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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen integrierten chromatischen Dispersionskompensator
(Farbzerstreuungskompensator) für
optische Signale in optischen Kommunikationsnetzwerken, der eine
Vielzahl kaskadierter Stufen optischer Dispersionselemente umfasst,
die in Form einer Gitterfilterstruktur angeordnet sind.
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Ein
integrierter Dispersionskompensator dieses Typs wurde von K. Takiguchi,
S. Kawanashi, H. Takara, A. Himeno und K. Hattori in J. Lightwave Technol.
Vol. 16, Nr. 9, 1998, S. 1647-1656 beschrieben.
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Optische
Kommunikationsnetzwerke haben an Bedeutung gewonnen, seit die Übertragung
großer
Datenmengen über
große
Entfernungen, insbesondere über
das Internet, zur Normalität
geworden ist.
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Die
digitale Übertragung über optische
Kommunikationsnetzwerke basiert auf elektromagnetischen Wellen einer
Mittelfrequenz im Bereich von 195 THz, deren transportierte Modulation
die zu übertragenden
Daten enthält.
Die typische Bandbreite einer solchen Modulation beträgt ca. 40
GHz in einem 40 Gbit/s DWDM-System
(Wavelength Division Multiplex). Die Lichtwellen werden über Lichtwellenleiter
wie beispielsweise Glasfaserkabel übertragen.
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Die
effektive Brechzahl eines Standard-Wellenleiters ist jedoch wegen
der Materialdispersion und der Wellenleiter-Dispersion frequenzabhängig. Das
bedeutet, dass sich hochfrequente Teile und niederfrequente Teile
der elektromagnetischen Welle mit unterschiedlicher Geschwindigkeit
im Lichtwellenleiter ausbreiten (Gruppengeschwindigkeit). Dieser
Effekt wird als chromatische Dispersion oder Farbzerstreuung bezeichnet
und bewirkt eine zeitliche Trennung zwischen verschiedenen Teilen
eines einzigen Datenkanals. Im Beispiel oben bewirkt eine Übertragungsentfernung
von 100 km eine zeitliche Trennung von ca. 240 ps zwischen dem niederfrequenten
Teil und dem hochfrequenten Teil der modulierten elektromagnetischen
Welle. Da die Länge
eines Informationsbits nur ca. 25 ps beträgt, können die im Datenkanal enthaltenen
Informationen durch die Dispersion zerstört werden.
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Zur Überwindung
dieses Problems sind optische Kommunikationsnetzwerke mit Dispersionskompensatoren
ausgestattet, die die Auswirkungen der chromatischen Dispersion
aufheben sollen.
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Eine
Art eines Dispersionskompensators basiert auf einem gechirpten Faser-Bragg-Gitter
(CFBG) gemäß der Beschreibung
im Technical Digest der Optical Fiber Communication Conference and Exhibit,
17.-22. März
2002, Anaheim, California, Seite 577 ff, T. Sugihara et. al., Papier
ThAA2. Die elektromagnetische Welle wird in eine Glasfaser eingespeist,
in deren Kernbereich ein Brechzahlgitter eingeschrieben ist. Die
Gitterperiode der Glasfaser nimmt entlang der Faser ab (oder zu).
Die Position der Reflexion (Bragg-Reflexion) eines spezifischen Frequenzbereichs
der Welle hängt
von dieser Gitterperiode ab. Niederfrequente Teile werden später (früher) reflektiert,
während
hochfrequente Teile früher (später) reflektiert
werden und länger
durch die Endfaser laufen müssen.
Durch Peltier-Elemente,
die die thermische Ausdehnung des Materials zwischen den Spiegelebenen
nutzen, können
CFBG-Kompensatoren an spezifische Dispersionssituationen angepasst werden.
Dies umfasst die Optimierung von 1 oder 2 Temperaturparametern.
Ein CFBG-Kompensator funktioniert jedoch nur für einen Datenkanal. Die Dispersionskompensation
für einen
Wellenleiter, der normalerweise eine Vielzahl von Datenkanälen (typischerweise
32 mit einem Abstand von 100 GHz) transportiert, erfordert daher
die Trennung dieser Kanäle
in separate Fasern und eine CFBG-Kompensatorkomponente für jeden
Kanal. Dies erfordert sehr teure Verfahren und Konstruktionen, insbesondere viel
Platzbedarf in den Schaltschränken
der Zentrale wegen der relativ großen Abmessungen der CFBG-Kompensatorkomponenten.
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Eine
zweite Art von Dispersionskompensator wird konstruiert als integrierter
Dispersionskompensator (Equalizer) in einer planaren Lichtwellenschaltung;
siehe K. Takiguchi et al. Er umfasst kaskadierte Mach-Zehnder-Interferometer
(MZI) mit in Gitterformat angeordneten optischen Filtern. Im Allgemeinen umfasst
ein MZI zwei über
zwei Wellenleiterarme miteinander verbundene 3-dB-Koppler, wovon
einer einen thermooptischen Phasenverschieber und einer eine Verzögerungsleitung
(„Delay
Line") umfasst.
Im Allgemeinen verteilt der erste Koppler die eingehenden elektromagnetischen
Wellen auf die beiden Wellenleiterarme, wobei sich das Frequenzspektrum
der beiden Arme unterscheidet. Die Verzögerungsleitung bewirkt eine
zeitliche Verzögerung
für den
Teil der elektromagnetischen Welle im entsprechenden Arm, während der
Phasenverschieber die Interferenzsituation im nächsten Koppler ermittelt. Integrierte
optische Dispersionskompensatoren eignen sich im Prinzip wegen der
Wiederholung der Transfermerkmale mit der optischen Frequenz für die gleichzeitige
Kompensation der Dispersion einer Vielzahl von Datenkanälen. Beim
derzeitigen Stand der Technik steht jedoch kein Verfahren zur Abstimmung
eines integrierten optischen Dispersionskompensators auf einen variierenden
Dispersionsgrad zur Verfügung.
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Ein
Dispersionskompensator muss auf den Umfang der Dispersion der eingehenden
elektromagnetischen Welle, d. h. des Wellenleiters, abgestimmt werden.
Die Dispersionssituation am Ende eines Wellenleiters mit einer Länge in der
Größenordnung von
ca. 100 km ist nicht einheitlich, sondern variiert im Lauf der Zeit.
Die wichtigste Ursache für
eine solche Variation ist die Temperaturabhängigkeit der Brechzahl des
Wellenleitermaterials. In dem oben aufgeführten Beispiel bewirkt eine
Temperaturänderung
von 30°C
in einem Wellenleiter von 800 km Länge eine zeitliche Trennung
von ca. 50 ps/nm. Weitere Probleme treten auf, wenn ein Dispersionskompensator
mit unterschiedlichen Arten von Wellenleitern verwendet werden soll,
insbesondere bei unterschiedlichen Längen und Materialien. In diesem
Fall ist bei der Installation eine Abstimmung des Dispersionskompensators
erforderlich, die jedoch aus wirtschaftlichen Gründen nicht mit einer zufrieden
stellenden Genauigkeit erzielt werden kann.
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Dispersionskompensatoren,
die keine dynamische Abstimmung auf wechselnde Dispersionssituationen
ermöglichen,
können
daher nur eine grobe Kompensation vornehmen; dabei bleibt eine chromatische
Restdispersion unkompensiert, und die Bitfehlerrate (Bit Error Rate,
BER) bei der optischen Datenübertragung
erhöht
sich.
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Ziel der Erfindung
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Ziel
der Erfindung ist es, einen kompakten Dispersionskompensator bereitzustellen,
der dynamisch auf wechselnde Dispersionssituationen abgestimmt werden
kann und der die chromatische Dispersion einer Vielzahl von Datenkanälen gleichzeitig kompensieren
kann.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Dieses
Ziel wird erreicht durch einen integrierten optischen Dispersionskompensator
der oben erwähnten
Art, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er mindestens eine Abnahmevorrichtung aufweist, die
zwischen den aufeinander folgenden Stufen der optischen Dispersionselemente
angeordnet ist zur Abnahme der Zwischenstufensignale und zum Einspeisen
der einzelnen abgenommenen Zwischenstufensignale in eine separate
Rückkopplungsschleife, die
wiederum die Anpassungsparameter in mindestens eine der Stufen der
optischen Dispersionselemente vor der entsprechenden Abnahmevorrichtung des
Zwischenstufensignals einspeist.
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Mit
der Erfindung werden optische Zwischenstufensignale aus dem integrierten
chromatischen Dispersionskompensator (ICDC) abgenommen und zur Abstimmung
verwendet. Somit ist es nicht nur das Signal am Ausgangs-Port des ICDC-Chips,
das für
die Kompensation verwendet werden kann.
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Es
kann ein inventiver ICDC als einzige Dispersionskompensations-Vorrichtung
zur Kompensation der chromatischen Dispersion eines Wellenleiters
verwendet werden, er kann jedoch auch als Zusatzvorrichtung zur
Unterstützung
eines stationären Dispersionskompensators
verwendet werden und damit zum Eliminieren der chromatischen Restdispersion
dieses stationären
Dispersionskompensators. Aus diesem Grund kann der ICDC auch als chromatischer
Restdispersionskompensator (RDCD) bezeichnet werden.
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Die
Ausstattung zum Aufbau der Rückkopplungsschleifen
ist preisgünstig.
Die abgenommenen Signale werden typischerweise nur zum Abstimmen eines
einzigen Phasenverschiebers verwendet, wobei typischerweise bis
zum Maximum der optischen Leistung des abgenommenen Signals abgestimmt wird.
Die Phasenoptimierung eines von einer separaten Rückkopplungsschleife
gesteuerten Phasenverschiebers kann durch einen einfachen Dithering-Algorithmus
mit langsamer Elektronik und Fotodioden erzielt werden.
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Im
einfachsten Fall ist die von einer separaten Rückkopplungsschleife zur Analyse
der Signale einer Abnahmevorrichtung gesteuerte Stufe diejenige
Stufe direkt vor der Abnahmevorrichtung. Dadurch werden unerwünschte Korrelationen
zwischen verschiedenen Rückkopplungsschleifen
vermieden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, Stufen in größerer Entfernung
von der Abnahmevorrichtung zu steuern, insbesondere wenn Zwischenstufen
zwischen der gesteuerten Stufe und der Abnahmevorrichtung stationär arbeiten.
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Die
vollständige
Konstruktion des ICDC ist gemäß der Erfindung
auf einem einzigen Chip integriert und somit als eine einzige Vorrichtung
angeordnet. Dies ermöglicht
eine extrem einfache Handhabung und eine schnelle Installation.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst der integrierte chromatische
Dispersionskompensator eine Vielzahl von Abnahmevorrichtungen zwischen
verschiedenen Stufen der optischen Dispersionselemente zum Abnehmen
der Zwischenstufensignale. Dies bedeutet, dass die Anzahl der Parameter
für die
Dispersionskompensation zunimmt, dass jedoch andererseits die höhere Anzahl
geeigneter Parameter eine exaktere Kompensation der vorherrschenden
Dispersion ermöglicht.
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Wenn
der ICDC eine Vielzahl von Stufen umfasst, muss auch eine Vielzahl
von Parametern (in bestimmten Fällen
der Phasenverschieber) abgestimmt werden. Dies birgt das Risiko
zahlreicher lokaler Minima oder Maxima, die nicht über eine
einzige Abstimmungssteuerung zur Auswertung des Ausgangssignals
verarbeitet werden können.
Darüber
hinaus steigt die erforderliche Abstimmungszeit mit der Anzahl der
Parameter exponentiell an, wenn die Abstimmung nur auf der Basis
des Ausgangssignals durchgeführt
wird, sodass der Abstimmungsprozess sehr zeitaufwändig und
komplex werden kann.
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Durch
die Abstimmung aller wichtigen Parameter in ihrer eigenen Rückkopplungsschleife
wird ausgeschlossen, dass der Abstimmungsprozess des ICDC in einem
lokalen, aber nicht globalen Minimum oder Maximum einer einzelnen
globalen Rückkopplungsschleife
abgefangen („trapped") wird, die alle Parameter
gleichzeitig abstimmt. Durch die Umsetzung der Erfindung ist die
Abstimmungszeit nur linear von der Anzahl der Parameter abhängig. Entsprechend
der Erfindung ist es auch möglich,
Parametergruppen mit je einer Rückkopplungsschleife
abzustimmen, wobei allgemein eine Vielzahl von Parametergruppen
unabhängig
voneinander abgestimmt wird.
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In
einer stark bevorzugten Ausführungsform ist
der integrierte chromatische Dispersionskompensator dadurch gekennzeichnet,
dass die Stufen der optischen Dispersionselemente abstimmbare Phasenverschieber
darstellen, insbesondere elektrisch und/oder thermisch abstimmbare
Phasenverschieber. Diese Phasenverschieber sind einfache Mittel zur
Steuerung der Interferenz elektromagnetischer Wellen aus zwei Wellenleiterarmen
in einem Koppler im Anschluss an den Phasenverschieber. Diese Interferenz
beeinflusst die Unterteilung des Frequenzspektrums im nächsten Koppler
und beeinflusst somit die Dispersionskompensation. In einer typischen Konzeption
der Erfindung bilden Phasenverschieber die einzigen dynamisch abstimmbaren
Komponenten der Gitterfilterstruktur; insbesondere Verzögerungsleitungen
und Koppler arbeiten stationär.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung steuert jede Rückkopplungsschleife nur einen
einzigen Phasenverschieber, vorzugsweise einen Phasenverschieber,
der parallel oder in Serie mit einem Verzögerungselement angeordnet ist.
Parallel oder in Serie mit Verzögerungsleitungen
angeordnete Phasenverschieber (beachten Sie, dass der Effekt eines
Phasenverschiebers in beiden Fällen identisch
ist) sind besonders bedeutsam für
die chromatische Dispersionskompensation, daher werden bevorzugt
alle parallel oder in Serie mit Verzögerungsleitungen angeordneten
Phasenverschieber über
eine separate Rückkopplungsschleife gesteuert.
Bei der Steuerung nur eines einzigen Phasenverschiebers kann die
Rückkopplungsschleife nicht
in einem lokalen Minimum oder Maximum abgefangen werden, das nicht
identisch ist mit dem absoluten (globalen) Minimum oder Maximum
seines Rückmeldungsparameters.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
des inventiven integrierten chromatischen Dispersionskompensators
ist gekennzeichnet durch eine weitere Abnahmevorrichtung zur Abnahme
des Ausgangssignals der Gitterfilterstruktur, das Einspeisen des
abgenommenen Ausgangssignals in eine zusätzliche Rückkopplungsschleife und das
Einspeisen der von der zusätzlichen
Rückkopplungsschleife
abgeleiteten Abstimmungsparameter in mindestens eine der Stufen
der optischen Dispersionselemente vor der weiteren Abnahmevorrichtung.
Das bedeutet, dass außer den
Zwischenstufen-Abnahmevorrichtungen eine weitere Abnahmevorrichtung
am Signalausgang des ICDC platziert werden kann, vor Allem für die Steuerung
der Stufe unmittelbar vor dem Signalausgang des ICDC, da diese Stufe
sonst stationär
arbeiten müsste.
Somit lässt
sich eine noch bessere Abstimmung des Dispersionskompensators zu
der vorherrschenden Dispersion erzielen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des integrierten chromatischen Dispersionskompensators umfassen
ein oder mehrere der kaskadierten Stufen der optischen Dispersionselemente
einen Mach-Zehnder-Interferometer (MZI). Der ICDC kann vollständig aus
kaskadierten MZIs aufgebaut sein, er kann jedoch auch weniger definierte
Strukturen umfassen. MZIs sind Standardstrukturen auf planaren Lichtwellenschaltungen,
die problemlos zur Verfügung
stehen und in standardisierter Weise erzeugt werden können.
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Die
Erfindung umfasst außerdem
ein Verfahren zum Betrieb eines integrierten chromatischen Dispersionskompensators
gemäß der Ausführungsform,
die eine weitere Abnahmevorrichtung umfasst wie oben beschrieben,
dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Rückkopplungsschleife so abgestimmt
wird, dass sie die durchschnittliche optische Leistung des Ausgangssignals
der Gitterfilterstruktur maximiert. Dies ist die einfachste Anpassungsroutine
für die
an die weitere Abnahmevorrichtung angeschlossene zusätzliche
Rückkopplungsschleife.
Eine hohe optische Ausgangsleistung stellt ein gutes Verhältnis von
Signal zu Störleistung
des Ausgangssignals sicher.
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In
einem weiteren Verfahren zum Betrieb eines inventiven integrierten
chromatischen Dispersionskompensators werden die Abstimmungsparameter
so gewählt,
dass die durchschnittliche optische Leitung des entsprechenden abgenommenen
Zwischenstufensignals maximiert oder minimiert wird, oder zum Einstellen
des abgenommenen Zwischenstufensignals auf einen voreingestellten
Pegel. Dabei handelt es sich um einfach zu handhabende Abstimmungsprozeduren,
die ausreichen, um die Vorteile der Erfindung zu erzielen.
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Ein
weiteres Verfahren für
den Betrieb eines inventiven integrierten chromatischen Dispersionskompensators
ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zwischenstufensignale
zwischen zwei aufeinander folgenden Stufen optischer Dispersionselemente
von verschiedenen parallelen Wellenleitern der Gitterfilterstruktur
abgenommen werden, und dass die Differenz der durchschnittlichen
optischen Leistung dieser beiden abgenommenen Zwischenstufensignale
maximiert oder minimiert oder auf einen voreingestellten Pegel gesetzt
wird. Dieses Verfahren erlaubt eine exakte Verteilung der optischen Leistung
auf die beiden parallelen Wellenleiter der Gitterfilterstruktur,
insbesondere auf die beiden Wellenleiterarme eines MZI. Somit kann
die Zeitverzögerung
absichtlich auf einen getrennten Frequenzbereich eines Eingangssignals
durchgeführt
werden.
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Ein
Verfahren gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen des optischen Dispersionskompensators,
die nicht von einer Rückkopplungsschleife
gesteuert werden, von einer zusätzlichen
Abstimmungs-Steuervorrichtung gesteuert werden, die ein aus dem
Ausgangssignal abgeleitetes Qualitätssignal optimiert. Typische
Qualitätssignale
umfassen einen Monitor mit elektronischem Auge (d. h. die vertikale
Breite eines Augendiagramms), die Bitfehlerrate, den FEC-Fehlerzähler (Forward
Error Correction), die Spektrallinie des erkannten Signals sowie
die Mittelfrequenz, die Bandbreite und die durchschnittliche optische
Leistung des erkannten Signals. Normalerweise werden die von der
zusätzlichen
Abstimmungs-Steuervorrichtung
gesteuerten Stufen parallel abgestimmt, um die Abstimmungsprozedur
einfach zu halten. Ungeachtet dessen kann auch ein fortlaufendes
Dithering der Steuervorrichtungen (d. h. der Phasenverschieber) angewendet
werden, wenn eine weitere Reduzierung der Restverzerrung das wesentliche
Ziel darstellt. Diese parallele Abstimmung sorgt für die entsprechende
Dispersionskompensation. Die Abstimmung selbst kann als Rückkopplungs-Dithering-Algorithmus
durchgeführt
werden. Darüber
hinaus umfassen die von der zusätzlichen
Abstimmungs-Steuervorrichtung gesteuerten Stufen einen Phasenverschieber,
jedoch vorzugsweise keine Verzögerungsleitungen.
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Ein
weiteres Verfahren zum Betrieb eines inventiven integrierten chromatischen
Dispersionskompensators ist dadurch gekennzeichnet, dass die nicht
von einer Rückkopplungsschleife
gesteuerten Stufen der optischen Dispersionselemente von einer Zusatz-Steuervorrichtung
gesteuert werden, dass ein Dispersionsanalysator den Grad der Dispersion
des Eingangssignals der Gitterfilterstruktur bestimmt und dass die
vom Dispersionsanalysator ermittelten Daten von der Zusatz-Steuervorrichtung
zur Steuerung der Stufen der optischen Dispersionselemente, die nicht
von einer Rückkopplungsschleife
gesteuert werden, ausgewertet werden. Die Abstimmung der Stufen
(typischerweise die Phasenverschieber), die nicht von einer Rückkopplungsschleife
gesteuert werden, sorgt für
die tatsächliche
Dispersionskompensation, z. B. durch Auslesen einer Tabelle. Diese Vorschub-Abstimmungsprozedur
kommt ohne Dithering-Algorithmus aus und ist daher sehr schnell.
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Weitere
Vorteile lassen sich der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen
entnehmen. Die oben und nachfolgend beschriebenen Vorteile können entsprechend
der Erfindung individuell oder kollektiv in beliebiger Kombination
genutzt werden. Die beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als vollständige Aufzählung zu
verstehen, sondern haben für
die Beschreibung der Erfindung lediglich exemplarischen Charakter.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
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1 zeigt
ein Verbindungsschema eines integrierten optischen Restdispersionskompensators mit
einer zusätzlichen
Abstimmungs-Steuervorrichtung für
die Rückkopplung
gemäß der Erfindung;
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2 zeigt
ein Verbindungsschema eines integrierten optischen Restdispersionskompensators mit
einer Zusatz-Steuervorrichtung für
den Vorschub gemäß der Erfindung.
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Bei
von einem DCF-Modul (Dispersionskompensationsfaser) kompensierten 40-Gb/s-DWDM-Systemen
(wie auch bei 160-Gb/s-DWDM-Systemen)
kann bei einigen oder allen Wellenlängenkanälen ein Abzug auftreten durch
eine nicht kompensierte chromatische Restdispersion, die auftreten
kann aufgrund von
- – Temperaturänderungen
an der Übertragungsfaser
(Wellenleiter) bei langen Verbindungen;
- – mangelnder Übereinstimmung
der Dispersionsflanke und der DCF-Dispersionsflanke;
- – preisgünstigen
Installationen der DCF, die keine Feinabstimmung der zu installierenden
DCF zulassen.
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In
allen diesen Fällen
ist die Verwendung eines dynamisch angepassten chromatischen Restdispersionskompensators
(RCDC) von Vorteil. Integrierte optische Schaltungen (z. B. Planar
Lightwave Circuit: PLC) bieten das Potenzial einer wirtschaftlichen Umsetzung
für die
Dispersionsabschwächung
durch die Möglichkeit,
zahlreiche Kompensatoren auf einem einzigen Chip zu realisieren.
Die Anwendung eines thermooptisch abstimmbaren RCDC wurde in den
letzten Jahren demonstriert, siehe K. Takiguchi, K. Okamoto, K.
Moriwaki; J. Lightwave Technol. Vol. 14, Nr. 9, 1996, S. 2003-2011.
Eine typische kaskadierte Mach-Zehnder-Interferometerstruktur ist
in 1 im Kästchen
mit der Referenznummer 1 dargestellt.
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Diese
Strukturen müssen
auf die tatsächliche
Dispersion abgestimmt werden und auch auf das zu übertragende
Frequenzspektrum. Zahlreiche Parameter müssen gleichzeitig angepasst
werden, z. B. die elektrisch abstimmbaren Phasenverschieber 6, 9, 12, 14, 18.
Dies birgt die Gefahr vieler relativer Optima in sich, die von einer
einzigen Abstimmungssteuerung, die lediglich das Ausgangssignal
verifiziert, kaum verarbeitet werden können.
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Entsprechend
der Erfindung werden optische „Zwischensignale" aus dem RCDC-Chip
abgenommen und für
die Abstimmung verwendet, nicht nur das Signal am Ausgangs-Port
des Chips. Mit diesen abgenommenen Signalen werden separate einfache
(preisgünstige)
Rückkopplungsschleifen
gebildet, um einen einzigen Phasenverschieber abzustimmen (hier
wird eine Maximum-Abstimmung
der durchschnittlichen optischen Leistung durchgeführt). Zahlreiche
lokale Maxima werden vermieden. Für die spezifische Struktur
eines nachfolgend dargestellten adaptiven RCDC haben wir:
Phasenverschieber 6, 12, 18 werden
separat abgestimmt auf das Maximum der durchschnittlichen optischen
Leistung, die durch einen einfachen Dithering-Algorithmus mit langsamer
(und dadurch preisgünstiger)
Elektronik und Fotodioden erzielt werden kann.
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Phasenverschieber 9, 14 werden
parallel abgestimmt, um eine angemessene Dispersion zu erzielen.
Dies erfolgt durch Beobachtung des kompensierten Signals am Ausgang
des RCDC und die Maximierung seiner am Rückkopplungssignal gemessenen
Qualität.
Dies kann auch über
einen in der Abstimmungssteuerung implementierten Dithering-Algorithmus
erfolgen. Bei dem Rückkopplungssignal kann
es sich um einen Monitor mit elektronischem Auge, einen FEC-Fehlerzähler, eine
Spektrallinie des erkannten Signals etc. handeln. Die meisten aus
der PMD (Polarisationsmodus-Dispersion) bereits bekannten Rückkopplungssignale
können
verwendet werden.
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Kurzbeschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Der
in 1 dargestellte inventive integrierte chromatische
Dispersionskompensator umfasst eine im Kästchen mit der Nummer 1 eingeschlossene
kaskadierte Mach-Zehnder- Interferometerstruktur. Mach-Zehnder-Interferometerstrukturen
sind an sich gemäß dem Stand
der Technik bekannt.
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Der
inventive ICDC umfasst des Weiteren eine im Kästchen mit der Referenznummer 2 eingeschlossene
Struktur zur Phasensperre an Kanal-Wellenlängen.
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Die
Mach-Zehnder-Interferometerstruktur 1 ist ein Beispiel
einer Gitterfilterstruktur. Gitterfilterstrukturen umfassen im Allgemeinen
zwei parallele Wellenleiter, die abwechselnd unterbrochen werden von
parallelen optischen Vorrichtungen in jedem Wellenleiter (z. B.
Phasenverschiebern oder Verzögerungsschleifen)
und Überkreuzungspunkten,
an denen die Wellenleiter Kopplereffekte erfahren.
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In
dem in 1 dargestellten Beispiel wird das Eingangssignal
in den oberen Eingangs-Port 3a eines ersten 3-dB-Kopplers 3 eingespeist.
Der erste 3-dB-Koppler 3 und ein zweiter 3-dB-Koppler 4 bilden zusammen
mit einer Verzögerungsleitung 5 der
Verzögerungszeit τ und einem
Phasenverschieber 6, der eine Phasenverschiebung von ΔΦ1 erzeugt,
einen Mach-Zehnder-Interferometer. Ein Signalausgang des zweiten
3-dB-Kopplers 4 (oder des nachfolgenden Wellenleiterarms)
wird mit einer Abnahmevorrichtung 7 abgenommen, die die
Signalmerkmale in eine Rückkopplungsschleife 8 meldet.
Innerhalb der Rückkopplungsschleife 8 werden
Anpassungsparameter für
den Phasenverschieber 6 erzeugt, um das von der Abnahmevorrichtung 7 abgenommene
Signal zu optimieren.
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Im
Anschluss an den 3-dB-Koppler 4 ist ein Phasenverschieber 9 im
oberen Wellenleiterarm angebracht. Dieser Phasenverschieber 9 wird
nicht über
eine Rückkopplungsschleife
der Struktur für
die Phasensperre 2 gesteuert.
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Im
dargestellten Beispiel umfasst der mittlere Bereich des ICDC weitere
3-dB-Koppler 10, 13, 16, einen Phasenverschieber 12 parallel
zu einer Verzögerungsleitung 11 und
gesteuert von einer Rückkopplungsschleife 15 sowie
einen Phasenverschieber 14, der nicht über eine Rückkopplungsschleife gesteuert
wird.
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Die
letzte Stufe des ICDC umfasst einen Phasenverschieber 18 parallel
zu einer Verzögerungsleitung 17 und
einen 3-dB-Koppler 19.
Der obere Ausgang 21 des Kopplers 19 liefert das
Ausgangssignal der Gitterfilterstruktur, d. h. des ICDC. Der obere
Ausgang 21 wird mit einer weiteren Abnahmevorrichtung 20a abgenommen,
um der zusätzlichen Rückkopplungsschleife 20 die
für die
Steuerung des Phasenverschiebers 18 erforderlichen Daten
bereitzustellen.
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Der
obere Ausgang 21 wird außerdem von einer Qualitätssignalleitung 22 abgenommen,
um einen Qualitätsanalysator 23 mit
den erforderlichen Signalinformationen zu versorgen. Die Ergebnisse
der Qualitätsanalyse
werden der zusätzlichen
Abstimmungs-Steuervorrichtung 24 bereitgestellt
zum Erzeugen der Steuerparameter für die Phasenverschieber 9 und 14.
Diese Betriebsparameter können
für die
Abstimmung des ICDC auf die tatsächliche
Dispersion 25 des Eingangssignals der Gitterfilterstruktur
verwendet werden. Bevorzugt werden die Phasenverschieber 9, 14 parallel
abgestimmt, um die Abstimmung so wenig komplex wie möglich zu
halten. Eine einfache Abstimmung 25 kann durch ein Dithering
der Betriebsparameter und die Analyse der Auswirkungen auf die im
Qualitätsanalysator 23 analysierten
Qualitätsparameter
durchgeführt
werden.
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In 2 wird
ein einfaches und inventives Verfahren zur Steuerung der Phasenverschieber 9, 14,
die nicht über Rückkopplungsschleifen
gesteuert werden, dargestellt. Das Eingangssignal 26 der
Gitterfilterstruktur wird mit Leitung 27 abgenommen. Die Abnahmeposition
kann auch am oberen Eingangs-Port 3a angeordnet
sein. Ein Dispersionsanalysator 28 ermittelt den Grad der
Dispersion, in dem das Eingangssignal 26 verfälscht wurde,
und liefert diese Information an die Zusatz-Steuervorrichtung 29.
Die Zusatz-Steuervorrichtung 29 liefert
Parameter zur Abstimmung der tatsächlichen Dispersion 30 des
Eingangssignals 26 an die Phasenverschieber 9, 14.
Diese Parameter können
durch Auslesen einer in der Zusatz-Steuervorrichtung 29 enthaltenen
Tabelle abgerufen werden, die die günstigsten Werte für die Betriebsparameter
der Phasenverschieber 9, 14 zur Kompensation der
vorherrschenden Dispersion des Eingangssignals 26 auflistet.
Im einfachsten Fall werden die Phasenverschieber 9, 14 parallel
abgestimmt. Das Auslesen einer Tabelle in der Zusatz-Steuervorrichtung
ist wesentlich einfacher und schneller als die Durchführung von
Dithering-Algorithmen in der Ausführungsform von 1.