DE602005000353T2

DE602005000353T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von CRZ-DPSK optischen signalen

Info

Publication number: DE602005000353T2
Application number: DE602005000353T
Authority: DE
Inventors: Kao Holmdel Yuan-Hua; Liu Marlboro Xiang
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2025-06-22
Also published as: CN1722647B; EP1612972A1; US7346283B2; JP4668701B2; CN1722647A; US20060008278A1; JP2006020324A; EP1612972B1; DE602005000353D1

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine am 28. Mai 2004 gleichzeitig eingereichte Anmeldung mit dem Titel "Method And Apparatus For RZ-DPSK Optical Signal Generation".
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet optischer Kommunikation und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen optischer CRZ-(Chirped Return-to-Zero)-DPSK-(Differential Phase-Shift-Keyed)-Signale.
Allgemeiner Stand der Technik
Das RZ-(Return-to-Zero)-Impulsformat für optische Signale bietet bekannterweise Leistungsvorteile wie etwa eine höhere Empfängerempfindlichkeit und hohe Immunität gegenüber Impulsnebensprechen im Vergleich zu NRZ-(Non-Return-to-Zero)-Formaten. Es hat sich auch herausgestellt, daß die optische DPSK-Übertragung bei Kopplung mit ausgeglichener Detektion Leistungsvorteile liefert, wie etwa eine überlegene Empfängerempfindlichkeit, hohe Toleranz gegenüber einigen größeren nichtlinearen Effekten bei Hochgeschwindigkeitsübertragungen und hohe Toleranz gegenüber kohärentem Nebensprechen. RZ-DPSK ist dementsprechend zu einem Modulationsformat der Wahl für Langstreckenübertragungen mit hoher Kapazität geworden.
Vorgeschlagene Verfahren für die Erzeugung von chirpfreien RZ-DPSK-Signalen erfordern sowohl einen Mach-Zehnder-Modulator (MZM) für das Impulsformen und einen anderen MZM zur exakten Phasenmodulation. Ein derartiges Format wird erörtert in A.H. Gnauck, "40-Gb/s RZ-differential phase shift keyed transmission", Optical Fiber Communication Conference 2003 (OFC'03), Paper ThE1, das durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
Ein Verfahren zum Erzeugen von RZ-OOK-(RZ on-offkeyed)-Signalen unter Verwendung eines einzelnen MZM und eines Differentialverstärkers ist vorgeschlagen worden und wird in Y.H. Kao et al., "10 Gb/s soliton generation for ULH transmission using a wideband GaAs pHemt amplifier", OFC'03, Paper FF6, erörtert, das durch Bezugnahme hier aufgenommen ist. Ein derartiges Verfahren kann jedoch nicht für die Erzeugung von RZ-DPSK-Signalen verwendet werden, da es in der optischen Felddomäne die drei Zustände '1', '0' und '–1' eines RZ-DPSK-Signals nicht erzeugen kann.
Ein Verfahren zum Einführen eines Chirp in optische RZ-OOK-Signale (d.h. CRZ-OOK-Signale) wurde in B. Bakhshi et al., "Comparison of CRZ, RZ and NRZ modulation formats in a 64x 12.3 Gb/s WDM transmission experiment over 9000 km" in Proc. OFC'01, paper WF4, 2001, vorgeschlagen, das durch Bezugnahme hier aufgenommen ist. Es stellte sich heraus, daß man durch das Einführen eines Chirp in optische RZ-OOK-Signale einen erhöhten Widerstand gegenüber nichtlinearen Effekten in 10 Gb/s-Langstreckenübertragungen erhielt. Ein derartiges Verfahren erfordert jedoch die Verwendung eines zusätzlichen Phasenmodulators, um in das Signal ein Chirp einzuführen, was die Komplexität und Kosten des Senders heraufsetzt.
WO 2005/055475-A (AZEA NETWORKS LIMITED; OBERLAND; RICHARD), 16. Juni 2005, liefert einen optischen Sender mit einem Differentialcodierer mit einem ersten und zweiten Ausgang, wobei der erste und zweite Ausgang von zueinander entgegengesetzter Polarität sind, einen ersten RZ-Wandler, der mit dem ersten Ausgang des Differentialcodierers verbunden ist, und einen zweiten RZ-Wandler, der mit dem zweiten Ausgang des Differentialcodierers verbunden ist, und einen Dualelektroden-Mach-Zehnder-(MZ)-Modulator, an den eine unmodulierte kohärente Lichtquelle gekoppelt ist, wobei der Ausgang des ersten RZ-Wandlers an eine erste Elektrode des MZ-Modulators angeschlossen ist und der Ausgang des zweiten RZ-Wandlers an eine zweite Elektrode des MZ-Modulators angeschlossen ist.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen dargelegt, auf die der Leser nun verwiesen wird. Bevorzugte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen eines optischen CRZ-DPSK-Signale bereit. Ein Aspekt der Erfindung beinhaltet die Erkenntnis, daß die Einführung eines Chirp in ein DPSK-Signal zwar in der optischen Phase, auf der das DPSK-Signal codiert ist, Variationen einführt, im wesentlichen identisches Chirp jedem einzelnen Bit überlagert werden kann, ohne dabei die Leistung des DPSK-Signals herabzusetzen. Bei Differentialdetektion werden in einem CRZ-DPSK-Signal codierte Informationen auf der Basis der Phasendifferenz zwischen zwei benachbarten Bits wiederhergestellt. Gemäß der Erfindung erzeugte CRZ-DPSK-Signale liefern eine reduzierte Eigenphasenmodulation (SPM – Self-Phase-Modulation) und somit reduziertes nichtlineares Gordon-Molleanauer-Phasenrauschen, insbesondere wenn geeignete Dispersions- und Leistungskarten angelegt werden.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung haben die Erfinder Vorrichtungen und Verfahren entdeckt zum Erzeugen optischer CRZ-DPSK-Signale unter Verwendung eines von synchronen RZ-Anstellsignalen angesteuerten einzelnen Modulators, um eine gleichzeitige RZ-Impulsformattierung und gechirpte DPSK-Datenmodulation zu erzielen.
Zu einigen der potentiellen Vorteile der Erzeugung optischer CRZ-DPSK-Signale gemäß der Erfindung zählen ihr kosteneffektives und kompaktes Design, niedrigerer Stromverbrauch und geringerer Verlust als herkömmliche RZ-DPSK-Sender, die zwei MZMs verwenden. Zudem liefert die vorliegende Erfindung eine bessere Leistung im Hinblick auf die Toleranz gegenüber Modulatorbandbreitenbegrenzungen, insbesondere wenn der Modulator untersteuert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Erzeugen optischer CRZ-DPSK-Signale gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2a-c sind Kurven, die ein Funktionsprinzip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
3a-c sind Kurven, die ein Funktionsprinzip einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
4a-c sind jeweils die Augendiagramme für die CRZ-DPSK-Übertragung unter chromatischen Dispersionen von 0 ps/nm, –340 ps/nm und +425 ps/nm, und mit einem Modulator, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vollständig angesteuert wird;
5a-c sind jeweils die Augendiagramme für die CRZ-DPSK-Übertragung unter chromatischen Dispersionen von 0 ps/nm, –340 ps/nm und +425 ps/nm, und mit einem Modulator, der gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung untersteuert wird;
6a-b sind jeweils die empfangenen elektrischen Augendiagramme einer Rücken-an-Rücken-Übertragung eines NRZ-DPSK-Signals gemäß dem Stand der Technik an konstruktiven und destruktiven Ports eines Verzögerungsleitungsinterferometers;
7 ist die gemessenen optischen Spektren von gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugten CRZ-DPSK-Signalen;
8 ist eine graphische Darstellung, die die gemessenen Empfängerempfindlichkeiten gegenüber der Dispersion von gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugten 10 Gb/s-CRZ-DPSK-Signalen zeigt;
9 ist eine graphische Darstellung, die die typische Antwort eines 10-Gb/s-MZM zeigt;
10a-b sind jeweils die simulierten Augendiagramme nach einer symmetrischen Detektion einer herkömmlichen NRZ-DPSK-Rücken-an-Rücken-Übertragung und einer CRZ-DPSK-Rücken-an-Rücken-Übertragung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11a-b sind jeweils die simulierten Augendiagramme nach einer symmetrischen Detektion einer herkömmlichen NRZ-DPSK-Rücken-an-Rücken-Übertragung und einer CRZ-DPSK-Rücken-an-Rücken-Übertragung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Erzeugen von optischen CRZ-DQPSK-Signalen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
13 ist ein Diagramm, das eine Vorrichtung zum Erzeugen von optischen CRZ-DQPSK-Signalen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Eine CRZ-DPSK-optische-Signal-Generator-Vorrichtung 100 einer Ausführungsform der Erfindung ist in 1 gezeigt. Ein Datensignal 110 und ein sinusförmiges erstes Taktsignal 120 werden in einen Differenzverstärker (DA Nr. 1) 130 eingegeben. Das Datensignal 110 enthält differentiell codierte Daten und weist die gleiche Datenrate wie das erste Taktsignal 120 auf. Der DA Nr.1 130 arbeitet als ein Vergleicher, um ein erstes elektronisches "2-Pegel"-RZ-formatiertes Ansteuersignal 180 zu erzeugen (im folgenden als das erste RZ-Ansteuersignal 180 bezeichnet und in dem eingesetzten Diagramm 135 von 1 dargestellt).
Der Fachmann versteht, daß das Datensignal 110 und das erste Taktsignal 120 unter Verwendung des DA Nr.1 130 (z.B. durch eine logische AND-Operation) logisch verknüpft werden. Wie hier verwendet bezieht sich ein "2-Pegel"-Signal auf ein Signal mit zwei unterschiedlichen Zuständen (oder Spannungen), wobei einer eine logische "1" und der andere eine logische "0" darstellt.
Wieder unter Bezugnahme auf 1 werden der Kehrwert des Datensignals 110 (invertiertes Datensignal 140) und ein zweites Taktsignal 150 in einen zweiten Differentialverstärker (DA Nr.2) 160 eingegeben, um ein zweites elektronisches 2-Pegel-RZ-Ansteuersignal 182 zu erzeugen (im folgenden als das zweite RZ-Ansteuersignal 182) bezeichnet. Der DA Nr.2 160 arbeitet auch als ein Vergleicher, um das zweite RZ-Ansteuersignal 182 zu erzeugen (in dem eingefügten Diagramm 165 von 1 dargestellt). Eine Kopie des ersten Taktsignals 120 kann auch als das zweite Taktsignal 150 verwendet werden.
Der Fachmann versteht, daß das erste und zweite RZ- Ansteuersignal 180, 182 "logisch komplementär" sind und so die im Datensignal 110 enthaltenen differentiell codierten Daten auf die folgende Weise darstellen. Für jede "1" in den differentiell codierten Daten gibt es einen negativen (oder positiven) elektronischen RZ-Impuls im Ausgangssignal des DA Nr.1 130 (d.h. des ersten RZ-Ansteuersignals 180), und das Ausgangssignal des DA Nr.2 160 (d.h. des zweiten RZ-Ansteuersignals 182) ist Null. Für jede "0" in den differentiell codierten Daten gibt es einen negativen (oder positiven) elektronischen RZ-Impuls in dem Ausgangssignal des DA Nr.2 160, und das Ausgangssignal des DA Nr.1 130 ist Null.
Alternativ können die in dem Datensignal 110 enthaltenen differentiell codierten Daten durch das erste und zweite RZ-Ansteuersignal 180, 182 wie folgt dargestellt werden. Für jede "1" in den differentiell codierten Daten gibt es einen negativen (oder positiven) elektronischen RZ-Impuls im Ausgangssignal des DA Nr.2 160, und das Ausgangssignal des DA Nr.1 130 ist Null. Für jede "0" in den differentiell codierten Daten gibt es einen negativen (oder positiven) elektronischen RZ-Impuls im Ausgangssignal des DA Nr.1 130, und das Ausgangssignal des DA Nr.2 160 ist Null.
Alternativ können DA Nr.1 130 und DA Nr.2 160 durch nichtgezeigte logische Hochgeschwindigkeits-AND-Gatter ersetzt werden. Außerdem kann die Ansteuergeschwindigkeit beispielsweise auf 40-Gb/s skaliert werden.
Der Fachmann versteht, daß Umtaktungsschaltungen (retiming circuits) verwendet werden können, um die hier erörterten Signale zu synchronisieren (z.B. das Datensignal 110 und das erste Taktsignal 120; das invertierte Datensignal 140 und das zweite Taktsignal 150 und das erste RZ-Ansteuersignal 180 und der zweite RZ-Ansteuersignal 182 usw.).
Das erste RZ-Ansteuersignal 180 und das zweite RZ-Ansteuersignal 182 werden dann zum Ansteuern eines Modulators 195 verwendet. Der Modulator 195 moduliert Licht von einem Laser 197, um eine simultane RZ-Impulsformatierung und gechirpte DPSK-Datenmodulation bereitzustellen, wodurch ein optisches CRZ-DPSK-Signal 198 erzeugt wird. Der Laser 197 kann beispielsweise einen bei 1550 nm arbeitenden abstimmbaren CW-Laser oder alternativ eine andere Quelle für ein optisches Signal oder Licht umfassen. Das Profil der optischen Intensität des optischen CRZ-DPSK-Signals 198 ist in dem Diagramm 199, in 1 eingefügt, gezeigt.
Der Modulator 195 ist bevorzugt ein Mach-Zehnder-Modulator (MZM). Besonders bevorzugt ist der Modulator 195 ein auf Null vorgespannter z-geschnittener Dualansteuer-LiNbO₃-MZM. Es wird angemerkt, daß das Vorspannen des Modulators 195 ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist. Insbesondere kann durch Vorspannen des Modulators 195 auf Null eine ordnungsgemäße DPSK-Modulation des CRZ-DPSK-Signals 198 (d.h. eine exakte Phasendifferenz von 0 oder π zwischen benachbarten Bits) realisiert werden. Wie der Fachmann versteht, bezieht sich das "Vorspannen eines Modulators auf Null" darauf, daß man eine Ausgangsleistung von dem Modulator von Null hat, wenn die Modulatoransteuersignale Null sind. Eine ausführliche Erörterung der Funktionsprinzipien der CRZ-DPSK-Signalerzeugung gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt unten.
Das erste und zweite Ansteuersignal 180, 182 können von einem oder mehreren nichtgezeigten Verstärkern so verstärkt werden, daß sie eine Spitze-Spitze-Größe von bis zu etwa v_π des Modulators aufweisen, bevor der Modulator 195 angesteuert wird. Wie unten erörtert ist vπ die Spannung, die benötigt wird, um auf eine durch einen Arm des Modulators 195 laufende optische Welle eine optische Phasenänderung von π einzuführen.
Die 2a-c veranschaulichen ein Funktionsprinzip von Ausführungsformen der Erfindung, wenn der Modulator 195 vollständig angesteuert wird. Die Teildiagramme (a), (b) bzw. (c) zeigen das erste und zweite RZ-Ansteuersignal 180, 182 (mit v1 und v2 bezeichnet), die optische-Intensitäts- und Phasenübertragungsfunktionen des Modulators 195 (unten ausführlich erörtert) und die Intensität und Phase des erzeugten optischen CRZ-DPSK-Signals 198.
Wie man an Hand der obigen Erörterung und der 2a-c verstehen kann, ist die differentiell codierte Datensequenz (10010), somit v1=(10010) und v2=(01101), und das erzeugte optische CRZ-DPSK-Signal 198 weist ohne den identischen Chirp ein Phasenmuster von (π00π0) auf. V_d ist die Spannung des wirkenden Ansteuersignals, die die Spannung des größeren des an den Modulator 195 angelegten ersten und zweiten RZ-Ansteuersignals 180, 182 ist.
Die optische Intensität und die optischen Phasenübertragungsfunktionen (in 2b gezeigt) des Modulators 195 (auf Null vorgespannt) können wie folgt abgeleitet werden. Das kombinierte optische Feld am Ausgang des Modulators 195 kann ausgedrückt werden als
wobei v1(t) und v2(t) die zeitlich variierenden Spannungen des ersten und zweiten RZ-Ansteuersignals 180, 182 sind und vπ die Spannung ist, die benötigt wird, um (durch den elektrooptischen Effekt) eine optische Phasenänderung von π auf eine durch den Modulator 195 laufende optische Welle einzuführen (v_π ist allgemein frequenzabhängig, wird aber der Einfachheit halber hier als eine Konstante verwendet). v1(t)=0 immer dann, wenn v2(t)≠0, und v2(t)=0 immer dann, wenn v1(t)≠0. (2)
Dies ist deshalb so, weil bei v2≠0 das invertierte Datenbit "1" ist und das Datenbit "0" ist, und somit sollte v1 (das das logische AND-Ergebnis zwischen einem Datenbit und dem Takt ist, dessen Spitze auf die Mitte des Bitschlitzes für das Datenbit ausgerichtet ist) 0 betragen. Die Situation ist für den Fall mit v1≠0 umgekehrt. Das optische Feld am Ausgang des Modulators 195 kann vereinfacht werden zu
Die optische-Intensitäts-Übertragungsfunktion lautet dann (nach einigen Vereinfachungen)
Die optische-Phasenübertragungsfunktion lautet
Hierbei ist tan^–1() die inverse tan()-Funktion. Entsprechend den obigen Definitionen ist v1=0 und v2>0 in der Mitte jedes Bitschlitzes für "1"-Datenbits, und es gibt eine Phasenvariation (oder Chirp) über das erzeugte optische Bit. Analog sind v1>0 und v2=0 in der Mitte jedes Bitschlitzes für "0"-Datenbits, und es gibt eine identische Phasenvariation (oder Chirp) (unter der Voraussetzung, daß das erste und zweite RZ-Ansteuersignal 180, 182 identische Impulsprofile aufweisen) zusätzlich zu einer präzisen Phasenverschiebung von π, was für die DPSK-Datenmodulation verwendet wird. Bei Differentialdetektion des erzeugten optischen CRZ-DPSK-Signals 198 wird das identische Chirp zwischen benachbarten Bits aufgehoben und die DPSK-codierten Daten können wieder hergestellt werden.
Das Chirp des optischen CRZ-DPSK-Signals 198 kann durch Einstellen der Amplitude (Spannungshub) des ersten und zweiten RZ-Ansteuersignals 180, 182 (d.h. v1, v2) variiert werden. Ein gewünschter Phasenmodulationsindex (PMI) (d.h. die Phasendifferenz zwischen einer RZ-Impulsspitze und einem Impulstal) von beispielsweise π/2 (oder π/4) kann erreicht werden, indem der Modulator 195 mit dem ersten und dem zweiten RZ-Ansteuersignal 180, 182 mit Anplituden von etwa v_π (oder etwa v_π/2) angesteuert wird.
Die 3a-c veranschaulichen ein Funktionsprinzip von Ausführungsformen der Erfindung, wenn der Modulator 195 50% untersteuert wird. Die Teildiagramme (a), (b) bzw. (c) von 3 zeigen das erste und zweite RZ-Ansteuersignal 180, 182 (mit v1 und v2 bezeichnet), die optische-Intensitäts- und Phasenübertragungsfunktionen des Modulators 195 und die Intensität und Phase des erzeugten optischen CRZ-DPSK-Signals 198.
Wie man anhand der 3a-c verstehen kann, ist die differentiell codierte Datensequenz (10010), v1=(10010) und v2=(01101), und das erzeugte optische CRZ-DPSK-Signal weist ohne den identischen Chirp ein Phasenmuster von (π00π0) auf. Durch Untersteuern des Modulators 195 werden die Intensität und das Chirp des optischen CRZ-DPSK-Signals 198 reduziert, wie aus den Gleichungen (4) und (5) zu erwarten, doch werden die Phaseninformationen (die DPSK-codierten Daten) beibehalten.
Experimentelle Versuche wurden durchgeführt, um die Leistung von gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugten DRZ-DPSK-Signalen zu bestätigen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung (oben unter Bezugnahme auf 1 erörtert), wurde ein einzelner z-geschnittener Dualansteuerungs-MZM als der Modulator 195 verwendet, um ein optisches 10 Gb/s-CRZ-DPSK-Signal 198 zu erzeugen. Zuerst wurden ein zweites RZ-Ansteuersignale 180, 182 an den Modulator 195 mit Amplituden von etwa 2,5 V und etwa 6 V angelegt. Die Amplituden von etwa 2,5 V und etwa 6 V entsprachen PMIs von etwa 0,7 rad. bzw. etwa 1,5 rad.
Das optische CRZ-DPSK-Signal 198 wurde an einem Empfänger empfangen und mit einer ~0,6 nm-3-dB-Bandbreite von einem optischen Bandpaßfilter gefiltert, bevor es von einem 100-ps-Verzögerungsleitungsinterferometer (DLI) entmoduliert wurde. Die entmodulierten Signale von den konstruktiven und destruktiven Ports des DLI wurden dann gemessen. Die 4a-c sind jeweils die (an dem konstruktiven Port des DLI gemessenen) empfangenen elektrischen Augendiagramme von optischen CRZ-DPSK-Signalen unter chromatischen Dispersionen von 0 ps/nm, –340 ps/nm und +425 ps/nm, wenn der Modulator 195 im wesentlichen vollständig angesteuert wird. Der Fachmann versteht aus den 4b-c, daß aufgrund der chromatischen Dispersion eine signifikante Augenverzerrung vorliegt.
Experimentelle Versuche wurden auch mit einem Modulator 195 durchgeführt, der um etwa 50% untersteuert wurde. Die 5a-c sind jeweils die empfangenen elektrischen Augendiagramme von (am konstruktiven Port des DLI gemessenen) CRZ-DPSK-Signalen unter chromatischen Dispersionen von 0 ps/nm, –340 ps/nm und +425 ps/nm. Der Fachmann versteht aus den 5b-c, daß die Augenverzerrung aufgrund chromatischer Dispersion (im Vergleich zu der in den 4b-c gezeigten Verzerrung) infolge des reduzierten Chirp, wenn der Modulator untersteuert wird, reduziert ist.
Als Vergleich wurden Versuche auch für herkömmliche NRZ-DPSK-Signale durchgeführt. Die 6a-b sind jeweils die empfangenen elektrischen Augendiagramme einer NRZ-DPSK-Rücken-an-Rücken-Übertragung nach dem Stand der Technik an dem konstruktiven und destruktiven Port eines DLI. Der Fachmann versteht, daß die Augendiagramme der 6a-b von der NRZ-DPSK-Signalübertragung im Vergleich zu den CRZ-DPSK-Augendiagrammen von 4a und 5a eine erkennbare Musterabhängigkeit aufweisen.
7 ist die gemessenen optischen Spektren eines mit einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugten optischen 10 Gb/s-CRZ-DPSK-Signals. Der Fachmann versteht aus 7, daß die gemessenen Spektren ähnlich denen sind (aber geringfügig breiter als), die herkömmlicherweise durch eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik unter Verwendung von zwei Modulatoren zum Erzeugen von chirpfreien RZ-DPSK-Signalen erhalten werden.
Zur weiteren Einschätzung der Leistung von gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugten optischen CRZ-DPSK-Signalen wurden Empfängerempfindlichkeiten gegenüber der Dispersion von optischen 10 Gb/s-CRZ-DPSK-Signalen gemessen. 8 zeigt die gemessenen Empfängerempfindlichkeiten für mit einem PMI von etwa 1,6 und etwa 0,7 erzeugte optische CRZ-DPSK-Signale. Wie aus 8 zu verstehen ist, ist die durch Dispersion induzierte Strafe asymmetrischer um D=0 ps/nm für einen PMI von etwa 1,6 als für einen PMI von etwa 0,7, was anzeigt, daß das Chirp größer ist für größere PMI, wie aus Gleichung 5 zu erwarten.
9 zeigt eine typische Antwort eines 10-Gb/s-MZM. wie in 9 gezeigt gibt es einen schnellen Antwortabfall bei niedriger Frequenz (aufgrund des elektronischen Verlusts der Elektroden in dem MZM) und einen graduellen Antwortabfall bei hoher Frequenz (aufgrund der Gruppengeschwindigkeitsfehlanpassung zwischen dem elektronischen Ansteuersignal und der optischen Welle). Bei herkömmlichen RZ-DPSK-Sendern wird einer der beiden MZMs zur NRZ-DPSK-Modulation verwendet. Da der Frequenzbereich des dominanten Abschnitts des HF-Spektrums eines NRZ-Ansteuersignals den Bereich von ~0 bis BR (BR ist die Bitrate des Signals) überspannt, weist das erzeugte optische Signal aufgrund der großen Frequenzabhängigkeit der MZM-Antwort eine große Variation bei der Amplitude auf (in der Mitte jedes Bitschlitzes, wo die Entscheidung getroffen wird).
Unter Verwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden das erste und zweite RZ-Ansteuersignal 180, 182 RZ-formatiert und die Frequenzbereiche der dominanten Abschnitte der HF-Spektren des ersten und zweiten RZ-Ansteuersignals 180, 182 liegen um die BR herum. Folglich weist das erzeugte optische CRZ-DPSK-Signal 198 eine viel kleinere Variation bei der Amplitude in der Mitte jedes Bitschlitzes auf, wo die Entscheidung getroffen wird, was zu einer besseren BER-Leistung führt. Außerdem können Modulatoren, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schmalbandig ausgelegt werden, um die Spannung der Ansteuersignale und die Kosten insbesondere bei hohen Bitraten (z.B. 40 Gb/s) zu reduzieren.
Die 10a-b zeigen jeweils simulierte elektrische Augendiagramme (nach der symmetrischen Detektion unter der Annahme, daß der Modulator wie in 9 gezeigt eine begrenzte Bandbreite aufweist und vollständig angesteuert wird (V_d=V_π/arm)) einer herkömmlichen NRZ-DPSK-Rücken-an-Rücken-Übertragung und einer CRZ-DPSK-Rücken-an-Rücken-Übertragung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie man in 10a-b sehen kann, ist die Amplitudenfluktuation in dem NRZ-DPSK-Auge viel größer als die in dem CRZ-DPSK-Augendiagramm. Bei herkömmlichen RZ-DPSK-Sendern kann das RZ-Impuls-Formatieren durch einen zweiten MZM die durch die NRZ-DPSK-Modulation verursachte Amplitudenfluktuation nicht reduzieren (während sie möglicherweise das Zeitsteuerjitter der erzeugten Signale reduzieren kann). Dementsprechend übertreffen CRZ-DPSK-Sender gemäß der vorliegenden Erfindung (im Hinblick darauf, daß sie weniger Amplitudenfluktuation aufweisen) von der Leistung her auch herkömmliche RZ-DPSK-Sender.
Zudem übertrifft die CRZ-DPSK-Signalerzeugung gemäß der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der Leistung herkömmliche Sender bezüglich der durch MZM-Bandbreitenbegrenzung induzierten Amplitudenfluktuation, wenn der MZM nicht vollständig angesteuert wird. Die 11a-b zeigen jeweils die simulierten elektrischen Augendiagramme (nach einer symmetrischen Detektion unter der Annahme, daß der Modulator wie in 9 eine begrenzte Bandbreite aufweist und nicht vollständig angesteuert wird (V_d=0,5V_π/arm)) einer herkömmlichen NRZ-DPSK-Rücken-an-Rücken-Übertragung und einer CRZ-DPSK-Rücken-an-Rücken-Übertragung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Es versteht sich aus 11a-b, daß in dem NRZ-DPSK-Auge eine größere Amplitudenfluktuation vorliegt als in dem unter Verwendung eines Senders gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen CRZ-DPSK-Auge.
Der Fachmann versteht, daß die vorliegende Erfindung so erweitert werden kann, daß optische CRZ-DQPSK-(differential-quadrature-phase-shift-keyed)-Signale erzeugt werden. Bei einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen von optischen CRZ-DQPSK-Signalen 1200, in 12 gezeigt, ist ein erster Modulator 1295 (Modulator Nr. 1) mit einem zweiten Modulator 1296 (Modulator Nr. 2) kaskadiert. Der erste Modulator 1295 wird auf ähnliche Weise wie der Modulator 195 von 1 angeordnet und angesteuert, wobei ein paar logisch komplementärer RZ- Ansteuersignale 1280 und 1282 verwendet wird, um ein optisches CRZ-DPSK-Signal 1298 zu erzeugen. Die RZ-Ansteuersignale 1280, 1282 werden erzeugt, indem ein differentiell codiertes erstes Datenzubringersignal 1210 (d.h. ein erster Abschnitt eines auf dem optischen CRZ-DQPSK-Signal 1299 zu übertragenden Signals) mit einem ersten Taktsignal 1215 differentiell verstärkt wird und ein Kehrwert des ersten Datenzubringersignals 1210 (invertiertes Datensignal 1240) bzw. eine zweite Taktsignale 1245 differentiell verstärkt werden.
Der zweite Modulator 1296 ist ein Phasenmodulator, und wird unter Verwendung eines auf der Basis eines differentiell codierten zweiten Datenzubringersignals (d.h. eines zweiten Abschnitts des auf dem optischen CRZ-DQPSK-Signal 1299 zu übertragenden Datensignals) erzeugten NRZ-Ansteuersignals 1290 angesteuert. Der zweite Modulator 1296 wird von dem NRZ-Ansteuersignal 1290 bei BR/2 angesteuert, um in dem optischen CRZ-DPSK-Signal 1298 von dem ersten Modulator 1295 eine Phasenverschiebung von 0 oder π/2 zu erzeugen, wodurch die Informationen des zweiten Datenzubringersignals auf dem optischen CRZ-DPSK-Signal 1298 codiert werden, wodurch das optische CRZ-DQPSK-Signal 1299 erzeugt wird.
Wie oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von 1 erörtert enthält das Datenzubringersignal 1210 differentiell codierte Daten und weist die gleiche Datenrate wie das Taktsignal 1215 auf. Die Differentialverstärker DA Nr.1 1230, DA Nr.2 1260, in 12 gezeigt, verknüpfen logisch die differentiell codierten Daten und die Taktsignale durch eine logische AND-Operation und können durch nichtgezeigte logische AND-Gatter ersetzt werden. Nichtgezeigte Umtaktungsschaltungen können verwendet werden, um die von der CRZ-DQPSK-Sendervorrichtung 1200 verwendeten und erzeugten Signale zu synchronisieren. Der erste Modulator 1295 ist bevorzugt ein z-geschnittener Dualansteuer-LiNbO₃-Mach-Zehnder-Modulator.
Bei einer alternativen Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen von optischen CRZ-DQPSK-Signalen 1300, in 13 gezeigt, wird eine verschachtelte Modulatorkonfiguration verwendet, wobei die Ausgangssignale von einem ersten Modulator 1395 und einem zweiten Modulator 1396 verknüpft werden um ein optisches CRZ-DQPSK-Signal 1398 erzeugen.
Wie der Fachmann ohne weiteres aus 13 und der obigen Erörterung der Ausführungsformen von 1 verstehen kann, wird der erste Modulator 1395 unter Verwendung eines ersten Paars von logisch komplementären RZ-Ansteuersignalen 1380 und 1382 im wesentlichen auf die gleiche Weise wie der Modulator 195 von 1 angesteuert und erzeugt ein erstes optisches CRZ-DPSK-Signal 1350. Das erste Paar von RZ-Ansteuersignalen 1380, 1382 werden jeweils unter Verwendung eines ersten Datenzubringersignals (d.h. eines ersten Abschnitts eines auf dem optischen CRZ-DQPSK-Signal 1398 zu übertragenden Datensignals) und seinem Kehrwert erzeugt.
Der zweite Modulator 1396 wird ebenfalls im wesentlichen auf die gleiche Weise wie der Modulator 195 von 1 angesteuert, wobei ein zweites Paar von logisch komplementären RZ-Ansteuersignalen 1385 und 1386 verwendet wird, um ein zweites optisches CRZ-DPSK-Signal 1351 zu erzeugen. Das zweite Paar von RZ-Ansteuersignalen 1385, 1386 werden jeweils basierend auf einem zweiten Datenzubringersignal (d.h. einem zweiten Abschnitt eines auf dem optischen CRZ-DQPSK-Signal 1398 zu übertragenden Datensignals) und seinem Kehrwert erzeugt. Das zweite optische CRZ-DPSK-Signal 1351 wird unter Verwendung eines Phasenschiebers 1310 um π/2 verschoben, bevor es mit dem ersten optischen CRZ-DPSK-Signal 1350 verknüpft wird, um das optische CRZ-DQPSK-Signal 1398 zu erzeugen. Der Fachmann versteht, daß das erste optische CRZ-DPSK-Signal 1350 und das zweite optische CRZ-DPSK-Signal 1351 interferometrisch verknüpft werden, um das optische CRZ-DQPSK-Signal 1398 zu erzeugen.
Die Einfügung in 13 sind Konstellationsdiagramme 1320, 1321 und 1322 für das erste CRZ-DPSK-Ansteuersignal 1350, das zweite CRZ-DPSK-Ansteuersignal 1351 nach der Phasenverschiebung um π/2 bzw. das optische CRZ-DQPSK-Signal 1398. Das Profil der optischen Intensität für das optische CRZ-DQPSK-Signal 1398 ist ebenfalls in dem eingefügten Diagramm 1325 gezeigt.
Wie oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von 1 erörtert können Umtaktungsschaltungen verwendet werden, um die von der CRZ-DQPSK-Sendervorrichtung 1300 verwendeten und erzeugten Signale zu synchronisieren. Der erste und zweite Modulator 1395 und 1396 sind bevorzugt z-geschnittene Dualansteuerungs-LiNbO₃-Mach-Zehnder-Modulatoren.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinne ausgelegt werden. Verschiedene Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung, die für den Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, offensichtlich sind, sollen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen, wie in den folgenden Ansprüchen ausgedrückt.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines optischen CRZ-(Chirped Return-to-Zero)-DPSK-(Differential Phase-Shift-Keyed)-Signals, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Vorspannen eines einzelnen Modulators (195; 1295) auf Null und Ansteuern des vorgespannten Modulators (195; 1295) mit einem ersten RZ-(Return-to-Zero)-Ansteuersignal und einem zweiten RZ-Ansteuersignal, um das optische CRZ-DPSK-Signal zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jedes des ersten und zweiten RZ-Ansteuersignals eine Spannungsgröße aufweist, die kleiner oder gleich v_π ist, wobei v_π die Spannung ist, die benötigt wird, um in eine durch einen Arm des Modulators (195; 1295) laufende optische Welle eine optische Phasenänderung von π einzuführen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes des ersten und zweiten RZ-Ansteuersignals eine Spannungsgröße aufweist, die gleich v_π/2 ist, wobei v_π die Spannung ist, die benötigt wird, um in eine durch einen Arm des Modulators (195; 1295) laufende optische Welle eine optische Phasenänderung von π einzuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Ansteuern des Modulators (195; 1295) mit dem ersten und zweiten RZ-Ansteuersignal eine gleichzeitige RZ-Impuls-Formatierung und gechirpte DPSK-Modulation bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, das weiterhin durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: (a) Erzeugen des ersten RZ-Ansteuersignals durch Durchführen einer logischen AND-Operation an einem differentiell codierten Datensignal und einem Taktsignal und (b) Erzeugen des zweiten RZ-Ansteuersignals durch Durchführen einer logischen AND-Operation an einem Kehrwert des differentiell codierten Datensignals und dem Taktsignal.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das erste RZ-Ansteuersignal und das zweite RZ-Ansteuersignal von einem ersten Zubringersignal eines Datensignals abgeleitet sind; wobei das Verfahren weiterhin durch den folgenden Schritt gekennzeichnet ist: Erzeugen eines NRZ-(Non-Return-to-Zero)-Ansteuersignals auf der Basis eines zweiten Zubringersignals des Datensignals; Ansteuern mit dem NRZ-Ansteuersignal eines zweiten Modulators (1296), der das optische CRZ-DPSK-Signal empfängt, so daß das CRZ-DPSK-Signal um Null oder π/2 phasenverschoben ist, um ein optisches CRZ-DQPSK-(differential quadraturephase-shift-keyed)-Signal zu erzeugen.
Vorrichtung zum Erzeugen eines optischen CRZ-DPSK-Signals, umfassend: eine Ansteuerschaltungsanordnung (130, 160) zum Erzeugen eines ersten RZ-Ansteuersignals und eines zweiten RZ-Ansteuersignals; und einen einzelnen Modulator (195; 1295), der derart an die Ansteuerschaltungsanordnung gekoppelt ist, daß das erste und zweite RZ-Ansteuersignal den Modulator (195; 1295) ansteuern, das optische CRZ- DPSK-Signal zu erzeugen; wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß der einzelne Modulator (195; 1295) dafür ausgelegt ist, auf Null vorgespannt zu sein, wenn er von der Ansteuerschaltungsanordnung (130, 160) angesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, die dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes des ersten und zweiten RZ-Ansteuersignals eine Spannungsgröße aufweist, die kleiner oder gleich v_π ist, wobei v_π die Spannung ist, die benötigt wird, um in eine durch einen Arm des Modulators (195; 1295) laufende optische Welle eine optische Phasenänderung von π einzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, die dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes des ersten und zweiten RZ-Ansteuersignals eine Spannungsgröße aufweist, die gleich v_π/2 ist, wobei v_π die Spannung ist, die benötigt wird, um in eine durch einen Arm des Modulators (195; 1295) laufende optische Welle eine optische Phasenänderung von π einzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zum Erzeugen des ersten RZ-Ansteuersignals und des zweiten RZ-Ansteuersignals ein erstes Zubringersignal eines Datensignals verwendet; Mittel (1290) zum Erzeugen eines NRZ-Ansteuersignals auf der Basis eines zweiten Zubringersignals des Datensignals; einen von dem NRZ-Ansteuersignal angesteuerten zweiten Modulator (1296) zum Empfangen des optischen CRZ-DPSK-Signals und Phasenverschieben des CRZ-DPSK-Signals um Null oder π/2, um ein gechirptes optisches RZ-DQPSK-Signal zu erzeugen.