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Hintergrund
der Erfindung
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Bereich der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die faseroptische
Informationsübertragung und
-kommunikation und speziell auf das Testen von Empfängern unter
dem PMD-Effekt.
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Verwandte
Technik
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Polarisationsmodendispersion
(PMD)
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Die
faseroptische Technologie revolutioniert das Gebiet der Telekommunikation.
Der hauptsächliche
Antrieb ist die Aussicht auf eine extrem hohe Kommunikationsbandbreite.
Bei hohen Bandbreiten kann ein einzelner Strahl von moduliertem
Laserlicht enorme Informationsmengen tragen – gleichwertig zu Hunderten
von Tausenden von Telefongesprächen oder
Hunderten von Videokanälen.
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Pulsverbreiterung
beschränkt
jedoch die effektive Bandbreite und die Ausbreitungsentfernung eines
optischen Kommunikationssignals. Aufgrund der inhärenten dispersiven
Eigenschaft eines optischen Fasermediums, bewegen sich nicht alle
Anteile eines Lichtpulses mit der gleichen Geschwindigkeit durch
eine optische Faser und verursachen Pulsverbreiterung.
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1 stellt
dar, wie Pulsverbreiterung aus abweichenden Lichtausbreitungsverzögerungen
entsteht, was schließlich
die Lichtausgabe verzerrt. Digitale Eingangspulse 100 werden
in ein optisches Fasermedium 110 gespeist. Die amplitudenmodulierten Pulse
werden von einer modulierten Laserquelle erzeugt, wie einem direkt-modulierten
Laser oder einem extern-modulierten Laser.
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Unterschiedliche
Anteile eines Lichtpulses erfahren abweichende Ausbreitungsverzögerung,
die unter anderem von den abweichenden Längen der reflektierten Pfade
innerhalb der optischen Faser 110 herrühren. Der Klarheit wegen sind
drei Pfade dargestellt, die einem relativ geraden, kurzen Pfad 100a, einem
reflektierten, mittellangen Pfad 100b und einem relativ
langen, reflektierten Pfad 100c entsprechen. Aufgrund der
abweichenden Ausbreitungsverzögerung,
siehe z. B. die Δt
Verzögerung
der Ankunftszeiten zwischen 100a und 100b, wird
die kombinierte optische Ausgabe verzerrt. Daher wird ein die Ausgabepulse 100a–100c detektierender
Photorezeptor eine verzerrte Ausgabe 120 erzeugen.
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Wie
in 2 gezeigt, kann eine derartige Pulsverbreiterung
zu Zeichenverwechslung führen. „Pulsverbreiterung" wird „Dispersion" oder „Ausweitung" genannt aufgrund
der nicht uniformen Weise, in der Teile eines einfallenden Signals 200 sich
durch ein dispersives Fasermedium ausbreiten. In einer milden Form
der Dispersion sind die Übergänge zwischen
den ON und OFF Zuständen,
die am Empfänger
beobachtet werden, nicht so abrupt und klar wie die Übergänge, die
von einem sendenden Laser stammen. Ein schwerwiegenderes Verwischen
im Zeitbereich beschränkt
die nutzbare Bandbreite des Pfads.
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In 2 haben
Dispersionseffekte zwei nahe beieinanderliegende Pulse verbreitert
zu einem Ausmaß,
dass sie nahezu ununterscheidbar sind, wie es durch ein Fragezeichen
im Ausgangssignal 220 angezeigt ist. Dies veranlasst ein
Informationsbit, fehlerhaft empfangen zu werden, mit vielleicht verheerenden
Folgen für
die Netzkommunikation und Kundenunzufriedenheit.
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Mehrere
Verfeinerungen wurden gemacht, um Dispersion zu reduzieren und die
nutzbare Bandbreite zu vergrößern. Zunächst wurde
die Single-Mode Faser entwickelt, die einen schlanken Kern hat,
so dass es im Wesentlichen nur einen einzigen Lichtpfad durch die
Faser gibt. Als zweites wurde der verteilte Rückkopplungslaser (Distributed
Feedback (DFB) Laser) entwickelt mit einer extrem schmalen Verteilung
der Ausgangswellenlängen.
Diese Technik minimiert die chromatische Dispersion, die durch die Tatsache,
dass unterschiedliche Wellenlängen
mit geringfügig
unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch eine Faser laufen, ver ursacht
wird. Schließlich wurde
ein dispersionsverschobenes Fasermaterial hergestellt, um die Geschwindigkeit-zu-Wellenlänge-Abhängigkeit
bei einer spezifischen, in Telekommunikationsanwendungen üblichen,
Wellenlängen von
1550 nm zu minimieren.
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Zusammengenommen
haben aktuelle Verbesserungen der Fasermaterialen und der Übertragungsvorrichtungen
Pulsverbreiterung reduziert und die Betriebsbandbreite erhöht. „Lichtwellen"-Technologie hat
sich mit einer derartigen Geschwindigkeit weiterentwickelt, dass
die Bandbreitenfähigkeiten alle
zwei Jahre mehr als verdoppelt wurden. Als eine Folge davon sind
die Betriebsbandbreiten, die in digitalen Bit-pro-Sekunde Raten
ausgedrückt
werden, von 500 Mbps bis 10 Gbps angestiegen.
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Von der Erfindung gelöstes Problem
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Diese
zunehmend exotischeren Verfeinerungen haben die Technologie an einer
neuen Grenze für
die Bandbreite gebracht: Polarisationsmodendispersion (PMD). Zuvor
war PMD größenordnungsmäßig zu den
anderen dispersiven Effekten relativ unbedeutend, aber jetzt ist
sie ein begrenzender Faktor. Es ist wohl bekannt, dass Licht polarisiert
werden kann und dass für
einen gegebenen Lichtstrahl diese Polarisation in Form von zwei
orthogonalen Achsen, die zur Ausbreitungsachse normal sind, ausgedrückt werden
kann. Während
ein Lichtstrahl sich durch eine Faser ausbreitet, kann die entlang
einer dieser Polarisationen vorhandene Lichtenergie auf die andere
Polarisation übergehen.
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Dieses Übergehen
hätte normalerweise
geringe Konsequenzen (Lichtwellenempfänger detektieren beide Polarisationen),
bis auf dass tatsächliche Fasern
unterschiedliche Polarisationen bei geringfügig unterschiedlichen Geschwindigkeiten
transportieren. Dieser Effekt kann in der Größenordnung von 10–20 Picosekunden
(ps) in einer 100 km Faser sein und wird wichtig, wenn die Modulationspulse
50–100 ps
breit sind. Um die Sache zu verkomplizieren, ändert sich die Polarisationsdispersion
innerhalb einer gegebenen Faser als eine Funktion der Zeit und der Temperatur.
Daher muss ein wirksamer PMD Kompensationsmechanismus diese Änderungen überwachen
und sich entsprechend anpassen, um die PMD an einem Minimum zu halten.
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Um
die Effekte der PMD zu annullieren, haben Forscher die Anwendung
einer adaptiven Kompensationsvorrichtung in einem optischen Pfad
am Empfängerende
gerade vor dem empfangenden Wandler vorgeschlagen. Die Kompensatoren
verwenden typischerweise einen Detektor zur Analyse der relativen
Aufteilung und Verzögerung
eines hereinkommenden Signals entlang zweier orthogonaler Polarisierungen.
Die Kompensatoren korrigieren ein Datensignal durch absichtliches
Hinzufügen
von Verzögerungen,
selektiv zu einer Polarisierung oder der anderen. Ein Controller
interpretiert die Erkenntnisse des Verzögerungsanalysierers und manipuliert
einstellbare Verzögerungselemente,
um so die polarisierungsabhängigen
Verzögerungsunterschiede,
die vom unperfekten Faserübertragungspfad
hervorgerufen werden, zu kompensieren. Diese Techniken sind jedoch
in Telekommunikationsanwendungen, wie optischen Langstreckenfaserkommunikationen, nicht
praktikabel.
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Die
variablen Verzögerungselemente
sind üblicherweise
optische Fasern, die entweder erhitzt oder gequetscht werden, um
ihre Ausbreitungseigenschaften zu verändern. Während diese Elemente auf elektronische
Steuertechniken in einem Labor anpassbar sind, sind sie im Hinblick
auf Reproduzierbarkeit und Voraussagbarkeit der Antwort inadäquat. Sie
sind auch für
den Gebrauch in einem kommerziellen, mit Netzverkehr beaufschlagten
Fasernetzwerk unpraktisch, in welchem die Wiederherstellungszeit
nach einem Gerätefehler
oder Stromausfall minimiert werden sollte. Siehe z. B. Ozeki, et
al., „Polarization-mode-dispersion
equalization experiment using a variable equalizing optical circuit
controlled by a pulse-waveformcomparison algorithm," OFC '94 Technical Digest,
paper TuN4, Seiten 62–64;
Ono, et al., „Polarization
Control Method for suppressing Polarization Mode Dispersion Influence
in Optical Transmission Systems",
Journal of Lightwave Technology, Vol. 12, No. 5, Mai 1994, Seiten
89–91;
Takahasi, et al., „Automatic
Compensation Technique for Timewise Fluctuating Polarization Mode
Dispersion in In-line Amplifier Systems", Electroinics Letters Vol. 30, No.
4, Februar 1994, Seiten 348–49;
und WO 93/09454, Rockwell, Marshall A.; Liquid Crystal Optical Waveguide
Display System.
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Dokument
WO 93/50185 A, welches unter Artikel 54(3) EPC fällt, enthüllt ein Polarisationsmodenkompensationssystem
und -Verfahren, das optische Schaltelemente benutzt, um schrittweise
ansteigende Verzögerungen
zwischen verschiedenen Polarisationsmoden eines optischen Datensignals
einzuführen,
wobei ein Polarisationsmodenseparator das optische Datensignal in
erste und zweite orthogonal polarisierte optische Signale separiert,
wobei ein ers tes variables schaltbares Verzögerungselement eine erste inkrementale
Vergrößerung der
Ausbreitungsverzögerung
für das
erste polarisierte optische Signal und ein zweites variables schaltbares Verzögerungselement
eine zweite inkrementale Ausbreitungsverzögerung für das zweite polarisierte optische
Signal bereitstellt.
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Des
weiteren enthüllt
Dokument US-A-5 587 827 ein Gerät
zur Kompensation von chromatischer und polarisationsbezogener Dispersion
und Frequenzmodulation in faseroptischen Kommunikationssystemen,
um die Datenraten zu erhöhen.
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Das,
was benötigt
wird, ist ein Verfahren zum Testen der Fähigkeit verschiedener Empfänger, den PMD
Effekten Stand zu halten.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Testen der Fähigkeit
verschiedener Empfänger,
den PMD Effekten Stand zu halten, wie in Anspruch 1 definiert, bereit.
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Ein
PMD-Simulator empfängt
ein Signal, trennt das Signal in seine verschiedenen Polarisationsmoden
und stellt ein geeignetes variables Zeitverzögerungselement im Pfad vor
dem Empfänger bereit.
Eine Steuerung verändert
die Frequenz und die Stärke
der Dispersion, die jede der Polarisationsmoden hat, wenn sie aus
der Faser austreten. Eine Anzahl von Empfängern kann unter Benutzung
desselben Testmusters getestet werden, um die Leistung zu vergleichen,
wodurch eine einheitliche Vergleichsbasis bereitgestellt wird.
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Um
die Zeitverzögerungen
bereitzustellen, separiert beispielsweise ein Polarisationsmodenseparator
das optische Datensignal in erste und zweite orthognal polarisierte
optisches Signale. Ein erstes variables schaltbares Verzögerungselement
stellt eine erste inkrementale Ausbreitungsverzögerung für das erste polarisierte optische
Signal bereit. Ein zweites variables schaltbares Verzögerungselement
stellt eine zweite inkrementale Ausbreitungsverzögerung für das zweite polarisierte optische
Signal bereit. Eine Steuerung steuert optische Schalter in den ersten und
zweiten variablen schaltbaren Verzögerungselementen, um erste
und zweite inkrementale Ausbreitungsverzögerungen einzustellen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung bestehen die ersten und zweiten variablen schaltbaren
Verzögerungselemente
aus einer Reihe von optischen Schaltern, die optisch miteinander
verbunden sind durch optische Fasern mit unterschiedlichen inkrementalen
Längen.
2 × 2
optische Schalter werden bereitgestellt, um zwischen einem Referenzfasersegment
und einem Verzögerungsfasersegment
zur Bereitstellung einer relativen inkrementalen Ausbreitungsverzögerung umzuschalten.
Verschiedene 2 × 2
optische Schalterkonfigurationen können benutzt werden, einschließlich Anordnungen,
die optische Halbleiterverstärker
oder Mach-Zehnder Schalter
benutzen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden im folgenden im Detail mit Bezug
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Kurze Beschreibung der
Figuren
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Die
begleitenden Zeichnungen, die hierin eingefügt sind und einen Teil der
Beschreibung bilden, stellen die vorliegende Erfindung dar und dienen zusammen
mit der Beschreibung weiterhin dazu, das Prinzip der Erfindung zu
erklären
und einen Fachmann in dem entsprechenden Gebiet in die Lage zu versetzen,
die Erfindung umzusetzen und zu benutzen. In den Zeichnungen gilt:
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1 stellt
eine Pulsverbreiterung durch eine dispersive optische Faser dar;
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2 zeigt
die Zeichenverwechslung, die durch Pulsverbreiterung verursacht
wird;
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3A zeigt
eine optische Kommunikationsverbindung mit einem automatisch gesteuerten PMD-Kompensator;
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3B ist
ein detailliertes Blockdiagramm des in 3A gezeigten
PMD-Kompensators;
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4 zeigt
ein gesteuertes, variables, inkrementales schaltbares Verzögerungselement,
das optische Schalter und feste Verzögerungselemente benutzt.
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5A, 5B, 5C und 5D stellen Beispiele
von optischen Schaltern dar; und
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6 ist
ein Blockdiagramm eines PMD-Simulators in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun beschrieben mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen. In den Zeichnungen weisen ähnliche Bezugszeichen auf identische
oder funktionell ähnliche
Elemente hin. Zusätzlich
identifiziert/identifizieren die linke(n) Ziffer(n) eine Bezugszeichenzahl,
typischerweise die Zeichnung, in der die Bezugszeichenzahl zuerst
auftaucht.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Ein
PMD-Simulator mit einem Kompensator basiert auf Verzögerungselementen,
die optisches Schalten verwenden, um wohl definierte Erhöhungen von
Verzögerungen
zur Polarisation eines optischen Signals hinzuzufügen. Ein
Gerät ist
in 3A und 3B der
angehängten
Zeichnungen dargestellt.
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3A zeigt
einen typischen end-to-end Netzwerkpfad. Ein Transmitter 300 sendet
ein optisches Datensignal durch eine optische Faser 310 zur Detektion
durch einen Empfänger 350.
Der Transmitter 300 kann beispielsweise ein DFB Lasermodulator oder
jeglicher andere Typ einer modulierten Lichtquelle zur Erzeugung
eines optischen Datensignals sein. Optische Faser 310 ist
eine langstrecken-, single-mode-, dispersionsverschobene Faser,
ungefähr 100
km lang. Allgemeiner kann jeder Typ einer optischen Faser benutzt
werden. Zusätzliche
Fasern, Leitungsverstärker
und/oder Repeater können
auch zwischen dem Sender 300 und dem Empfänger 350 enthalten
sein. Empfänger 350 kann
jeglicher geeignete Fotodetektor zur Detektion des modulierten optischen
Datensignals sein.
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Ein
Polarisations-Moden-Dispersions(PMD)-Kompensator 320 ist
entlang der optischen Faser 310 nahe dem Empfänger 350 bereitgestellt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung gleicht der PMD-Kompensator 320 PMD
aus, was weiterhin Bandbreite und Übertragungsreichweite erhöht. Zum
Beispiel kann, wenn die Präsenz
des PMD-Kompensators 320 gegeben ist, der Transmitter 300 modulierte
Laserdaten in der Größenordnung von
1 bis 100 Gb/s (Gigabit/Sek) oder mehr, oder über eine 100 km Single-Mode-Faser
ohne Zeichenverwechslung übertragen.
Der Empfänger 350 kann die
Ausgabe zuverlässig
und akkurat in einer Telekommunikationsumgebung detektieren.
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3B zeigt
ein Blockdiagramm der Komponenten eines PMD-Kompensators 320.
Optische Pfade sind generell durch eine Schleife entlang des Übertragungspfads
gekennzeichnet.
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Das
durch die optische Faser 310 laufende optische Datensignal
tritt in den Strahlteiler 322 als optischer Eingang 315 ein.
Ein Teil des optischen Eingangs 315 wird zu einem Verzögerungsdetektor 327 umgeleitet.
Der Verzögerungsdetektor
detektiert Verzögerungen
zwischen zwei orthogonalen Polarisationsmoden des detektierten Lichts.
Die Arbeitsweise und Implementierungen solcher Verzögerungsdetektoren
sind wohl bekannt und benötigen keiner
weiteren detaillierten Beschreibung.
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Der
Hauptteil des optischen Eingangs 315 tritt durch den Strahlenteiler 322 hindurch
zu einem polarisationsabhängigen
Strahlenteiler 324. Der polarisationsabhängige Strahlenteiler
ist eine Art von einem Polarisationsmodenseparator, der den optischen
Eingang 315 in zwei optische Signale trennt, die orthogonal
polarisiert mit Bezug zu einander sind. Die zwei polarisierten Signale
laufen entlang zweier getrennter Pfade, die jeweils durch variable
schaltbare Verzögerungselemente 326 und 328 laufen.
Jedes der variablen schaltbaren Verzögerungselemente 326 und 328 stellt
eine jeweilige inkrementale Verzögerung
für durch
sie hindurchtretende optische Signale bereit, um die PMD auszugleichen
oder zu kompensieren. Nach Passieren der Verzögerungselemente 326 und 328 werden
die zwei orthogonal polarisierten optischen Signale wieder kombiniert
durch einen Strahlenvereiniger 340. Ein optischer Ausgang 345 mit
geringer oder keiner Polarisationsmodendispersion führt dann
an die optische Faser 310 und/oder den Empfänger 350 zurück.
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Der
Grad der zusätzlichen
Verzögerung,
sofern vorhanden, die durch die variablen schaltbaren Verzögerungselemente 326 und 328 vermittelt
wird, wird durch Steuersignale, die über entsprechende Steuerleitungen 331 und 332 von
einer Steuerung 333 empfangen werden, manipuliert. Die
Steuerung 330 empfängt
den Datenausgang vom Verzögerungsdetektor 327,
der die Stärke
der PMD über
eine Ausgangsleitung 329 repräsentiert. Die Steuerung 330 verarbeitet
daraufhin die Daten und erzeugt Steuersignale für die variablen schaltbaren
Verzögerungselemente 326 und 328,
um den PMD-Effekten des langen Übertragungspfads
entlang der Faser 310 entgegenzuwirken. Insbesondere stellt
die Steuerung 330 optische Schalter innerhalb der variablen Schaltelemente 326 und 328 ein,
um eine inkrementale relative Ausbreitungsverzögerung zwischen den orthogonal
polarisierten Signalen einzubringen, welche die durch den Verzögerungsdetektor 327 detektierte
Verzögerung
kompensiert. Da PMD durch optisches Schalten kompensiert wird, kann
eine extrem schnelle Antwortzeit auf detek tierte Verzögerung,
z. B. in der Größenordnung
von Nanosekunden, erreicht werden, die unabhängig vom Grad der Verzögerungsanpassung
ist.
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Man
beachte, dass in 3B zwei Verzögerungselemente eingesetzt
werden, so dass jede Polarisierung bezüglich der anderen verzögert werden kann.
Eine andere Variation kann ein einzelnes Verzögerungselement benutzen, um
eine relative Ausbreitungsverzögerung
bereitzustellen. Auch können ein
oder mehrere rotierbare Polarisierer beim Polarisationsstrahlenteiler 324 benutzt
werden, um eine Polarisationskomponente mit einem beliebigen Grad der
Rotation auszuwählen,
da die zwei durch die schaltbaren Verzögerungselemente 326 und 328 hindurchtretenden
optischen Signale nicht unbedingt orthogonal polarisiert sein müssen.
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Ein
wichtiges Merkmal ist die Implementierung der variablen schaltbaren
Verzögerungselemente 326 und 328.
Jedes dieser schaltbaren Verzögerungselemente
hat eine ähnliche
Struktur und Funktionsweise. Dementsprechend muss nur ein schaltbares
Verzögerungselement
im Detail beschrieben werden.
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4 zeigt
ein detailliertes Beispiel eines variablen schaltbaren Verzögerungselements 426.
Eine Reihe von Schaltern SW0–SW6
sind in Stufen durch Fasern mit unterschiedlichen inkrementalen
Längen verbunden.
In jeder Stufe kann ein optischer Schalter SW0–SW6 ein optisches Signal über ein
Referenzfasersegment oder ein Verzögerungsfasersegment, welches
länger
als das Referenzfasersegment ist, schalten, so dass eine inkrementale
Ausbreitungsverzögerung
eingeführt
wird. Abhängig
davon, wie jeder Schalter SW0–SW6
gestellt ist, kann ein optischer Ausgang 427 durch unterschiedliche
inkrementale Zeitintervalle verzögert
werden.
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Schalter
SW0 ist beispielsweise ein 2 × 2
optischer Kreuzschalter mit vier Anschlüssen A–D. In einer Schalterkonfiguration
kann Schalter SW0 gleichzeitig Anschluss A mit Anschluss C und Anschluss
B mit Anschluss D verbinden. Der optische Input 425 würde Anschluss
C verlassen und entlang eines Referenzfasersegments 440 laufen,
wobei er keine relative Ausbreitungsverzögerung erfahren würde, z.
B. 0 Picosekunden. Alternativ kann SW0 den optischen Input 425 so
schalten, dass er von Anschluss A zum Ausgangsanschluss D zur Übertragung über ein
Verzögerungsfasersegment 441 durchgeht.
Das Verzögerungsfasersegment 441 ist
länger
als das Referenzfasersegment 440, um ein vorbestimmtes
Maß, das
berechnet wur de, um eine Ausbreitungsverzögerung von 1 Picosekunde, verglichen
zur Transitzeit für
durch das Referenzfasersegment 440 laufendes Licht, einzuführen.
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Wie
in 4 gezeigt, führen
die Schaltstufen progressiv mehr Verzögerung ein. Insbesondere nutzt
die Anordnung der 4 Verzögerungswerte, die geometrisch
ansteigen um Zweierpotenzen von einer bis zu 32 Picosekunden für die einzelnen
Stufen. Das schaltbare Verzögerungselement 426 kann jedoch
jeglichen ganzzahligen Verzögerungswert von
0 Picosekunden bis 63 Picosekunden durch Variieren der Schaltzustände der
optischen Schalter SW0–SW6
repräsentieren.
Viele andere Wertzuweisungen für
die Ausbreitungsverzögerung
sind selbstverständlich
möglich
und wurden in Betracht bezogen. Der Gebrauch von vielen niedrigen
Picosekundenwerten wird für
hohe Datenratenkommunikationen bevorzugt, weil die schrittweise
Einführung
von großen
Verzögerungswerten
momentane Signalunterbrechung auslösen kann.
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Somit
sind die obigen Ausbreitungsverzögerungen
in dem schaltbaren Verzögerungselement 426 illustrativ
und können
durch Hinzufügen
von mehr oder weniger Stufen und durch Ändern der Referenzfaserlängen variiert
werden. Weiterhin können bei
jeder Schaltstufe andere optische Verzögerungselemente benutzt werden
in Kombination oder anstatt der optischen Verzögerungselemente, um eine Ausbreitungsverzögerung einzuführen. Auch
Multianschluss-Kreuzverbindungs-Schalter mit mehr als zwei Anschlüssen auf
einer Seite, z. B. N × N
optische Kreuzverbindungen, wobei N = 3, 4, 8, oder mehr ist, können benutzt
werden, um mehrere Verzögerungsfasersegmente
zu erlauben, um eine größere Vielfalt
von Verzögerungen
bei jeder Stufe einzuführen.
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Jeder
der optischen Schalter SW0–SW6
wird über
Steuerleitungen 435, basierend auf einem Steuerinput 431,
der von einer Steuerung 330 ausgegeben wird, gesteuert,
um eine gewünschte
Ausbreitungsverzögerung
einzustellen. Eine weitere optionale Verzögerungsschaltersteuerung 433 ist
in 4 enthalten, um die Steuerungsaufgabe für eine externe
Steuerung 330 zu vereinfachen. Die Verzögerungsschaltersteuerung 433 akzeptiert
einen relativ einfachen Steuerinput 431, wie z. B. eine
Anforderung für
eine bestimmte Ausbreitungsverzögerungszeit
oder einen Befehl zur Erhöhung
oder Verkleinerung einer Verzögerungszeit.
Als Reaktion auf den Steuerinput 431 koordiniert die Verzögerungsschaltersteuerung 433 dann
die Aktionen der einzelnen Schalter SW0–SW6, so dass der Anforderung
Rechnung getragen wird. Dies könnte
zur Implementierung einer Standardschnittstelle zu einer großen Auswahl
von variablen Verzögerungseinrichtungen nützlich sein.
Alternativ kann die Funktionalität
der Verzögerungsschaltersteuerung 433 in
der externen Steuerung 330 enthalten sein.
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Mehrere
mögliche
Konstruktionen der individuellen 2 × 2 optischen Schalter SW0–SW6 sind
in 5A bis 5D gezeigt. 5A zeigt
einen 2 × 2 Schalter 500 mit
vier halbleiteroptischen Verstärkern (Semiconductor
Optical Amplifiers (SOAs)) 502, 504, 506 und 508 an
jeweils jedem Anschluss A–D.
Ein 3db-(Verlust)-Koppler 505 verbindet die optischen Pfade
zwischen den Paaren der SOA 502, 504 und dem Paar
der SOA 506 und 508. Wie wohl bekannt, können diese
optoelektronischen SOA-Geräte
eine optische Verstärkung
und Schaltfähigkeiten
bereitstellen durch Anpassung des elektrischen Ruhestroms an dem
Gatter, das die Einrichtung ansteuert. Wenn z. B. SOA 502 auf „ein" voreingestellt ist,
kann ein optisches Signal an Anschluss A durch SOA 502 zum
3db-Koppler 505 gelangen. Das optische Signal kann weiterhin
geschaltet (und verstärkt)
werden zu den Ausgangsanschlüssen
C und/oder D mit geringem oder keinem Verlust durch Einschalten
von SOA 506 bzw. SOA 508.
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Eine
andere 2 × 2
Schaltervariation ist in 5B gezeigt
mit vier Kopplern 523, 525, 527 und 529 an
jedem Anschluss A–D,
um vier kreuzverbundene optische Pfade zwischen den Anschlüssen A–D zu bilden.
Vier SOA 522–528 sind
vorgesehen zum Schalten und Verstärken optischer Signale, die
entlang der vier optischen Pfade laufen. Obwohl mehr Koppler benutzt
werden, hat diese Konfiguration den Vorteil, dass A–D und B–C Verbindungen
möglich sind
ohne Mischen der optischen Signale, die bei Anschlüssen A und
B eingegeben werden.
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5C zeigt
eine weitere Variante, die den Schalter 500 in zwei Halbschalter 540 und 560 teilt. Halbschalter 540 hat
zwei SOA 542, 544 bei Anschlüssen A und B, die mit einem
3db-Koppler 545 verbunden
sind. Halbschalter 560 hat zwei SOA 566 und 568 bei
Anschlüssen
C und D, die an den 3db-Koppler 565 angeschlossen sind.
Die zwei 3db-Koppler 565 und 546 koppeln die zwei
Halbschalter 540 und 560 optisch. Eine Stufe mit
derartigem Halbschalter an jedem Ende bildet eine modulare Einheit.
Dies kann zweckmäßig im Hinblick
auf einen Entwurf- und Implementierungsstandpunkt sein. Wie für die anderen
Schalterentwürfe
kann diese Anordnung verlustlos gemacht werden durch Benutzung von
SOA 542, 544, 566 und 568 zum
Bereitstellen einer Verstärkung.
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Schließlich zeigt 5D einen
Schalter 580 mit bekannten Mach-Zehnder elektro-optischen Schaltern 582 und 586,
um die optischen Signale zwischen den Anschlüssen A–D unter dem Einfluss elektrischer
Feldgradienten zu leiten. Ein Block 584 mit festgelegter
Verstärkung,
wie ein optischer Verstärker,
wird hinzugefügt,
um jeglichen inhärenten Kopplungsverlust
der Mach-Zehnder Schalter 582, 586 zu kompensieren.
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6 ist
ein Blockdiagramm eines PMD-Simulators in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform.
Da wie oben beschrieben Lichtsignale, die durch eine Single-Mode-Faser übertragen werden,
eine Polarisation erfahren, die am besten mittels einer horizontalen
Komponente und einer vertikalen Komponente beschrieben wird, läuft jede Komponente
auf einem Pfad, der normal zur Achse der Lichtausbreitung ist. Die Übertragung
dieser Signalkomponenten wird separat beeinflusst, dadurch, dass
sie veranlasst werden, weniger als perfekt synchronisiert zu sein.
Dieses Problem wird als Polarisationsmodendispersion (PMD) bezeichnet.
PMD hat verbreitete Signale zur Folge, die für einen Empfänger schwierig
sauber zu lesen und zu interpretieren sind. Somit besteht eine Notwendigkeit,
die Fähigkeit verschiedener
Empfänger,
dem PMD-Effekt zu widerstehen, zu testen und Signale innerhalb der
Grenzen der Empfänger
zu halten.
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6 stellt
eine solche Lösung
dar. Der in 6 dargestellt PMD-Simulator
empfängt
einen Strahl optischen Lichts an einem Polarisationsstrahlenteiler
(Polarization Beam Splitter (PBS)) 600 und teilt den Lichtstrahl
in ein Paar von Signalen TE 610 und TM 620. Die
Signale werden umgeleitet zu individuellen variablen Zeitverzögerungselementen 630 und 631.
Das Maß der
Verzögerung
wird gesteuert durch eine zeitlich variable Steuerung 650,
um das geeignete Maß von
Verzögerung
einzufügen,
um die Leistung und die Kompensation zu den PMD-Effekten zu optimieren.
Dann werden die Signale an einem Polarisationsstrahlenvereiniger 640 vereinigt,
mit der geeigneten Kompensation, die erreicht wurde. Ein normaler
Fachmann sieht ein, dass die variablen Zeitverzögerungselemente eine beliebige
der hierin diskutierten oder andere Techniken benutzen können, um
das geeignete Maß von
Verzögerung
in das System einzuführen.
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Das
Simultorsystem trennt das Signal in wenigstens zwei Polarisationsmoden
und fügt
variable Zeitverzögerungselemente
in jedem der Pfade ein, wie zuvor beschrieben. Dann wird das künstliche PMD-Signal
zu einem Empfänger
geschickt, und die Steuerung 650 variiert die Frequenz
und das Maß der Dispersion,
die jede Mode hat, beim Austritt aus der Faser. Eine Anzahl von
Empfängern
wird „getestet" unter Benutzung
des selben Testmusters, hervorgehend aus den gesteuerten Moden,
um die Leistungsfähigkeit
und die Uniformitätserhaltung
des Signals zu vergleichen. Der Simulator kann auch dazu benutzt
werden, eine Qualitätskontrolle
aufrechtzuerhalten, beispielsweise durch Sammeln Zeitvarianter Dispersionsdaten
von einem Computer im Netzwerk und Benutzen dieser Daten in der
Simulationssteuerung 650, um die anderen Schaltkreise gegen
eine tatsächliche
Messung zu testen.
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Die
vorliegende Erfindung ist in der Beispielumgebung eines Faserkommunikationsnetzwerks beschrieben.
Die Beschreibung in diesem Zusammenhang ist nur der Einfachheit
halber angegeben. Es ist nicht beabsichtigt, dass die Erfindung
auf Anwendungen in dieser Beispielumgebung beschränkt wird.
In der Tat wird es beim Lesen der Beschreibung einem Fachmann in
dem betreffenden Gebiet klar, wie die Erfindung in alternativen
Umgebungen zu implementieren ist.
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Obwohl
verschiedene Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung im Vorausgehenden beschrieben wurden, sollte
verstanden werden, dass sie nur als Beispiel und nicht als Beschränkung angegeben
wurden. Es ist von Fachleuten im betreffenden Gebiet einzusehen,
dass unterschiedliche Änderungen
in der Form und in Details hierin gemacht werden können, ohne
vom Schutzbereich der Erfindung, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert
ist, abzuweichen.