DE69218903T2 - Soliton-Generator - Google Patents

Description

Technischer Bereich
• Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Impulsgenerator im allgemeinen und im besonderen auf einen Impulsgenerator zur Erzeugung eines spezifischen optischen Impulssignals, das als Soliton bekannt ist, das einen optischen Lichtleiterübertragungsweg durchläuft, ohne im wesentlichen seine Form zu verändern.
Hintergrund der Erfindung
• Optische Lichtleiterübertragungssysteme über große Entfernungen, die preiswerte optische Breitbandlichtleiterverstärker, die mit Erbium dotiert sind, an stelle kostspieliger elektronischer Generatoren verwenden, sind jetzt in der Entwicklung für erdgebundene und Unterwasseranwendungen. Die Entfernung, die mit einem optischen Lichtleiter überspannt werden kann, bevor es notwendig wird, das optische Signal zu regenerieren, ist bestimmt durch die Verluste im Lichtleiter und durch seine Dispersions- oder Streuungseigenschaften. Die Lichtleiterverluste in kommerziell verfügbaren optischen Lichtleitern wurden bei 1,55 µm Wellenlänge auf zirka 0,2 dB/km reduziert. Daraus folgt, daß wenn ein Empfänger Signale empfangen kann, die 20 dB niedriger als das Eingangssignal sind, eine Entfernung von 100 km überspannt werden kann, bevor eine Signalverstärkung notwendig wird. Sobald einmal der Abstand der Verstärker bestimmt ist, hängt die maximale Signalübetragungsrate von der Dispersion des Signals innerhalb des Lichtleiters ab. Mit einer monochromatischen Lichtquelle sind Datenmengen in der Größenordnung von 100 Gb/sec technisch machbar, wenn der Lichtleiter mit einer Wellenlänge ohne Dispersion betrieben wird.
• Durch Einfügen optischer Verstärker in das optische Lichtleiterkabel kann die Entfernung, über die ein Signal empfangen werden kann, vergrößert werden. Die Dispersion wird jedoch noch eine obere Grenze für den maximalen Abstand zwischen den Verstärkern setzen, wenn hohe Datenmengen verlangt werden.
• Aber es ist bereits bekannt, daß optische Lichtleiter einen kleinen Betrag an Nichtlinearität haben, die es verschiedenen speziellen Impulsen ermöglicht, große Entfernungen ohne Veränderung der Form zurückzulegen. Signale, die diese spezielle Wellenform haben, werden Solitonen genannt. Solitonen tragen einen bestimmten Betrag an Lichtenergie, der bestimmt ist durch die Dauer des Impulses, die Nichtlinearität des Lichtleiters und die Dispersion des Lichtleiters. Damit kann mit Solitonen die obere Grenze der maximalen Entfernungen zwischen den Verstärkerpunkten wesentlich vergrößert werden.
• Eine Struktur zur Erzeugung von Solitonen besteht aus einem Hochgeschwindigkeitsamplitudenmodulator, der angekoppelt ist, um geformte elektrische Signale zur Modulation eines optischen Signals zu empfangen. Die so geformten elektrischen Signale werden gebildet durch Kombination einer Vielzahl von Einzelsignalen, die jeweils eine Frequenz von normal größer als 2 MHz haben. Der Prozeß der Kombination der verschiedenen Hochfrequenzsignale in ein einzelnes Signal führt zu relativ großen Signalverlusten und einer notwendigen Signalverstärkung. Aber die Übertragung und Erzeugung des Endsignals, das eine Zusammensetzung von vielen Hochfrequenzsignalen ist, ist äußerst schwierig. Z.B. kann ein Leiter von gerade 1 cm Länge die Form des zusammengesetzten multioktaven Hochfrequenzsignals ändern. Somit kann das zusammengesetzte Signal, das von einem Modulator empfangen wird, eine Wellenform haben, die sich von der Wellenform des Signals, das erzeugt wird unterscheidet. Wenn das zusammengesetzte Signal eine Verstärkung benötigt, ist außerdem ein relativ teurer Verstärker, der zur konstanten Verstärkung eines zusammengesetzten Signals mit sehr vielen hohen Frequenzen geeignet ist, nötig. Diese Erfindung ist auf einen verbesserten Solitonen Generator gerichtet, der die oben genannten Probleme vermeidet.
• FR-A-0020216 zeigt einen optischen Modulator, der ein zweiarmiges Interferometer umfaßt, das in einem Substrat hergestellt ist, und eine Vielzahl von Paaren von Elektroden, die zum Erzeugen von Phasenverschiebungen in den optischen Signalen der beiden Arme angeordnet sind. Die durch die entsprechenden Elektrodenpaare erzeugten Phasenverschiebung sind, wenn aktiviert, zu den aufeinanderfolgenden Leistungen der beiden proportional. Der Modulator wird durch ein digitales Multi-Bit-Signal direkt aktiviert, um einen analogen optischen Ausgang bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die Erfindung ist wie in Anspruch 1 ausgeführt.
• Bevorzugte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
• In Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung, werden Solitonen durch Amplitudenmodulation eines optischen Signals mittels getrennter in Phasenbeziehung stehender elektrischer Signale unterschiedlicher harmonischer Frequenzen erzeugt. Im Speziellen wird ein optischer Amplitudenmodulator als ein Y-Knotenpunkt-Mach-Zehnder-Interferometer bereitgestellt, an dem eine vorbestimmte Zahl gegenüberliegender Elektroden entlang der Länge des Interferometers verteilt sind. Vorzugsweise hat das Interferometer einen Satz Elektroden für jedes elektrische Signal mit einer speziellen Frequenz.
• Wenn so drei getrennte Signale mit harmonischen in Beziehung stehenden Frequenzen genutzt werden, um ein optisches Signal in der Amplitude zu modulieren, um ein Soliton zu erzeugen, dann wird das Mach-Zehnder-Interferometer drei Sätze von Elektroden haben. Jeder Elektrodensatz ist gekoppelt, um zwei Signale zu empfangen, eines ist ein Signal einer spezifischen Frequenz und das andere ist ein Signal der gleichen Frequenz, das um 180º phasenverschoben ist. Die Struktur eines getrennten Elektrodensatzes, bei dem jeder Satz von Elektroden angepaßt wird, um ein Einzelfrequenzsignal zu empfangen, verhindert das Problem nach dem Stand der Technik des Signalverlustes hervorgerufen durch das Kombinieren vieler Hochfrequenzsignale in ein zusammengesetztes Signal und daraus resultierend den Bedarf an relativ teuren Verstärkern, die zur konstanten verstärkung des zusammengesetzten multi-oktaven Signals geeignet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine Ansicht eines Hochgeschwindigkeitsamplitudenmodulators nach dem Stand der Technik;
• Fig. 2 eine schematische Struktur zur Erzeugung eines einzelnen zusammengesetzten Signales aus acht phasengleichen Signalen auf harmonisch verwandten Frequenzen zur Steuerung der Struktur von Fig. 1; und
• Fig. 3 ein Schema eines Amplitudenmodulators, dem Sätze von verteilten Elektroden angepaßt sind, um getrennte einzelne Frequenzsignale zu empfangen und um Solitonimpulssignale zu erzeugen in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
• Optische Übertragungen über große Entfernungen können bei Verwendung optischer Verstärker eine größere Bandbreite bei niedrigen Kosten liefern als bei Verwendung der elektronischen Regenerierung. Mit Erbium versetzte optische Lichtleiterverstärker können leicht verschiedene Kanäle gleichzeitig handhaben und das bei geringem Übersprechen. Weiterhin betragen mit Erbium versetzte optische Lichtleitverstärker nur einige Meter des optischen Lichtleiters und sind damit in den Kosten sehr niedrig. Die Laserdiode, die verwendet wird um jeden optischen Lichtleiterverstärker zu versorgen, hat bei einer Wellenlänge von rund 1,48 µm bescheidene Leistungsanforderungen von etwa 10 mW oder weniger.
• Für die Übertragung über eine große Entfernung ist es notwendig, eine Übertragungsart zu verwenden, die gegenüber den verschiedenen Dispersionseffekten des Lichtleiters beständig ist. In einem optischen Lichtleiterübertragungsweg versucht die Farb- oder chromatische Dispersion des optischen Lichtleiters selbst, die Impulssignale während der Zeit zu verbreitern. Der Brechungsindex des Lichtleiters, der auch von der Intensität des Lichtes abhängt, wird durch den Prozeß der Eigenmodulation der Phase stets versuchen, das Impulsfrequenzspektrum zu verbreitern. Somit kann für eine Übertragung über eine große Entfernung ein optisches Signal, das gegenüber den verschiedenen Dispersionseffekten des optischen Lichtleiters beständig ist, zu einer Vergrößerung der Abstände zwischen den optischen Verstärkern im optischen Übertragungsweg führen.
• Unter verschiedenen Bedingungen wie z.B. kein Verlust oder bei Verlusten, die periodisch durch Verstärkung kompensiert werden, ist ein Soliton nicht über den Zeitbereich dispergiert. Somit ist die Wellenform eines Solitonen unabhängig von der Entfernung, die es entlang eines optischen Lichtleiters zurücklegt. Zusätzlich ist ein Soliton auch im Frequenzbereich nicht dispergiert bzw. wird nicht dispergiert. Damit ist für einen Bereich von Solitonen-Impulsbreiten, typisch sind 50 bis 80 ps für eine Datenrate von 2,5 G b/s, und Glasfasergruppenverzögerungs- Dispersionsparameter (Fiber Group Delay Dispersion) von annähernd 0,7 bis 2 ps/nm/km, die typische Entfernung, über die ein Soliton übertragen werden kann bevor ernste Dispersionseffekte auftreten, 500 km oder größer.
• Um ein besseres Verständnis der Erfindung zu erreichen, wird hier nachfolgend ein kurzer Überblick über Solitonen gegeben: Durch Fourier-Transformationen begrenzte optische Impulse erfahren bei der Ausbreitung durch einen optischen Lichtleiter eine Impulsverbreiterung bishin zu einer Veränderung der Gruppengeschwindigkeit, die als Gruppengeschwindigkeitsdispersion bezeichnet wird. Die Gruppengeschwindigkeitsdispersion ergibt sich aus einer linearen Abhängigkeit des Brechungsindex von der spektralen Frequenz. Das heißt, verschiedene spektrale Anteile eines optischen Impulses bewegen sich mit unterschiedlicher Gruppen- oder Signalgeschwindigkeit, das führt wiederum zu einer zeitlichen Verbreiterung des sich ausbreitenden optischen Impulses. Außerdem hat der Lichtleiter einen nichtlinearen Effekt dritter Ordnung (Eigenmodulation der Phase) bei welchem sein Brechungsindex, n, von der Lichtintensität, I, durch die Formel: n = n&sub0; + n&sub2;I abhängt, wobei n&sub0; der lineare Brechungsindex ist und n&sub2; der nichtlineare Brechungsindex ist. Das Ausgleichen der negativen Gruppengeschwindigkeitsdispersion mit diesem nichtlinearen intensitätsabhängigen Effekt gibt Anlas zur Bildung eines Solitons in dem optischen Lichtleiter. Ein optisches Eingangsfeld der Form gegeben durch die Formel: u = (1+a)sech(T) beinhaltet ein Grundsoliton, wenn die Amplitude, a, im Bereich von -½ < a < +½ liegt. Weiterhin ist es für die Spitzenleistung, P&sub1;, eines optischen Impulses mit einer Impulsdauer, &tau;, erforderlich, einen einzelnes Soliton zu erzeugen in einer Monomode-Lichtquellenleiter- Faser mit einem Effektiv-Moden-Feldbereich Aeff, der durch die Formel gegeben ist:
• wobei P&sub1; die Grundleistung des Soliton ist, Z&sub0; die Solitonenperiode ist, und D die Dispersion in psec/nm-km ist. Für eine detaillierte Ausführung zu Solitonen kann nachgeschlagen werden bei Hasegawa et al., Applied Physical Letters, Band 23, Nr. 3, Seiten 142 - 44 (1973).
• Wenn ein Soliton genutzt wird um Informationen in optischer Form entlang eines optischen Lichtleiterübertragungsweges zu übertragen, so ist es ein optisches Impulssignal, das eine spezielle Wellenform relativ zur Zeit hat, einen spezifischen Frequenzinhalt im optischen Frequenzband ohne Frequenzänderungen bzw. Chirp hat und eine Intensität hat, die sich der Dispersionscharakteristik des optischen Lichtleiterübertragungsweges anpaßt.
• Bezugnehmend auf Fig. 1, ist dort entsprechend dem Stand der Technik ein Lithium-Niobat- (LiNbO&sub3;) Hochgeschwindigkeitsamplitudenmodulator zur Modulation eines optischen Signals mit einem elektrischen Signal, um ein Soliton zu bilden, dargestellt. Im speziellen wird ein elekro-optisches Materialsubstrat 20 so wie hier das Lithium-Niobat (LiNbO&sub3;) oder ähnliches, welches ein elektrisches Potential in optische Phasenverschiebungen umwandeln kann, hergestellt, um einen optischen Wellenleiter 22 durch Diffusion von Titan (Ti) in dem Substrat bereitzustellen. Eine andere Methode zur Bildung der Wellenleiter 22 in dem Substrat kann der Protonenaustauschprozeß sein. Der optische Wellenleiter 22 ist so gebaut, daß dieser zwei parallele Wege 26, 28 einschließt, die zwischen zwei optischen Y-Knotenpunkten 30, 32 angeordnet sind, die wiederum an zwei Endabschnitte 23, 25 gekoppelt sind. Das LiNbO&sub3;-Substrat, das die optischen Y- Knotenpunkte, die parallelen Wege und die Endabschnitte einschließt, unterstützt eine SiO&sub2;-Pufferschicht, die eine gemeinsame Grundfläche bildet, und einen Elektrodensatz bestehend aus einem Doppelpaar von Elekroden. Die Grundfläche bzw. Masseebene und die Elektroden können galvanisch auf die Pufferschicht aufgetragen werden und können aus Aluminium, Silber, Gold oder ähnlichem bestehen. Ein Elektrodenpaar kann eine Masseebene 40 und eine verlängerte Elektrode 36, die über dem optischen Wellenleiter 28 angeordnet ist, einschließen. Die Elektrode 36 kann sich entlang der Wellenführung auf einem Abstand von ungefähr 1 cm ausdehnen. Längere oder kürzere Strecken können in Abhängigkeit von der gewünschten Bandbreite gewählt werden. Das andere Elektrodenpaar kann eine Masseebene 38 und eine verlängerte Elektrode 34 umfaßen; die Elektrode 34 ist über der optischen Wellenführung bzw. dem Wellenleiter 26 angeordnet. Die Elektrode 34 kann sich entlang der Wellenführung auf einer Entfernung von ungefähr 1 cm erstrecken. Längere oder kürzere Strecken können in Abhängigkeit von der gewünschten Bandbreite gewählt werden. Eine gemeinsame Masseebene 33 kann vorhanden sein um mit den Elektroden 34, 36 zusammenzuarbeiten. Die Zusammensetzung des LiNbO&sub3;-Substrates, die optischen Y-Knotenpunkte und die verknüpfte optische Wellenführung mit der Anordnung der Elektroden ist eine Verwirklichung eines Interferometer, das normalerweise als Y-Knoten-Mach-Zehnder-Interferometer bezeichnet wird. Das spezielle Beispiel von zwei Elektrodenpaaren zur Bereitstellung eines Satzes von Elektroden, ist bei Z-Schnitt-LiNbO&sub3; nutzbar, das eine allgemein gebräuchliche Kristallorientierung ist. Bei X- Schnitt-LiNbO&sub3; kann ein einzelnes Elektrodenpaar anstelle des doppelten Elektrodenpaares verwendet werden.
• In einem Y-Knoten-Interferometer veranlasst ein Wechsel im Brechungsindex der Wellenführung, der direkt proportional zur angelegten Spannung an dem einzelnen Elektrodensatz 34, 38; 36, 40 ist, ein optisches Signal in die Wellenführungen, um eine optische Phasenverschiebung zu erfahren. Diese optische Phasenverschiebung bewirkt, daß das optische Signal eine Amplitudenänderung erfährt. Im Betrieb wird optische Energie in der Form einer kontinuierlichen Welle optischer Energie von z.B. einem Laser über einen Monomode-Lichtleiter in den Endabschnitt 23 der Wellenführung 22 gerichtet, wo sie durch den Y-Knotenpunkt 30 in zwei gleiche optische Signale geteilt wird. In diesem Moment wird ein elektrisches Signal, das eine spezielle Wellenform hat, an das Eletrodenpaar 36, 40 angelegt und ein elektrisches Signal, das zum ersten Signal um 180º phasenverschoben ist, wird an das zweite Elekrodenpaar 34, 38 angelegt. Die phasenverschobenen elektrischen Signale verursachen eine Veränderung im Brechungsindex der Wellenführung 26, 28. Der zweite Y-Knotenpunkt 32 führt die beiden Signale der Wellenführungen 26, 28 zusammen zu einem einzelnen Signal, was eine Amplitudenänderung bei den optischen Signalen der Wellenführung 25 bedeuten. Dieses Signal verläuft entlang des Endabschnittes 25 der Wellenführung 22 zum Ausgang des Monomode-Lichtleiters 42.
• Das dem Stand der Technik entsprechende Gerät von Fig. 1 ist während des Betriebs angekoppelt, um zusammengesetzte Signale von einzelnen elektrischen Signalen in Phasenlage von harmonisch verwandten Frequenzen zu empfangen. Das zusammengesetzte Signal wird an ein Elektrodenpaar 36, 40 angelegt, und das komplementäre dieses Signals, welches um 180º phasenverschoben ist, wird an das zweite Elektrodenpaar 34, 38 angelegt. Fig. 2 veranschaulicht die Struktur zum Erzeugen der einzelnen in Phasenbeziehung stehenden Signale der harmonisch verwandten Frequenzen und zum Kombinieren dieser getrennten Signale, um ein einzelnes zusammengesetztes Signal zur Anwendung in der Struktur von Fig. 1 zu bilden.
• Ein erster Signalgenerator 100 ist dazu bestimmt, ein sinusförmiges Signal zu erzeugen, das eine spezielle Frequenz von z.B. 2,5 GHz hat. Diese Frequenz kann als Grundfrequenz betrachtet werden. Ein zweiter Signalgenerator 102 ist dafür bestimmt, ein sinusförmiges Signal zu erzeugen, das eine Frequenz hat, die die zweite Harmonische der Grundfrequenz ist und mit dem Grundfrequenzsignal in Phase ist. Ein dritter Signalgenerator 104 ist dafür bestimmt, ein sinusförmiges Signal zu erzeugen, das der dritten Harmonischen der Grundfrequenz entspricht und mit der Grundfrequenz in Phase ist.
• Fig. 2 veranschaulicht die Struktur zum Erzeugen von acht getrennten sinusförmigen Signalen. Somit ist der Signalgenerator 106 bei der weiteren Beschreibung von Fig. 2 dazu bestimmt, eine vierte Harmonische der Grundfrequenz, die vom Generator 100 erzeugt wird, zu erzeugen, die mit der Grundfrequenz in Phase ist. In ähnlicher Weise sind die Generatoren 108, 110, 112 und 114 bestimmt, die fünfte, sechste, siebente und achte Harmonische der Grundfrequenz in dieser Reihenfolge zu erzeugen und jedes erzeugte Signal ist in Phase zur Grundfrequenz.
• Wenn, wie oben genannt, die Grundfrequenz so gewählt wird, daß sie eine Frequenz von 2,5 GHz hat, dann werden die Generatoren 102, 104, 106, 108, 110, 112 und 114 Signale von 5 GHz, 7,5 GHz, 10 GHz, 12,5 GHz, 15 GHz, 17,5 GHz und 20 GHz erzeugen.
• Um ein einzelnes zusammengesetztes Signal zum Betreiben des Gerätes gemäß Fig. 1 zu liefern, werden die verschiedenen Signale, die nach der Struktur von Fig. 2 erzeugt werden, kombiniert, um eine einzelne Wellenform zu bilden. Damit werden die sinusförmigen Signale der Generatoren 100 und 102 in einem Koppler 116 kombiniert, um ein Signal an der Ausgangsleitung 118 zu bilden. Auf ähnliche Weise werden die Signale der Generatoren 104, 106 im Koppler 120 zusammengefaßt, um ein Signal an der Ausgangsleitung 122 zu bilden; die Signale der Generatoren 108, 110 werden zusammengesetzt im Koppler 124, um ein Signal an der Ausgangsleitung 126 zu bilden und die Signale der Generatoren 112, 114 werden zusammengesetzt im Koppler 128, um ein Signal an der Ausgangsleitung 130 zu bilden.
• Nun sind die ursprünglich acht Signale zusammengesetzt und bilden vier getrennte Signale, die jetzt zusammengesetzt werden müssen, um ein einzelnes zusammengesetztes Signal zu bilden. Dies kann mit den Kopplern 132, 134 erreicht werden, die miteinander verbunden sind, um die vier Signale der Koppler 116, 120, 124, 128 zu zwei Signalen zusammenzuführen und schließlich mit dem Koppler 136, der die beiden letzten Signale von den Kopplern 132, 134 in einem einzelnen Signal kombiniert, welches aus acht ursprünglichen Signalen zusammengesetzt ist.
• Das einzelne Signal vom Koppler 136 wird an die Elektrode 34 angelegt und ein Signal, das um 180º phasenverschoben ist zu diesem Signal, das aus dem Signal des Kopplers 136 erzeugt werden kann, wird an die Elektrode 36 geliefert. In dem in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel tritt optische Energie in das Interferometer am Endabschnitt 23 des Wellenleiters 22 ein und läuft bis zum Endabschnitt 25 des Wellenleiters 22. Das elektrische Signal vom Koppler 136 und sein komplementäres werden an den Enden der Elektroden 34, 36 eingekoppelt, die sich am Endabschnitt 23 anschließen und auf den Elektroden an den Enden anschließend ein Endabschnitt 25 heraustreten. Diese Anordnung erlaubt es den elektrischen Signalen und dem optischen Signal innerhalb des Interferometers in der gleichen Richtung zu laufen.
• Die in Fig. 2 dargestellte Struktur verwendet Koppler zum Erzeugen der elektrischen Signale, um die verschiedenen Signale zu einem Signal zusammenzusetzen. Praktisch führt jeder Koppler zu einem Signalverlust von zirka 6 dB. Somit ist das zusammengesetzte Signal, das vom Koppler 136 gebildet wird, ein stark vermindertes Signal sehr vieler hochfrequenter Signale. Wenn eine Verstärkung notwendig wird, wird ein teurer Verstärker benötigt, der über viele sehr hohe Frequenzen linear ist. Außerdem kann die Wellenform der Zusammensetzung vieler hochfrequenter Signale vom Koppler 136 ernstlich beeinträchtigt werden, selbst durch einen Leiter von nur 1 cm Länge, wenn nicht sichergestellt wird, daß die Frequenzcharakteristik des Leiters über den ganzen Frequenzbereich des zusammengesetzten Signals gleichmäßig verläuft ist.
• Bezugnehmend auf Fig. 3 ist dort eine Struktur in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung veranschaulicht, die die Mängel oder Probleme, die mit den vorangegangenen Strukturen zur Erzeugung von Solitonen zusammenhängen, nicht hat. Im speziellen veranschaulicht Fig. 3 ein Gerät zur Erzeugung einer gewünschten optischen Wellenform, d.h. eines Solitons, welches ein Y-Knoten- Interferometer nutzt, mit verteilten Sätzen von Elektrodenpaaren, wobei jedes Elektrodenpaar angekoppelt ist, um ein Signal mit einer speziellen Frequenz zu empfangen. In der Funktion werden die in Phasenbeziehung stehenden oder in-Phase verlaufenden elektrischen Signale der harmonisch verwandten Frequenzen an die verteilten Elektroden so angelegt, daß Solitonen aus einem von einem Laser erzeugtem kontinuierlichem Wellensignal gebildet werden.
• Im besonderen veranschaulicht das Y-Knoten-Mach-Zehnder- Interferometer in Fig. 3 den Schichtträger mit acht separaten Elektrodensätzen 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, wobei jeder Elektrodensatz ein Doppelpaar verlängerter Elektroden beinhaltet und eine Masseebene, die an zwei optische Wege 26, 28 angeschlossen ist.
• Jedes Elektrodenpaar der Elektrodensätze 50 des Y-Knoten- Interferometers ist angeschlossen, um ein sinusförmiges Wellensignal mit einer Frequenz &omega; zu empfangen. Die Elektrodenpaare eines anderen Elektrodensatzes 52 sind angeschlossen, um ein sinusförmiges Signal mit einer Frequenz zu empfangen, die die erste Harmonische der Frequenz ist, die an dem Elektrodensatz 50 angelegt ist, d.h. 2&omega;. Die Elektroden eines weiteren Elektrodensatzes, d.h. des Elektrodensatzes 54 sind angeschlossen, eine sinusförmige Spannung zu empfangen, die eine Frequenz hat, die eine Harmonische der Frequenz des Signals ist, das an den Elektrodensatz 50 angelegt ist und höher ist als die Frequenz des Signals, das an den Elektrodensatz 52 angelegt ist. Das Signal, das an den Elektrodensatz 54 angelegt ist, kann eine Frequenz von 3&omega; haben. Ein weiterer Elektrodensatz, d.h. der Elektrodensatz 56 ist angeschlossen, um ein sinusförmiges Signal zu empfangen, das eine Frequenz hat, die eine Harmonische der Frequenz, die an den Elektrodensatz 50 angelegt ist und höher ist, als die an den Elektrodensatz 54 angelegte. Das an Elektrodensatz 56 angelegte Signal kann eine Frequenz von 4&omega; haben. Die zuordnung der Signale verschiedener Frequenzen zu jedem Elektrodensatz 58, 60, 62 und 64 erfolgt auf gleiche Weise. Somit sind die Signale, die an jedem Elektrodensatz 50 bis 64 angelegt sind, verschiedene Harmonische einer angelegten Grundfrequenz. Jedes an die Elektroden angelegte Signal aller Elektrodensätze ist zu den anderen in Phasenbeziehung bzw. "in Phase" und in dem Fall von einem Z-Schnitt Ti:LiNbO&sub3;, wo jeder Elektrodensatz aus einem Doppelelektrodenpaar besteht, wird die Phase des an ein Elektrodenpaar des Elektrodensatzes angelegten Signals, d.h. 34, 38 um 180º phasenverschoben sein gegenüber dem Signal, das an das andere Elektrodenpaar des Elektrodensatzes, d.h., 36, 40 angelegt ist. Um die richtige Phase der verschiedenen sinusförmigen Signale zu erhalten, sind Phasensteuereinrichtungen 66, 67 angeschlossen, um sicherzustellen, daß die verschiedenen an die Elektroden angelegten sinusförmigen Signale, die entlang des Wellenleiters 28 angeordnet sind, miteinander in Phase sind und daß die verschiedenen an die Elektroden angelegten sinusförmigen Signale, die entlang des Wellenleiters 26 angelegt sind, auch miteinander in Phase sind und 180º phasenverschoben sind zu den sinusförmigen Signalen, die an die an dem Wellenleiter 28 angeordneten Elektroden angelegt sind. Die Phasen der verschiedenen Signale werden relativ zueinander eingestellt, da um ein Soliton zu erzeugen eine reine Amplitudenmodulation in einer spezifischen zeitlichen Wellenform ohne eine überlagerte Phasenmodulation vorliegen sollte. Die erzeugten unterschiedlichen Frequenzen, der Grundfrequenz &omega; und die harmonischen Frequenzen 2&omega; ... bis 8&omega; können mit Oszillatoren 68 in Kombination mit einem Kammfilter 70 oder durch getrennte phasengleiche Oszillatoren erzeugt werden. Jedes der angeschlossenen Bandfilter 72 ist konstruiert, eine spezifische Frequenz durchzulassen, ist angeschlossen, um ein Signal der gewünschten Frequenz vom Kammfilter zur Phasensteuerung passieren zu lassen. Um ein Steuersignal ausreichender Leistung zu liefern, können die Verstärker 74, 75 zwischen den Elektroden jedes Elektrodensatzes und der Phasensteuereinrichtung angeordnet werden. Dabei ist anzumerken, daß, ungeachtet des Typs des zu Erzeugung von Solitonen verwendeten Interferometers, wenn in einem der Wellenleiter 26 durch ein elektrisches Signal eine positive Änderung des Brechungsindex geschaffen wird, eine gleiche aber entgegengesetzte Brechungsindexänderung in dem anderen Wellenleiter 28 erzeugt wird.
• Die Zahl der Elektrodensätze 50 bis 64 wird durch den Grad der Wellenformsteuerung bestimmt, die für das optische Impulssignal benötigt wird. In Fig. 3 sind acht verteilte Elektrodensätze veranschaulicht, es ist jedoch zu verstehen, daß diese Zahl nicht wesentlich ist und daß jede andere Anzahl von Elektrodensätzen, die es erlaubt, ein Soliton zu bilden, verwendet werden kann. bei einer Anwendung wurde festgestellt, daß die Zahl der Elektrodensätze bis auf drei verringert werden kann. In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist die Grundarbeitsfrequenz des Elektrodensatzes 50 zu 2,5 GHz festgelegt, dann ist die Frequenz des elektrischen Signals für den Satz 52 5 GHz, die Frequenz des elektrischen Signals für den Satz 54 ist 7,5 GHz, die Frequenz des elektrischen Signals für den Satz 56 ist 10 GHz und in gleicher Weise ist die Frequenz des elektrischen Signals für den achten Satz 20 GHz. Der Eingangsabschnitt 23 des Wellenleiters 22 des Interferometers wird angeschlossen, um ein kontinuierliches optisches Wellensignal von einem Laser 80 zu empfangen. Die verschiedenen harmonisch verwandten elektrischen Signale, die an die verteilten Elektrodensätze angeschlossen sind, werden synchronisiert, um das optische Signal in der Amplitude zu modulieren und um ein optisches Signal zu bilden, das eine gewünschte optische Pulsgröße und eine gewünschte Amplitude hat. Die optische Intensität des durch den Laser 80 erzeugten Impulssignals ist bestimmt durch die Dispersionseigenschaften des Lichtleiters und die Breite des gewünschten Solitonimpulses und die Impulsbreite wird bestimmt durch die Bitrate.
• Wenn gewünscht, kann der Laser 80 so betrieben werden, daß er eine Folge optischer Impulssignale erzeugt, die bei einer speziellen Intensität und Impulsbreite eine spezielle Größe haben. Die Folge der optischen Impulssignale kann auf den Eingangsteil der Wellenführung 22 des Interferometers gegeben werden. Beim Y-Knoten 30 wird als Impulssignal in zwei Stöme gleicher Intensität aufgeteilt, die jeden Elektrodensatz 50 bis 64 durchlaufen und durch den Y-Knoten 32 laufen und in den Abschnitt 25 des Wellenleiters 22. So wie die optischen Impulssignale vom Laser 80 die verteilten Elektrodensätze 50 bis 64 des Y-Knoten-Interferometers durchlaufen, werden sie durch die synchronisiert auftretenden harmonisch verwandten elektrischen Impulssignale in Solitonen umgeformt. Die Solitonen, die mit der erfindungsgemäßen Struktur gebildet wurden, können in einen optischen Einmoden-Lichtleiter-Übertragungsweg eingekoppelt werden.
• Die offenbarte erfindungsgemäße Struktur braucht keine oder verwendet keine Koppler, um ein einzelnes zusammengesetztes Signal zu bilden. Somit wird der durch die eingesetzten Koppler hervorgerufene hohe Verlust von 6 dB ausgeschlossen. Außerdem braucht ein Verstärker, falls erforderlich, nur für eine einzelne Frequenz ausgelegt zu werden, da die Signale nicht miteinander verknüpft sind. Es ist nicht notwendig, daß dieser über den ganzen Frequenzbereich der sehr hohen Frequenzen, die kombiniert werden um ein gemeinsames Signal zu bilden, linear ausgelegt wird.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Erzeugung eines Solitonpulses mit

einem Substrat eines elektrooptischen Materials,

einem ersten optischen Wellenleiter (26) aus elektrooptischem Material, der von dem Substrat getragen ist,

einem zweiten optischen Wellenleiter (28) aus elektrooptischem Material, der durch das Substrat getragen ist,

einem optischen Wellenleitereingangsabschnitt (23, 30), der angekoppelt ist, um ein optisches Signal zu jedem, dem ersten und dem zweiten optischen Wellenleiter zu führen,

einer Quelle optischer Energie (80), die an den optischen Wellenleitereingangsabschnitt gekoppelt ist, um optische Energie zuzuführen,

einem optischen Wellenleiterausgangsabschnitt (25, 32), der durch das Substrat getragen ist, der angekoppelt ist, um ein optisches Signal von jedem, dem ersten und dem optischen Wellenleiter zu empfangen, wenigstens drei Sätze von Elektroden (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64), die entlang des ersten und zweiten optischen Wellenleiters verteilt sind, wobei jeder Satz von Elektroden verteilte elektrische Felder innerhalb des ersten und zweiten optischen Wellenleiters erzeugen kann, wenn dieser angekoppelt ist, um elektrische Signale zu empfangen, und

eine Generatoreinrichtung (66-68), 70, 72, 74, 75), die angeschlossen ist, um jedem Satz von Elektroden ein elektrisches Signal einer anderen harmonischen, in Phasenbeziehung stehenden Frequenz zuzuführen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Einrichtung (66, 67), die angekoppelt ist, um die Phase des an jeden Satz von Elektroden angeschlossenen elektrischen Signals einzustellen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Einrichtung, die angeschlossen ist, um die Leistung des optischen Signals, die dem optischen Wellenleitereingangsabschnitt zugeführt wird, zu steuern.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die harmonischen, in Phasenbeziehung stehenden Signale sinusförmig sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, bei welcher jeder Satz von Elektroden ein erstes (34, 38) und ein zweites (36, 40) Paar von Elektroden umfaßt, wobei das erste Paar von Elektroden von jedem Satz von Elektroden an den ersten optischen Wellenleiter gekoppelt ist und wobei das zweite Paar von Elektroden von jedem Satz von Elektroden an den zweiten optischen Wellenleiter gekoppelt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die elektrischen Sinuswellensignale, die an das erste Paar von Elektroden von jedem Satz von Elektroden angelegt sind, um 180º außer Phase zu den elektrischen Sinuswellensignalen sind, welche an das zweite Paar von Elektroden von jedem Satz von Elektroden angelegt sind.