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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen optischer Sender mit wenigstens
zwei optischen Quellen, die direkt hintereinander geschaltet sind
und auf die gleichzeitig zugegriffen wird, und Mitteln, um die optischen
Quellen getrennt mit Polarisationsgleichstrom und in Reihe mit Modulationswechselstrom
zu speisen, wobei der Durchfluss der die optischen Quellen polarisierenden,
separaten Gleichströme über wenigstens
zwei induktive Widerstände
erfolgt, deren Wert ausreicht, um den Durchgang des Modulationswechselstroms
praktisch zu sperren. Er umfasst einen Optokoppler, der die Leistung
abnimmt, die von jeder der beiden optischen Quellen abgegeben wird,
und diese zwischen zwei Lichtwellenleitern verteilt, die einen Ausgangspunkt
eines breitbandigen optischen Übertragungsnetzes
bilden. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Bildübertragungsnetze und für die Rückwege dieser
Netze.
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Ein
optischer Sender gemäß dem vorstehend
genannten Oberbegriff ist aus dem Dokument PATENTS ABSTRACTS OF
JAPAN Vol. 008, Nr. 127, 14. Juni 1984 bekannt. Gemäß diesem
Dokument sind mehrere Dioden in Reihe geschaltet und sind Mittel
vorgesehen, um die optischen Quellen getrennt mit Polarisationsgleichstrom
und mit Modulationswechselstrom zu speisen, wobei der Durchfluss der
Gleichströme über induktive
Widerstände
erfolgt.
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Es
ist anzumerken, dass in der Patentanmeldung FR-2 524 229 ein System
zur optischen Breitbandübertragung
beschrieben ist, mit einer Hauptlichtquelle, einer Lichtquelle,
die ein Verzerrungssignal erzeugt, einem Eingangskoppler, der dazu
bestimmt ist, die von den beiden Lichtquellen abgegebenen Signale
zu empfangen und beide zum Eingang ein und desselben Lichtwellenleiters
des Übertragungssystems
zu leiten. In diesem Dokument besteht die Aufgabe des Kopplers darin,
die durch die beiden Lichtquellen erzeugte Leistung zu ein und demselben
Lichtwellenleiter zu leiten.
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Die
Verwendung eines Optokopplers zum Empfang des optischen Signals
aus verschiedenen Lichtquellen und zu dessen Verteilung auf mehrere Lichtwellenleiter,
die einen Ausgangspunkt für
ein optisches Netz bilden, ist aus der
US 4 775 971 bekannt.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine höhere Zuverlässigkeit des Übertragungsnetzes zu
erreichen. Hierzu umfasst der optische Sender einen Koppelkondensator
zwischen den beiden optischen Quellen, wobei eine erste optische
Quelle auf einer ihrer Elektroden das Modulationssignal empfängt und
anschließend
das Modulationssignal mit Hilfe des Koppelkondensators an eine zweite
optische Quelle überträgt.
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Spezielle
Ausführungsformen
der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen
näher erläutert, die
nicht einschränkende
Beispiele darstellen.
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1 und 3 sind
elektrische Schaltbilder, die Ausführungsformen der Erfindung
zeigen.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform
dargestellt, mit zwei optischen Quellen 101 und 102,
die unmittelbar hintereinander geschaltet sind. Die optischen Quellen
sind Laserdioden, eine Ausführung als
Leuchtdioden ist ebenfalls möglich.
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Die
von der Laserdiode 101 abgegebene optische Leistung wird
durch eine Rückkopplungsschleife
konstant gehalten, die eine Photodiode 103 umfasst, welche
die optische Leistung abnimmt, die von der Rückseite der Laserdiode 101 abgegeben wird.
Die Photodiode 103 ist in eine Brückenschaltung integriert, die
von einem Widerstand 104 sowie einem Potentiometer 105 gebildet
ist. Ein Differenzverstärker 106 verstärkt das
unsymmetrische Signal der Brücke
und überwacht
mit Hilfe des Transistors 107 in bekannter Weise den die
Laserdiode 101 durchfließenden mittleren Strom.
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Ebenso
wird die von der Laserdiode 102 abgegebene durchschnittliche
optische Leistung durch eine andere Rückkopplungsschleife konstant
gehalten, deren Elemente 108 bis 111 jeweils den
Elementen 103 bis 106 des Regelkreises der Diode 101 entsprechen.
Der die Laserdiode 102 durchfließende mittlere Strom wird von
zwei Transistoren 112 und 113 überwacht. Leitet der Transistor 113,
fügt er
dem von der Diode 101 kommenden Strom Strom hinzu; leitet
der Transistor 112, nimmt er einen Teil des von der Diode 101 kommenden
Stroms auf: dadurch ist es möglich,
die Werte der Polarisationsströme
in den Dioden 101 und 102 voneinander unabhängig zu
machen.
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Induktive
Widerstände 114 und 115 unterbinden
den Durchfluss des Modulationswechselstroms durch die Schaltkreise,
die dazu bestimmt sind, den Polarisationsgleichstrom der Laser zu
leiten. Auf diese Weise ist es möglich,
die von jedem Laser abgegebene optische Leistung mit Hilfe der Trimmpotentiometer 105 und 110 unabhängig zu
regeln.
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Ein
Modulationssignal wird am Eingang 116 des Senders angelegt,
durchquert die Verstärkermittel 117 und
wird dann über
einen Koppelkondensator 118 an sämtliche der beiden in Reihe
geschalteten optischen Quellen 101 und 102 angelegt.
Die Impedanzanpassung zwischen dem Ausgang des Verstärkers 117 und
sämtlicher
optischer Quellen wird entweder durch Einfügen eines Widerstands 125,
der in Reihe mit den optischen Quellen hinzugefügt wird, oder in einer anderen
bekannten Weise erreicht, zum Beispiel mit Hilfe eines nicht dargestellten
Impedanz-Aufwärtswandlers.
Die Reihenschaltung der optischen Quellen erleichtert diese Anpassung,
da die Impedanz einer optischen Quelle oder auch von zwei in Reihe
geschalteten optischen Quellen stets wesentlich niedriger ist als
die Impedanz der üblichen elektronischen
Verstärker:
die Impedanz einer optischen Quelle beträgt allgemein einige Ohm.
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Es
ist möglich,
einen Dipol zu verwenden, der an den Klemmen der einen oder der
anderen optischen Quelle angeordnet ist und zum Beispiel aus einem
Widerstand 119 und einem Kondensator 121 oder
aus einem Widerstand 120 und einem Kondensator 122 gebildet
ist, um den Wirkungsgrad der elektrisch-optischen Umwandlung jeder
der beiden optischen Quellen auszugleichen.
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Es
ist selbstverständlich
möglich,
mehr als zwei optische Quellen in Reihe zu schalten. Die Methode
zum Speisen der optischen Quellen wäre sowohl was den mittleren
Polarisationsstrom als den Modulationswechselstrom anbelangt die
gleiche wie vorstehend beschrieben. Die Anpassung der optischen
Quellen an die Ausgangsimpedanz eines Verstärkers wäre noch einfacher.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform
mit zwei Laserdioden 201 und 202 dargestellt.
Die von jeder Laserdiode 201 und 202 abgegebene
optische Leistung wird konstant gehalten und ist durch zwei Rückkopplungsschleifen
regulierbar, die in gleicher Weise wie die in dem Schaltbild aus 1 dargestellten
aufgebaut sind. Die induktiven Widerstände 214 und 215 unterbinden
den Durchfluss des Modulationswechselstroms durch die Schaltkreise,
die dazu bestimmt sind, den Polarisationsgleichstrom der Laser zu
leiten. Sollte es sich bei den optischen Quellen um Leuchtdioden
handeln, würden
diese getrennt gespeist.
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Das
Modulationssignal wird an den Eingang 216 des Senders angelegt,
durchquert die Verstärkermittel 217 und
wird dann über
einen Koppelkondensator 218 an sämtliche der beiden optischen Quellen 201 und 202 angelegt,
die in Bezug auf das modulierende Wechselsignal durch die Präsenz des Kondensators 226 und
des induktiven Widerstands 227 in Reihe geschaltet sind.
Die Impedanzanpassung zwischen dem Ausgang des Verstärkers 217 und
sämtlicher
optischer Quellen wird durch das Einfügen eines Widerstands 225 erreicht.
Wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, den Wirkungsgrad der
Umwandlung des elektrischen Stroms in optische Leistung der einen
oder der anderen optischen Quelle anzupassen, indem ein aus einem
Widerstand 219 und einem Kondensator 221 gebildeter
Dipol oder ein aus einem Widerstand 220 und einem Kondensator 222 gebildeter
Dipol zwischengeschaltet wird.
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Der
Schaltkreis aus 2 weist die gleichen Merkmale
auf wie der aus 1, mit dem zusätzlichen
praktischen Vorteil, dass er es ermöglicht, eine Null-Gleichspannung
am Gehäuse
eines jeden der beiden Laser zu erhalten, wodurch das Risiko eines zufälligen Kurzschlusses
ausgeschlossen wird, da das Gehäuse
der Laserdioden meist mit einer der Elektroden elektrisch verbunden
ist. Dieser Schaltkreis erlaubt es zudem, das Frequenzverhalten
des gesamten Schaltkreises zu optimieren. Der induktive Widerstand 227 ist
nämlich
parallel zu der Störkapazität der Laserdiode 207 angeordnet
und bildet dadurch einen Parallelschwingkreis mit geringer Resonanzüberhöhung. Es
ist somit möglich,
einen eventuellen Abfall des Frequenzverhaltens dadurch zu kompensieren,
dass der Wert des induktiven Widerstands 227 derart angepasst
wird, dass die Parallelresonanz bei der Frequenz erzielt wird, für die die
Leistungsfähigkeit
des Senders erhöht
werden soll.
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Vorteilhafterweise
wird bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Optokoppler
am Ausgang der optischen Quellen hinzugefügt. 3 zeigt
das Schaltbild eines Senders, der mit dem aus 2 vollkommen
identisch ist und zwei Laserdioden 301 und 302 umfasst.
In diesem Fall sendet jede der Dioden Licht in eine Anschlussfaser 304 bzw. 305,
die mittels eines Optokopplers 303 zu zwei Lichtwellenleiter 306 und 307 emittiert.
Aufgabe des Optokopplers ist es, zwischen den beiden Lichtwellenleitern 306 und 307 die
von den beiden Laserdioden abgegebene optische Leistung zu verteilen,
wobei jeder Lichtwellenleiter die von jeder Diode abgegebene Leistung
im Wesentlichen zur Hälfte
empfängt.
Jeder der Lichtwellenleiter 306 und 307 transportiert
die optischen Signale zu einem oder mehreren entfernten optischen
Empfängern,
wodurch somit ein Ausgangspunkt eines optischen Übertragungsnetzes gebildet
wird. Es versteht sich, dass die Anzahl der optischen Quellen sowie
die Anzahl der Lichtwellenleiter erhöht werden kann.
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Um
eventuelle Probleme in Verbindung mit der chromatischen Dispersion
im Lichtwellenleiter einerseits und mit Interferenzen andererseits
zu vermeiden, die zwischen der durch jeden der Laser abgegeben Strahlung
auftreten können,
wenn die Wellenlängen
der Laser jeweils zu dicht beieinander liegen, muss sichergestellt
werden, dass der Unterschied der Emissionswellenlängen der
Laser mit einer akzeptablen Signalübertragungsqualität kompatibel
ist. Erforderlichenfalls ist es möglich, auf den Polarisationswechselstrom
oder auf die Temperatur des einen oder des anderen Lasers einzuwirken,
um der vorstehend genannten Bedingung bezüglich der Emissionswellenlängen zu
genügen.
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Ein
Vorteil des Schaltbildes aus 3 liegt
in einer höheren
Zuverlässigkeit.
Bei Ausfall eines der Laser arbeitet der optische Sender mit einer
verringerten optischen Leistung weiter. Bei Störungen weist nämlich eine
Laserdiode oder eine Leuchtdiode meist eine geringe Impedanz auf,
und das Vorhandensein der ausgefallenen Diode stellt kein Hindernis für den einwandfreien
Betrieb der anderen Diode dar. Der Ausfall einer von zwei optischen
Quellen wirkt sich nur dadurch aus, dass das optische Signal, das von
jedem der im Netz vorhandenen Empfänger empfangen wird, um 3 dB
niedriger ist. Die auf diese Weise erzielte höhere Zuverlässigkeit ist von Vorteil, da
es sich bei der Laserdiode um das in einem optischen Sender am häufigsten
gestörte
Bauteil handelt, und die mit dieser höheren Zuverlässigkeit
einhergehenden höheren
Kosten sind geringer als die Kosten für eine herkömmliche Lösung, die sich auf die Verwendung
von zwei kompletten Sendern stützt, von
denen einer bei Ausfall des anderen im Notfall eingesetzt wird.
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4 zeigt
ein anderes Beispiel mit zwei optischen Quellen 401 und 402.
Die Laser-Quellen sind hier noch mit einer Rückkopplungsschleife versehen, die
eine Kontroll-Photodiode umfasst, wodurch die abgegebene optische
Leistung angepasst werden kann. Das Modulationssignal wird am Eingang 416 des
optischen Senders angelegt, durchquert die Verstärkermittel 417 und
wird dann über
einen Koppelkondensator 418 an die optische Quelle 401 mit
Hilfe des Anpassungswiderstands 425 angelegt. Das Modulationssignal
wird anschließend
an die zweite optische Quelle 402 über den Koppelkondensator 426 sowie
eine Verzögerungsleitung 427 übertragen.
Zudem wird die Wechselstromkomponente des von der Photodiode 403 herrührenden
Signals durch einen Verstärker 428 getrennt
von der Gleichstromkomponente verstärkt. Das Ausgangssignal des
Verstärkers 428 wird
zu einem Eingang eines Differenzverstärkers 430 mit regulierbarem
Verstärkungsgrad
geleitet, der an seinem anderen Eingang 429 ein Signal empfängt, das
dem am Eingang 416 des optischen Senders vorhandenen Signal
entspricht, jedoch durch die Wirkung einer Verzögerungsleitung 432 verzögert und
durch ein Dämpfungsglied 433 abgeschwächt wird.
So ist am Ausgang des Differenzverstärkers 430 ein "Fehlersignal" vorhanden, das proportional
zur Verzerrung und zum Rauschen ist, welche bei dem optischen Signal
auftreten, das von der Laserdiode 401 abgegeben wird und
eine zu dieser Verzerrung und diesem Rauschen umgekehrte Polarität aufweist,
vorbehaltlich einer entsprechenden Zuordnung der Eingangsklemmen
des Differenzverstärkers 430.
Dieses Fehlersignal wird dann über
einen Kondensator 431 an die zweite Laserdiode 402 übertragen.
Auf diese Weise wird die Laserdiode 402 durch die Summe
aus zwei Strömen
gespeist:
- – einem
Strom, der von der Verzögerungsleitung 427 kommt
und der proportional zu dem am Eingang 416 des optischen
Senders angelegten Signal ist;
- – einem
Fehlerstrom, der von dem Kondensator 431 herrührt und
auf das Vorzeichen genau proportional zur Verzerrung und zum Rauschen
ist, die durch die Laserdiode 401 erzeugt werden.
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Die
Summierung der beiden vorstehend beschriebenen Signale kann durch
einfache Verbindung der beiden Leiter erzielt werden, die diese
Signale transportieren, so wie dies in der Figur der Fall ist, oder
durch die Verwendung eines Richtkopplers oder jedes anderen bekannten
Mittels.
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Die
Laserdioden 401 und 402 senden Licht in die Anschlussfasern 434 bzw. 435.
Die Anschlussfaser 434 weist ein optisches Verzögerungselement 436 auf,
das durch eine überschüssige Länge des Lichtwellenleiters
gebildet ist, dessen Länge
derart angepasst ist, dass die Verzögerung, der das Licht beim
Durchqueren dieser überschüssigen Länge ausgesetzt
ist, der Verzögerung
entspricht, der das elektrische Signal beim Durchqueren der Verzögerungsleitung 427 ausgesetzt
ist, so dass die von jeder Laserdiode abgegebenen optischen Signale
an den Eingängen
des Optokopplers 437 gleichphasig auftreten. Es ist somit
möglich,
das Rauschen und die durch die Laserdiode 401 erzeugte
Verzerrung mit Hilfe einer angepassten Regelung des Verstärkungsgrades
des Differenzverstärkers 430 zu
kompensieren, wenn die Verzögerung,
der das Signal beim Durchqueren der zwischen der Photodiode 403 und dem
Kondensator 431 gelegenen Verarbeitungskette ausgesetzt
ist, der Verzögerung
der elektrischen Verzögerungsleitung 427 und
auch der der optischen Verzögerungsleitung 436 entspricht.
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Wird
das Merkmal der Laserdiode 401 mit der folgenden Relation
zwischen dem Strom I und der abgegebenen Leistung P1 beschrieben: P1 = η·I + a1·I2 + b1·I3,bei der η, a1,
b1 Koeffizienten sind, und wird das Merkmal
der Laserdiode 402 mit der folgenden Relation zwischen
dem Strom I und der abgegebenen Leistung P2 beschrieben: P2 = η·I + a2·I2 + b2·I3,bei der a2,
b2 Koeffizienten sind, und wird der Verstärkungsgrad
des Differenzverstärkers 430 mit
G bezeichnet, so ist das Signal am Ausgang des Differenzverstärkers 430,
das heißt
das Fehlersignal, gleich: E = –G·a1·I2 + b1·I3
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Unter
diesen Bedingungen ist es möglich,
die Verzerrung am Ausgang des optischen Senders in der Größenordnung
2 zu beseitigen, vorausgesetzt, der Verstärkungsgrad G erhält den Wert
G = 1 + a2/a1, ebenso
ist es möglich
die Verzerrung am Ausgang des optischen Senders in der Größenordnung
3 zu beseitigen, vorausgesetzt, der Verstärkungsgrad des Differenzverstärkers 430 erhält den Wert
G = 1 + b2/b1. Schließlich ist
es möglich,
das Rauschen am Ausgang des optischen Senders zu verringern, vorausgesetzt,
der Verstärkungsgrand
des Differenzverstärkers 430 erhält den Wert
G = 1.
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Es
ist demnach möglich,
den Verstärkungsgrad
des Differenzverstärkers 430 derart
zu wählen, dass
entweder das Rauschen oder die Verzerrung in der Größenordnung
2 oder die Verzerrung in der Größenordnung
3 verringert werden, vorausgesetzt, die einzelnen Verzö gerungen
werden entsprechend angepasst und es werden die weiter oben genannten Maßnahmen
gegen die eventuellen Folgen der chromatischen Dispersion in den
Lichtwellenleitern und gegen die möglichen Interferenzen ergriffen,
die zwischen der durch jeden der Laser emittierten Strahlung auftreten
können.
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Nach
Durchqueren des Optokopplers 437 ist die optische Leistung,
die von jedem der Laser abgegeben wird, zwischen den beiden Lichtwellenleitern 438 und 439 verteilt.
Wie vorstehend ausgeführt,
versteht es sich, dass die Anzahl der Lichtwellenleiter, die aus
dem Optokoppler kommen und das Netz bilden, nicht notwendigerweise
auf zwei beschränkt
ist.
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In
den Schaltbildern von 1 bis 4 wird angenommen,
die Kathode der Laserdiode ist mit dem Gehäuse vereint. Ist die Anode
mit dem Gehäuse
verbunden, genügt
es, die Polarität
der Stromversorgungsquellen und die Polarität der verwendeten Transistoren
zu ändern.