulating wave takes off with a further increase in intensity the power induced in the Stokes wave disproportionately too, so that from the useful wave transferable power is a typical fiber limit is approaching. Any further increase in transmission power is amplified only the Stokes wave, which directly returns the power transported back to the transmitter. The fiber now acts as Mirror that additionally reflects the reflected beam the frequency shifts. This process, the transformation all "pump photons" in "Stokesphotons" is also called "Pump depletion" referred to.
Charakteristische Größen der Stokes-Welle sind die natürliche Linienbreite ΔfB der stimulierten Brillouin- Streuung und die Stokesverschiebung, der Frequenzabstand Δfs, um die die Frequenz der Stokes-Welle gegenüber der Frequenz der anregenden Welle tiefer liegt.Characteristic variables of the Stokes wave are the natural line width Δf B of the stimulated Brillouin scattering and the Stokes shift, the frequency distance Δf s by which the frequency of the Stokes wave is lower compared to the frequency of the exciting wave.
Für die optische Nachrichtenübertragung, und hier insbesondere bei kohärenten Übertragungsverfahren, ist die stimulierte Brillouin-Streuung wegen der begrenzenden Wirkung auf die Sendeleistung sowie der Erzeugung von Störträgern ein sehr schädlicher Effekt. Andererseits ermöglicht die gezielte Anwendung der stimulierten Brillouin-Streuung beim Brillouin-Faserverstärker die direkte Verstärkung optischer Signalwellen. For optical messaging, and here particularly in the case of coherent transmission methods, the stimulated Brillouin scattering because of the limiting Effect on the transmission power and the generation of Disruptive agents a very harmful effect. On the other hand enables the targeted application of the stimulated Brillouin scattering in the Brillouin fiber amplifier direct amplification of optical signal waves.
Der Brillouin-Faserverstärker besteht aus einer Glasfaser, die an einem Ende über einen Koppler mit einem Pumplaser verbunden ist. Die zu verstärkende optische Signalwelle wird an dem entgegengesetzten Ende in die Faser eingespeist und am freien Ausgang des Kopplers verstärkt wieder ausgekoppelt (Fig. 1). Das verstärkende Medium ist die Glasfaser, die auch gleichzeitig die Übertragungsstrecke ist.The Brillouin fiber amplifier consists of a glass fiber that is connected at one end to a pump laser via a coupler. The optical signal wave to be amplified is fed into the fiber at the opposite end and is increasingly coupled out again at the free output of the coupler ( FIG. 1). The reinforcing medium is the glass fiber, which is also the transmission link.
Die Pumpwelle der Frequenz fP wird am fernen Ende in die Glasfaser eingekoppelt und läuft entgegen der Signalübertragungsrichtung durch die Faser. Bei ausreichend hoher Pumpleistung wird während des Durchgangs durch die Faser die Stokes-Welle mit der Frequenz fs = fp-Δfs erzeugt, die bei dieser Konfiguration zum Faserende zurückläuft. Die gleichzeitig am Faseranfang eingespeiste Signalwelle der Frequenz fSIG wird dann durch die Stokes- Welle verstärkt, wenn beide die gleiche Frequenz haben. Die Pumpfrequenz muß daher stets so geregelt werden, daß sie immer um genau Δfs über der Signalfrequenz liegt. Die Verstärkungsbandbreite ist in diesem Fall gleich der natürlichen Linienbreite der Brillouin-Streuung und liegt für Einmodenfasern in der Größenordnung von 40 MHz. Der Verstärkungsfaktor des Brillouin-Faserverstärkers ist abhängig vom Brillouin-Gewinn, dem effektiven Kerndurchmesser der Faser, der effektiven Faserlänge und der in der Faser verfügbaren Pumpleistung.The pump wave of frequency f P is coupled into the glass fiber at the far end and runs through the fiber counter to the direction of signal transmission. If the pump power is sufficiently high, the Stokes wave with the frequency f s = f p -Δf s is generated during the passage through the fiber, which returns to the fiber end in this configuration. The signal wave of frequency f SIG which is fed in simultaneously at the beginning of the fiber is then amplified by the Stokes wave if both have the same frequency. The pump frequency must therefore always be controlled so that it is always exactly Δf s above the signal frequency. The gain bandwidth in this case is equal to the natural line width of the Brillouin scatter and is in the order of 40 MHz for single-mode fibers. The gain factor of the Brillouin fiber amplifier depends on the Brillouin gain, the effective core diameter of the fiber, the effective fiber length and the pump power available in the fiber.
Obwohl das Prinzip des Brillouin-Faserverstärkers schon seit längerem bekannt ist, wurde dieses Bauteil wegen der relativ geringen Übertragungsbandbreite bisher kaum beachtet und es sind nur wenige Anwendungen bekannt.Although the principle of the Brillouin fiber amplifier is This component has been known for a long time because of the relatively low transmission bandwidth so far observed and only a few applications are known.
Die klassische Anwendung für einen Brillouin- Faserverstärker ist die selektive Verstärkung eines modulierten optischen Trägers vor der Photodetektion. Das verstärkte Trägersignal ermöglicht den schrotrausch begrenzten Homodyneempfang auch ohne die sonst erforderliche optische Phasenregelschleife. Es wird mit einer Pumpleistung von 5 mW eine Verstärkung des Trägers um 48 dB bei einer Faserlänge von 30 Km erreicht.The classic application for a Brillouin Fiber amplifier is the selective amplification of a modulated optical carrier before photodetection. The amplified carrier signal enables shot noise limited homodyne reception even without the otherwise required optical phase locked loop. It will be with a pump power of 5 mW to reinforce the carrier 48 dB achieved with a fiber length of 30 km.
Nach "N. A. OLLSON, J. P VAN DER ZIEL: Characteristics of a semiconductor Laser Pumped Brillouin Amplifier with Electronically controlled Bandwidth, J. Lightwave Technology LT-5 (1987), Seiten 147-153" ist es möglich, die natürliche Verstärkungsbandbreite des Brillouin- Faserverstärkers durch Frequenzmodulation der Pumplaserwelle erheblich zu vergrößern.According to "N.A. OLLSON, J. P VAN DER ZIEL: Characteristics of a semiconductor Laser Pumped Brillouin Amplifier with Electronically controlled bandwidth, J. Lightwave Technology LT-5 (1987), pages 147-153 "it is possible that natural gain range of Brillouin Fiber amplifier by frequency modulation Pump laser shaft to enlarge significantly.
Auf Kosten eines um 10 dB verminderten Verstärkungsfaktors wurde die natürliche Brillouin-Verstärkungsbandbreite um den Faktor 10 vergrößert. In einem Übertragungsexperiment wurde ein Sendesignal mit einer Bitrate von 90 Mbit/s dem Sendelaser (Linienbreite = 10 kHz) extern aufmoduliert und über eine 30 Km lange Glasfaserstrecke übertragen. Im Empfänger wurde die Glasfaser mit einem gewöhnlichen optischen Koppler abgeschlossen. Während ein Kopplerzweig mit dem Direktempfänger verbunden war, wurde über den anderen Zweig die Pumpleistung in die Glasfaser eingespeist. Der Pumplaser (Linienbreite = 10 kHz) gab eine optische Leistung von 2,9 mW in die Faser ab und wurde direkt frequenzmoduliert. Der bei dieser Konfiguration mögliche Verstärkungsgewinn von 9 dB verbesserte die Empfängerempfindlichkeit um 8,5 dB.At the cost of a gain factor reduced by 10 dB became the natural Brillouin reinforcement range increased by a factor of 10. In a transmission experiment was a transmission signal with a bit rate of 90 Mbit / s Transmission laser (line width = 10 kHz) externally modulated and transmitted over a 30 km long fiber optic link. in the The fiber was used with an ordinary receiver optical coupler completed. During a coupler branch was connected to the direct recipient via the other branch the pumping power into the fiber fed. The pump laser (line width = 10 kHz) gave one optical power of 2.9 mW into the fiber and was directly frequency modulated. The one with this configuration possible gain of 9 dB improved the Receiver sensitivity around 8.5 dB.
Die Verwendung des Brillouin-Faserverstärkers zur selektiven Kanalverstärkung und Demodulation in einem optischen Frequenzmultiplexsystem wurde in "R. W. TKACH et. al.: Performance of a WDM Network Based on Stimulated Brillouin Scattering, IEEE Photonics Techn. Lett., Vol. 1, May 1989, Seiten 111-113" vorgeschlagen und experimentell untersucht. Wie oben ausgeführt wurden ein Direktempfänger und ein Pumplaser (Linienbreite =10 MHz, Pumpleistung = 12 mW) über einen optischen Koppler mit dem empfangsseitigem Ende der Glasfaserstrecke verbunden. Der Pumplaser wurde mit einem Sägezahnsignal (Frequenz = 10 MHz) direkt moduliert und bewirkte dadurch eine annähernd rechteckige Brillouin-Verstärkungskurve mit ca. 600 MHz Bandbreite. Der Verstärkungsfaktor betrug 30 dB. Die Kanalwahl erfolgte durch Ändern der Frequenz des Pumplasers so, daß der Kanal, dessen Mittenfrequenz innerhalb des Verstärkerbereiches lag, selektiv verstärkt, und bedingt durch das gewählte Modulationsschema, auch gleichzeitig demoduliert wurde. Bei Bitraten von 150 MBit/s war ein min. Kanalabstand von 1,5 GHz erforderlich. Die Empfindlichkeit wurde durch den um 8 dB erhöht.The use of the Brillouin fiber amplifier for selective channel amplification and demodulation in one optical frequency division multiplex system was described in "R. W. TKACH et. al .: Performance of a WDM Network Based on Stimulated Brillouin Scattering, IEEE Photonics Techn. Lett., Vol. 1, May 1989, pages 111-113 "and experimentally examined. As stated above, were a direct recipient and a pump laser (line width = 10 MHz, pump power = 12 mW) via an optical coupler with the end of the fiber optic link connected at the receiving end. The Pump laser was with a sawtooth signal (frequency = 10 MHz) directly modulated and thereby caused a approximately rectangular Brillouin gain curve with approx. 600 MHz bandwidth. The gain factor was 30 dB. The channel was selected by changing the frequency of the Pumplasers so that the channel, its center frequency was within the amplifier range, selectively amplified, and due to the chosen modulation scheme, too was demodulated at the same time. At bit rates of 150 Mbit / s was a min. Channel spacing of 1.5 GHz required. The Sensitivity was increased by 8 dB.
Die Anwendung eines Brillouin-Faserverstärkers in Verbindung mit einem Heterodynempfänger wurde in "M. TSUBOKAWA, Y. SASAKI: Coherent FSK Transmission Experiment using Brillouin Amplification in a Single-Mode Fiber, J. Opt. Commun. 10 (1989), Seiten 42-47" untersucht. Ein FSK moduliertes Lasersignal (Bitrate = 30 Mbit/s Linienbreite des Sendelasers = 9 MHz) wurde über eine 52 Km lange Glasfaserstrecke auf einen Heterodynempfänger gegeben. Der freie Eingang des für die Zusammenfassung von Empfangs- und Lokallaser-Signal notwendigen optischen Kopplers wurde für die Einspeisung der Pumpwelle verwendet. Der Pumplaser (Linienbreite = 10 MHz, Pumpleistung = 2,5 mW) wurde mit einem 1 MHz-Signal direkt moduliert, um eine Verstärkerbandbreite von 180 MHz zu erzielen. Das Empfangssignal wurde durch den Brillouin- Faserverstärker um 4 dB verstärkt. Der Anstieg des Verstärkungsfaktors betrug 1,6 dB pro mW Pumpleistung.The application of a Brillouin fiber amplifier in Connection with a heterodyne receiver was in "M. TSUBOKAWA, Y. SASAKI: Coherent FSK Transmission Experiment using Brillouin Amplification in a Single-Mode Fiber, J. Opt. Commun. 10 (1989), pages 42-47 " examined. An FSK modulated laser signal (bit rate = 30 Mbit / s Line width of the transmit laser = 9 MHz) was over a 52 km long fiber optic line on one Given heterodyne receiver. The free entrance of the for Summary of reception and local laser signal necessary optical coupler was used for the feed the pump shaft used. The pump laser (line width = 10 MHz, Pump power = 2.5 mW) was with a 1 MHz signal directly modulated to an amplifier bandwidth of 180 MHz to achieve. The reception signal was received by the Brillouin Fiber amplifier amplified by 4 dB. The rise in Gain factor was 1.6 dB per mW pump power.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, einen Brillouin-Faserverstärker so zu erweitern, daß dieses Bauteil zusätzlich als optischer Überlagerungsempfänger mit selektiver optischer Kanalverstärkung verwendet werden kann, wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst.The object underlying the invention, a Brillouin fiber amplifiers to expand so that this Component additionally as an optical overlay receiver selective optical channel amplification can be used can, is characterized by the in the main claim Invention solved.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Further embodiments of the invention are in the Subclaims marked.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere in der Einsparung eines separaten Lokallasers.The advantages that can be achieved with the invention exist especially in saving a separate one Local laser.
Im Gegensatz zu der von in "M. TSUBOKAWA, Y. SASAKI: Coherent FSK Transmission Experiment using Brillouin Amplification in a Single-Mode Fiber, J. Opt. Commun. 10 (1989), Seiten 42-47" vorgeschlagenen Lösung wird hier nur ein Laser im Empfänger benötigt. Dies bedeutet neben der Kostenreduzierung auch eine Vereinfachung der Frequenzregelung, da nun nicht mehr zwei Laser auf einen dritten (dem Sendelaser) abgestimmt werden müssen. Die Lage der ZF bei ca. 11 GHz, die durch die Stokes-Verschiebung ja fest vorgegeben ist, ist außerdem besonders günstig, da für diesen Frequenzbereich wegen der intensiven Nutzung für den Satellitenfunk bereits eine Vielzahl breitbandiger und rauscharmer elektronischer Komponenten vorhanden ist.In contrast to that of "M. TSUBOKAWA, Y. SASAKI: Coherent FSK Transmission Experiment using Brillouin Amplification in a Single-Mode Fiber, J. Opt. Commun. 10th (1989), pages 42-47 "proposed solution is only here a laser is needed in the receiver. In addition to the Reducing costs also simplifying Frequency control since there are no longer two lasers on one third (the transmitter laser) must be tuned. The location the IF at about 11 GHz, which is due to the Stokes shift yes is fixed, is also particularly cheap because for this frequency range because of the intensive use for the Satellite radio already has a variety of broadband and low-noise electronic components are present.
Außer auf der Empfangsseite kann die relative Lage von Sende- und Pumplaser zueinander auch sendeseitig geregelt werden, indem mit einem breitbandigen Photodetektor (PD) Pump- und Sendefrequenz auf der Sendeseite detektiert und zur Ableitung des Regelsignals verwendet werden. Except on the reception side, the relative location of Transmitter and pump lasers also regulated to each other on the transmission side using a broadband photodetector (PD) Pump and transmission frequency on the transmission side detected and can be used to derive the control signal.
Bei vorgegebenem Signal-zu-Rauschabstand kann somit die Feldlänge vergrößert werden.With a given signal-to-noise ratio, the Field length can be increased.
Die elektronisch einstellbare Bandbreite des Brillouin- Faserverstärker ermöglicht eine Anpassung des Verstärkers an das Sendesignal. Dies hat die Wirkung eines optischen Vorfilters und reduziert somit die Anforderungen an die elektrische Filterung.The electronically adjustable bandwidth of the Brillouin Fiber amplifier enables adaptation of the amplifier to the broadcast signal. This has the effect of an optical one Prefilter and thus reduces the demands on the electrical filtering.
Im Vergleich zu einem Direktempfangssystem kommen hier noch die grundsätzlichen Vorteile der Heterodyntechnik, z. B. Empfindlichkeitsgewinn um bis zu 20 dB je nach Übertragungsverfahren hinzu.Compared to a direct reception system, here are still coming the basic advantages of heterodyne technology, e.g. B. Sensitivity gain up to 20 dB depending on Transmission process added.
Nachteilig ist bei der Grundversion die durch das Übertragungsmedium fest vorgegebene relativ schmale Verstärkungsbandbreite des Brillouin-Faserverstärkers, die begrenzend für die mögliche Übertragungsrate ist. Die Direktmodulation des Pumplasers zur Bandbreitenerhöhung ist für dieses Empfängerkonzept nicht zu empfehlen, da die spektrale Verbreiterung die Verwendung des Pumplasers als Lokallaser in einem Heterodynesystem so gut wie ausschließt. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines externen Phasenmodulators. Über Bitrate und Codierung können Form und Bandbreite der Verstärkungskurve eingestellt werden. Gut geeignet hierfür ist z. B. die Modulation mit einer digitalen Pseudorauschfolge und NRZ-Codierung. Nachteilig gegenüber der Direktmodulation sind die höhere zusätzliche Einfügungsdämpfung durch den Modulator sowie der größere Aufwand durch die zusätzlich erforderlichen Komponenten Koppler und Phasenmodulator.The disadvantage of the basic version is that of Transmission medium predetermined relatively narrow Gain bandwidth of the Brillouin fiber amplifier, the is limiting for the possible transmission rate. The Direct modulation of the pump laser to increase the bandwidth is not recommended for this receiver concept because the spectral broadening the use of the pump laser as Local lasers in a heterodyne system as good as excludes. Another option is to use it an external phase modulator. About bit rate and coding can shape and bandwidth of the gain curve can be set. Well suited for this is e.g. B. the Modulation with a digital pseudo noise sequence and NRZ coding. A disadvantage compared to direct modulation are the higher additional insertion loss due to the Modulator as well as the greater outlay due to the additional required components coupler and phase modulator.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail below.
Es zeigenShow it
Fig. 2 Grundversion der Erweiterung zum optischen Über lagerungsempfänger, Fig. 2 basic version of the extension for optically heterodyne receiver,
Fig. 3 eine erste Variante zum in Fig. 2 dargestellten optischen Überlagerungsempfänger, Fig. 3 shows a first variant of the illustrated in FIG. Superposition optical receiver 2,
Fig. 4 optischer Überlagerungsempfänger mit Regelung der ZF-Frequenz auf der Sendeseite, Fig. 4 optical heterodyne receiver with control of the IF frequency at the transmitting side,
Fig. 5 eine zweite Variante zum in Fig. 2 dargestellten optischen Überlagerungsempfänger. Fig. 5 shows a second variant of the optical superimposition receiver shown in Fig. 2.
Die Analyse eines optischen Übertragungssystems, bestehend aus Sender, Faserübertragungsstrecke und Geradeausempfänger mit vorgeschaltetem Brillouin-Faserverstärker zeigt, daß dieses System auch bereits alle für den Überlagerungs empfang notwendigen Komponenten enthält.The analysis of an optical transmission system, consisting of consisting of transmitter, fiber transmission link and straight-ahead receiver with an upstream Brillouin fiber amplifier shows that this system already all for the overlay contains the necessary components.
Von der Leistung der optischen Pumpwelle wird über einen optischen Koppler der Anteil für die Lokallaser-Leistung abgezweigt. Die Zwischen-Frequenz ist in diesem Falle nicht mehr variabel, sondern durch die Stokes-Verschiebung vorgegeben und liegt bei ca. 11 GHz.The power of the optical pump shaft is over one optical coupler the share for the local laser power branched off. The intermediate frequency is not in this case more variable, but through the Stokes shift and is around 11 GHz.
Der Brillouin-Faserverstärker wird zu einem Überlagerungsempfänger für optische Signale, wenn der Anteil der Pumpleistung am Ausgang des freien Arms des Einspeisekopplers K1 mit Hilfe eines Spiegels reflektiert wird. Die reflektierte Welle wird mit der vom Sender kommenden Welle, die die Information enthält, auf dem Photodetektor PD1 überlagert. Der Einspeisekoppler übernimmt somit auch die Funktion des Überlagerungskopplers. Anstelle eines Kopplers mit verspiegeltem Ausgang kann auch ein zweiter Koppler verwendet werden. Der Polarisationssteller P ist zusätzlich erforderlich, um die Polarisation der reflektierten Welle an die Polarisation der empfangenen Welle anzupassen.The Brillouin fiber amplifier becomes a superimposed receiver for optical signals if the portion of the pump power at the output of the free arm of the feed coupler K 1 is reflected with the aid of a mirror. The reflected wave is superimposed on the light coming from the transmitter, which contains the information, on the photodetector PD 1 . The feed coupler thus also takes over the function of the superimposition coupler. Instead of a coupler with a mirrored output, a second coupler can also be used. The polarization adjuster P is additionally required in order to adapt the polarization of the reflected wave to the polarization of the received wave.
Ein zusätzlicher Polarisationssteller P im Reflexionszweig ist außerdem notwendig, um die Polarisation der reflektierten Welle an die Polarisation der empfangenen Signalwelle anzupassen.An additional polarization controller P in the reflection branch is also necessary to the polarization of the reflected wave to the polarization of the received Adapt signal wave.
Fig. 2 zeigt die Grundversion der Erweiterung eines Brillouin-Faserverstärkers zu einem optischen Überlagerungsempfänger gemäß der Erfindung. Fig. 2 shows the basic version of the extension of a Brillouin fiber amplifier to an optical heterodyne receiver according to the invention.
Die vom Pumplaser ausgehende Lichtwelle wird über den Koppler K1 in die Übertragungsstrecke eingespeist und breitet sich in Richtung des Senders aus. Die Frequenz der Pumpwelle fP ist so gewählt, daß die Frequenzen der Signalwelle fSIG und der reflektierten Stokeswelle fS zusammenfallen (fS = fSIG = fP-ΔfS). Die Signalwelle fSIG wird während der parallelen Ausbreitung beider Wellen durch die Stokeswelle verstärkt und anschließend am Koppler K1 auf den Photodetektor PD1 des Empfängers geleitet. Mit dem Isolator I wird verhindert, daß Stokes- und Signalwelle Rückwirkungen auf den Laser hervorrufen können. Der am Koppler K1 abgezweigte Lokallaser-Anteil der Pumpwelle wird von dem Spiegel S am Ausgang des Kopplers K1 reflektiert und trifft nach nochmaligem Kopplerdurchlauf ebenfalls auf den Photodetektor PD. Mittels des Polarisationsstellers P wird die Polarisation der reflektierten Welle an die Polarisation der Signalwelle angepaßt.The light wave emanating from the pump laser is fed into the transmission path via the coupler K 1 and propagates in the direction of the transmitter. The frequency of the pump wave f P is chosen so that the frequencies of the signal wave f SIG and the reflected Stokes wave f S coincide (f S = f SIG = f P -Δf S ). The signal wave f SIG is amplified by the Stokes wave during the parallel propagation of the two waves and then conducted at the coupler K 1 to the photodetector PD 1 of the receiver. The isolator I prevents Stokes and signal waves from causing repercussions on the laser. The branched-off at the coupler K 1 local laser portion of the pump wave is reflected by the mirror S at the output of the coupler K 1 and, after again, Kopplerdurchlauf also on the photodetector PD. The polarization controller P is used to adapt the polarization of the reflected wave to the polarization of the signal wave.
Der Photodetektor PD erzeugt aus der Überlagerung der beiden optischen Wellen einen zur absorbierten Lichtleistung proportionalen elektrischen Photostrom, der u. a. bei einer Zwischenfrequenz von etwa 11 GHz die Spektralanteile des Mischproduktes aus verstärkter Signal- und Lokallaser-Leistung enthält. Dieser Term, der außerdem durch die Brillouin-Verstärkungskurve bereits eine optische Vorselektion erfahren hat, wird anschließend an den elektrischen Demodulationsprozessor übergeben. The photodetector PD generates from the overlay two optical waves one to be absorbed Light output proportional electric photocurrent, the u. a. at an intermediate frequency of about 11 GHz Spectral components of the mixed product from amplified signal and contains local laser power. This term, which also an optical one thanks to the Brillouin gain curve Has undergone preselection, will then go to the electrical demodulation processor.
Dieser Prozessor muß außerdem das Regelsignal für die Frequenzstabilisierung des Pumplasers liefern, sowie bei OFDM-Systemen auch noch ein Steuersignal für die Frequenzeinstellung des Pumplasers bereitstellen. Im letzteren Fall wird für die Kanaleinstellung die Frequenz des Pumplasers so eingestellt, daß sie um den Betrag der Stokes-Verschiebung über der Frequenz des anzuwählenden Kanals liegt.This processor also needs the control signal for the Deliver frequency stabilization of the pump laser, as well as at OFDM systems also a control signal for the Provide the frequency setting of the pump laser. in the the latter case becomes the frequency for the channel setting the pump laser set so that it by the amount of Stokes shift over the frequency of the one to be selected Channel lies.
Wie in Fig. 3 dargestellt, kann anstelle des Spiegels S auch ein zweiter Koppler K2 verwendet werden.As shown in FIG. 3, a second coupler K 2 can also be used instead of the mirror S.
Fig. 4 zeigt einen optischen Überlagerungsempfänger nach der Erfindung, bei dem die Regelung der Zwischenfrequenz auf der Sendeseite erfolgt. Hierzu wird auf der Sendeseite über einen optischen Koppler Leistung auf einen zweiten Photodetektor PD2 geführt. Der Photostrom enthält bei der Zwischenfrequenz von ca. 11 GHz das Mischprodukt aus Pump- und Sendesignal, welches wie bei der empfängerseitigen Regelung für die Gewinnung des Regelsignals ausgewertet wird. Fig. 4 shows an optical heterodyne receiver according to the invention, in which, the regulation of the intermediate frequency on the transmission side. For this purpose, power is routed to a second photodetector PD 2 on the transmission side via an optical coupler. At the intermediate frequency of approx. 11 GHz, the photocurrent contains the mixed product of the pump and transmit signal, which is evaluated for the generation of the control signal, as in the case of the receiver control.
Durch Einfügung eines zusätzlichen externen Phasenmodulators EM sowie eines dritten Kopplers K3 läßt sich ein Überlagerungsempfänger mit elektronischer Bandbreitenregelung wie in Fig. 5 dargestellt realisieren. Diese Erweiterung ermöglicht den Betrieb auch bei Datenübertragungsraten, deren spektrale Bandbreite größer ist als die natürliche Brillouin-Bandbreite.By inserting an additional external phase modulator EM and a third coupler K 3 , a heterodyne receiver with electronic bandwidth control as shown in FIG. 5 can be realized. This extension enables operation even at data transfer rates whose spectral bandwidth is larger than the natural Brillouin bandwidth.
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