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Die
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Wellenlängenwandler
für binäre optische Signale.
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Derartige
Wellenlängenwandler
sind zum Beispiel aus dem US-Patent 5.978.129 bekannt. Der dort
offenbarte Wellenlängenwandler
umfasst eine Interferometerstruktur, insbesondere ein Mach-Zehnder-Interferometer.
Ein solches Interferometer umfasst im Wesentlichen eine parallele
Verbindung eines ersten und eines zweiten optischen Halbleiterverstärkers "SOA" (für "Semiconductor Optical
Amplifier") zwischen
seinem Eingang für
ein lokales Signal und seinem Ausgang. Das Interferometer dient zur
Erzeugung des Ausgangssignals, indem das empfangene lokale Signal
gemäß der Modulation
eines weiterhin empfangenen ersten Eingangssignals moduliert wird.
Dies wird erreicht, indem das erste Eingangssignal an den ersten
oder den zweiten SOA geliefert wird. Genauer gesagt, entspricht
die Modulation des ersten Eingangssignals einer Leistungsmodulation.
Wenn eine solche Leistungsmodulation an einen der SOAs geliefert
wird, wird dessen Verstärkung
als Reaktion auf die Modulation der Leistung des Eingangssignals
moduliert. Weil eine lineare Beziehung zwischen der Verstärkung und
der Phase eines solchen SOA besteht, ändert sich die Phase des SOA
ebenfalls als Reaktion auf die Modulation der Eingangsleistung.
Gleichzeitig mit der Änderung der
Phase eines SOA ändert
sich die Beziehung der Phasen zwischen den zwei SOAs in der Weise,
dass die Phasendifferenz zwischen den beiden SOAs ungefähr 180° beträgt.
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Auf
diese Weise wird ein Ausgangssignals der Interferometerstruktur
erzeugt, indem das empfangene lokale Signal gemäß der Modulation des weiterhin
empfangenen ersten Eingangssignals moduliert wird. Der bekannte
Wellenlängenwandler
umfasst ferner eine erste Vorverstärkervorrichtung zum Verstärken des
ersten Eingangssignals, bevor es in die Interferometerstruktur eingespeist
wird. Schließlich
umfasst der Wellenlängenwandler
eine Regelungsvorrichtung zum Regeln der Verstärkung der Vorverstärkervorrichtung
als Reaktion auf das Ausgangssignals in der Weise, dass das Auslöschungsverhältnis maximal
gehalten wird.
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Wenn
der Wellenlängenwandler
in der oben beschriebenen Form ausgeführt wird und insbesondere so,
dass die Interferometerstruktur nur ein Eingangssignal außer dem
lokalen Signal empfängt, wird
die Struktur in einem Standardmodus betrieben.
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Die
Interferometerstruktur kann jedoch auch in einem Differenzialmodus
mit höheren
Datenraten als im Standardmodus betrieben werden. Der Betrieb mit
höheren
Datenraten wird im Differentialmodus erreicht, indem ein zweites
Eingangssignal an den zweiten SOA des Interferometers geliefert
wird und indem die Modulation des zweiten Eingangssignals auch auf
das lokale Signal moduliert wird.
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Wie
aus dem US-Patent 5.978.129 bekannt ist, dient die Regelungsvorrichtung
des Wellenlängenwandlers
dazu, das Auslöschungsverhältnis des Ausgangssignals
maximal zu halten. Nun könnte man
daran denken, eine Kopie dieser gekannten Regelungsvorrichtung bereitzustellen,
um das zweite Signal zusätzlich
in derselben Weise zu regeln, um das Auslöschungsverhältnis des Wellenlängenwandlers
im Differentialmodus maximal zu halten. Dies funktioniert jedoch
nicht, weil die Polarisationsempfindlichkeit des ersten und des
zweiten SOA unterschiedlich ist und zu einem nicht zufriedenstellenden Betrieb
beider SOAs führt
und infolgedessen zu einem unerwünschten
Ausgangssignal, das nicht ein maximales Auslöschungsverhältnis aufweist.
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Im
Besonderen bezieht sich die Erfindung auf einen Wellenlängenwandler
gemäß dem Einleitungssatz
von Anspruch 1. Ebenso bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren
zum Betreiben eines Wellenlängenwandlers
gemäß dem Einleitungssatz von
Anspruch 7.
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Eine
solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind aus EP-A 1 280
289 bekannt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik besteht das Ziel der Erfindung darin,
die Regelung der Interferometerstruktur eines bekannten Wellenlängenwandlers
so zu verbessern, dass ein zufriedenstellender Betrieb der SOAs
des Interferometers selbst dann erreicht wird, wenn die Interferometerstruktur
in einem Differentialmodus betrieben wird.
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Dieses
Ziel wird durch den Wellenlängenwandler
von Anspruch 1 erreicht. Im Besonderen wird dieses Ziel durch einen
Wellenlängenwandler
für binäre optische Signale
erreicht, umfassend: eine Interferometerstruktur, insbesondere ein
Mach-Zehnder-Interferometer,
zum Erzeugen eines Ausgangssignals, indem ein empfangenes lokales
Signal gemäß der Modulation
eines weiterhin empfangenen ersten Eingangssignals moduliert wird;
eine
erste Vorverstärkervorrichtung
zum Verstärken des
ersten Eingangssignals, bevor es in die Interferometerstruktur eingespeist
wird; eine erste Regelungsvorrichtung zum Erzeugen eines ersten
Rückkopplungssignals
zur Regelung der Verstärkung
des ersten Vorverstärkers
als Reaktion auf ein erstes Fehlersignal, das vom Ausgangssignal
abgeleitet wird und das der Steigung der Übertragungsfunktion der Interferometerstruktur
für das
erste Eingangssignal entspricht, wobei der Wellenlängenwandler
dadurch gekennzeichnet ist, dass die Interferometerstruktur in einem
Differentialmodus betrieben wird, in dem das lokale Signal zusätzlich gemäß der Modulation
eines empfangenen zweiten Eingangssignals moduliert wird, wobei
eine zweite Vorverstärkervorrichtung
bereitgestellt wird, um das zweite Eingangssignal zu verstärken, bevor
es in die Interferometerstruktur eingespeist wird; wobei eine zweite
Regelungsvorrichtung bereitgestellt wird, um ein zweites Rückkopplungssignal
zur Regelung der Verstärkung der
zweiten Vorverstärkervorrichtung
als Reaktion auf ein zweites Fehlersignal zu regeln, das vom Ausgangssignal
abgeleitet wird und das der Steigung der Übertragungsfunktion der Interferometerstruktur
für das
zweite Eingangssignal entspricht; hierbei sind die erste und die
zweite Regelungsvorrichtung so miteinander verbunden, dass die Verstärkung von
jeweils dem ersten und dem zweiten Vorverstärker unter Berücksichtigung
sowohl des ersten als auch des zweiten Fehlersignals geregelt wird.
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Aufgrund
der beanspruchten Verbindung zwischen der ersten und der zweiten
Regelungsvorrichtung erfolgt die Regelung des ersten und des zweiten
Eingangssignals nicht unabhängig
voneinander, sondern unter Berücksichtigung
sowohl des ersten als auch des zweiten Fehlersignals. Diese gegenseitige
Verbindung führt
zu einem zufriedenstellenden Betrieb der Interferometerstruktur
im Differentialmodus, d.h. bei einem Betrieb mit hohen Datenraten; insbesondere
das Ausgangssignal des Interferometers weist ein zufriedenstellendes
maximales Auslöschungsverhältnis auf.
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Im
Differentialmodus sind das erste und das zweite Eingangssignal vorzugsweise
in Bezug zueinander verzögert.
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Die
Interferometerstruktur umfasst eine parallele Verbindung eines ersten
und eines zweiten optischen Halbleiterverstärkers SOA. Vorteilhafterweise dient
die beanspruchte Verbindung zwischen der ersten und der zweiten
Regelungsvorrichtung des Wellenlängenwandlers
für einen
zufriedenstellenden Betrieb der SOAs und ermöglicht die Nutzung von SOAs von
niedriger Geschwindigkeit mit höheren
Bitraten in einer realistischen Systemkonfiguration und macht somit
den Weg frei zu wesentlichen Netzfunktionalitäten wie Wellenlängenwandlung
und Regeneration für
Datenraten > 10 GBit/s.
Bevorzugte Ausführungsformen
des beanspruchten Wellenlängenwandlers und
insbesondere der Verbindung zwischen der ersten und der zweiten
Regelungsvorrichtung werden in den abhängigen Ansprüchen bereitgestellt.
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Das
obige Ziel wird weiterhin durch das beanspruchte Verfahren gelöst. Die
Vorteile dieses Verfahrens entsprechen den oben für den beanspruchten
Wellenlängenwandler
genannten Vorteilen.
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Begleitend
zu der Beschreibung gibt es 4 Figuren, auf denen
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1 einen
Wellenlängenwandler
darstellt, der eine in einem Differentialmodus betriebene Interferometerstruktur
aufweist;
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2 die
Interferometerstruktur weiter ins Detail gehend darstellt;
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3 die
Ausführungsform
der Regelungsvorrichtung des Wellenlängenwandlers gemäß der Erfindung
darstellt; und
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4 die Übertragungsfunktion
einer Interferometerstruktur darstellt.
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Nachfolgend
werden die Ausführungsformen der
Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die oben genannten Figuren
beschrieben.
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1 stellt
einen Wellenlängenwandler 100 gemäß der Erfindung
zur Verarbeitung binärer
optischer Signale dar. Er umfasst eine Interferometerstruktur 110,
insbesondere ein Mach-Zehnder-Interferometer. Diese Interferometerstruktur 110 umfasst drei
Eingangskanäle
p1, p2, p3 und einen Ausgangskanal p4. Der zweite Eingangskanal
p2 ist mit dem Ausgangskanal p4 über
eine parallele Verbindung eines ersten und eines zweiten optischen
Halbleiterverstärkers
SOA 112-1 und 112-2 verbunden. An dem zweiten
Eingangskanal p2 empfängt
die Interferometerstruktur 110 ein lokales Signal LS. An
ihrem ersten Eingangskanal p1 empfängt die Interferometerstruktur 110 ein
erstes Eingangssignal IS1, das an den ersten SOA 112-1 weitergeleitet
wird. Wenn die Interferometerstruktur in einem Standardmodus betrieben
wird, empfängt
sie typischerweise kein Eingangssignal an ihrem dritten Kanal p3.
Wenn sie jedoch in einem Differentialmodus betrieben wird, empfängt die
Interferometerstruktur 110 ein zweites Eingangssignal IS2
an ihrem dritten Eingangskanal p3.
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2 stellt
die Interferometerstruktur 110 im Betrieb im Differentialmodus
weiter ins Detail gehend dar. Identischen Komponenten und Signalen
werden in den 1 und 2 dieselben
Bezugsziffern zugewiesen. 2 stellt
eine spezifische Ausführungsform
der Verbindung von Signalen mit der Interferometerstruktur 110 beim
Betrieb im Differentialmodus dar. Genauer gesagt, sind das erste
und das zweite Eingangssignal bis auf die Verzögerung identisch. Diese Verzögerung ist
in 2 durch eine Schleife τ angegeben. Wenn das Interferometer 110 im
Differentialmodus betrieben wird, ist es in der Lage, mit höheren Bitraten
zu arbeiten als im Standardmodus und somit den Weg für wesentliche
Netzfunktionalitäten
wie Wellenlängenwandlung
und Regeneration für Datenraten > 10 GBit/s zu öffnen.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 1 kann man sehen, dass der Wellenlängenwandler 100 ferner
eine erste und eine zweite Vorverstärkervorrichtung 120-1, 120-2 umfasst,
um das erste bzw. das zweite Eingangssignal IS1, IS2 zu verstärken, bevor sie
in die Interferometerstruktur 110, insbesondere in den
ersten und zweiten SOA, eingespeist werden.
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Darüber hinaus
weist der Wellelängenwandler 110 eine
erste und eine zweite Regelungsvorrichtung 130-1, 130-2 auf,
die ein erstes und ein zweites Rückkopplungssignal
FBS1, FBS2 erzeugen, um die Verstärkung der ersten bzw. der zweiten
Vorverstärkervorrichtung 120-1, 120-2 zu
regeln. Zur Ausführung
dieses Regelungsvorgangs sind beide Regelungsvorrichtungen 130-1, 130-2 miteinander
verbunden, wie weiter unten ausführlicher
beschrieben werden wird und wie in Figur 1 durch den Pfeil IC angegeben.
Diese Querverbindung führt
vorteilhafterweise zu einer Maximierung des Auslösungsverhältnisses des Ausgangssignals.
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3 stellt
die Hardwarearchitektur der ersten und der zweiten Regelungsvorrichtung 130-1, 130-2 zur
Erzielung dieser Wirkung mit größerer Detailgenauigkeit
dar. Aus 3 ist ersichtlich, dass jede
der ersten und der zweiten Regelungsvorrichtungen eine Erkennungsvorrichtung,
im Besonderen eine phasenempfindliche Erkennungsvorrichtung 130-1-1, 130-2-1,
umfasst, um ein Fehlersignal e1, e2 zu erzeugen, das einen Fehler
repräsentiert,
welcher der Abweichung des einfallenden Mark-Pegels gegenüber dem
Minimum der Interferometer-Übertragungsfunktion
oder einem "0"-Pegel" des Ausgangssignals
von null entspricht. Genauer gesagt, entspricht das von der ersten
Regelungsvorrichtung erzeugte Fehlersignal e1 der Steigung der Übertragungsfunktion
der Interferometerstruktur 110 am Betriebspunkt des ersten
Eingangssignals, während das
zweite Fehlersignal e2 der Steigung der Übertragungsfunktion der Interferometerstruktur 110 am
Betriebspunkt des zweiten Eingangssignals entspricht. Um diese Fehler
im Ausgangssignal zu löschen
oder zu vermeiden, umfassen die erste und zweite Regelungsvorrichtung 130-, 130-2 ferner
eine erste und eine zweite Reglervorrichtung 130-1-5, 130-2-5,
um einen ersten bzw. einen zweiten Regelstrom ΔI1, ΔI2 zu erzeugen. Die erste und die zweite Regelungsvorrichtung
umfassen ferner eine erste und eine zweite Stromquelle 130-1,4, 130-2-4,
um einen ersten und einen zweiten statischen Strom I1, I2 bereitzustellen, sowie
einen ersten und einen zweiten lokalen Oszillator 130-2-2, 130-1-2,
um ein erstes und ein zweites lokale Schwingungssignal mit den lokalen
Frequenzen f1 bzw. f2 zu erzeugen. Diese lokalen Schwingungssignale
werden an die Erkennungsvorrichtungen 130-1-1, 130-2,1 geliefert,
was sie in die Lage versetzt, korrekt zu arbeiten.
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Schließlich weist
jede der ersten und zweiten Regelungsvorrichtungen 130-1, 130-2 erste
[und zweite] Addiereinrichtungen 130-1-3, 130-2-3 auf, um
die Rückkopplungssignale
zur Regelung der Verstärkung
des koordinierten ersten bzw. zweiten Vorverstärkers 120-1, 120-2 zu
erzeugen. Dieses erste und zweite Rückkopplungssignal werden von
den Addiereinrichtungen erzeugt, indem jeweils die ersten und zweiten
Regelströme ΔI1, ΔI2, die ersten und zweiten statischen Ströme I1, I2
und die Schwingungssignale LOS1, LOS2 addiert werden.
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Wie
oben erwähnt,
sind die beschriebenen Regelungsvorrichtungen 130-1, 130-2 so
ausgeführt, dass
das Auslöschungsverhältnis des
Ausgangssignals maximiert wird. Die Art und Weise, wie dies erreicht
wird, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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4 zeigt
die Übertragungsfunktion
der Interferometerstruktur. Diese Übertragungsfunktion stellt
die Leistung des Ausgangssignals von diesem Interferometer Pout über
der Leistung des Eingangssignals Pin dar.
Aus 4 kann entnommen werden, dass diese Übertragungsfunktion
ein Minimum hat. Zum Verständnis
von 4 muss berücksichtigt
werden, dass die Leistung eines Binärsignals durch die Leistung
seiner Mark-Pegel, "1", dargestellt wird, während seine
Space-Pegel, "0", keine Leistung übertragen.
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Das
Interferometer arbeitet als Inverter. Daher ist es für einen
korrekten Betrieb des Wellenlängenwandlers
wichtig, die Leistung des Mark-Pegels der ankommenden Daten des
Eingangssignals IS auf dem Minimum der Übertragungsfunktion zu halten. Nur
in diesem Fall wird ein Mark-Pegel des Eingangssignals in einen
Space-Pegel umgewandelt, der eine minimale Leistung im Ausgangssignal
aufweist. In diesem Fall ist eine ordnungsgemäße Erkennung des entsprechenden
Pegels im Ausgangssignal möglich.
Jede Abweichung des ankommenden Mark-Pegels vom Minimum der Übertragungsfunktion
in 4 führt
zu einem nicht zufriedenstellenden Betrieb des SOA. Diese Abweichung
würde zu
einem Betriebspunkt führen,
der einer positiven oder einer negativen Steigung bei der Übertragungsfunktion entspräche. Ein
Betriebspunkt mit einer positiven Steigung ist durch den senkrechten
Pfeil auf der rechten Seite des Minimums dargestellt, und ein Betriebspunkt
mit einer negativen Steigung ist durch den senkrechten Pfeil auf
der linken Seite des Mark-Pegels "1" in 4 dargestellt.
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Infolgedessen
sind die erste und die zweite Regelungsvorrichtung 130-1, 130-2 so
ausgeführt, dass
der Mark-Pegel der ankommenden Daten auf dem Minimum der Übertragungsfunktion
gehalten wird. Um dies zu erreichen, sind die Erkennungsvorrichtungen 130-1-1, 130-2,1 so
ausgeführt,
dass sie die Ist-Steigung der Leistung eines Space-Mark-Pegels "0" des Ausgangssignals erkennen und ein
entsprechendes Fehlersignal erzeugen. Schließlich werden die Rückkopplungssignale
von der Regelungsvorrichtung erzeugt, um die koordinierten Vorverstärker so
zu regeln, dass der Betriebspunkt der Mark-Pegel der ankommenden
Daten auf ein Minimum der Übertragungsfunktion
zurückgeführt wird. Dies
entspricht einem Maximum des Auslöschungsverhältnisses des Ausgangssignals.
Insbesondere wenn eine positive Steigung erkannt wird, wird das Rückkopplungssignal
so ausgeführt,
dass die Leistung oder den Strom des koordinierten Eingangssignals
verringert wird oder umgekehrt. Wenn das Interferometer jedoch in
einem Differentialmodus betrieben wird, ist es wichtig, dass bei
der Erzeugung dieser Rückkopplungssignale
nicht nur das Fehlersignal der koordinierten Erkennungsvorrichtung
berücksichtigt
wird, sondern auch das der anderen Erkennungsvorrichtung. Insbesondere
darf das erzeugte Rückkopplungssignal
nicht nur unter Berücksichtigung des
von der ersten Erkennungsvorrichtung 130-1-2 erzeugten
Fehlersignals e1 erzeugt werden, sondern auch [unter Berücksichtigung]
des Fehlersignals e2, das von der zweiten Erkennungsvorrichtung 130-2-1 der
zweiten Regelungsvorrichtung 130-2 erzeugt wird. Analog
dazu muss der Rückkopplungssignalausgang
von der zweiten Regelungsvorrichtung 130-2 auch unter Berücksichtigung
der beiden Fehlersignale e1 und e2 erzeugt werden.
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Diese
Verbindung zwischen der ersten und zweiten Regelungsvorrichtung 130-1, 130-2 wird
in der Reglervorrichtung 130-1-5, 130-2-5 hergestellt. Jede
dieser Reglervorrichtungen umfasst eine erste Regeleinheit C1 zum
Erzeugen einer ersten Komponente des Regelstroms ΔI mit dem
Ziel, den Fehler zu löschen,
der durch das erste Fehlersignal e1 repräsentiert wird, welches von
der Erkennungsvorrichtung 130-1-1 der ersten Regelungsvorrichtung 130-1 ausgegeben
wird. Die Reglervorrichtung umfasst ferner eine zweite Regeleinheit
C2 zum Erzeugen einer zweiten Komponente des Regelstroms ΔI mit dem Ziel,
den Fehler zu löschen,
der durch das zweite Fehlersignal e2 repräsentierten wird, welches von der
Erkennungsvorrichtung 130-2-1 der zweiten Regelungsvorrichtung 130-2 ausgegeben
wird. Schließlich
umfasst jede Reglervorrichtung 130-1-5, 130-2-5 eine
Addiereinheit C3 zum Erzeugen des Regelstroms ΔI1, ΔI2, indem dessen erste und dessen zweite Komponente
zusammenaddiert werden. Die erste und die zweite Regeleinheit C1,
C2 können
als Proportional- (P-) oder als Proportional-/Integral- (P/I-) Regler
ausgeführt
sein.