DE69324879T2

DE69324879T2 - Optisches Übertragungssystem

Info

Publication number: DE69324879T2
Application number: DE69324879T
Authority: DE
Inventors: Alan Huang
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1992-10-15
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JPH06224856A; EP0593208B1; JP3115752B2; DE69324879D1; US5408351A; EP0593208A1

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft optische Kommunikationsschaltungen und insbesondere einen rein optischen Sender und Empfänger zur Verwendung in einem optischen Kommunikationssystem.
In optischen Kommunikationssystemen des Standes der Technik kann die Datenübertragungsrate durch Minimieren der Bandbreite, die für die Übertragung von zur Wiedergewinnung der übertragenen Daten notwendigen Steuersignalen (Taktsynchronisation, Rahmenbildung usw.) verwendet wird, maximiert werden. Ein solches Erfordernis ergibt gewöhnlich Systemauslegungen, die (anstatt asynchron) synchron arbeiten und die normalerweise aufwendige Taktwiedergewinnungsschaltungen erfordern. Die in derartigen synchronen Auslegungen erforderlichen Taktwiedergewinnungsschaltungen neigen dazu, komplex, kostspielig und häufig unfähig, bei steigenden optischen Datenkommunikationsraten zuverlässig zu arbeiten, zu sein.
Von Y. Takasaki wird in "Multiplexing and transmission systems for all optical networcs" (Multiplexen und Übertragungssysteme für rein optische Netze), Proceedings of IEEE International Conference on Communications ICC 190, Band 4, 15. April 1990, Seiten 1668-1672, ein Verfahren zur Taktwiedergewinnung beschrieben, das Leitungscodierung im Zusammenhang mit "taktorientierten Teilblöcken" (COS - clock oriented sub-blocks) und "informationsorientierten Teilblöcken" (IOS - information oriented sub-blocks) verwendet. In einem COS wird eine Ziffer für Information reserviert und die anderen drei werden für Taktgabezwecke benutzt. In einem IOS ist eine Ziffer für Taktzwecke reserviert und drei Ziffern werden für Informationen reserviert. Taktwiedergewinnung wird durch Kombinieren des empfangenen Signals mit einer verzögerten Version des empfangenen Signals erreicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Sender, Empfänger und Kommunikationssystem nach der Erfindung entsprechen den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Es ist erkannt worden, daß dadurch, daß die zunehmend kürzeren Lichtimpulse, die für optische Kommunikationen benutzt werden, enorme Bandbreite bereitstellen, es nicht nötig ist, die Steuersignalbandbreite auf Kosten einer gesteigerten Empfänger- und Senderkomplexität zu minimieren, um die Datenübertragungsbandbreite zu optimieren.
Nach der vorliegenden Erfindung enthält ein optisches Konmmunikationssystem einen optischen Sender, der Datensymbole als Paare von Lichtimpulsen sendet, die 1) einen ersten vorbestimmten zeitlichen Abstand aufweisen, der ein erstes Eingangssignal darstellt und 2) einen zweiten vorbestimmten zeitlichen Abstand aufweisen, der ein zweites Eingangssignal darstellt. Die Zeit zwischen einer Symbolübertragung ist größer als entweder der erste oder der zweite vorbestimmte zeitliche Abstand. Die Übertragung eines Lichtimpulses von jedem Paar von Impulsen kann mit einem Taktsignal des Senders synchronisiert werden.
Der Systemempfänger erzeugt ein erstes Ausgangssignal als Reaktion auf ein Paar von Impulsen mit einem ersten vorbestimmten zeitlichen Abstand und erzeugt ein zweites Ausgangssignal als Reaktion auf ein Paar von Impulsen mit einem zweiten vorbestimmten zeitlichen Abstand. Durch Kombinieren der ersten und zweiten Ausgangssignale kann der Empfänger ein Takt- bzw. Tastsignal wiedergewinnen.
Zur Implementierung optischer UND-Schaltungen, die im Sender und Empfänger benutzt werden, können Sagnac-Schalter benutzt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein logisches Ersatzschaltbild eines beispielhaften Kommunikationssystems mit einem Sender und Empfänger, die entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind;
Fig. 2 eine Ausführung der verschiedenen Blöcke des optischen Kommunikationssystems der Fig. 1 in einer optischen Schaltung; und
Fig. 3 beispielhafte Signalwellenformen, die Datenübertragungen logischer Nullen und logischer Einsen zeigen, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich sind.

Ausführliche Beschreibung

In der folgenden Beschreibung ist mit jedem Gegenstand oder Block jeder Figur eine Bezugsbezeichnung verbunden, deren erste Ziffer auf die Figur bezogen ist, in der dieser Gegenstand zuerst anzutreffen ist (z. B. befindet sich 110 in Fig. 1 und Schritt 320 befindet sich in Fig. 3).
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften optischen Kommunikationssystems mit einem optischen Datensender 110, der über eine optische Verbindung 120 mit einem optischen Datenempfänger 130 verbunden ist, dargestellt. Der Sender 110 enthält in der Darstellung optische UND-Gatter 111 und 112, optische Verzögerungsglieder 113 und 114 und optische Weichen 115 und 116. In der offenbarten Anordnung sind die Weichen 115 und 116 unter Verwendung von optischen Isolatoren implementiert, die als verdrahtetes ODER aufgebaut sind. Als Alternative dazu können die Weichen 115 und 116 durch einfaches Verspleißen bzw. Verschmelzen der Lichtleitfasern miteinander implementiert sein.
Das optische UND-Gatter 111, das optische Verzögerungsglied 113 und die ODER-Weiche 115 bieten eine Anordnung zum Erzeugen und Ausgeben von Datensignalen mit logischer Null auf die optische Verbindung bzw. den optischen Weg 120. Das optische UND-Gatter 112, das Verzögerungsglied 114 und optische ODER-Glied 116 bieten eine Anordnung zum Erzeugen und Ausgeben von Datensignalen mit logischer Eins auf die optische Verbindung 120.
Wenn ein Wunsch zur Übertragung einer logischen Null über den Eingangsweg 102 empfangen wird, wird er mit einem (durch 331 der Fig. 3 gezeigten) Tast- bzw. Taktimpuls, der über den Weg 101 empfangen wird, UND-verknüpft. Das optische UND-Gatter 111 erzeugt einen Einzelimpuls, der um eine Zeit D verzögert ist (wobei D die Eigenverzögerung des UND-Gatters 111 ist) und der dieselbe Impulsbreite wie das Taktsignal aufweist. Der erzeugte Impuls wird über zwei Wege gesandt, über einen Weg wird der Impuls durch das Verzögerungsglied 113 um ein Zeitinkrement D0 verzögert und über den anderen Weg 118 wird der. Impuls ohne Verzögerung übermittelt. Der Lichtimpuls auf dem Weg 118 und die Ausgabe des Verzögerungsglieds 113 werden durch die Weiche 115 ODER-verkniipft, um zwei Ausgangsimpulse zu erzeugen, die zeitlich um einen Wert D0 beabstandet sind. Mit kurzer Bezugnahme auf Fig. 3 ist dies bei 310 dargestellt, wo der Impuls im Zeitschlitz T1 der ursprüngliche Taktimpuls ist und der Impuls im Zeitschlitz T3 der um die Zeit D0 verzögerte Taktimpuls ist.
Auf ähnliche Weise wird, wenn ein Wunsch zur Übertragung einer logischen Eins über die Eingangsverbindung 103 empfangen wird, diese mit dem über den Weg 101 empfangenen Taktimpuls UND-verknüpft. Das optische UND-Gatter 112 erzeugt einen Einzelimpuls, der um eine Zeit D verzögert ist und dieselbe Impulsbreite wie das Eingangstaktsignal aufweist. Die Ausgabe des optischen UND-Gatters 112 wird über zwei Wege gesandt, über einen Weg wird der Impuls durch das Verzögerungsglied 114 um ein Zeitinkrement D1 verzögert und über den anderen Weg 119 wird der Impuls ohne Verzögerung übermittelt. Der Lichtimpuls auf dem Weg 119 und die Ausgabe des Verzögerungsgliedes 114 werden durch die Weiche 116 ODER-verknüpft, um zwei Ausgangsimpulse zu erzeugen, die zeitlich um einen Wert D1 beabstandet sind. Bezug nehmend auf Fig. 3 ist dies bei 320 dargestellt, wo der Impuls im Zeitschlitz T1 der ursprüngliche Taktimpuls ist und der Impuls im Zeitschlitz T5 der um die Zeit T1 verzögerte Taktimpuls ist.
Bezug nehmend auf 330 der Figur a ist dort die vom Sender 110 als Reaktion auf eine Eingangsdatenfolge B1-B6 gleich 0101100 erzeugte impulsverzögerungscodierte Datenwellenform dargestellt. Die Datenwellenform bei 330 wird vom Empfänger 130 decodiert, um die ursprüngliche Eingangsdatenfolge zu erzeugen. Das Taktsignal 101, das als 331 gezeigt wird, wird vom Sender 110 zur Erzeugung der Datenwellenform 330 benutzt. Das Taktsignal 331 und die Datenwellenform 330 veranschaulichen eine synchrone Betriebsart des Sendears 110. Auf ähnliche Weise kann der Sendter 110 durch Verwendung eines asynchronen Tastimpulses als Taktsignal 101 zur Steuerung der Sendezeit von asynchronen Daten in einer (nicht dargestellten) asynchronen Betriebsart betrieben werden.
Zurückkehrend zur Fig. 2 wird die Empfängerschaltung 130 mit der Taktwiedergewinnungsschaltung 150 beschrieben. Die Empfängerschaltung 130 umfaßt einen Empfangsteil für logische Null und einen Empfangsteil für logische Eins. Der Empfangsteil für logische Null enthält ein optisches Verzögerungsglied 131 und optisches UND-Gatter 133. Der Empfangsteil für logische Eins enthält ein optisches Verzögerungsglied 132 und optisches UND-Gatter 134. Optische Datensignale wie die durch 330 der Fig. 3 gezeigten [lacuna] über den optischen Weg 120 empfangen.
Wie später noch ausführlicher besprochen wird, kann zur Wiedergewinnung des Taktsignals 143 im Empfänger 130 eine wahlweise vorhandene Taktwiedergewinnungsschaltung 150 benutzt werden. Die Schaltung 150 enthält das Verzögerungsglied 135 (D1) im Empfangsteil für logische Null, das Verzögerungsglied 136 (D0) in der Leitung des Empfangsteils für logische Eins, und die Weiche 137, die beispielsweise unter Verwendung von optischen Isolatoren 137 implementiert ist, die als verdrahtetes ODER aufgebaut sind. Die Verzögerungsglieder (D0) 136 und (D1) 135 sind jeweils dieselben wie Verzögerungsglieder (D0) 131 und (D1) 132. Die Taktwiedergewinnungsschaltung 150 erzeugt das als 332 dargestellte Taktsignal 143 vom Empfängerausgang für logische Null 141, der als 333 dargestellt ist, und Empfängerausgang für logische Eins 142, der als 334 dargestellt ist. Das als 332 dargestellte Taktsignal 143 weist dieselbe Beabstandung wie der Takt 101 auf (im gegenwärtigen Beispiel T Sekunden).
Auf ähnliche Weise kann zur Wiedergewinnung eines Tastsignals 144 eine wahlweise vorhandene Tastsignalwiedergewinnungsschaltung benutzt werden. Beispielsweise enthält die Schaltung 151 optische Isolatoren 137, die als verdrahtetes ODER aufgebaut sind. Das als 335 dargestellte Tastsignal 144 wird durch die Schaltung 151 unter Verwendung der Empfängerausgabe für logische Null 141A, die durch 336 dargestellt wird, und Empfängerausgabe für logische Eins 142A, die durch 337 dargestellt wird, erzeugt. Man beachte, daß der Abstand zwischen benachbarten Tastimpulsen weniger als, gleich oder größer als T sein kann, je nach dem Logikzustand des vorherigen empfangenen Datenbit und des gegenwärtig empfangenen Datenbit.
In der folgenden Beschreibung wird gleichzeitig auf Fig. 1 und 3 Bezug genommen. Wenn über den Weg 120 ein Datensignal mit logischer Null empfangen wird, wird der erste Lichtimpuls (im Zeitschlitz T1 von 310) an Eingang 1 des UND-Gatters 133 und an den Eingang des Verzögerungsgliedes 131 angelegt. Da dieser erste Lichtimpuls, ehe er an den Eingang 2 des UND- Gatters 133 angelegt wird, durch das Verzögerungsglied 131 verzögert wird, wird vom UND-Gatter 133 kein Ausgangsimpuls erzeugt.
Zu einer Zeit D0 danach wird der zweite Lichtimpuls eines Signals mit logischer Null (im Zeitschlitz T3 von 310) über den Weg 120 empfangen und an den Eingang 1 des UND-Gatters 133 und Eingang des Verzögerungsgliedes 131 angelegt. Zur gleichen Zeit wird der erste Lichtimpuls (vom Zeitschlitz T1 von 31.0) durch das Verzögerungsglied 131 ausgegeben und an den Eingang 2 des UND-Gatters 133 angelegt. Da das UND-Gatter 133 einen Impuls an Eingängen 1 und 2 aufweist, erzeugt es einen Ausgangsimpuls, der nach einer Eigenverzögerung D an das Verzögerungsglied 135 angelegt wird. Die Ausgabe des Verzögerungsgliedes 135 ist mit der Weiche 137 verbunden und wird auf der Ausgangsleitung für logische Null 141 ausgegeben. Die logische Ausgabe Null auf der Leitung 141 tritt D + D1 Sekunden nach Empfang des zweiten Lichtimpulses (oder D + D1 + D0 Sekunden nach dem ersten Lichtimpuls) eines Datensignals mit logischer Null über den Weg 120 ein.
Zu einer Zeit D0 danach verläßt der verzögerte zweite Lichtimpuls das Verzögerungsglied 131 und wird an den Eingang 2 des UND-Gatters 133 angelegt. Da jedoch kein Impuls am Eingang 1 des UND-Gatters 133 anliegt, wird daraus kein Impuls ausgegeben.
Man beachte, daß, wenn ein Signal mit logischer Eins über den Weg 120 empfangen wurde, es auch an das UND-Glied 133 und das Verzögerungsglied 131 angelegt werden würde. Auf ähnliche Weise wie die oben beschriebene werden die Impulse in Zeitschlitzen T1 und T5 von 320, die das Datensignal mit logischer Eins darstellen, auch vom UND-Gatter 133 und Verzögerungsglied 131 bearbeitet. Da jedoch die Verzögerung D0 des Verzögerungsgliedes 131 nicht gleich der Verzögerung D1 zwischen den zwei Impulsen, die das Datensignal mit logischer Eins umfassen, ist, wird vom UND-Gatter 133 als Reaktion auf das Anlegen eines Datensignal mit logischer Eins an seine Eingänge keine Ausgabe erzeugt.
Wenn ein Datensignal mit logischer Eins über den Weg 120 empfangen wird, wird der erste Lichtimpuls im Zeitschlitz T1 von 320 an Eingang 1 des UND-Gatters 134 und an den Eingang des Verzögerungsgliedes 132 angelegt. Da dieser erste Lichtimpuls, ehe er an den Eingang 2 des UND-Gatters 139: angelegt wird, vom Verzögerungsglied 132 um D1 verzögert wird, wird vom UND-Gatter 134 kein Ausgangsimpuls erzeugt. Zu einer Zeit D1 danach wird der zweite Lichtimpuls eines Datensignals mit logischer Eins (im Zeitschlitz T5 von 320) über den Weg 120 empfangen und an den Eingang 1 des UND-Gatters 134 angelegt. Zur selben Zeit wird der erste Lichtimpuls (vom Zeitschlitz T5 von 320) vom Verzögerungsglied 132 ausgegeben und an den Eingang 2 des UND-Gatters 134 angelegt. Da dass UND-Gatter 134 einen Impuls am Eingang 1 und 2 aufweist, erzeugt es einen Ausgangsimpuls, der nach einer Eigenverzögerung D an das Verzögerungsglied 136 angelegt wird. Die Ausgabe des Verzögerungsgliedes 136 wird mit der Weiche 137 verbunden und auf der Ausgangsleitung für logische Eins 142 ausgegeben. Die Ausgabe einer logischen Eins auf der Leitung 142 tritt D + D0 Sekunden nach Empfang des zweiten Lichtimpulses (bzw. D + D0 + D1 nach dem ersten Impuls) eines Datensignals mit logischer Eins über den Weg 120 ein. Zu einer Zeit D1 danach verläßt der verzögerte zweite Lichtimpuls das Verzögerungsglied 132 und wird an den Eingang 2 des UND-Gatters 134 angelegt. Da jedoch kein Impuls am Eingang 1 des UND-Gatters 134 anliegt, wird kein Impuls daraus ausgegeben.
Man beachte, daß, wenn ein Signal mit logischer Null über den Weg 120 empfangen wurde, es auch an das UND-Glied 134 und Verzögerungsglied 132 angelegt werden würde. Auf ähnliche Weise wie die oben beschriebene werden die Impulse in Zeitschlitzen T1 und T3 von 310, die das Datensignal mit logischer Null darstellen, ebenfalls vom UND-Gatter 134 verarbeitet. Da jedoch die Verzögerung D1 im Glied 132 nicht gleich der Verzögerung D0 zwischen den zwei Impulsen, die das Datensignal mit logischer Null umfassen, ist, wird vom UND-Gatter 134 als Reaktion auf das Anlegen eines Datensignals mit logischer Null an seine Eingänge keine Ausgabe erzeugt.
Die Datensignale auf Wegen 141 und 142 werden von der Weiche 137 ODER-verknüpft, um einen (durch 331 der Fig. 3 gezeigten) Tast- bzw. Taktimpuls wiederzugewinnen oder zu erzeugen, der über die Verbindung 143 ausgegeben wird. Man beachte, daß, da die Signale mit der logischen Null und logischen Eins beide um D + D0 + D1 gegenüber ihrem Leitimpuls verzögert sind, der erzeugte Taktimpuls eine gleichförmige Periode aufweist.
Die zwei Impulse, die die Signale mit logischer Null und logischer Eins darstellen, werden innerhalb des Zeitintervalls T gesandt. In der dargestellten Anordnung enthält das Zeitintervall T zehn Zeitschlitze (T1-T10). Wie schon besprochen, weist das Signal mit logischer Null einen Impuls in Zeitschlitzen T1 und T3 auf und das Signal mit logischer Eins weist einen Impuls in Zeitschlitzen T1 und TS auf. Obwohl der Zeitabstand zwischen den Impulsen der Signale mit einer logischen Null und logischen Eins verändert werden kann, müssen gewisse Beziehungen bestehen, um die korrekte Funktionsweise der Sender- und Empfängerschaltungen sicherzustellen. Beispielsweise kann cüe Zeitdauer TA (Verzögerung T0) für das beispielhafte Signal mit logischer Null größer gleich der Impulsbreite eines empfangenen Datenimpulses T0 sein. Wenn TA gleich der Impulsbreite T0 ist, würden die zwei Impulse des dargestellten Signals mit logischer Null 310 zu einem (nicht gezeigten) Impuls mit einer Breite 2 T0 werden. Die Zeitdauer TC (Verzögerung 171) für das beispielhafte Signal mit logischer Eins muß größer als TA sein. Die Zeitdauer TB und TD müssen beide größer als der Maximalwert von entweder TA oder TC sein. So sollte die Zeitdauer zwischen benachbarten Taktimpulsen (T) oder Datentastimpulsen größer als zweimal TC sein. Durch dieses Erfordernis wird sichergestellt, daß das aus dem zweiten Impuls eines vorherigen logischen Datenbit (B5) und im ersten Impuls eines gegenwärtigen logischen Datenbit (B6) gebildete Impulspaar, z. B. 341, nicht als Datenbit einer gültigen logischen Null (310) oder logischen Eins (320) ausgelegt wird. In einem synchronen Kommunikationssystem müssen TA + TB und TC + TD gleich der Zeitdauer T sein. In einem asynchronen Datenbitübertragungssystem sollte die Zeitdauer zwischen Tastimpulsen größer als zweimal TD sein, während kein Erfordernis besteht, daß Datentasten mit einer festen Periode T auftritt.
Bezugnehmend auf Fig. 2 wird eine beispielhafte rein optische Schaltungsimplementierung des Senders 110 und Empfängers 130 beschrieben.
Wahlweise kann ein wohlbekanntes Wellenlängenfilter 118 benutzt werden, um zu verhindern, daß unerwünschte Lichtsignale vom Sender 110 aus übertragen werden. Der optische Verstärker 117 (z. B. ein Erbiumverstärker) verstärkt das Lichtsignal auf einen korrekten Pegel zur Übertragung über die optische Verbindung 120 zum Empfänger 130. Im Sender 110 und Empfänger 130 sind die optischen UND-Gatter 111, 112, 133 und 134 beispielsweise als Sagnac-Schalter implementiert. Die Verzögerungsglieder 113, 131 und 136 sind beispielsweise auf wohlbekannte Weise unter Verwendung einer Länge von Lichtleitfaser implementiert, die zur Erzeugung der Verzögerung D0 notwendig ist. Auf ähnliche Weise sind die Verzögerungsglieder 114, 132 und 135 beispielsweise unter Verwendung einer Länge von Lichtleitfaser implementiert, die zur Erzeugung einer Verzögerung D1 notwendig ist. Die ODER-Gatter 115, 116 und 135 sind unter Verwendung von wohlbekannten Richtkopplern implementiert.
Die Funktionsweise eines Sagnac-Schalters, der in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, wird ausführlich in EP-A-0456422 beschrieben. Da alle Sagnac-Schalter auf dieselbe Weise arbeiten, wird nur die Funktionsweise des (hiernach als Sagnac-Schalter 111 bezeichneten) Sagnac-Schalters, der UND-Gatter 111 implementiert, beschrieben.
Beispielsweise enthält der Sagnac-Schalter 7111 ein optisches Übertragungsmedium, z. B. die Lichtleitfaser 210, die ein Segment 211 mit verbesserter variabler Brechzahl enthält, das an beiden Enden mit einem Koppler mit konstanter Polarisation (PMC - Polarization Maintaining Coupler) 213 verbunden ist. Ein optisches Eingangstaktsignal wird an einen Eingang SI angelegt, der der Port 1 des Kopplers 213 ist. Die Ports 2 und 4 des Kopplers 213 werden mit den beiden Enden der Faser 210 verbunden und der Port 3 des Kopplers 210 bildet einen Ausgang 50 der Sagnac- Schleife. So bildet die Faser 210 eine (hier auch als Faserschleife 210 bezeichnete Schleife, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung den Weg, über den ein Signal läuft und insbesondere Anordnungen, in denen der Weg eine geschlossene oder beinahe geschlossene Figur bildet, betrifft.
Der Sagnac-Schalter 111 arbeitet wie folgt. Das Taktsignal wird an den Port 1 angelegt und in zwei Teile aufgespaltet, die aus dem Koppler 213 an Ports 204 austreten: ein Zeichensignal "mark", das im Uhrzeigersinn läuft und ein Bezugssignal "ref", das im Gegenuhrzeigersinn läuft. Die Signale "mark" und "ref" durchlaufen die Schleife in entgegengesetzten Richtungen, treten wieder in den Koppler 213 ein und vereinigen sich wieder. Unter normalen Umständen erfahren die Signale "mark" und "ref:" bei ihrem Durchlaufen der Schleife dieselben Bedingungen. Obwohl die Fortpflanzungsgeschwindigkeit eine Funktion von vielen Parametern ist, die unkontrollierbar sein können und sich zeitlich ändern können oder nicht, ist die Laufzeit der Signale "ref" und "mark" kurz genug, so daß im Grunde genommen alle Parameter statisch bleiben. Es treten infolgedessen keine Änderungen in der Schleife ein, um zwischen den Auswirkungen der Faser auf die in den beiden Richtungen laufenden Signale zu unterscheiden. Das Ergebnis ist ein Kombinieren von Signalen im Koppler 213, das in bezug auf Port 1 konstruktiv und in bezug auf Part 3 destruktiv ist. Infolgedessen wird Licht, das in den Port 1 des Kopplers 213 eintritt, vollständig zum Port 1 zurückreflektiert, und es wird keine Ausgabe an den Port 3 abgegeben. Die obigen Absätze beschreiben die Funktionsweise in Abwesenheit eines Steuersignals zum Port CTLI.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Konstruktion enthält der Sagnac-Schalter 111 einen Wellenlängenkombinierkoppler 214, der ein Steuersignal (Sendesignal 102 einer logischen Null im vorliegenden Beispiel) am Port CTLI in ein Segment 211 der Faserschleife 210 einkoppelt. Da der Koppler 214 innerhalb der Schleife 210 liegt, läuft das Steuersignal nur in einer Richtung entlang der Schleife 210, und insbesondere ist der Koppler 214 so angeordnet, daß er das entlang der Schleife 210 laufende Steuersignal in Richtung des Signals "mark" einkoppelt. Auch kann in der Schleife der Faser 210 ein Wellenlängenkombinierkoppler 215 eingeschlossen sein, um das Steuersignal (Sendesignal mit logischer Null 102), nachdem es seine Steuerfunktion erledigt hat, aus der Schleife auszukoppeln.
Das Segment 211 der Faserschleife 210 ist ein Material mit variabler Brechzahl, das durch die Eigenschaft gekennzeichnet ist, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit eines das Material durchlaufenden Strahls eine Funktion der Lichtstärke des Strahls ist, der das Material durchläuft. Zwar besteht diese Eigenschaft in allen Lichtleitfasern, doch sind einige Lichtleitfasern hergestellt worden, um die Eigenschaft der veränderlichen Brechzahl zu verbessern. Weiterhin ändert sich nicht nur die Fortpflanzunugsgeschwindigkeit für den Strahl (z. B. das Steuersignal), der die Änderung in der Fortpflanzungsgeschwindigkeit bewirkt, sondern es ändert sich auch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit anderer Strahlen (z. B. des Signals "mark"), die das Material zur gleichen Zeit durchlaufen. Die nichtlineare Wechselwirkung zwischen dem Steuersignal und dem Signal "mark" findet mittels Kreuzphasenmodulation aufgrund des optischen Kerr-Effekts statt. Natürlich kann die gesamte Länge der Faser 210 aus einem derartigen Material mit veränderlicher Brechzahl hergestellt sein, aber zur Verallgemeinerung ist die Faser 210 mit nur einem begrenzten, aus diesem Material hergestellten Segment 211 gezeichnet. Ebenfalls zur Verallgemeinerung ist darauf hinzuweisen, daß die Faserschleife 210 nicht unbedingt Faser sein muß. Sie kann ein Wellenleiter oder ein sonstiges Mittel zum Leiten des Lichtflusses sein.
Zusammengefaßt enthält der Sagnac-Schalter 111 eine Faserschleife 210 mit einem Material mit steuerbarer Fortpflanzungsgeschwindigkeit im Segment 211, wobei Signale "mark" und "ref" die Schleife in entgegengesetzten Richtungen durchlaufen und im Koppler 213 kombiniert werden, und einem Steuersignal (einem Signal mit logischer Null), das am Koppler 214 eingekoppelt wird und das in derselben Richtung wie das Signal "mark" über das Segment all läuft und vom Koppler 215 ausgekoppelt wird. Wenn das Steuersignal nicht vorhanden ist, werden die Signale "mark" und "ref" wie oben beschrieben im Koppler 213 kombiniert. Das in den Schalter am Port 1 eintretende Signal wird aus der Faserschleife 210 herausreflektiert und tritt aus dem Port 1 des Kopplers 213 aus. Wenn jedoch das Steuersignal (Sendesignal mit logischer Null 102) vorhanden ist und zum Durchlaufen des Segments 211 mit dem Signal "mark" veranlaßt wird, ändert die Änderung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Signals "mark", die durch das Steuersignal verursacht wird, die Phase des am Koppler 213 ankommenden. Signals "mark". Wenn die Energie im Steuersignal und das Wechselwirkungsintervall im Segment 211 (zwischen den "mark" und Steuersignalen) richtig gesteuert werden, beträgt das resultierende Phasenverhältnis zwischen den Signalen "mark" und "ref" annähernd π Radianten, was bedeutet, daß das Signal "mark" unn etwa 180º phasenverschoben zum Signal "ref" ist. Dadurch wird das Kombinieren des Signals "mark" und des Signals "ref" im Koppler 213 vollständig destruktiv in bezug auf Port 1 und vollständig konstruktiv in bezug auf Port 3. Im Ergebnis tritt die gesamte Energie am Port 3 (Ausgangsport für nichtreflektiertes Signal) anstatt am Port 1 (Ausgangsport für reflektiertes Signal) aus. Die Ausgabe des Anschlusses 3 ist daher die logische UND- Verknüpfung des Taktimpulses und Steuerimpulses (Sendesignal logischer Null 102). Die Ausgabe SO des Sagnac-Schalters 111 ist daher die logische UND- Verknüpfung der Eingaben an SI und CTLI.
Es ist auch beiläufig zu bemerken, daß das Signal "ref" auch das Segment 211 durchläuft und daß seine Geschwindigkeit ebenfalls etwas durch das Steuersignal beeinflußt wird. Da jedoch das Steuersignal und das Signal "ref" in entgegengesetzten Richtungen laufen, ist ihre Wechselwirkungszeit viel kürzer als die Wechselwirkungszeit zwischen dem Signal "mark" und dem Steuersignal.
Um korrekte Funktionsweise des Sagnac-Schalters sicherzustellen, d. h. zum. Minimieren der Verschlechterung (wie beispielsweise Begrenzung usw.) des Impulses, der am Port 3 ausgegeben wird, ist es erforderlich, daß das Steuersignal (Signal mit logischer Null 102) vollständig das Signal "mark" während seines Durchlaufens des Segments 211 der Faserschleife 210 überquert. Dies wird dadurch erreicht, daß das Material des Segments 211 die Eigenschaft von zwei Geschwindigkeiten aufweisen muß, einer, bei der sich das Steuersignal mit einer anderen Geschwindigkeit als das (Takt-)Signal "mark" fortpflanzt. Die Differenz der Fortpflanzungsgeschwindigkeit kann an einen beliebigen steuerbaren Parameter des Steuersignals wie beispielsweise die Wellenlänge, Lichtstärke oder Polarisation gebunden sein. In der beispielhaften Ausführungsform werden unterschiedliche Wellenlängen verwendet. Das heißt, die Wellenlänge des Taktsignals (λ1) ist anders als die Wellenlänge (λ2) des Steuersignals (Sendesignal mit logischer Null 102).
Solange das Steuersignal das Signal "mark" im Segment 214 vollständig überquert, ist die Funktion des Sagnac-Schalters vollständig unempfindlich gegen die Form des Steuersignals oder seine genaue Zeitgabe.
Stattdessen ist sie nur empfindlich gegen die Gesamtenergie des Steuersignals (das Integral des Steuerimpulses).
Das Segment 211 ist so ausgewählt, daß es einen steuerbaren Parameter auf Grundlage der Wellenlänge aufweist; so weist die Faserschleife 210 eine Dispersionseigenschaft auf. Die Wellenlänge des Steuersignals ist so ausgewählt, daß sie auf einer Wellenlänge liegt, die das Segment 211 mit einer Laufgeschwindigkeit durchläuft, die sich von der Geschwindigkeit für die Wellenlänge des Taktsignals unterscheidet. Die Steuersignalwellenlänge und die Taktsignalwellenlänge sind so ausgewählt, daß die Faserdispersion eine ausreichende Laufgeschwindigkeitsdifferenz ergibt, so daß der Steuerimpuls und der Taktimpuls einander vollständig über die Länge der Faser 211 überqueren. Man nehme beispielsweise an, daß das Steuersignal so ausgewählt ist, daß es die "schnelle" Wellenlänge aufweist; das Taktsignal muß daher zuerst in die Schleife 210 eintreten. So kann das Steuersignal das Signal "mark" innerhalb der Länge des Segments 211 überqueren bzw. daran vorbeischlüpfen, obwohl das Signal "mark" vor dem Steuersignal in das Segment 211 eintritt. Auf ähnliche Weise kann das Taktsignal die "schnelle" Wellenlänge aufweisen, so daß das Signal "mark" das langsamere Steuersignal überquert bzw. daran vorbeischlüpft. In einer solchen Anordnung sollte das Steuersignal vor dem Mark-Signal in das Segment 211 eintreten.

Claims

1. Optischer Datensender, gekennzeichnet durch:

ein erstes optisches Schaltungsmittel (111, 113, 115), das auf ein erstes Eingangssignal 102 reagiert, zum Erzeugen und Senden eines ersten Symbols, das einen ersten und einen zweiten Lichtimpuls aufweist, die das besagte erste Eingangssignal darstellen, wobei der besagte zweite Impuls eine erste vorbestimmte Zeit (D0) nach dem besagten ersten Impuls auftritt;

ein zweites optisches Schaltungsmittel (112, 114, 116), das auf ein zweites Eingangssignal 103 reagiert, zum Erzeugen und Senden eines zweiten Symbols, das einen dritten und einen vierten Lichtimpuls aufweist, die das besagte zweite Eingangssignal darstellen, wobei der besagte vierte Impuls eine zweite vorbestimmte Zeit (D1) nach dem besagten dritten Impuls auftritt; und

ein Mittel zur Steuerung (101, 111, 112) der Übertragung des besagten ersten und zweiten Symbols, so daß die Zeit zwischen der Symbolübertragung größer als sowohl die besagte erste als auch die besagte zweite vorbestimmte Zeit ist.

2. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Steuerungsmittel Taktimpulse bereitstellt, die mit einer Taktfrequenzrate auftreten, die eine Periode aufweist, die größer als zweimal das Maximum von der besagten ersten und der besagten zweiten vorbestimmten Zeit ist.

3. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

der besagte erste und der besagte zweite Lichtimpuls des besagten ersten Symbols einen zeitlichen Abstand TA aufweisen, wobei TA größer oder gleich der Breite des besagten ersten Impulses ist;

der besagte dritte und der besagte vierte Lichtimpuls des besagten zweiten Symbols einen zeitlichen Abstand TC aufweisen, wobei TC größer als TA ist; und

zwischen dem besagten ersten und dem besagten zweiten Symbol ein zeitlicher Abstand T liegt, der größer als zweimal das Maximum von dem besagten TA und TC ist.

4. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte erste und der besagte dritte Impuls während eines ersten Zeitschlitzes eines vordefinierten Zeitintervalls mit einer Anzahl von Zeitschlitzen auftreten, wobei der besagte zweite und der besagte vierte Impuls während verschiedener anderer Zeitschlitze des besagten Intervalls auftreten und wobei

die Zahl von Zeitschlitzen in dem besagten Intervall größer oder gleich eins weniger als zweimal die Zeitschlitzzahl sowohl des besagten zweiten als auch des vierten Impulses ist.

5. Optischer Datenempfänger zum Empfangen von Paaren von Lichtsignalen über einen optischen Weg, gekennzeichnet durch:

ein erstes optisches Schaltungsmittel (131, 133) zum Empfangen eines ersten Paares von Lichtimpulsen mit einer zwisclhen diesen liegencien ersten vorbestimmten Zeitdauer und zum Erzeugen eines ersten Ausgangssignals als Reaktion auf diese, ein zweites optisches Schaltungsmittel (132, 134) zum Empfangen eines zweiten Paares von Lichtimpulsen mit einer zwisclhen diesen liegencien zweiten vorbestimmten Zeitdauer und zum Erzeugen eines zweiten Ausgangssignals als Reaktion auf diese, und wobei

der zeitliche Abstand zwischen dem Empfang aufeinanderfolgender Lichtsignalpaare größer als sowohl die besagte erste als auch die besagte zweite vorbestimmte Zeitdauer ist.

6. Empfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte erste Mittel einen optischen Sagnac-Schalter (133) enthält, der als ein optisches AND-Gatter mit einem mit dem besagten optischen Weg verbundenen Eingangsport (SI) und einem durch ein erstes optisches Verzögerungsmittel mit einer Verzögerung gleich der besagten ersten vorbestimmten Zeit mit dem besagten optischen Weg verbundenen Steuerport (CTLI) angeordnet ist, und das besagte zweite Mittel einen optischen Sagnac-Schalter (134) enthält, der als ein optisches AND-Gatter mit einem mit dem besagten optischen Weg verbundenen Eingangsport (SI) und einem durch ein zweites optisches Verzögerungsmittel mit einer Verzögerung gleich der besagten zweiten vorbestimmten Zeit mit dem besagten optischen Weg verbundenen Steuerport (CTLI) angeordnet ist.

7. Empfänger nach Anspruch 55, gekennzeichnet durch ein drittes optisches Schaltungsmittel (130) zur Verknüpfung des besagten ersten und des besagten zweiten Ausgangssignals zur Erzeugung eines Ausgangssteuersignals.

8. Optisches Kommunikationssystem, gekennzeichnet durch:

einen Sender (110) mit

einem ersten Mittel (111, 113, 115), das auf ein erstes Eingangssignal reagiert, zum Erzeugen und Senden eines ersten Paares von Lichtimpulsen mit einer zwischen diesen liegenden ersten vorbestimmten Zeitdauer, einem zweiten Mittel (112, 114, 116), das auf ein zweites Eingangssignal reagiert, zum Erzeugen und Senden eines zweiten Paares von Lichtimpulsen mit einer zwischen diesen liegenden weiten vorbestimmten Zeitdauer, und

einem dritten Mittel (101, 111, 112) zur Steuerung der Übertragung des besagten ersten und zweiten Impulspaares, so daß die Zeit zwischen diesen größer als sowohl die besagte erste als auch die besagte zweite Zeitdauer ist, und

einen Empfänger 130 mit

einem ersten Mittel (131, 133) zum Empfangen des besagten ersten Paares von Lichtimpulsen und zum Erzeugen eines ersten Ausgangssignals als Reaktion auf diese, und

einem zweiten Mittel (132, 134) zum Empfangen des besagten zweiten Paares von Lichtimpulsen und zum Erzeugen eines zweiten Ausgangssignals als Reaktion auf diese.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte dritte Sendermittel folgendes enthält:

ein Mittel zum Empfangen (101) eines Taktimpulses, und wobei

das besagte erste Sendermittel auf einen empfangenen Taktimpuls und das besagte erste Eingangssignal reagiert, um einen ersten Impuls des besagten ersten Impulspaares zu erzeugen, und das besagte zweite Sendermittel auf den besagten empfangenen Taktimpuls und das besagte zweite Eingangssignal reagiert, um einen ersten Impuls des besagten zweiten Impulspaares zu erzeugen.