DE4323824A1 - Kombinierter Sender und Empfänger für die optische Nachrichtenübertragung mit einem Anschluß über eine gemeinsame Steckverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kombinierten Sender und Empfän­ ger entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Sende- und Empfangsstationen für die optische Nachrich­ tenübertragung über einen Lichtwellenleiter enthalten in der Regel als optischen Sender eine Laserdiode, die zur Regelung des Vorstroms und des Modulationsstroms mit einer Monitor- Photodiode optisch gekoppelt ist. Für den Empfang der opti­ schen Nutzsignale ist eine weitere Photodiode vorgesehen, die zur leichten Austauschbarkeit zusammen mit der Laserdiode über eine gemeinsame Steckverbindung mit dem für die Nach­ richtenübertragung verwendeten Lichtwellenleiter verbunden ist.

Zur Verringerung des Aufwandes für die optische Nachrichten­ übertragung wird insbesondere bei teilnehmernahen optischen Netzen sowohl bei Punkt- zu Punkt-Verbindungen als auch bei passiven optischen Netzen ein gemeinsamer Lichtwellenleiter für beide Übertragungsrichtungen verwendet. Im Hinblick auf die zur Verfügung stehenden Laserdioden wird dabei auch für beide Übertragungsrichtungen mit einer im Rahmen der Exem­ plarstreuungen gleichen Wellenlänge gearbeitet. Für diesen Gleichwellenbetrieb hat sich das sogenannte Gleichlageverfah­ ren eingebürgert, bei dem die Laserdioden für beide Übertra­ gungsrichtungen gleichzeitig senden können. Eine weitere, häufig benutzte Betriebsart ist der sogenannte Ping-Pong-Be­ trieb, bei dem die Laserdioden abwechselnd senden.

Nach der Verwendung eines Lichtwellenleiters für beide Über­ tragungsrichtungen ist eine weitere Verringerung des Gesamt­ aufwandes bei der optischen Nachrichtenübertragung durch Ver­ ringerung des Aufwandes für die Sende- und Empfangsstationen möglich. Da die Kosten der Sende- und Empfangsstationen we­ sentlich durch die Kosten für die optoelektrischen Wandler bestimmt werden, sind auf diesem Gebiet Einsparungen er­ wünscht.

Die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung besteht also darin, einen kombinierten Sender und Empfänger der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß auf einen der optoelek­ trischen Wandler verzichtet werden kann, wobei aber im Hin­ blick auf die temperatur- und alterungsabhängigen Kennlinien der Laserdioden weiterhin die Möglichkeit der Regelung von Vorstrom und Modulationsstrom bestehen muß.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der ein­ gangs genannte kombinierte Sender und Empfänger zur Ausnut­ zung des teilreflektierten Lichtes der stationseigenen Laser­ diode für deren Regelung unter Verzicht auf die bisher ver­ wendete Monitordiode durch die im Kennzeichen des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Merkmale weitergebildet ist. Dabei er­ gibt sich in vorteilhafter Weise neben einer Erhöhung der von der Laserdiode abgegebenen Lichtleistung eine zusätzliche Aufwandsverringerung, da auch ein Teil der an die Monitordi­ ode bisher angeschlossenen elektronischen Bauteile, wie z. B. der Photostromverstärker entfallen kann. Bevorzugte Weiter­ bildungen des erfindungsgemäßen kombinierten Senders und Emp­ fängers sind in den Patentansprüchen 2 bis 11 beschrieben. Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Dabei zeigt:

Fig. 1 einen kombinierten Sender und Empfänger nach der Erfindung mit einer Steckverbindung für den Anschluß des Lichtwellenleiters,

Fig. 2 die Ausbildung einer ersten Steckverbindung,

Fig. 3 die Ausbildung einer zweiten Steckverbindung,

Fig. 4 die Ausbildung einer Gradientenlinsen enthaltenden dritten Steckverbindung jeweils für den Einsatz in der Anordnung nach Fig. 1 und

Fig. 5 die Darstellung der Frequenzlage der Übertragungs­ signale beim Gleichlageverfahren.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Senders und Empfängers mit einem symmetrischen 2 × 2- Faserkoppler K, der an jeder Anschlußseite zwei freie Faser­ enden aufweist, dargestellt. An das erste freie Faserende 1 der einen Seite ist die Laserdiode LD angeschlossen, die mit Zuführungen für den Modulationsstrom Imod und den Vorstrom I0 verbunden ist. Mit dem zweiten freien Faserende 2 dieser Seite ist die Photodiode PD verbunden, an die elektrisch ein Empfänger ED für die digitalen Übertragungssignale und eine Regeleinrichtung RE für die Vorstrom- und Modulationsstrom­ regelung der Laserdiode angeschlossen sind. Mit dem ersten freien Faserende 3 der anderen Seite des Koppels K ist über eine Steckverbindung STV der Lichtwellenleiter LWL für die Signalübertragung verbunden, das zweite freie Faserende 4 dieser Seite ist unbeschaltet.

Damit ein Teil des von der Laserdiode LD abgegebenen Lichtes zur stationseigenen Photodiode PD, die erfindungsgemäß auch als Monitordiode verwendet wird, gelangen kann, ist in die Steckverbindung STV eine definierte Reflexionsstelle RS ein­ gebaut.

Eine erste Möglichkeit zur Realisierung einer definierten Re­ flexionsstelle RS ist in der Fig. 2 dargestellt. Dabei sind mit ST1, ST2 die Steckerenden der Steckverbindung STV bezeichnet, die jeweils einen von einem Mantel umgebenen das Übertragungslicht führenden Kern KN umfassen, wobei die bei­ den Stirnflächen SF1, SF2 der Steckerenden ST1, ST2 eben und zueinander planparallel sind. Zwischen den beiden Steckeren­ den ist im Gegensatz zu üblichen Steckverbindungen ein Medium mit definierter Dicke und mit einem im Vergleich zu den Steckerenden unterschiedlichen Brechungsindex angeordnet. Bei diesem Medium kann es sich der Einfachheit halber um Luft handeln, es ist auch ein geeignetes Öl, beispielsweise Indexöl möglich und schließlich kann auch ein durchsichtiges Kunststoffblättchen bevorzugt aus Silikon zwischen die Steckerenden eingefügt werden. Bei besonderen Ansprüchen an eine hohe Beständigkeit und bei der Forderung nach gegensei­ tiger Justierbarkeit der Steckerenden ST1, ST2 ist es sinn­ voll, wenigstens eines der Steckerenden mit einer Teilver­ spiegelung zu versehen. Dabei ist eine vergleichsweise dünne Schicht eines Materials mit im Vergleich zu den Steckerenden unterschiedlichen Brechungsindex auf eines oder beide Steckerenden aufgebracht.

Die an den beiden Grenzflächen zwischen den Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex reflektierten Lichtwellen können sich konstruktiv oder destruktiv überlagern, was zu unerwünschten Intensitätsschwankungen des reflektierten Lichts führen kann. Es ist deshalb erwünscht, daß das Licht nur an einer Stelle in den Kern des Lichtwellenleiters zurückreflektiert wird. Bei der in Fig. 3 dargestellten Steckverbindung wird dies dadurch realisiert, das eine reflektierende Grenzfläche gegenüber der Ausbreitungsachse des Lichtes geneigt ist und dadurch das an dieser Grenzfläche reflektierte Licht nicht in den Kern, sondern in den Mantel des Lichtwellenleiters reflektiert wird.

Die in Fig. 3 dargestellte Steckverbindung enthält ein er­ stes und ein zweites Steckerende ST1, ST2 zwischen denen ein Kupplungseinsatz KUE angeordnet ist. Der Kupplungseinsatz KUE enthält ebenso wie die Steckerenden jeweils einen von einem Mantel M umgebenen Kern KN, der zwischen beiden Steckerenden ST1, ST2 so angeordnet ist, daß die Kerne direkt aneinander anschließen, so daß Reflexionen unterbunden werden. Ein kon­ struktiv bedingter Zwischenraum kann mit Indexöl aufgefüllt werden. Der Kupplungseinsatz KUE enthält ein zusätzliches Einsatzstück mit entsprechendem Brechungsindex, wobei eine Grenzfläche senkrecht zur Kernachse steht und eine andere Grenzfläche gegenüber der ersten geneigt ist. An der ersten Grenzfläche wird das Licht in den Faserkern reflektiert und gelangt somit zur Photodiode. An der zweiten Grenzfläche wird das Licht in den Mantel reflektiert und dadurch schließlich unterdrückt.

Insbesondere für Meßzwecke und bei der Erprobung der erfin­ dungsgemäßen Anordnung ist es erwünscht, wenn die Intensität der reflektierten Strahlung eingestellt werden kann. Bei der Steckverbindung nach der Fig. 4 ist dies dadurch möglich, daß sich in der Steckverbindung an die beiden Steckerenden jeweils auch als Graded-Index-Linsen bekannte Gradientenlin­ sen anschließen, die zueinander verschiebbar angeordnet sind und zwischen denen zusätzlich eine gewölbte dünne Platte oder beschichtete Glaslinse LI ebenfalls verschiebbar angeordnet ist. Mit den beiden gegenüberliegenden Steckerenden ST1, ST2 ist jeweils eine Gradientenlinse GRID1, 2 verbunden, durch die der Lichtstrahl aufgeweitet und ein paralleler Strahlen­ gang erzielt wird. Im Luftzwischenraum LZ zwischen den beiden Gradientenlinsen ist eine gewölbte dünne Platte LI so in den Strahlengang eingefügt, daß deren konvexe Oberfläche dem Faserende 3 des Kopplers K und damit der Laserdiode gegen­ überliegt und eine Zerstreuung des reflektierten Lichtanteils bewirkt. Durch Veränderung des Luftzwischenraumes LZ zwischen der ersten Gradientenlinse GRID1 und der gewölbten Platte LI kann der Anteil des reflektierten Lichtes der in den Kern des ersten Steckerendes ST1 zurückreflektiert wird, feineinge­ stellt werden. Zusätzlich können die unerwünschten Reflektio­ nen an anderen als der vorgesehenen Grenzfläche durch Einfü­ gung von Indexöl vermieden werden.

Beim sogenannten Ping-Pong-Betrieb erhält die Photodiode von der gegenüberliegenden Laserdiode nur dann ein Signal, wenn die stationseigene Laserdiode nicht sendet. Die stationseige­ ne Photodiode nimmt also im Rhythmus der Signalübertragung entweder die reflektierte Strahlung der eigenen Laserdiode oder das Übertragungssignal der fernen Laserdiode auf, so daß durch eine entsprechende Umschaltung das Ausgangssignal der Photodiode PD entweder zum Empfänger ED für das digitale Signal oder zur Regeleinrichtung RE geschaltet wird. Beim er­ findungsgemäßen Sender und Empfänger entfällt also die mit der Laserdiode optisch gekoppelte Monitordiode, deren Funk­ tion die Empfangsphotodiode PD mit übernimmt. Die Laserdiode muß in diesem Fall nur noch in Richtung zum Koppler K Licht emitieren, so daß die andere Seite der Laserdiode, an die beim Stande der Technik die Monitordiode angekoppelt ist, voll verspiegelt werden kann. Auf diese Weise erhöht sich die Leistung des von der Laserdiode abgegebenen Nutzlichtes in vorteilhafter Weise.

Bei Verwendung des Gleichlageverfahrens, wenn also die Laser­ dioden beider Übertragungsrichtungen gleichzeitig auf der gleichen Wellenlänge senden, ist es zur Reduktion des Neben­ sprechens zweckmäßig, die Signale beider Übertragungsrichtun­ gen auf elektrischen Wege voneinander zu trennen. Während al­ so entsprechend Fig. 5a mit der Amplitude A in der einen Übertragungsrichtung im Basisband gesendet wird, sind die Übertragungssignale der Gegenrichtung mit einem Sinusträger moduliert und dadurch entsprechend Fig. 5b frequenzmäßig gegenüber dem Basisband verschoben. Durch die Reflexion in der Steckverbindung gelangen Anteile beider Signale zur Pho­ todiode PD und werden in entsprechende elektrische Signale umgewandelt. Mittels elektrischer Filter können diese Signale leicht voneinander getrennt werden, so daß ggf. nach einer Rückumsetzung des frequenzverschobenen Übertragungssignals die entsprechenden Signalanteile dem Empfänger ED für die di­ gitalen Signale und der Regelung RE für den Vorstrom oder Mo­ dulationsstrom der Laserdiode zugeführt werden können.

Anstelle eines symmetrischen Kopplers kann auch ein unsymme­ trischer Koppler verwendet werden. Es kann auch eine ver­ lustarme Koppelanordnung eingesetzt werden, wie in der älte­ ren deutschen Patentanmeldung P 43 08 554.7 dargestellt ist. Dieser Koppler besteht aus zwei doppelbrechenden Prismen und einem dazwischen angeordneten Faraday-Rotierer und weist bei der Verwendung für die bidirektionale optische Nachrichten­ übertragung keinen systembedingten Leistungsverlust auf.

Es kann auch eine in der älteren deutschen Patentanmeldung P 43 08 553.9 beschriebene verlustarme Koppleranordnung für die bidirektionale optische Nachrichtenübertragung verwendet wer­ den. Bei dieser Koppleranordnung ist mit dem für die Übertra­ gung der digitalen Signale vorgesehene Lichtwellenleiter ein erster Polarisationsstrahlteiler verbunden, dessen Ausgänge über zwei Faraday-Rotierer mit jeweils einem Eingang eines zweiten und eines dritten Polarisationsstrahlteilers verbun­ den sind, die ersten Ausgänge dieser Polarisationsstrahltei­ ler sind mit einem vierten Polarisationsstrahlteiler verbun­ den, an dessen Ausgang eine Photodiode angeschlossen werden kann. Die zweiten Eingänge des zweiten und dritten Polarisa­ tionsstrahlteilers sind über einen fünften Polarisations­ strahlteiler an eine Laserdiode angekoppelt. Eine verein­ fachte Koppleranordnung dieser Art enthält nur noch drei Polarisationsstrahlteiler und einen Faraday-Rotierer.

Claims (11)

1. Kombinierter Sender und Empfänger für die optische Nach­ richtenübertragung über einen für beide Übertragungsrichtun­ gen gemeinsamen, durch eine Steckverbindung angeschlossenen Lichtwellenleiter bei vorzugsweise gleicher Wellenlänge, dadurch gekennzeichnet, daß eine Koppelanordnung (K) mit wenigstens 2 Anschlüssen auf jeder Seite vorgesehen ist, an deren freie Enden der einen Seite jeweils getrennt eine Laserdiode (LD) und eine Photo­ diode (PD) angeschlossen sind, während das erste freie Ende der anderen Seite über eine Steckverbindung mit einer defi­ nierten Reflexionsstelle für einen vergleichsweise geringen Teil des von der stationseigenen Laserdiode abgegebenen Lich­ tes mit dem Lichtwellenleiter (LWL) verbunden ist und das zweite freie Ende frei bleibt und daß an die Photodiode (PD) sowohl der Empfänger (ED) für die digitalen Übertragungs­ signale als auch die Regeleinrichtung (RE) der Laserdiode (LD) angeschlossen sind.

2. Kombinierter Sender und Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppelanordnung ein symmetrischer 2 × 2 Faserkoppler vorgesehen ist.

3. Kombinierter Sender und Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steckverbindung (STV) die definierte Reflexions­ stelle (RS) dadurch erzeugt wird, daß zwischen den Steckeren­ den ein Medium mit definierter Dicke und mit einem im Ver­ gleich zu den Steckerenden unterschiedlichen Brechungsindex angeordnet ist.

4. Kombinierter Sender und Empfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Medium Luft vorgesehen ist.

5. Kombinierter Sender und Empfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Medium ein durchsichtiges Öl, insbesondere Indexöl vorgesehen ist.

6. Kombinierter Sender und Empfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Medium durchsichtiger Kunststoff, vorzugsweise Sili­ kon vorgesehen ist.

7. Kombinierter Sender und Empfänger nach den Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Steckerenden (ST1, ST2) zur Teilver­ spiegelung mit einer vergleichsweisen dünnen Schicht eines Materials mit im Vergleich zum Material der Steckerenden un­ terschiedlichen Brechungsindex belegt ist.

8. Kombinierter Sender und Empfänger nach den Patentansprü­ chen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckverbindung (STV) zwischen den Steckerenden (ST1, ST2) zusätzlich ein verbindendes Kupplungsstück (KUE) ent­ hält.

9. Kombinierter Sender und Empfänger nach den Patentansprü­ chen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kupplungsstück (KUE) ein Einsatz mit einer Grenz­ fläche genau senkrecht zur Längsachse des Kerns (KN) des Lichtwellenleiters angeordnet ist.

10. Kombinierter Sender und Empfänger nach den Patentansprü­ chen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steckverbindung die Steckerenden jeweils durch ge­ geneinander beweglich angeordnete Gradientenlinsen (GRID1, GRID2) gebildet werden, zwischen die wahlweise eine gewölbte dünne Platte (LI) oder eine beschichtete Glaslinse bewegbar eingefügt ist.

11. Kombinierter Sender und Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektrischen Anschluß der Laserdiode (LD) der einen Übertragungsseite ein Trägerfrequenzmodulator vorgeschaltet und der Photodiode (PD) der anderen Übertragungsseite elek­ trisch wahlweise ein Trägerfrequenzdemodulator und/oder ein Filter nachgeschaltet sind.