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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine optische Übertragungsvorrichtung nach
dem Oberbegriff der Ansprüche
1 und 7 für
ein optisches Kommunikationssystem und im Besonderen eine optische
duobinäre Übertragungsvorrichtung,
die einen Polarisationsmodulator verwendet.
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Dokument
D1: Siddiqui, A. S., et al.: „Dispersion-Tolerant
Transmission using a Duobinary Polarization-Shift Keying Transmission
Scheme", IEEE Photonics
Technology Letters; IEEE Inc., New York; USA; Bd. 14, Nr. 2, Februar
2002 (2002-02), Seite 156-160, XP001123175 ISSN: 1041-1135, zeigt
bereits eine optische duobinäre Übertragungsvorrichtung
nach den Oberbegriffen der Ansprüche
1 und 7 und offenbart im Besonderen außerdem einen Vorcodierer zum
Codieren eines Eingangs-Binärdatensignals,
ein Tiefpassfilter zum Umwandeln des codierten Binärdatensignals
in ein Dreistufensignal, eine Lichtquelle zum Erzeugen von Licht,
einen Polarisationsmodulator zum Modulieren einer Polarisation des
von der Lichtquelle ausgegebenen Lichtes gemäß dem Dreistufensignal und
einen Polarisierer, der nur ein optisches Signal mit einer vorgegebenen Richtung
durchlässt.
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Aus
dem Dokument
US-B1-6
421 155 sind bereits eine optische Daten-Übertragungsvorrichtung und
ein optisches Daten-Übertragungsverfahren
bekannt.
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Bei
einem duobinären
Modulationsverfahren werden Informationen gemäß der Intensität eines
optischen Signals dargestellt und eine Phase eines Signals wird
an einem ,0'-Bit
umgekehrt. Ein duobinäres
Signal weist eine Breite des optischen Spektrums auf, die kleiner
ist als die Breite des optischen Spektrums eines herkömmlichen
Ein-Aus-Tastungs-Modulationssignals.
Das duobinäre
Signal ist als solches vorteilhaft beim Verengen der Kanalbreite
in einem optischen Dense-Wavelength-Division-Multiplexing(DWDM)-Übertragungssystem. Außerdem weist das
duobinäre
Signal eine überlegene
Toleranz gegenüber
Lichtwellenleiterverteilung auf. Somit kann das duobinäre Signal über eine
Distanz, die zwei oder drei Mal weiter ist als bei einem Ein-Aus-Tastungs-Signal, übertragen
werden, ohne dass die Lichtwellenleiterverteilung kompen siert werden muss.
Des Weiteren weist das duobinäre
Signal keine Trägertonkomponente
auf, so dass das duobinäre Signal
gegenüber
induzierter Brillouin-Streuung widerstandsfähig ist.
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1 zeigt
die Struktur eines herkömmlichen
optischen duobinären
Senders 10. Wie gezeigt, enthält der optische duobinäre Sender 10 einen
Vorcodierer 11, Modulatortreiber 12 und 13,
Tiefpassfilter 14 und 15, eine Dauerstrich-Lichtquelle 16 und
einen optischen Mach-Zehnder-Modulator 17.
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Bei
Betrieb werden binäre
Eingangsdaten durch den Vorcodierer 11 codiert. Die codierten
Binärdaten
werden durch die Modulatortreiber 12 und 13 verstärkt und
dann an die Tiefpassfilter 14 und 15 angelegt.
Hierin beträgt,
wenn eine Bandbreite der Tiefpassfilter 14 und 15 3
dB ist, die 1/4 der Datenrate von Binärdaten entspricht, die Datenrate
zum Beispiel 2,5 GHz, wenn die Datenrate der Binärdaten 10 Gbps beträgt. Die
Binärsignale,
die die Tiefpassfilter 14 und 15 durchlaufen haben,
werden auf Grund einer Beschränkung
der Bandbreite in Dreistufensignale umgewandelt. Die Tiefpassfilter 14 und 15 sind
idealerweise Kosinus2-Filter, können aber
unter Verwendung von Bessel-Thomson-Filtern ersetzt werden. Unterdessen
wird das von der Dauerstrich-Lichtquelle 11 ausgegebene
Dauerstrich-Licht durch den optischen Mach-Zehnder-Modulator 17,
der gemäß dem Dreistufensignal
angesteuert wird, in ein optisches duobinäres Signal umgewandelt.
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Da
jedoch der herkömmliche
optische duobinäre
Sender eine längssymmetrische
Struktur aufweist, müssen
zwei elektrische Signale, die an den optischen Mach-Zehnder-Modulator 17 angelegt werden,
identische Kennlinien aufweisen. Daher sind zwei identische Modulatortreiber
und Tiefpassfilter erforderlich. Außerdem ist, da der herkömmliche
optische duobinäre
Sender einen optischen Mach-Zehnder-Modulator verwendet, der optische duobinäre Sender
gegenüber
einer Änderung
einer Vorspannung empfindlich. Folglich kann sich, wenn die Vorspannung
des Mach-Zehnder-Modulators auf Grund von Temperaturänderung
in dem optischen Sender usw. geändert
wird, die Leistung eines solchen Systems verschlechtern.
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2 zeigt
eine Struktur eines anderen herkömmlichen
optischen duobinären
Senders 20. Wie gezeigt, enthält der optische duobinäre Sender 20 einen
Vorcodierer 21, einen Modulatortreiber 22, eine Dauerstrich-Lichtquelle 23,
einen Phasenmodulator 24 und ein optisches Filter 25.
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Bei
Betrieb werden binäre
Eingangsdaten durch den Vorcodierer 21 codiert. Außerdem werden die
codierten Binärdaten
durch den Modulatortreiber 22 verstärkt und für ein Modulatoransteuersignal
bereitgestellt. Unterdessen wird das von der Dauerstrich-Lichtquelle 23 ausgegebene
Dauerstrich-Licht durch den Phasenmodulator 24 gemäß dem Modulatoransteuersignal
phasenmoduliert. Das phasenmodulierte optische Signal wird durch
ein optisches Filter 25, das zum Beispiel eine Bandbreite
aufweist, die ungefähr
70 % der Datenrate eines Binärsignals
entspricht, in ein optisches duobinäres Signal umgewandelt. Das
Filter hat eine Bandbreite von 7 GHz, wenn die Datenrate des Binärsignals 10 Gbps
ist.
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Auch
wenn ein optisches duobinäres
Signal, das durch den optischen duobinären Sender 20 erzeugt
wird, im Vergleich zu einem optischen duobinären Signal, das durch den in 1 gezeigten
optischen Sender erzeugt wird, geringe Toleranz gegenüber einer
Lichtwellenleiterverteilung aufweist, kann der optische duobinäre Sender 20 Probleme
in Bezug auf die symmetrische Struktur des in 1 gezeigten
optischen Senders und die Abhängigkeit
des optischen Mach-Zehnder-Modulators von Vorspannungspositionen
lösen.
Jedoch erfordert der optische duobinäre Sender 20 ein optisches
Filter mit einem engen Durchlassband und einer überlegenen Verteilungscharakteristik.
Dieser Typ optischen Filters ist schwierig herzustellen.
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Folglich
ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine optische duobinäre Übertragungsvorrichtung bereitzustellen,
die die nach dem Stand der Technik auftretenden Probleme überwinden
kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7
erfüllt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine optische duobinäre Übertragungsvorrichtung,
die einen Polarisationsmodulator verwendet, die die Zuverlässigkeit
eines optischen duobinären
Signals ohne die Notwendigkeit einer symmetrischen Struktur elektrischer
Elemente unabhängig
von der Vorspannungsposition des Polarisationsmodulators verbessern kann.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine optische duobinäre Übertragungsvorrichtung,
die einen Polarisationsmodulator verwendet, bereitzustellen, die
die Herstellungskosten einer optischen Übertragungsvorrichtung ohne
Verwendung eines optischen Schmalbandfilters verringern kann.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine optische
duobinäre Übertragungsvorrichtung
bereitzustellen, die einen Polarisationsmodulator verwendet, wobei
sie umfasst: einen Vorcodierer zum Codieren eines Eingangs-Binärdatensignals;
ein Tiefpassfilter zum Umwandeln des codierten Binärdatensignals
in ein Dreistufensignal durch Beschränken der Bandbreite des codierten
Binärdatensignals;
eine Lichtquelle zum Erzeugen von Licht; einen Polarisationsmodulator
zum Modulieren einer Polarisation des von der Lichtquelle ausgegebenen
Lichtes gemäß dem Dreistufensignal;
und einen Polarisierer, der nur ein optisches Signal mit einer vorgegebenen
Richtung unter polarisationsmodulierten optischen Signalen durchlässt.
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Vorzugsweise
umfasst die optische duobinäre Übertragungsvorrichtung,
die den Polarisationsmodulator verwendet, des Weiteren einen Treiberverstärker zum
Verstärken
des codierten Binärdatensignals.
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Nach
der vorliegenden Erfindung hat der Polarisierer eine Polarisationsachse,
die vertikal zu einer Polarisation eines optischen Signals ausgerichtet ist,
das realisiert wird, wenn ein elektrisches Signal „1" umgewandelt wird.
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Nach
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine
optische Übertragungsvorrichtung,
die einen Polarisationsmodulator verwendet, einen Vorcodierer zum
Codieren eines Eingangs-Binärdatensignals;
ein elektrisches Tiefpassfilter zum Umwandeln des codierten Binärdatensignals
in ein Dreistufensignal durch Beschränken der Bandbreite des codierten
Binärdatensignals;
eine Lichtquelle zum Erzeugen von Licht; einen ersten Polarisierer
mit einer ersten Polarisationsachse, der nur ein optisches Signal
durchlässt,
das die gleiche Richtung hat wie die erste Polarisationsachse von
durch die Lichtquelle erzeugtem Licht; einen polarisationsabhängigen Phasenmodulator
zum Modulieren einer Phase eines von dem ersten Polarisierer ausgegebenen
optischen Signals gemäß dem Dreistufensignal; und
einen zweiten Polarisierer mit einer zweiten Polarisationsachse
vertikal zu der ersten Polarisationsachse des ersten Polarisierers, der
nur ein optisches Signal durchlässt,
das die gleiche Richtung hat wie die zweite Polarisationsachse des
phasenmodulierten optischen Signals.
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Die
vorgenannten Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung offensichtlicher, wobei sie in Verbindung mit den begleitenden
Zeichnungen zur Kenntnis zu nehmen ist, bei denen:
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1 die
Struktur eines herkömmlichen
optischen duobinären
Senders zeigt;
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2 die
Struktur eines anderen herkömmlichen
optischen duobinären
Senders zeigt;
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3 die
Struktur einer optischen duobinären Übertragungsvorrichtung,
die einen Polarisationsmodulator verwendet, nach einer ersten Ausführung der
vorliegenden Erfindung darstellt; und
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4 grafische
Darstellungen zeigt, die die Signalmuster darstellen, die jeweils
an den Knoten A bis E ausgebildet werden;
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5 die
Struktur einer optischen duobinären Übertragungsvorrichtung,
die einen Polarisationsmodulator verwendet, nach einer zweiten Ausführung der
vorliegenden Erfindung darstellt.
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Hierin
im Folgenden werden Ausführungen der
vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
ausführlich
beschrieben. Für
die Zwecke der Klarheit und Einfachheit wird eine ausführliche
Beschreibung bekannter Funktionen und Konfigurationen, die hierin
beinhaltet sind, weggelassen, da sie den Gegenstand der vorliegenden Erfindung
unklar machen könnte.
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3 stellt
die Struktur einer optischen duobinären Übertragungsvorrichtung 100,
die einen Polarisationsmodulator verwendet, nach einer ersten Ausführung der
vorliegenden Erfindung dar.
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Mit
Bezugnahme auf 3 enthält die optische duobinäre Übertragungsvorrichtung 100,
die den Polarisationsmodulator verwendet, nach der vorliegenden
Erfindung einen Vor codierer 110 zum Codieren eines Eingangs-NRZ-Binärdatensignals,
einen Treiberverstarker 120 zum Verstärken des codierten Binärdatensignals,
ein elektrisches Tiefpassfilter 130 zum Umwandeln des verstärkten Binärdatensignals
in ein Dreistufensignal durch Beschränken einer Bandbreite des verstärkten Binärdatensignals, eine
Lichtquelle 140 zum Erzeugen eines Dauerstrich-Lichtes,
einen Polarisationsmodulator 150 zum Modulieren einer Polarisation
des Dauerstrich-Lichtes gemäß dem Dreistufensignal,
einen Polarisierer 160, der nur ein optisches Signal mit
einer vorgegebenen Richtung von den optischen Signalen, bei denen
Polarisation moduliert ist, durchlässt.
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Bei
Betrieb codiert der Vordecodierer 110 das Eingangs-NRZ-Binärdatensignal.
Der Vordecodierer 110 kann unter Verwendung von 1-Bit-Verzögerern und
Exklusiv-ODER-Logikelementen
realisiert werden.
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Der
Treiberverstärker 120 verstärkt das
codierte Binärdatensignal
so, dass der Polarisationsmodulator 150 arbeiten kann.
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Wenn
das Tiefpassfilter 130 eine Bandbreite von 3 dB aufweist,
die 1/4 der Datenrate von Binärdaten
darstellt (zum Beispiel eine Datenrate von 2,5 GHz, wenn die Datenrate
der Binärdaten 10 Gbps ist)),
wird das Binärsignal,
das das Tiefpassfilter durchlaufen hat, auf Grund der Beschränkung der Bandbreite
in ein Dreistufensignal umgewandelt. Das Tiefpassfilter 130 ist
ein Kosinus2-Filter, kann aber unter Verwendung
eines Bessel-Thomson-Filters realisiert
werden.
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Die
Lichtquelle 140 erzeugt ein Dauerstrich-Licht und kann
unter Verwendung von Laserdioden realisiert werden.
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Der
Polarisationsmodulator 150 moduliert eine Polarisation
des von der Lichtquelle 140 ausgegebenen Dauerstrich-Lichtes
gemäß dem Dreistufensignal.
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Der
Polarisierer 160 ist mit einem Ausgangsanschluss des Polarisationsmodulators 150 verbunden
und lässt
nur ein optisches Signal mit einer vorgegebenen Richtung von den
optischen Signalen durch, bei denen die Polarisation moduliert ist.
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Hierin
im Folgenden wird ein Betrieb der optischen duobinären Übertragungsvorrichtung 100 beschrieben,
die die oben beschriebene Struktur aufweist und den Polarisationsmodulator 150 verwendet.
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4 zeigt
grafische Darstellungen, die Beispiele für Signalmuster darstellen,
die jeweils an den Knoten A bis E ausgebildet werden. Mit Bezugnahme auf 3 und 4 durchläuft das
Binärsignal
unter der Annahme, dass eine Datensequenz ,01011000111010101' ein Eingangssignal
ist, nachdem ein Binärdatensignal
(unter (a) von 4 gezeigt) durch den Vordecodierer 110 als
unter (b) von 4 gezeigte Signale codiert wurde,
den Treiberverstärker 120 und
wird an ein elektrisches Tiefpassfilter 130 angelegt. Das
an das Tiefpassfilter 130 angelegte Binärsignal wird in ein Dreistufensignal
umgewandelt, wie unter (c) von 4 gezeigt,
und dann dem Polarisationsmodulator 150 als ein Treibersignal bereitgestellt.
Zu diesem Zeitpunkt hat das an den Polarisationsmodulator 150 angelegte
Dreistufensignal eine solche Spitzenintensität, dass der Polarisationsmodulator 150 die
Polarisation in einem rechten Winkel modulieren kann. Die Intensität eines
solchen Dreistufensignals wird normalerweise als Vπ dargestellt.
Das heißt,
dass die Intensität
eines an den Polarisationsmodulator angelegten elektrischen Signals Vπ ist.
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Unterdessen
wird das von der Lichtquelle 140 erzeugte Dauerstrich-Lichtsignal
in den Polarisationsmodulator 150 eingegeben und eine Polarisation
davon wird durch den Polarisationsmodulator 150 gemäß dem Dreistufensignal
moduliert (siehe (d) von 4). Wenn die Intensität des Dreistufensignals
als ,0', ,1' und ,2' dargestellt wird,
werden elektrische Signale ,0',
,1' und ,2' in optische Signale
umgewandelt, wobei ,0' ein
optisches Signal mit einer y-Polarisation darstellt, ,1' ein optisches Signal
mit einer linksseitigen Zirkulator-Polarisation darstellt bzw. ,2' ein optisches Signal
mit einer x-Polarisation darstellt, wie unter (d) von 4 gezeigt.
Das von dem Polarisationsmodulator 150 polarisationsmodulierte
optische Signal wird an den Polarisierer 160 angelegt.
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Der
Polarisierer 160 hat eine Polarisationsachse, die vertikal
zu der linksseitigen Zirkulator-Polarisation des optischen Signals
ausgerichtet ist, das durch das umgewandelte elektrische Signal
,1' realisiert wird.
Bei einem unter (d) von 4 gezeigten Beispiel ist, da
das Signal ,1' die
linksseitige Zirkulator-Polarisation aufweist, eine Polarisationsachse des
Polarisierers 160 die rechtsseitige Zirkularpolarisation.
Wenn ein von dem Polarisa tionsmodulator 150 moduliertes
optisches Signal den Polarisierer 160 mit der Polarisationsachse
durchlaufen hat, wird das optische Signal als ein optisches duobinäres Signal,
wie unter (e) von 4 gezeigt, erzeugt. Dieser Grund
besteht darin, dass ein optisches Signal, das mit Hilfe des elektrischen
Signals ,1' erzeugt
wurde, ein ,0'-Bit
erzeugt, da das optische Signal den Polarisierer 160 nicht
durchläuft,
und optische Signale, die mit Hilfe der elektrischen Signale ,0' und ,2' erzeugt wurden,
,1' erzeugen, während sie
den Polarisierer 160 durchlaufen. Auch wenn die elektrischen
Signale ,0' und
,2' auf identische
Weise ,1'-Bits erzeugen, sind
hierin die Phasen der ,1'-Bits π/4 und -π/4, so dass
die optischen Signale der ,1'-Bits
Kennlinien aufweisen, die einem duobinären Signal ähnlich sind. Die Phasen von
Signalen der ,1'-Bits
variieren in Abhängigkeit
von der Intensität
eines an den Polarisationsmodulator 150 angelegten Signals.
Je größer die Intensität des an
den Polarisationsmodulator 150 angelegten Signals ist,
desto enger nähern
sich die Phasen der Signale von ,1'-Bits ,0'. Je kleiner dagegen die Intensität des an
den Polarisationsmodulator 150 angelegten Signals ist,
desto enger nähern
sich die Phasen der Signale π/2
und -π/2.
Unterdessen wird die Phase des Signals des ,1'-Bits 0 in der folgenden Gleichung 1
dargestellt. θ = ± π(Vπ – V)/2Vπ Gleichung 1
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In
der obigen Gleichung 1 stellt ,V' eine
Spitzenintensität
des an den Polarisationsmodulator angelegten Dreistufensignals dar.
Daher kann, wenn eine Intensität
eines an den Polarisationsmodulator angelegten Signals klein ist,
ein Signal mit derselben Kennlinie wie ein duobinäres Signal
erzielt werden; das heißt,
eine Kennlinie, bei der Phasen von Signalen von ,1'-Bits umgekehrt sind.
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5 zeigt
eine Struktur einer optischen duobinären Übertragungsvorrichtung 200,
die einen Polarisationsmodulator verwendet, nach einer zweiten Ausführung der
vorliegenden Erfindung.
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Wie
gezeigt, enthält
die optische duobinäre Übertragungsvorrichtung 200,
die den Polarisationsmodulator verwendet, nach der vorliegenden
Erfindung einen Vorcodierer 210 zum Codieren eines Eingangs-NRZ-Binärdatensignals,
einen Treiberverstärker 220 zum Verstärken des
codierten Binärdatensignals,
ein elektrisches Tiefpassfilter 230 zum Umwandeln des verstärkten Binärdatensignals
in ein Dreistufensignal durch Beschränken einer Bandbreite des verstärkten Binärdatensignals,
eine Lichtquelle 240 zum Erzeugen eines Dauerstrich-Lichtes,
einen ersten Polarisierer 250, der nur ein optisches Signal durchlässt, das
eine identische Richtung wie die einer Polarisationsachse des durch
die Lichtquelle 240 erzeugten Dauerstrich-Lichtes hat,
einen polarisationsabhängigen
Phasenmodulator 260 zum Modulieren einer Phase eines von
dem ersten Polarisierer 250 ausgegebenen Signals gemäß dem Dreistufensignal
und einen zweiten Polarisierer 270 mit einer Polarisation
vertikal zu der Polarisationsachse des ersten Polarisierers 250,
der nur ein optisches Signal durchlässt, das die gleiche Richtung
hat wie die Polarisation des zweiten Polarisierers 270 des
phasenmodulierten optischen Signals.
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Es
ist zu beachten, dass die zweite Ausführung durch Ersetzen des Polarisationsmodulators 150 durch
den Polarisierer 250 mit einer Polarisationsachse von 45
Grad und den polarisationsabhängigen
Phasenmodulator 260 realisiert wird. Andere Komponenten
sind mit dem in 3 Gezeigten identisch. Daher
wird eine ausführliche
Beschreibung der Realisierung des Polarisationsmodulators weggelassen.
Wie oben beschrieben, werden zwei Polarisierer 250 und 270 mit
zueinander vertikalen Polarisationsachsen (zum Beispiel sind die
Polarisationsachsen 45 Grad und 135 Grad) an den Eingangsund Ausgangsenden
des polarisationsabhängigen
Phasenmodulators 260 ausgerichtet, wodurch eine kompakte
Größe für die optische
duobinäre Übertragungsvorrichtung
hergestellt wird.