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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine mit einer Mehrfrequenz-Laserlichtquelle
modensynchronisierte Fabry-Perot-Laservorrichtung, die in der Lage ist,
eine kostengünstige
Lichtquelle für
optische Übertragungen
auf Wellenlängen-Multiplex-Basis (Wavelength
Division Multiplexing – WDM)
ohne einen teuren externen Modulator zu implementieren, sowie eine
optische Übertragungsleitungs-Vorrichtung,
die die mit der Mehrfrequenz-Laserlichtquelle modensynchronisierte
Fabry-Perot-Laservorrichtung nutzt.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Auf
die herkömmliche
Art stellt ein passives optisches Netz (PON) auf Wellenlängen-Multiplex-Basis Höchstgeschwindigkeits-Breitband-Kommunikationsdienste
bereit und nutzt dazu eine jedem Teilnehmer zugewiesene, spezifische
Wellenlänge. Demgemäß kann die
Kommunikationssicherheit sichergestellt werden, und ein spezifischer
Kommunikationsdienst oder eine Erweiterung der von dem Teilnehmer
benötigten
Kommunikationskapazität kann
leicht eingerichtet werden. Darüber
hinaus kann einem neuen Teilnehmer eine spezifische Wellenlänge zugewiesen
werden, und somit kann die Anzahl der Teilnehmer erhöht werden.
Trotz der oben beschriebenen Vorteile sind die Teilnehmerkosten
zu hoch, da ein Hauptamt (Central Office – CO) sowie jeder Teilnehmerstandort
eine Lichtquelle für
eine spezifische Wellenlänge
sowie eine zusätzliche
Wellenlängen-Stabilisierungsschaltung
zum Stabilisieren einer Wellenlänge
der Lichtquelle benötigen.
Aus diesem Grund ist das PON auf Wellenlängen-Multiplex-Basis nicht
kommerzialisiert. Zum Implementieren des PON auf Wellenlängen-Multiplex-Basis
ist die Entwicklung einer kosteneffizienten Lichtquelle auf Wellenlängen-Multiplex-Basis
erforderlich.
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Es
wurden ein PON auf Wellenlängen-Multiplex-Basis,
das ein verteiltes Rückkopplungs-(Distributed
FeedBack – DFB)
Laserarray nutzt, ein Multi-Frequenz-Laser (MFL), eine Lichtquelle
mit geteiltem Spektrum (spectrum-sliced) sowie ein Fabry-Perot (FB)-Laser
vorgeschlagen, der mit inkohärentem Licht
als der Lichtquelle auf Wellenlängen-Multiplex-Basis
modensynchronisiert wurde. Die Verfahren zum Herstellen des DFB-Laserarrays
sowie des MFL sind jedoch kompliziert, und sowohl der DFB-Laserarray als auch
der MFL für
eine Präzisions-Wellenlängen-Selektivität und Wellenlängenstabilisierung
der Lichtquelle auf Wellenlängen-Multiplex-Basis
sind teure Vorrichtungen.
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Eine
aktiv erforschte Lichtquelle mit geteiltem Spektrum kann die erhöhte Anzahl
der Wellenlängenkanäle dadurch
bereitstellen, dass das Spektrum optischer Signale mit großer Bandbreite
mit einem optischen Filter oder einem Waveguide-Grating-Router (WGR)
geteilt wird. Somit werden eine Lichtquelle für eine spezifische Wellenlänge sowie Geräte für die Wellenlängen-Stabilisierung
nicht mehr benötigt.
Es wurden eine Licht emittierende Diode (LED), eine Superlumineszenzdiode
(SLD), ein FP-Laser, eine Faserverstärker-Lichtquelle, eine Ultrakurz-Puls-Lichtquelle
und dergleichen als Lichtquellen auf Wellenlängen-Multiplex-Basis vorgeschlagen.
Die als die Lichtquellen auf Wellenlängen-Multiplex-Basis vorgeschlagenen
LED und SLD stellen eine sehr große optische Bandbreite zur
Verfügung
und sind kostengünstig.
Da jedoch sowohl die LED als auch die SLD eine relativ schmalere
Modulationsbandbreite und eine relativ geringere Ausgangsleistung
bereitstellen, sind sie als Lichtquellen für Upstream-Signale geeignet,
die mit einer geringeren Rate als Downstream-Signale moduliert werden. Der
FP-Laser ist eine kostengünstige
Vorrichtung mit hoher Leistung, er kann jedoch die erhöhte Anzahl von
Wellenlängen-Kanälen auf
Grund der schmalen Bandbreite des FP-Lasers nicht bereitstellen.
Wird darüber
hinaus das von dem FP-Laser ausgegebene Signal mit geteiltem Spektrum
moduliert, besteht ein Problem darin, dass sich die Leistungsfähigkeit
verschlechtert, da in den Modenpartitionen Rauschen auftritt. Die
Ultrakurz-Puls-Lichtquelle
besitzt ein sehr breites Spektralband und Kohärenz, sie hat jedoch eine geringere
Stabilität
und ihre Pulsbreite beträgt lediglich
mehrere Picosekunden. Es ist somit schwierig, das Mikrowellenpuls-Licht
zu implementieren.
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Eine
faserverstärkte
Lichtquelle mit geteiltem Spektrum wurde vorgeschlagen, die in der
Lage ist, anstelle der oben beschriebenen Lichtquellen das Spektrum
des Lichtes ver stärkter
Spontanemissionen (ASE) zu teilen, das durch einen optischen Faserverstärker erzeugt
wurde, und die erhöhte
Anzahl von Wellenlängen-Kanälen mit
hoher Leistung bereitzustellen. Die Lichtquelle mit geteiltem Spektrum
erfordert jedoch einen teuren externen Modulator wie beispielsweise
einen LiNbO3-Modulator, so dass die jeweiligen
Kanäle
verschiedene Daten übertragen.
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Der
mit inkohärentem
Licht modensynchronisierte FP-Laser wird zum Senden modensynchronisierter
Signale genutzt, die ausgegeben werden, indem Signale mit geteiltem
Spektrum ohne Trenner in den FP-Laser eingespeist werden, nachdem
das Spektrum des optischen Signals mit großer Bandbreite, das von der
inkohärenten
Lichtquelle wie beispielsweise der LED oder der Faserverstärker-Lichtquelle
erzeugt wurde, mit dem optischen Filter oder dem WGR geteilt wurde.
Werden die Signale mit geteiltem Spektrum mit einer vorgegebenen
oder höheren
Ausgangsleistung in den FP-Laser eingespeist, erzeugt und sendet
der FP-Laser nur Signale mit einer Wellenlänge, die gleich einer Wellenlänge der eingespeisten
Signale mit geteiltem Spektrum ist. Der mit inkohärentem Licht
modensynchronisierte FP-Laser moduliert FP-Laserlicht direkt auf
einer Datensignalbasis, wodurch eine kosteneffiziente Datenübertragung
durchgeführt
wird. Um jedoch die für eine
Langstreckenübertragung
mit Hochgeschwindigkeit geeigneten modensynchronisierten Signale auszugeben,
muss das in den FP-Laser eingespeiste Signal mit geteiltem Spektrum
aus optischen Signalen mit hoher Leistung und einer großen Bandbreite bestehen.
Wird darüber
hinaus das inkohärente
Licht mit einer Bandbreite, die größer ist als ein Modenintervall
von Ausgangssignalen des FP-Lasers, zum Senden von Hochgeschwindigkeitsdaten
eingespeist, besitzen die Ausgangssignale des modensynchronisierten
FP-Lasers Signale mit einer Vielzahl von Wellenlängen, die basierend auf den
Modenintervallen verteilt sind. In diesem Fall kann eine Langstreckenübertragung
wegen der Auswirkungen der Streuung einer optischen Faser nicht
implementiert werden.
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In
dem Patent US 2001/0004290 A1 wird eine Lichtquelle für ein optisches Übertragungssystem
auf Basis von Wellenlängen-Multiplex
offenbart, wobei eine einzelne inkohärente Breitband-Lichtquelle
genutzt wird. Das inkohärente
Breitband-Licht wird durch einen optischen Zirkulator zu einem Demultiplexer
gesendet. Der Demultiplexer empfängt
und teilt das kohärente
Breitband-Licht. Anschließend
wird das geteilte inkohärente
Schmalband-Licht mit verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig in eine Vielzahl
von FP-Lasern eingespeist. Die Ausgänge der FP-Laser werden von
dem Demultiplexer Multiplexen unterzogen und durch den optischen
Zirkulator ausgegeben. Die Breitband-Lichtquelle kann beispielsweise ein
zweistufiger, Erbium-dotierter Faserverstärker sein, der verstärktes Spontanemissionslicht erzeugt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Daher
betrifft die vorliegende Erfindung eine Fabry-Perot-Laservorrichtung,
die mit einer Mehrfrequenz-Laserlichtquelle modensynchronisiert
ist, die in der Lage ist, eine kosteneffiziente Lichtquelle zur Verwendung
für optische Übertragungen
auf Wellenlängen-Multiplex-Basis ohne
teuren externen Modulator zu implementieren.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine optische Übertragungsvorrichtung
auf Wellenlängen-Multiplex-Basis,
die einen Fabry-Perot-Laser nutzt, der mit einer Mehrfrequenz-Laserlichtquelle
modensynchronisiert ist.
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine FP-Laservorrichtung
bereitgestellt, die mit einer Mehrfrequenz-Laserlichtquelle als
einer Lichtquelle für
optische Übertragungen
auf Wellenlängen-Multiplex-Basis
modensynchronisiert ist und die umfasst: einen optischen Verstärker zum
Verstärken
eingegebener optischer Signale; eine Laserlichtquelle zum Durchführen von Wellenlängen-Demultiplexen für einen
Teil der eingegebenen optischen Signale, zum Multiplexen der Demultiplexen
unterzogenen optischen Signale, zum erneuten Senden der Multiplexen
unterzogenen optischen Signale, zum Durchführen von Wellenlängen-Demultiplexen
für den
verbleibenden Teil des verstärkten
optischen Signals, und zum Ausgeben der Signale, die mit den Demultiplexen
unterzogenen Signalen modensynchronisiert sind; und einen ersten Zirkulator
zum Eingeben des verbleibenden Teils der verstärkten optischen Signale in
die Laserlichtquelle und zum Ausgeben optischer Signale, die mit
der von der Laserlichtquelle ausgegebenen Mehrfrequenz-Laserlichtquelle
modensynchronisiert sind, an eine optische Übertragungsstrecke.
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In Übereinstimmung
mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine optische Übertragungsvorrichtung
zum Senden von Upstream- und Downstream-Signalen eines PON bereitgestellt,
in dem ein Hauptamt, ein entfernter Knoten und eine Vielzahl von
Teilnehmereinrichtungen über
eine Übertragungs-Lichtleitfaser
miteinander verbunden sind. Das Hauptamt umfasst eine Lichtquelle,
die wenigstens einen FP-Laser besitzt, der eine erste Vielzahl optischer
Signale, die mit einem Mehrfrequenz-Laserlicht modensynchronisiert
und auf Basis von Downstream-Daten direkt moduliert sind, zum Senden
ausgibt, einen mit der Lichtquelle verbundenen Zirkulator, der die
erste Vielzahl von mit dem Mehrfrequenz-Laserlicht modensynchronisierten
und direkt modulierten Ausgangssignalen in Downstream-Richtung sendet
und eine zweite Vielzahl optischer Signale zum Senden in Upstream-Richtung
von dem entfernten Knoten zu der Übertragungs-Lichtleitfaser
ausgibt, eine Vielzahl von optischen Empfängern der Upstream-Seite, die die in
Upstream-Richtung gesendete zweite Vielzahl optischer Signale empfangen,
eine Vielzahl von ersten Wellenlängen-Multiplexern/Demultiplexern,
die ein Eingangs-/Ausgangssignal des FP-Lasers und Upstream-Kanäle, die
in die optischen Empfänger der
Upstream-Seite eingegeben wurden, multiplexen/demultiplexen, eine
Pumplichtquelle, die Pumplicht einer vorgegebenen Wellenlänge ausgibt, um
die Mehrfrequenz-Laserlichtquelle der Upstream-Seite anzusteuern,
und einen zweiten und dritten Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer,
die beide Multiplexen/Demultiplexen der in Upstream/Downstream-Richtung
gesendeten Signale sowie eines Pumpsignals durchführen. Der
entfernte Knoten umfasst eine Mehrfrequenz-Laserlichtquelle, die
einen NxN-Waveguide-Grating-Router besitzt, der die gesendeten,
Multiplexen unterzogenen Downstream-Signale sowie das Mehrfrequenz-Laserlicht
Demultiplexen unterzieht und Multiplexen optischer Signale durchführt, die
von den Teilnehmereinrichtungen gesendet wurden, und einen vierten und
fünften
Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer, die
beide Multiplexen/Demultiplexen der in Upstream/Downstream-Richtung
gesendeten Signale sowie des Pumpsignals durchführen.. Die Teilnehmereinrichtungen
umfassen jeweils einen FP-Laser, der die von dem entfernten Knoten
gesendeten optischen Signale empfängt und direkt modulierte,
modensynchronisierte Signale auf Basis von in Upstream-Richtung
gesendeten Daten ausgibt, einen optischen Empfänger der Downstream-Seite, der
Demultiplexen unterzogene und durch den entfernten Knoten gesendete
Downstream-Kanal-Signale empfängt,
sowie einen sechsten Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer,
der Multiplexen/Demultiplexen von Eingangs-/Ausgangssignalen des FP-Lasers sowie
von Downstream-Kanälen
durchführt,
die in den optischen Empfänger
der Downstream-Seite eingegeben werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
oben genannten Eigenschaften und weitere Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden, ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang
mit den beigefügten
Zeichnungen ersichtlich:
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In 1 wird
eine Konfiguration einer mit einer Mehrfrequenz-Laserlichtquelle
modensynchronisierten Fabry-Perot (FP)-Laservorrichtung in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt;
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In
den 2A bis 2C wird
ein Modensynchronisierungsphänomen
eines FP-Lasers
dargestellt;
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In 3 wird
eine Konfiguration einer mit einer Mehrfrequenz-Laserlichtquelle
modensynchronisierten FP-Laservorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt;
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In 4 wird
eine Konfiguration einer optischen Übertragungsvorrichtung dargestellt,
die die mit einer Mehrfrequenz-Laserlichtquelle modensynchronisierte
FP-Laservorrichtung
in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nutzt;
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In 5 werden
Bandpass-Eigenschaften eines ersten Bandpassfilters und eines zweiten Bandpassfilters
dargestellt, die in 4 dargestellt werden;
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In
den 6A und 6B werden
Bandpass-Eigenschaften von Wellenlängen-Multiplexern/Demultiplexern dargestellt,
die in der optischen Übertragungsvorrichtung
in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung genutzt werden; und
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In 7 wird
eine Konfiguration einer optischen Übertragungsvorrichtung in Übereinstimmung mit
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 wird
eine Konfiguration einer mit einer Mehrfrequenz-Laserlichtquelle
modensynchronisierten FP-Laservorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die mit der Mehrfrequenz-Laserlichtquelle
modensynchronisierte FP-Laservorrichtung führt eine Funktion des Ausgebens
von Wellenlängen-Multiplexen
unterzogenen optischen Signalen an eine optische Übertragungsstrecke 500 durch und
umfasst einen optischen Signalverstärker 100, eine Laserlichtquelle 200,
einen ersten optischen Zirkulator 300 sowie einen ersten
Teiler 400.
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Der
optische Signalverstärker 100 verstärkt zirkulierte
optische Signale und umfasst eine Pumplichtquelle 101,
einen zweiten Teiler 102, erste und zweite verstärkende Fasern 103 und 106,
einen zweiten Zirkulator 104 sowie ein Bandpassfilter (BPF) 105.
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Die
Pumplichtquelle 101 gibt eine vorgegebene Wellenlänge von
Pumplicht zum Pumpen der ersten und zweiten verstärkenden
Fasern 103 und 106 aus und nutzt in einer bevorzugten
Ausführungsform
eine Laserdiode.
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Der
zweite Teiler 102 teilt das Pumplicht teilweise und koppelt
das teilweise geteilte Pumplicht mit der ersten verstärkenden
Faser 103. Der zweite Teiler 102 koppelt das verbleibende
Pumplicht an die zweite verstärkende
Faser 106. Da der zweite Teiler 102 das Pumplicht
an hintere Stufen der ersten und zweiten verstärkenden Fasern 103 und 106 koppelt, werden
die ersten und zweiten verstärkenden
Fasern 103 und 106 rückwärts oder in umgekehrter Richtung gepumpt.
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Die
ersten und zweiten verstärkenden
Fasern 103 und 106 werden von der Pumplichtquelle 101 gepumpt
und verstärken
die zirkulierten optischen Signale, sie nutzen hierzu die stimulierte
Emission eines Seltenerdelementes. In einer bevorzugten Ausführungsform
nutzen die ersten und zweiten verstärkenden Fasern 103 und 106 Erbium-dotierte
Fasern (EDFs).
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Der
zweite Zirkulator 104 umfasst erste, zweite und dritte
Anschlüsse,
und in den ersten Anschluss eingegebene optische Signale, die durch
die erste verstärkende
Faser 103 verstärkt
werden, werden über
den zweiten Anschluss an die Laserlichtquelle 200 ausgegeben.
Von der Laserlichtquelle 200 über den zweiten Anschluss eingegebene
optische Signale werden über
den dritten Anschluss an das BPF 105 ausgegeben.
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Das
BPF 105 ist zwischen dem zweiten Zirkulator 104 und
der zweiten verstärkenden
Faser 106 eingerichtet und besitzt dieselbe Bandbreite
wie die zirkulierten optischen Signale, wodurch Signale außerhalb
der Bandbreite entfernt werden. Nach dem Entfernen des Signals außerhalb
der Bandbreite werden die optischen Signale durch die zweite verstärkende Faser 106 verstärkt, wodurch
die Ausgangsleistung der optischen Signale effizient verstärkt wird. Darüber hinaus
schränkt
das BPF 105 ein Spektralband des FP-Lasers innerhalb eines
Bandes ein, das einem Band entspricht, das geringer als oder gleich einem
freien Spektralbereich eines Waveguide-Grating-Routers (WGR) ist,
so dass ein Spektrum von jedem Signal mit geteiltem Spektrum sich
in nur einer Wellenlänge
befindet; hierdurch wird eine Verschlechterung der Übertragungsleistung
durch einen Streuungseffekt einer optischen Faser verhindert und die
Langstreckenübertragung
von Hochgeschwindigkeits-Daten ermöglicht.
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In 1 empfängt die
Laserlichtquelle 200 einen Teil von optischen Signalen,
die von dem optischen Signalverstärker 100 verstärkt wurden,
führt Wellenlängen-Demultiplex
für den
Teil der optischen Signale durch, führt Wellenlängen-Multiplex für den Demultiplexen
unterzogenen Teil der optischen Signale durch und überträgt den Multiplexen
unterzogenen Teil der optischen Signale erneut an den optischen
Signalverstärker 100.
Die Laserlichtquelle 200 empfängt den verbleibenden Teil
der verstärkten
optischen Signale, führt
Wellenlängen-Demultiplex
für den
verbleibenden Teil der verstärkten
optischen Signale durch und führt
eine Funktion des Ausgebens von Signalen durch, die mit den Demultiplexen
unterzogenen Signalen modensynchronisiert sind. Die Laserlichtquelle 200 umfasst
eine Vielzahl von FP-Lasern 203.
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In
den 2A bis 2C wird
ein Modensynchronisierungsphänomen
eines FP-Lasers dargestellt. In 2A wird
ein Lichtspektrum dargestellt, ehe das Modensynchronisierungsphänomen des FP-Lasers
auftritt. In 2B wird ein Lichtspektrum eines
in den FP-Laser eingegebenen, externen optischen Signals dargestellt;
in 2C wird ein Lichtspektrum des FP-Lasers dargestellt,
das mit dem eingegebenen, externen optischen Signal modensynchronisiert
ist.
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Wie
in 2A dargestellt, gibt der FP-Laser im Unterschied
zu einem Laser mit verteilter Rückkopplung
(Distributed FeedBack – DFB),
der eine einzige Wellenlänge
ausgibt, eine Vielzahl von Wellenlängen aus, die in regelmäßigen Intervallen
eingerichtet sind und die auf Basis von Verstärkungseigenschaften einer Resonanz-Wellenlänge und
eines Herstellungsmaterials einer Laserdiode eine einzige Wellenlänge als
eine zentrale Wellenlänge
besitzen. Wird ein externes optisches Signal eingegeben, wie in 2B gezeigt,
wird eine Wellenlänge
des FP-Lasers unterdrückt,
die nicht mit dem externen optischen Signal modensynchronisiert
ist, und es wird nur eine Wellenlänge des FP-Lasers verstärkt und ausgegeben, wie in 2C dargestellt.
Der FP-Laser mit Ausgabeeigenschaften wie in 2C dargestellt
wird „modensynchronisierter
FP-Laser" genannt.
Als Lichtquelle des externen Signals können ein EDF-Verstärker, eine
Licht emittierende Diode (LED), eine Superlumineszenzdiode (SLD),
ein DFB-Laser, ein FP-Laser und dergleichen genutzt werden. Eine
Intensitätsdifferenz
zwischen der verstärkten
und ausgegebenen Wellenlänge
und der unterdrückten
Wellenlänge
wird als Seitenmodenunterdrückung
(Side Mode Suppression Ratio – SMSR) ausgedrückt. Steigt
die SMSR, wird die Verschlechterung der Übertragungsleistung durch im
Laser erzeugtes Modenteilungsrauschen und durch einen Streuungseffekt
einer optischen Faser verringert. Der modensynchronisierte FP-Laser
führt eine
direkte Modulation auf Basis einer Datensignalbasis und somit eine
kosteneffiziente Langstreckenübertragung von
Hochgeschwindigkeitsdaten durch. Um eine hohe SMSR sicherzustellen,
wodurch die Langstreckenübertragung
von Hochgeschwindigkeitsdaten angemessen durchgeführt werden
kann, wird in einer bevorzugten Ausführungsform ein Signal mit hoher Leistung
oder ein Signal mit einer sehr schmalen Linienbreite wie beispielsweise
ein Ausgangssignal des DFB-Lasers
in den FP-Laser eingegeben.
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Die
Laserlichtquelle 200 umfasst einen NxN-Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 201, einen
N-1-Reflektionsspiegel 202 sowie einen N-1-FP-Laser 203.
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Der
Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 201 ist
zwischen dem zweiten Anschluss des zweiten Zirkulators 104 und
dem ersten Zirkulator 300 angeschlossen, und jeder eines
Wellenlängen-Multiplexers/Demultiplexers 201 einer
ersten Seite wie auch einer zweiten Seite umfasst einen Multiplex-Anschluss
und N-1-Demultiplex-Anschlüsse.
Der Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 201 empfängt den
Teil der optischen Signale, der durch den optischen Signalverstärker 100 verstärkt wurde,
von dem Multiplex-Anschluss
einer ersten Seite über
den zweiten Anschluss des zweiten Zirkulators 104, führt Wellenlängen-Demultiplex
für den
Teil der verstärkten
optischen Signale durch und gibt die Demultiplexen unterzogen Signale
an die Demultiplex-Anschlüsse
einer zweiten Seite aus. Die in die Demultiplex-Anschlüsse einer
zweiten Seite eingegebenen optischen Signale werden an den Multiplex-Anschluss
einer ersten Seite ausgegeben. Ebenso empfängt der Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 201 die
verbleibenden Teile der optischen Signale, die von dem optischen
Signalverstärker 100 verstärkt wurden,
von dem Multiplex-Anschluss der zweiten Seite über den zweiten Anschluss des
ersten Zirkulators 300, führt Wellenlängen-Demultiplex für die verbleibenden
Teile der verstärkten
optischen Signale durch und gibt die Demultiplexen unterzogen Signale
an die Demultiplex-Anschlüsse
einer ersten Seite aus. Der Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 201 führt Wellenlängen-Multiplex
für die
in die N-1-Demultiplex-Anschlüsse eingegebenen
optischen Signale durch. Der Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 201 kann
den WGR nutzen.
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Die
jeweiligen Reflektionsspiegel 202 sind mit den N-1-Demultiplex-Anschlüssen verbunden, die
auf der zweiten Seite eingerichtet sind, reflektieren die Demultiplexen
unterzogen Signale, die an die Demultiplex-Anschlüsse einer
zweiten Seite ausgegeben wurden, und geben die reflektierten, Demultiplexen
unterzogen Signale erneut in die Demultiplex-Anschlüsse einer
zweiten Seite ein.
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Die
FP-Laser 203 sind mit den auf der ersten Seite eingerichteten
N-1-Demultiplex-Anschlüssen verbunden,
sie geben modensynchronisierte Signale auf Basis einer Modensynchronisierung
von Demultiplexen unterzogen Signalen aus, die durch die Demultiplex-Anschlüsse eingegeben
wurden.
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Der
erste Zirkulator 300 ist mit dem Multiplex-Anschluss einer
zweiten Seite des Wellenlängen-Multiplexers/Demultiplexers 201 verbunden,
gibt den durch den optischen Signalverstärker 100 verstärkten Teil
der optischen Signale, der durch den ersten Anschluss eingegeben
wurde, an die Demultiplex-Anschlüsse
einer zweiten Seite des Wellenlängen-Multiplexers/Demultiplexer 201 über den
zweiten Anschluss aus und gibt die über den zweiten Anschluss von
dem Multiplex-Anschluss des Wellenlängen-Multiplexers/Demultipiexers 201 eingegebenen, modensynchronisierten
Signale über
den dritten Anschluss an die Übertragungsstrecke 500 aus.
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Der
erste Teiler 400 ist zwischen dem optischen Signalverstärker 100 und
dem ersten Anschluss des ersten Zirkulatars 300 angeschlossen,
er teilt die von dem optischen Sig nalverstärker 100 verstärkten optischen
Signale teilweise, koppelt die geteilten optischen Signale an die
erste verstärkende Faser 103 und
gibt die verbleibenden optischen Signale in den ersten Anschluss
des ersten Zirkulators 300 ein.
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Im
Folgenden wird ein Betrieb der Laservorrichtung mit der oben beschriebenen
Konfigurationen beschrieben.
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Von
dem Erbium-dotierten Faserverstärker 103 der
ersten Stufe erzeugtes, verstärktes
spontanes Emissions- (Amplified Spontaneous Emission – ASE)-Rauschen
mit einem breiten Spektralband wird zum Teilen seines Spektrums
und zum Demultiplexen in den NxN-WGR 201 eingegeben, der über den ersten
Anschluss des Zirkulators 104 mit dem zweiten Anschluss
verbunden ist. N-1-Kanäle
mit geteiltem Spektrum werden von dem Spiegel 202 reflektiert
und anschließend
erneut in den WGR 201 eingegeben. Nach dem Multiplexen
werden die Multiplexen unterzogenen Kanäle an das über den zweiten Anschluss des
Zirkulators 104 mit dem dritten Anschluss verbundene BPF 105 eingegeben.
Ein Spektralband eines Multiplexen unterzogenen optischen Signals
wird von dem BPF 105 begrenzt, das dasselbe Durchlassband
besitzt wie ein freier Spektralbereich des WGR 201 zum
Spektrumteilen. Das Multiplexen unterzogene Signal mit dem begrenzten
Spektralband wird von dem Erbium-dotierten Faserverstärker 106 der
zweiten Stufe verstärkt
und in den Teiler 400 eingegeben. Durch den Teiler 400 wird
ein Teil der Multiplexen unterzogenen Signale in den Erbium-dotierten
Faserverstärker 103 der
ersten Stufe eingegeben, die verbleibenden Multiplexen unterzogenen
Signale werden in den WGR 201 eingegeben, der über den
ersten Anschluss des Zirkulators 300 mit dem zweiten Anschluss
verbunden ist.
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Nachdem
die in den Erbium-dotierten Faserverstärker 103 der ersten
Stufe eingegebenen, Multiplexen unterzogenen Signale verstärkt sind,
werden die verstärkten
Signale wiederholt durch den Zirkulator 104 → den WGR 201 → den Spiegel 202 → den WGR 201 → den Zirkulator 104 → das BPF 105 → den Erbium-dotierten
Faserverstärker 106 → den Teiler 400 verarbeitet.
Es werden die Multiplexen unterzogenen Signale mit einer sehr schmalen
Linienbreite einer hohen Ausgangsleistung erzeugt. Diese Lichtquelle
wird als Mehrfrequenz-Laserlichtquelle bezeichnet.
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Die
verbleibenden, von dem Teiler 400 ausgegebenen, Multiplexen
unterzogenen Signale werden in den über den ersten Anschluss des
Zirkulators 300 mit dem zweiten Anschluss verbundenen WGR 201 eingegeben,
um Demultiplexen unterzogen zu werden. Jeweilige Demultiplexen unterzogene
Kanäle
werden in diejenigen FP-Laser 203 eingegeben, deren Ausgangssignale
mit den eingegebenen Kanälen
modensynchronisiert sind. Die modensynchronisierten Signale werden
zum Multiplexen in den WGR 201 eingegeben, anschließend werden
die Multiplexen unterzogenen Signale an die optische Übertragungsstrecke 500 ausgegeben,
die über
den zweiten Anschluss des Zirkulators 300 mit dem dritten
Anschluss verbunden ist. Der FP-Laser 203 führt ohne Nutzung
eines teuren externen Modulators direkt eine Modulation auf Basis
eines zu sendenden Hochgeschwindigkeits-Datensignals durch.
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In 3 wird
eine Konfiguration einer mit einer Mehrfrequenz-Laserlichtquelle
modensynchronisierten FP-Laservorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im Vergleich mit der in 1 gezeigten
FP-Laservorrichtung umfasst die in 3 gezeigte
FP-Laservorrichtung des Weiteren Polarisations-Controller (PCs) 204 und
einen Polarisator 205. Die PCs 204 sind zwischen
den FP-Lasern 203 und dem Wellenlängen-Multiplexer 201 eingerichtet,
und der Polarisator 205 ist zwischen dem Zirkulator 300 und
dem Teiler 400 eingerichtet. Jeder FP-Laser 203 ist
so konfiguriert, dass durch Verbessern der Modensynchronisierungseffizienz
des FP-Lasers 203 ein modensynchronisiertes Signal mit
einer höheren SMSR
von einem Eingangssignal mit einer geringeren Leistung ausgegeben
werden kann. Nachdem ein Ruhestrom an den FP-Laser 203 angelegt
wird, der gleich einem Schwellenstromwert oder größer ist als
dieser, wenn ein PC 204 angepasst ist und ein optisches
Signal mit demselben polarisierten Licht wie ein von dem FP-Laser 203 ausgegebenes
Signal in den FP-Laser 203 eingegeben wird, wird die Effizienz einer
Modensynchronisierung des FP-Lasers 203 verbessert. Obwohl
ein optisches Signal mit einer verhältnismäßig geringeren Leistung eingegeben wird,
kann die für
eine Langstreckenübertragung
bei Hochgeschwindigkeit erforderliche SMSR für ein von dem FP-Laser 203 ausgegebenes
modensynchronisiertes Signal sichergestellt werden.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
FP-Laservorrichtung mit der modensynchronisierten Mehrfrequenz-Laserlichtquelle
beschrieben.
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In 4 wird
eine Ausführungsform
einer Signalübertragung
eines PON auf Wellenlängen-Multiplex-Basis
dargestellt, das die FP-Laservorrichtung mit der modensynchronisierten
Mehrfrequenz-Laserlichtquelle der vorliegenden Erfindung nutzt.
Das PON dieser Ausführungsform
umfasst ein Hauptamt 1, einen entfernten Knoten 2 und
eine Vielzahl von Teilnehmereinrichtungen 3, die mit einer
optischen Übertragungsfaser
verbunden sind.
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Das
Hauptamt 1 umfasst eine Lichtquelle der vorliegenden Erfindung,
die FP-Laser mit der modensynchronisierten Mehrfrequenz-Laserlichtquelle
wie in 1 dargestellt, nutzt; N-1-zweite Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 11,
die mit den N-1-FP-Lasern 203 verbunden sind, die mit dem WGR 201 verbunden
sind; eine N-1-Anzahl optischer Empfänger der Upstream-Seite 12 zum
Empfangen von Kanal-Signalen von Teilnehmern; eine Pump-Laserdiode 13 zum
Ausgeben eines Pumpsignals, das die Lichtquellen der vorliegenden
Erfindung ansteuert, die an dem entfernten Knoten 2 und
einer Teilnehmereinrichtung 3 eingerichtet sind; sowie
zweite und dritte Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 14 und 15 zum
Multiplexen/Demultiplexen von Upstream/Downstream-Signalen und des
Pumpsignals.
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Der
entfernte Knoten 2 umfasst die Lichtquelle der vorliegenden
Erfindung mit Ausnahme einer N-1-Anzahl von FP-Lasern; sowie vierte
und fünfte
Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 21 und 22 zum
Multiplexen/Demultiplexen von Upstream/Downstream-Signalen und des
Pumpsignals.
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Die
Teilnehmereinrichtung 3 umfasst einen mit einem von dem
entfernten Knoten 2 bereitgestellten Signal modensynchronisierten
FP-Laser 203; einen optischen Empfänger der Downstream-Seite 38 zum
Empfangen eines Downstream-Kanal-Signals, das von dem entfernten
Knoten 2 Demultiplexen unterzogen wurde; sowie einen sechsten
Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 37 zum
Multiplexen/Demultiplexen von Eingangs-/Ausgangssignalen des FP-Lasers 203 und
eines Downstream-Kanals, der von dem optischen Empfänger der Downstream-Seite 38 eingegeben
wurde.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform
eines PON auf Wellenlängen-Multiplex-Basis
beschrieben, das die Lichtquelle der vorliegenden Erfindung mit
den oben beschriebenen Konfigurationen nutzt.
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In 4 werden
die Multiplexen unterzogenen Signale, die von der an dem Hauptamt 1 eingerichteten
Mehrfrequenz-Laserlichtquelle ausgegeben wurden, durch den zweiten
Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 14 und
den Zirkulator 300 eingegeben, um Demultiplexen unterzogen
zu werden. Die Demultiplexen unterzogenen Kanäle werden in den FP-Laser 203 über den
ersten Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 11 eingegeben,
und der FP-Laser 203 gibt direkt modulierte, modensynchronisierte Signale
auf Basis von Downstream-Daten zum Senden aus. Die modensynchronisierten
Signale werden über
den ersten Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 11 erneut
in den WGR 201 eingegeben, um Multiplexen unterzogen zu
werden. Die Multiplexen unterzogenen Signale werden über den
Zirkulator 300 in den dritten Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 14 eingegeben,
und die Multiplexen unterzogenen Signale werden zusammen mit einem
Signal, das zum Ansteuern einer Mehrfrequenz-Laserlichtquelle der Upstream-Seite
von der Pump-Laserdiode 13 ausgegeben wurde, Multiplexen
unterzogen. Die Multiplexen unterzogenen Signale werden über die optische Übertragungsfaser 4 an
den entfernten Knoten 2 gesendet. Die Multiplexen unterzogenen,
an den entfernten Knoten 2 ausgegebenen Downstream-Signale
sowie das Pumplasersignal werden durch den vierten Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 21 Demultiplexen
unterzogen. Das Pumplasersignal steuert eine Mehrfrequenz-Laserlichtquelle
der Upstream-Seite an. Die Downstream-Signale werden über den
fünften
Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 22 und
den Zirkulator in den WGR eingegeben, um Demultiplexen unterzogen
zu werden. Die Demultiplexen unterzogenen Downstream-Kanäle werden
in den optischen Empfänger
der Downstream-Seite 38 der Teilnehmereinrichtung 3 eingegeben,
um als elektrische Signale erkannt zu werden.
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Die
Multiplexen unterzogenen Signale, die von der in dem entfernten
Knoten 2 eingerichteten Laserlichtquelle der Upstream-Seite
ausgegeben wurden, werden über
den fünften
Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 22 und
den Zirkulator 300 in den WGR eingegeben, um Demultiplexen
unterzogen zu werden. Die Demultiplexen unterzogenen Kanäle werden
durch den sechsten Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 37 der
Teilnehmereinrichtung 3 in den FP-Laser 203 eingegeben.
Der FP-Laser 203 gibt direkt modulierte, modensynchronisierte
Signale auf Basis von Upstream-Daten zum Senden aus. Die modensynchronisierten
Signale werden erneut über
den sechsten Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 37 in
den in dem entfernten Knoten 2 eingerichteten WGR eingegeben,
um Multiplexen unterzogen zu werden. Die Multiplexen unterzogenen Upstream-Signale
werden über
den Zirkulator 300, den vierten Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 21 und
die optische Übertragungsfaser 4 an
das Hauptamt 1 gesendet. Die in das Hauptamt 1 eingegeben
Upstream-Signale werden über
den dritten Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 15,
den zweiten Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 14 sowie
den Zirkulator 300 in den WGR 201 eingegeben,
um Demultiplexen unterzogen zu werden. Die Demultiplexen unterzogenen
Upstream-Kanäle werden über den
ersten Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 11 in
den optischen Empfänger 12 der Upstream-Seite
eingegeben, um als elektrische Signale erkannt zu werden.
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In 4 sendet
das PON auf Wellenlängen-Multiplex-Basis,
das die Lichtquelle der vorliegenden Erfindung nutzt, gleichzeitig
Upstream- und Downstream-Signale und nutzt dazu die eine optische Übertragungsfaser 4.
Somit werden die BPF 105-1 und 105-2, die unterschiedliche
Mittenwellenlängen
haben, für
eine Mehrfrequenz-Laserlichtquelle der Downstream-Seite und eine
Mehrfrequenz-Laserlichtquelle der Upstream-Seite genutzt, so dass ein
Wellenlängenband
eines Upstream-Signals und ein Wellenlängenband eines Downstream-Signals getrennt
werden können.
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In 5 werden
Bandpass-Eigenschaften 500 des ersten BPF 105-1 dargestellt,
das für
die Mehrfrequenz-Laserlichtquelle der Downstream-Seite genutzt wird,
und es werden Bandpass-Eigenschaften 501 des zweiten BPF 105-2 dargestellt,
das für
die Mehrfrequenz-Laserlichtquelle der Upstream-Seite genutzt wird.
Bänder
des ersten beziehungsweise des zweiten BPF sind dieselben wie jeweils
ein freier Spektralbereich des WGR. Ein zentrales Wellenlängenintervall
ist ein freier Spektralbereich oder mehrere freie Spektralbereiche.
Somit überlappen
sich Wellenlängenbänder der
Upstream- und Downstream-Signale nicht.
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In 6A werden
Bandpass-Eigenschaften des zweiten beziehungsweise fünften Wellenfängen-Multiplexers/Demultiplexers 14 beziehungsweise 22 dargestellt,
und in 6B werden Bandpass-Eigenschaften
des dritten beziehungsweise vierten Wellenlängen-Multiplexers/Demultiplexers 15 beziehungsweise 21 dargestellt.
Da die zweiten und fünften
Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 14 beziehungsweise 22 Upstream-
und Downstream-Signale multiplexen/demultiplexen, sind sie durch
eine Kombination der ersten beziehungsweise zweiten BPF 105-1 beziehungsweise 105-2 konfiguriert.
Da darüber
hinaus die dritten und vierten Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 15 beziehungsweise 21 die
Upstream- und Downstream-Signale sowie das Pumplasersignal zum Ansteuern
der Mehrfrequenz-Laserlichtquelle der Upstream-Seite multiplexen/demultiplexen,
sind sie durch eine Kombination der ersten und zweiten BPFs und
ein BPF konfiguriert, das einer Wellenlänge des Pumplasersignals entspricht.
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In 7 wird
eine Konfiguration des PON auf Wellenlängen-Multiplex-Basis dargestellt,
das die FP-Laservorrichtung (3) modensynchronisiert mit
einer Mehrfrequenz-Laserlichtquelle in Übereinstimmung mit der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nutzt. Weitere Konfigurationen des PON
auf Wellenlängen-Multiplex-Basis, das die FP-Laservorrichtung
nutzt, werden in den 4 und 7 dargestellt
und sind gleich mit der Ausnahme, dass verglichen mit dem in 4 gezeigten
PON das in 7 gezeigte PON des Weiteren
die PCs 204 sowie einen Polarisator 205 umfasst.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, betrifft die
vorliegende Erfindung eine mit einer Mehrfrequenz-Laserlichtquelle
modensynchronisierte FP-Laservorrichtung,
die in der Lage ist, eine Modensynchronisierung eines FP-Lasers,
der eine Mehrfrequenz-Laserlichtquelle nutzt, die ein Wellenlängen-Multiplexen
unterzogenes Signal mit einer sehr schmalen Linienbreite erzeugt,
das eine hohe Ausgangsleistung besitzt, effizient durchzuführen, und
eine direkte Modulation auf Basis eines Hochgeschwindigkeits-Datensignals
unter Nutzung eines kostengünstigen
FP-Lasers durchzuführen,
ohne dass ein teurer externer Modulator genutzt wird.
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Die
vorliegende Erfindung erzeugt ein Multiplexen unterzogenes Signal,
das gleich einem Wellenlängenband
eines WGR ist und passt ein Wellenlängenband an, indem es eine
Betriebstemperatur eines WGR anpasst, wodurch es ein Wellenlängenband
eines Wellenlängen-Multiplexen
unterzogenen Signals steuert, das mit einer Übertragungsstrecke verbunden
ist. Somit werden weder eine Wellenlängen-Stabilisierung noch eine
Wellenlängen-Selektivität von FP-Lasern
benötigt.
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Die
vorliegende Erfindung kann die Anzahl von in einem PON auf Wellenlängen-Multiplex-Basis genutzten
WGRs minimieren, indem eine Mehrfrequenz-Laserlichtquelle so organisiert
wird, dass sie Upstream-/Downstream-Signale erzeugt, die einen WGR
nutzen, der sowohl in dem Hauptamt als auch in einem entfernten
Knoten eingerichtet ist, und die Upstream-/Downstream-Signale gleichzeitig
Multiplexen/Demultiplexen unterzieht; darüber hinaus kann die Erfindung
die Anzahl optischer Fasern minimieren, indem die Upstream/Downstream-Signale gleichzeitig übertragen
werden, wozu eine optische Übertragungsfaser
genutzt wird.
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Gemäß den oben
beschriebenen Vorteilen kann die vorliegende Erfindung genutzt werden,
um eine FP-Laservorrichtung zu implementieren, die mit einer kostengünstigen
und effizienten Mehrfrequenz-Laserlichtquelle modensynchronisiert
ist, und die Erfindung kann genutzt werden, um ein PON auf Wellenlängen-Multiplex-Basis
zu implementieren.
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Obwohl
die bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung zu Erläuterungszwecken offenbart
wurden, ist es für
Personen mit durchschnittlicher Erfahrung auf dem Gebiet der Technik ersichtlich,
dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind,
ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Daher ist die die
vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
begrenzt, sondern die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche sowie
durch ihren vollständigen
Umfang von Äquivalenten
definiert.