DE69838193T2

DE69838193T2 - Bidirektionales optisches Nachrichtenübertragungssystem

Info

Publication number: DE69838193T2
Application number: DE69838193T
Authority: DE
Inventors: Alan H. Middletown Gnauck; Lu Matawan Xiaolin; Sheryl Leigh Holmdel Woodward
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2018-03-05
Also published as: EP0868044B1; JPH10276175A; EP0868044A3; EP0868044A2; AU745919B2; EP1798886A3; TW408530B; MX9802212A; CA2231819C; DE69838193D1; US6339487B1; CA2231819A1; AU5943698A; EP1798886A2

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Übertragungssystem. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein bidirektionales optisches Übertragungssystem, bei dem Unterträger-Multiplexbetrieb verwendet wird.
Es ist bekannt, wie in der faseroptischen Umgebung bidirektionale Kommunikationssysteme bereitgestellt werden. Ein Beispiel einer derartigen bekannten Konfiguration ist in 1 dargestellt. Bei dieser Konfiguration bezieht sich der Ausdruck "Bidirektion" auf die Tatsache, dass Informationen in beiden Richtungen zwischen Punkt A und Punkt B gesendet werden können. Das System besteht jedoch tatsächlich aus zwei miteinander kombinierten unidirektionalen Übertragungssystemen. Insbesondere trägt eine erste optische Faser 120 Informationen von einem Sender 130 an der Stelle B zu einem Empfänger 100 an der Stelle A. Dieses erste unidirektionale Übertragungssystem ist mit einem zweiten unidirektionalen Übertragungssystem kombiniert, das zum Tragen von Übertragungen vom Sender 110 an der Stelle A zum Empfänger 131 an der Stelle B eine zweite optische Faser 121 verwendet. Bei dieser Konfiguration besteht das offensichtliche Problem in der Notwendigkeit, dass zwei separate optische Fasern die Informationen zwischen Punkten A und B tragen. Es ist wünschenswert, zwischen den Stellen, wenn möglich, Informationen über eine einzelne optische Faser zu liefern.
Es ist in dem Stand der Technik auch bekannt, wie eine bidirektionale Übertragung über eine einzelne optische Faser unter Verwendung nur eines Lasersenders bereitgestellt wird ("Observation of Coherent Rayleigh Noise in Single-Source Bidirectional Optical Fibre Systems", Wood et al., Journal of Lightwave Technology, Band 6, Nr. 2, Februar 1988). Ein Beispiel für diese Konfiguration ist in 2A dargestellt. Hier sind ein Lasersender 200 und ein Empfänger 210 an einer Stelle C positioniert. Der Lasersender überträgt ein optisches Signal über eine optische Faser 220 an eine zweite Stelle D. Ein Modulator/Empfänger 230 empfängt das Informationssignal von der optischen Faser 220 und moduliert dann das empfangene Trägersignal und schickt es zurück entlang der gleichen optischen Faser 220. Ein Splitter 240 gestattet dann, dass ein Empfänger 210 an der Stelle C den modulierten zurückgeschickten optischen Träger empfängt, der von der Stelle D übertragene Informationen enthält. Somit liegt eine "Übertragung" von beiden Stellen über eine einzelne optische Faser vor. Es ist jedoch nur ein einzelner Lasersender vorgesehen, und somit basieren alle Kommunikationen, die über die optische Faser stattfinden, auf dem gleichen optischen Träger.
Bekannt ist auch, wie eine mit einem Unterträger gemultiplexte Übertragung bereitgestellt wird, um mit einem einzelnen optischen Träger mehrere Kanäle anzulegen. Eine derartige Konfiguration ist in "Sub-carrier Multiplexing for Multi-Access Light Wave Networks" von T.E. Darcie, Journal of Light Wave Technology, Band LT-5, Nr. 8, 18. August 1987, Seiten 1103-1110, bekannt. Der Artikel beschreibt ein Netz, das die Belegung eines faseroptischen Übertragungssystems erhöht. Wie beschrieben, ist es möglich, ein optisches Trägersignal mit einem oder mehreren Mikrowellenfrequenz-Unterträgern zu modulieren, die jeweils einzigartige Daten tragen können. Wie der Artikel beschreibt, könnte jedem Zugangspunkt in einem Netz sein eigener Unterträgerkanal zur Kommunikation zugewiesen werden und in der Lage sein, auf dieser Unterträger-Mikrowellenfrequenz zu senden oder auf dieser Unterträgerfrequenz zu empfangen. Wenn von einer zentralen Stelle zu vielen Benutzern gesendet wird, wie in 2B gezeigt, können mehrere Unterträger f₁ bis f_N beim Sender 205 auf einen einzelnen optischen Träger λ₁ moduliert werden, wodurch die Kapazität der optischen Faser zum Bedienen von mehreren Zugangspunkten erweitert wird. Jeder Empfänger 235₁ bis 235_N ist dafür ausgelegt, Informationen von einem der N Hilfsträger zu empfangen. Außerdem sendet jeder Sender 250₁ bis 250_N unter Verwendung einer Unterträgerfrequenz zurück zum Empfänger 215. Beim Senden von den Benutzern zu dem zentralen Empfänger 215 kann ein als "optische Schwebungsinterferenz" bekanntes Phänomen schwerwiegende Systembeeinträchtigungen verursachen (wie in "Optical Interference in Light Wave Subcarrier Multiplexing Systems employing Multiple Optical Carriers" von C. Desem, Electronics Letters, 7. Januar 1988, Band 24, Nr. 1, Seiten 50-52, beschrieben).
Bei einem vorgeschlagenen bidirektionalen Übertragungssystem wurde entdeckt, dass eine optische Schwebungsinterferenz selbst dann existiert, wenn der gleiche optische Träger nicht in beiden Richtungen verwendet wird.
Angesichts dieses Problems der optischen Interferenz und der Mängel der Systeme nach dem Stand der Technik ist es wünschenswert, ein wahrhaft bidirektionales Übertragungssystem über eine einzelne optische Faser bereitzustellen, das das Problem der optischen Schwebungsinterferenz vermeidet.
N. Antoniades et al. offenbaren in "Use of Subcarrier Multiplexing/Multiple Access for Multipoint Connections in All-Optical Networks", Proceedings of SPIE, Band 2614, S. 218 (1995) die Verwendung von Unterträger-Multiplexbetriebs/Vielfachzugriff als eine einfache Alternative zum Zeitmultiplexbetrieb/Vielfachzugriff. Es lehrt, dass zum Erzielen einer zufriedenstellenden Leistung die Trägerfrequenzen so gewählt werden müssen, dass die optische Schwebungsinterferenz auf ein Minimum reduziert wird.
Wen-Piao Lin offenbart in "A Cost-Effective Passive Optical Network Based On Multiple-Optical-Subcarrier Multiplexing", Microwave and Optical Technology Letters, Band 12, Nr. 5, S. 277 (1996) ein breitbandiges passives optisches Netz, das als optische Mehrfachträger bei dem Unterträger-Multiplexbetrieb verwendet wird. Die Mehrfachträgerinterferenz wird durch Abstimmen der Wellenlänge jedes Lasers des Netzes reduziert.
Aus dem US-Patent Nr. 5267074 ist ein bidirektionales kohärentes optisches Übertragungssystem mit einer von einer optischen Faser verbundenen ersten und zweiten Station bekannt. Es lehrt die Verwendung eines elektrooptischen Konverters zum Anwenden einer geeigneten Modulation auf ein erzeugtes Lichtsignal, wodurch die Notwendigkeit, einen optischen Modulator bereitzustellen, vermieden wird.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein bidirektionales optisches Übertragungssystem wie in dem beigefügten Anspruch 1 definiert bereit.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur bidirektionalen Übertragung entlang einer optischen Faser wie in dem beigefügten Anspruch 7 definiert bereit.
Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein erwünschtes bidirektionales Übertragungssystem bereit. Die vorliegende Erfindung erreicht die bidirektionale Übertragungsfähigkeit durch Reduzieren oder Vermeiden optischer Schwebungsinterferenz durch Bereitstellen einer einzigartigen Kombination aus Sendern und Empfängern an den Zugangspunkten des Netzes.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung produzieren die Sender an zwei verschiedenen Stellen entlang der einzelnen optischen Faser Übertragungssignale gemäß zwei verschiedenen optischen Spektren. Die optischen Spektralcharakteristiken für die beiden Sender sind so ausgewählt, dass sichergestellt ist, dass die Wellenlängen der optischen Träger bei Betrieb des Systems verschieden sind. Dadurch wird die Erzeugung einer optischen Schwebungsinterferenz vermieden. Die Auswahl erfolgt so, dass sichergestellt ist, dass selbst dann, wenn die Wellenlänge der Sender auf der Basis bestimmter Anreize wie etwa Temperatur variieren kann (wobei solche Variation auch als Drift bezeichnet wird), die Wellenlängen eine sehr niedrige Überlappungswahrscheinlichkeit aufweisen werden, wodurch eine Reduzierung oder Vermeidung optischer Schwebungsinterferenz sichergestellt wird.
Die optischen Träger für die beiden Sender sind spezifisch so ausgewählt, dass sie optische Frequenzen aufweisen, die um mehr als die größte als ein Unterträger verwendete Frequenz (fmaxsc) differieren. Die Wellenlänge des optischen Trägen ist gleich der Lichtgeschwindigkeit "c" dividiert durch die optische Frequenz f (λ = c/f). Deshalb wird eine Spezifikation festgelegt darüber, wie die Wellenlängen der optischen Träger differieren müssen (|Δλ| = Δf/cλ²). Diese Anforderung muss angehoben werden, um Linienbreite (Variationen bei der optischen Frequenz aufgrund von Rauschen), Linienchirp (Variationen bei der optischen Frequenz aufgrund der Modulation des optischen Trägers) und Liniendrift des Lasers zu berücksichtigen. Temperaturcontroller könnten mit diesen Sender bereitgestellt werden, um die Laser zur Vermeidung von Drift zu stabilisieren. Wenn jedoch die Wellenlängendifferenz ausreicht, dann sollten sogar ohne Temperatursteuerung die Effekte einer optischen Schwebungsinterferenz auf ein Minimum reduziert sein.
Bei einem (auch als ein Multimodenlaser bekannten) Mehrfachfrequenzlaser, wie etwa einem Fabry-Perot-Laser, müssen die optischen Träger so ausgewählt werden, dass jede optische Frequenz eines Trägen von allen den optischen Frequenzen des anderen Trägers um f_maxsc differiert.
Bei einem weiteren Beispiel unterscheiden sich die Charakteristiken der optischen Spektren dahingehend, dass der Modenabstand (die Differenz bei der Wellenlänge zwischen zwei Frequenzen eines Mehrfachfrequenzlasers) der beiden Laser ausreichend differiert, dass selbst bei einer Drift die optischen Spektren der beiden Laser bei allen optischen Frequenzen niemals übereinstimmen. Diese Differenz beim Modenabstand kann erreicht werden, indem entweder zwei Fabry-Perot-Laser unterschiedlicher Längen verwendet werden oder indem ein Fabry-Perot-Laser und ein Einfrequenzlaser, wie etwa ein Laser mit verteilter Rückkopplung, eingesetzt wird.
Indem die optischen Spektralcharakteristiken der beiden Sender so ausgewählt werden, dass sie ausreichend differieren, stellt die vorliegende Erfindung sicher, dass eine bidirektionale Übertragung in dem Unterträger-Multiplexbetriebsumfeld erzielt werden kann.
Weitere Einzelheiten hinsichtlich der Erfindung werden unten beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht eine bidirektionale Konfiguration mit zwei optischen Fasern nach dem Stand der Technik.
2A veranschaulicht ein bidirektionales Übertragungssystem nach dem Stand der Technik über eine einzelne optische Faser.
2B veranschaulicht ein bekanntes passives optisches Netz, das Unterträger-Multiplexbetrieb verwendet.
3 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A und 4B veranschaulichen bei der Ausführungsform von 3 verwendbare beispielhafte Modenabstandsanordnungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine Ausführungsform eines bidirektionalen optischen Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. Zwei Stellen "I" und "II" sind über eine einzelne optische Faser 350 miteinander gekoppelt. Allgemein ausgedrückt enthält jede der Stellen im Wesentlichen die gleiche Ausrüstung, doch werden die Unterschiede und Unterscheidungen zwischen den Stellen beschrieben.
An Stelle I befindet sich ein erster Sendeempfänger, der einen Sender 370 und ein Empfängermodul 360 enthält. Der Sender 370 enthält eine HF-Quelle (Hochfrequenz) 303 und eine durch Idc dargestellte Gleichstromquelle. Zum Übertragen von Daten werden HF-Unterträger moduliert. Die Gleichstromquelle stellt sicher, dass der Laser eingeschaltet ist, das heißt, Licht emittiert, so dass ein optischer Träger vorliegt. Die HF-Signale modulieren den von dem Laser 301 erzeugten optischen Träger. Dies liefert ein mit einem Unterträger gemultiplextes Signal. Wie in 3 gezeigt, kann dieser Sender ein direkt modulierter Laser sein, der ein oder mehrere HF-Unterträger auf dem optischen Träger liefert. Alternativ kann es sich stattdessen um einen Sender handeln, der einen Laser enthält, der zuerst ein optisches Trägersignal produziert, und einen hinter dem Laser angeordneten optischen Modulator, der den optischen Träger mit Unterträgersignalen moduliert. Das Empfangermodul 360 enthält einen optischen Empfänger 300 für optoelektrische Umwandlung. Dieser sendet das entsprechende elektrische Signal an den Demodulator 302, der den oder die geeigneten Unterträger von dem empfangenen Signal unterscheiden und die geeigneten entsprechenden elektrischen Informationen erzeugen kann. Ein Strahlteilereinrichtung 304 koppelt das Empfängermodul 360 und den Sender 370 an die optische Faser 350. Folglich wird das Übertragungssignal von dem Sender 370 über den Strahlteiler 304 und die optische Faser 350 zur Stelle II gesendet, während das Empfängermodul 360 das von der Stelle II gesendete Signal über den Strahlteiler 304' und die optische Faser 350 empfängt.
Der Sendeempfänger an der Stelle II besteht aus ähnlichen Komponenten. Der Sender 370' enthält insbesondere einen Laser 307, eine HF-Quelle 308 und eine Gleichstromquelle. Dieser Sender liefert ein mit einem Unterträger gemultiplextes optisches Signal an den Strahlteiler 304' zur Übertragung entlang der optischen Faser 350. Außerdem empfängt der Strahlteiler 304' das von der Stelle I erzeugte Signal und liefert es an den optischen Empfänger 305, der dann das optische Signal in ein elektrisches zur Verarbeitung durch den Demodulator 306 in einem Empfängermodul 360' umwandelt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben entdeckt, dass, wenn die Laser 301 und 307 optische Trägersignale der gleichen Wellenlänge liefern, das als optische Schwebungsinterferenz bezeichnete Phänomen dann auftreten kann und dadurch die Leistung des bidirektionalen Übertragungssystems verschlechtern kann. Die optische Schwebungsinterferenz wurde in Systemen untersucht, wo die optischen Träger von vergleichbarer Stärke sind, wie etwa dem in 2B gezeigten.
Sie wurde auch in bidirektionalen Systemen untersucht, wie etwa dem in 2A gezeigten. Das bidirektionale System der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von diesen bekannten Systemen.
Im Gegensatz zu dem System von 2B ist der störende optische Träger ≈20 dB schwächer als der gewünschte optische Träger (unter Annahme eines optischen Verlusts von ~10 dB entlang der Faser 350), und er liegt nur am Empfänger 360 vor, weil Rayleigh-Rückstreuung in der Faser 350 Licht vom Sender 370 in den Empfänger 360 reflektiert. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von dem System von 2A, weil verschiedene optische Träger verwendet werden – wodurch die Wahrscheinlichkeit sinkt, dass es zu einer optischen Interferenz kommt. Außerdem ist in 2A das interferierende Licht um etwa 10 dB niedriger als das gewünschte Signallicht am Empfänger 210 (wieder unter Annahme eines Verlustes von 10 dB in der optischen Faser). Wegen dieser Unterschiede ist die optische Schwebungsinterferenz in dem System von 2A viel größer und vorhersagbarer als die optische Schwebungsinterferenz in dem vorgeschlagenen System. Die Erfinder entdeckten, dass dieses Phänomen vermieden werden kann, indem sichergestellt wird, dass die Sender 370 und 370' verschiedene optische Spektren aufweisen, dass die Charakteristiken der Sender hauptsächlich derart sind, dass sichergestellt ist, dass sich die Übertragungswellenlängen im Arbeitsbereich während des Betriebs des Systems nicht überlappen.
Bei einer Ausführungsform sind die optischen Spektralcharakteristiken unterschiedlich ausgeführt, indem Laser 301 und 307 bereitgestellt werden, die verschiedene optische Trägerwellenlängen liefern. Beispielsweise könnte der Laser 301 ein optisches Trägersignal liefern, auf dem die Unterträger moduliert würden, wobei der optische Träger die Wellenlänge λ₁ gleich 1300 nm aufweisen würde. Dann könnte der vom Laser 307 erzeugte optische Träger als 1301 nm ausgewählt werden. Diese Wellenlängendifferenz ist derart, dass die Charakteristiken der optischen Spektren ausreichend verschieden sind (größer als 100 GHz), um sicherzustellen, dass sich die Wellenlängen während des Betriebs der beiden Sendeempfänger nicht überlappen und dass es zu keiner optischen Schwebungsinterferenz kommt.
Auf diese Weise kann die vorliegende Erfindung eine bidirektionale Übertragung über eine einzelne optische Faser mit minimaler Sorge wegen optischer Schwebungsinterferenz liefern.
Es ist natürlich möglich, dass, wenn sich entweder an Stelle I oder Stelle II die Bedingungen ändern, es zu einem Driften der laseroptischen Trägerausgabe kommen kann. Beispielsweise ist bekannt, dass Laser optische Trägersignale mit Wellenlängen erzeugen können, die je nach der Temperatur, denen der Laser ausgesetzt ist, verschieden sein können. Als Reaktion auf eine Temperaturdrift kann somit die Wellenlänge des beispielsweise vom Laser 301 an der Stelle I erzeugten optischen Trägers in Richtung der vom Laser 307 an der Stelle II erzeugten Wellenlänge driften. Wenn die Differenzen bei den Wellenlängen nicht als ein adäquater Betrag definiert sind, dann ist es möglich, dass es bei bestimmten Temperaturdrifts zu einem Überlappungszustand kommen könnte, der eine optische Schwebungsinterferenz erzeugen könnte.
Eine Lösung für dieses Problem besteht in der Bereitstellung von Temperaturcontrollern an den Stellen, an denen die Laser bereitgestellt sind. Die Temperaturcontroller würden sicherstellen, dass das Auftreten von Drift weniger wahrscheinlich ist.
Eine weitere Lösung besteht darin, λ₁ und λ₂ ausreichend verschieden zu wählen, so dass sich die beiden Wellenlängen selbst bei einer thermischen Drift nicht überlappen. Wenn der Laser 301 ein DFB-Laser mit verteilter Rückkopplung (distributed feedback laser) mit λ₁= 1311 nm bei Raumtemperatur ist und Laser 307 ein DFB mit λ₂ = 1300 nm bei Raumtemperatur ist, dann kann die Temperatur an den Stellen "I" und "II" um 100 °C differieren (Halbleiter-DFB-Laser mit λ = 1300 nm verstimmen sich mit etwa 0,1 nm/°C).
Eine Vergleichslösung behandelt dieses Problem auf andere Weise, ohne Temperaturcontroller zu erfordern. Insbesondere kann der gleiche Effekt, das heißt die Reduzierung der Wahrscheinlichkeit der Überlappung optischer Trägerwellenlängen, erreicht werden durch Bereitstellen von Lasern an den verschiedenen Stellen mit verschiedenen Modenabstandscharakteristiken.
Bei der Technik der Halbleiterlaser ist bekannt, dass die Modenabstandscharakteristiken eines Fabry-Perot-Lasers, das heißt die Differenz zwischen den Wellenlängen, bei denen das Bauelement bei einem gegebenen bestimmten Phänomen mit Wahrscheinlichkeit lasert, je nach der Länge des Resonanzhohlraums des Lasers differieren. Durch Auswählen von Lasern für Stelle I und Stelle II, die in fast aller wesentlicher Hinsicht die gleichen Charakteristiken mit Ausnahme der Länge des Laserhohlraums aufweisen, ist es möglich sicherzustellen, dass die Modenabstandscharakteristiken der beiden Laser verschieden sind.
Beispiele der Modenabstandscharakteristiken von Lasern sind in 4A und 4B gezeigt. Bei diesem Beispiel entspricht die Modenabstandscharakteristik in 4A dem Laser 301 und die Modenabstandscharakteristik von 4B dem Laser 307. Es wird dann gezeigt, dass der Laser 301 vier verschiedene Wellenlängen λ₁ – λ₄ aufweisen kann, bei denen es zu einem Lasern kommt. Im Gegensatz dazu weist der Laser 307 eine andere Modenabstandscharakteristik auf, die nur das Lasern bei Wellenlängen λ₅ – λ₇ gestattet. Obgleich λ₁ – λ₄ und λ₅ – λ₇ mit der Temperatur driften können, wird der Modenabstand jedes der Laser relativ konstant sein, weshalb sogar bei λ₂ = λ₆ die anderen Wellenlängen differieren werden. Dies garantiert im Wesentlichen, dass die optischen Träger der beiden Sender über den Arbeitsbereich des Systems ausreichend verschieden sind, um optische Schwebungsinterferenz zu reduzieren.
Wenngleich das einfache Wählen eines ungleichen Modenabstands in den beiden Lasern das auf optische Schwebungsinterferenz zurückzuführende Rauschen reduzieren sollte, sollte zum Erreichen einer optimalen Leistung der Modenabstand der beiden Laser so gewählt sein, dass, wenn eine Mode von einem Laser auf eine Mode von dem anderen ausgerichtet ist, dann ALLE anderen Modi nicht ausgerichtet sein werden. Wenn beispielsweise Δλ_A = 0,8 nm und Δλ_B = 2,4 nm, dann werden, wenn λ_A,1 von Laser A mit einem λ_B,1 von Laser B interferiert, andere Modi ebenfalls ausgerichtet sein: λ_A = λ_A,1 +/– 3Δλ_A wird auf λ_B = λ_B,1 +/– Δλ_B ausrichten. Eine bessere Wahl würde für Δλ_A = 0,8 nm und Δλ_B = 1,05 nm sein.
Auch das Chirpen des Lasers muss beim Wählen des optimalen Modenabstands berücksichtigt werden. Beim Modulieren des Lasers verbreitet das Chirpen die individuellen Modi des Lasers. Dies impliziert, dass, wenn zwei Laser Modi mit Frequenzen aufweisen, die um f₂ – f₁ = Δf differieren, dann jene Modi beim Modulieren Frequenzkomponenten bei f₁ +/– Chirp aufweisen. Bei einem Einmodenlaser reduziert starkes Chirpen die auf optische Schwebungsinterferenz zurückzuführende Dichte des spektralen Rauschens, was in den meisten Fällen vorteilhaft ist (in Fallen, wo die Bandbreite der Signale geringer ist als die Bandbreite des Rauschens). Bei der Ausführungsform, die Mehrmodenlaser verwendet, reduziert starkes Chirpen die Dichte des spektralen Rauschens des von den ausgerichteten Modi erzeugten Rauschens, doch muss dies gegenüber der Verbreiterung der anderen Modi abgewogen werden. Das Verbreitern der Modi muss beim Wählen des Modenabstands berücksichtigt werden, ansonsten werden Modi, die nicht ausgerichtet sind, wenn der Laser nicht moduliert ist, beim Modulieren in dem Signalband Rauschen erzeugen.
Durch das Verwenden von Mehrmodenlasern mit unterschiedlichem Modenabstand kann man sicherstellen, dass nicht alles Licht in einem der Laser zu der Interferenz innerhalb des Signalbandes beiträgt. Es ist deshalb vorteilhaft, Mehrmodenlaser zu verwenden, die keinen dominanten Modus aufweisen. Beim Auslegen von Laser für dieses System sollte deshalb der Anteil der optischen Leistung in dem dominanten Modus auf ein Minimum reduziert werden (d. h., Laser mit vielen gleichstarken Modi sind besser als Laser mit wenigen Modi oder Laser mit vielen Modi, die die optische Leistung hauptsächlich in lediglich einigen wenigen Modi aufweisen). Bei Fabry-Perot-Halbleiterlasern führt diese Designüberlegung zu der Wahl eines aktiven Mediums mit einer großen Verstärkungsbandbreite, so dass viele Modi etwa die gleiche Verstärkung und deshalb die gleiche Stärke aufweisen (gegenwärtige kommerzielle Bauelemente verwenden aktive Gebiete mit verspannter Schicht und mehreren Quantenmulden und weisen eine größere Verstärkungsbandbreite auf als lediglich vor einigen wenigen Jahren hergestellte Bauelemente mit im Volumen aktiven Sektionen). Außerdem wird die Verwendung von Lasern mit kleinerem Modenabstand begünstigt, da dadurch mehr Modi in eine gegebene Verstärkungsbandbreite passen. Bei Fabry-Perot-Lasern wird der Modenabstand durch die Länge des Laserhohlraums eingestellt. Beim Optimieren der Länge müssen andere Faktoren berücksichtigt werden, wie etwa Laserschwellenstrom, Laser-Chirpen (wie weiter oben erwähnt, muss das Laser-Chirp beim Wählen des optimalen Modenabstands berücksichtigt werden) und Laserkosten.
Indem sichergestellt wird, dass die optischen Spektralcharakteristiken der beiden Sender in dem bidirektionalen System ausreichend verschieden sind, ist es möglich, eine bidirektionale Übertragung entlang einer einzelnen optischen Faser bereitzustellen und dabei optische Schwebungsinterferenz zu vermeiden oder zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung kann auch in einem Umfeld eingesetzt werden, wo mehr als eine Stelle involviert ist. Beispielsweise lässt sich die Ausführungsform auf eine Minifaserknoten-(mFN)-Architektur anwenden (beschrieben in "Mini-fiber-node hybrid fiber coax networks for two-way broadband access" von Lu et al., OFC '96 Technical Digest, S. 143-144), die eine Faser sowohl für Aufwärts- als auch Abwärtsübertragung verwendet und Laser mit verschiedenen optischen Spektralcharakteristiken im Kopfende und den abgesetzten Knoten verwendet. Diese mFN-Architektur ist eine Überlagerung von FTTC (fibre-to-the-curb – Faser bis zur Bordsteinkante) auf ein CATV-System (Kabel-TV). Als Beispiel könnte jeder Knoten in der Architektur in der Größenordnung von 30 Wohnstätten bedienen. Der Einsatz der vorliegenden Erfindung würde die erforderliche Fasermenge reduzieren.
Die Anmelder haben auch bemerkt, dass sich die vorliegende Erfindung gleichermaßen in jenen Konfigurationen anwenden lässt, wo mehrere Stellen jeweils mit ihrer eigenen Laserquelle zum gleichen Empfänger senden. Bei dieser Konfiguration kann es auch zu optischer Schwebungsinterferenz kommen, wenn jede der Laserquellen auf der gleichen optischen Trägerwellenlänge arbeitet, selbst wenn jeder der optischen Träger möglicherweise verschiedene Unterträgersignale führt. Beispielsweise kann bei einem System, wo ein erster Sender mit einem optischen Träger λ₁ arbeitet, der mit Unterträgern f₁, f₂ und f₃ moduliert ist, während ein zweiter Sendeempfänger einen Laser aufweist, der ebenfalls einen optischen Träger von λ₁ liefert, wobei die Modulatorsignale Unterträger f₃, f₄ und f₅ sind, das gleiche Phänomen der optischen Schwebungsinterferenz auftreten und Übertragungen unterbrechen, selbst wenn verschiedene Unterträger verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann darauf angepasst werden, das Problem der optischen Schwebungsinterferenz auch bei dieser Konfiguration zu reduzieren. Insbesondere könnten die beiden Laserbauelemente für die Sender in diesem System unterschiedliche optische Spektralcharakteristiken aufweisen, um dadurch das Problem der optischen Schwebungsinterferenz zu vermeiden. Wie bei dem oben beschriebenen bidirektionalen System könnten die Unterschiede bei der optischen Spektralcharakteristik das Ergebnis dessen sein, dass Laser mit unterschiedlichem Modenabstand bereitgestellt werden.
Angesichts der Anordnung des Bereitstellens verschiedener optischer Spektralcharakteristiken ist es möglich, optische Schwebungsinterferenz in jenen Konfigurationen zu vermeiden, bei denen bisher eine Sorge bestand, dass Driften überlappende Wellenlängen über eine einzelne optische Faser erzeugen könnte, was eine Interferenz zwischen den jene Fasern durchquerenden Signalen erzeugen würde.

Claims

Bidirektionales optisches Übertragungssystem, umfassend: eine optische Faser (350); einen ersten Sendeempfänger, der an die optische Faser gekoppelt ist und einen ersten Sender (370) enthält, der ein optisches Trägersignal gemäß einer ersten optischen Spektralcharakteristik bereitstellt und auf welchem optischen Trägersignal mindestens ein Unterträger moduliert werden kann; einen ersten Empfänger (360); einen zweiten Sendeempfänger, der an die optische Faser gekoppelt ist und einen zweiten Sender (370') enthält, der ein zweites optisches Trägersignal gemäß einer zweiten optischen Spektralcharakteristik bereitstellt und auf welchem zweiten optischen Trägersignal mindestens ein Unterträger moduliert werden kann; und einen zweiten Empfänger (360'); dadurch gekennzeichnet, daß sich die Frequenz des ersten optischen Trägersignals von der Frequenz des zweiten optischen Trägersignals um einen Betrag unterscheidet, der größer ist als die höchste Frequenz, die als ein Unterträger verwendet wird, der mit dem ersten und zweiten optischen Trägersignal assoziiert ist, und um einen zusätzlichen Betrag, der größer ist als die erwartete Variation bei der Differenz zwischen der Frequenz des ersten optischen Trägersignals und der Frequenz des zweiten optischen Trägersignals, die sich aus Linienbreite, -chirp und -drift ergibt.
System nach Anspruch 1, wobei sich die Wellenlänge des ersten optischen Trägersignals und die Wellenlänge des zweiten optischen Trägersignals um mindestens 1 nm unterscheiden.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen mit dem ersten Sendeempfänger assoziierten Temperaturcontroller.
System nach Anspruch 1, wobei die erste optische Spektralcharakteristik mindestens einer Wellenlänge entspricht und die zweite optische Spektralcharakteristik mindestens einer Wellenlänge entspricht und keine der Wellenlängen gleich sind.
System nach Anspruch 1, wobei der erste Sender (370) einen direkt modulierten Laser (301) umfaßt.
System nach Anspruch 1, wobei der erste Sender einen Modulator und eine Lichtquelle mit einem an den Modulator gekoppelten Ausgang umfaßt.
Verfahren zur bidirektionalen Übertragung entlang einer optischen Faser (350), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: an einer ersten Stelle, Erzeugen eines ersten optischen Trägers gemäß einer ersten optischen Spektralcharakteristik, Modulieren mindestens eines Unterträgers auf dem ersten optischen Träger, Koppeln des modulierten ersten optischen Trägen an die optische Faser (350) und Empfangen eines optischen Signals von einer zweiten Stelle; und an einer zweiten Stelle, Erzeugen eines zweiten optischen Trägen gemäß einer zweiten optischen Spektralcharakteristik, Modulieren mindestens eines Unterträgers auf dem zweiten optischen Träger, und Empfangen des modulierten ersten optischen Trägers von der ersten Stelle; wobei das an der ersten Stelle empfangene optische Signal dem modulierten zweiten optischen Träger von der zweiten Stelle entspricht; und dadurch gekennzeichnet, daß sich die Frequenz des ersten optischen Trägersignals von der Frequenz des zweiten optischen Trägersignals um einen Betrag unterscheidet, der größer ist als die höchste Frequenz, die als ein Unterträger verwendet wird, der mit dem ersten und zweiten optischen Trägersignal assoziiert ist, und um einen zusätzlichen Betrag, der größer ist als die erwartete Variation bei der Differenz zwischen der Frequenz des ersten optischen Trägersignals und der Frequenz des zweiten optischen Trägersignals, die sich aus Linienbreite, -chirp und -drift ergibt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erste optische Träger eine erste Wellenlänge λ₁ und der zweite optische Träger eine zweite Wellenlänge λ₂ aufweist, die von λ₁ verschieden ist.