IT9068036A1

IT9068036A1 - Sistema di emissione sdi segnali ottici modulati

Info

Publication number: IT9068036A1
Application number: IT068036A
Authority: IT
Inventors: Fortunato Tito Arecchi; Massimo Calzavara; Giovanni Giacomelli
Original assignee: Cselt Centro Studi Lab Telecom
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1992-06-22
Also published as: CA2057649C; JPH0555681A; DE69104598D1; JPH07109914B2; DE492480T1; EP0492480A2; DE69104598T2; US5197075A; IT9068036A0; CA2057649A1; EP0492480B1; EP0492480A3; IT1241364B

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"Sistema di emissione di segnali ottici modulati"

Riassunto

Sistema di emissione di segnali ottici modulati, in cui alla corrente continua di polarizzazione di un laser a semiconduttore (1 ), associato a un circuito optoelettronico di reazione (2) con ritardo, si sovrappongono le variazioni di una corrente ottenuta per rivelazione di un segnale ottico risultante dalia sovrapposizione di un segnale ottico d'ingresso modulato in ampiezza e del segnale ottico presente nel circuito di reazione. Con un' opportuna scelta della frequenza di modulazione (f2) del segnale di ingresso e del guadagno a bassa frequenza (B) dell'anello di reazione (2), il segnale di uscita del laser è modulato in ampiezza a frequenza uguale alla frequenza di modulazione (f2) del segnale di ingresso.

Testo della descrizione

La presente invenzione si riferisce ai sistemi di comunicazione In fibra ottica che sfruttano sottoportanti a radiofrequenza o a frequenza nel campo delie microonde, e più in particolare riguarda un procedimento e un dispositivo per l emissione di segnali ottici modulati in ampiezza.

Sistemi di comunicazione ottica del tipo detto sopra trovano impiego in reti di distribuzione a larga banda, p. es. nell'ambito di reti integrate nei servizi, e utilizzano fibre ottiche come mezzo trasmissivo a larga banda. Esempi di tali sistemi e di loro applicazioni sono descritti da R. Olshansky, V. A. Lanzisera e P. M. Hill nell'articolo ‘Subcarrier Multiplexed Lightwave Systems for Broad-Band Distribution", Journal of Lightwave Technology, Voi. 74, N. 9, Settembre 1989 , pagg. 1329 e segg.

Lo scopo dell'invenzione è quello di fornire un procedimento e un dispositivo di emissione di segnali ottici modulati in ampiezza da utilizzare in uno di detli sistemi.

Secondo l'invenzione si fornisce un procedimento in cui alla corrente di polarizzazione di un laser a semiconduttore si sovrappongono le variazioni di un segnale elettrico ottenuto combinando e convertendo in forma elettrica una frazione del segnale di uscita del laser, ritardata in un circuito optoelettronico di reazione caratterizzato da un ritardo e da un guadagno a bassa frequenza minore di un dato valore critico ma vicino a questo, e un segnale ottico esterno modulato in ampiezza con una prima frequenza di modulazione, che è una frequenza che appartiene a un insieme discreto di frequenze con cui può essere modulata l'intensità del fascio di uscita del laser a causa della presenza del circuito di reazione ed è la frequenza di modulazione di detta intensità quando alla corrente di polarizzazione vengono sovrapposte le variazioni di un segnale elettrico ottenuto per conversione del solo segnale di reazione e il guadagno a bassa frequenza è maggiore di detto valore critico.

L'invenzione sfrutta un fenomeno riscontrato dagli inventori in un laser a semiconduttore associato a un anello di reazione optoelettronico con ritardo.

E' stato osservato che in queste condizioni l'intensità del fascio emesso dal laser presenta una modulazione di ampiezza e oscilla a una certa frequenza appartenente a un insieme discreto di frequenze, dipendenti dal valore τ dei ritardo e dal guadagno a bassa frequenza B dell'anello di reazione.

In particolare il ritardo τ determina le possibili frequenze di modulazione, mentre il valore assoluto di B determina la frequenza di modulazione effettiva. A seconda dei valore di B, esistono due diversi regimi di funzionamento del laser: finché B è inferiore a un certo valore critico Bc, l'intensità del fascio emesso dal laser è modulata a una frequenza f1 prossima alla frequenza delle oscillazioni di rilassamento del laser; se invece B > Bc, le oscillazioni avvengono a una frequenza f2 che è la frequenza più bassa tra quelle appartenenti all'insieme, e che è data da 1/τ o 1/2τ a seconda del segno di B. In queste condizioni, la potenza del segnale di uscita del laser è molto elevata. Le frequenze di modulazione sono in generale comprese nel campo delle radiofrequenze o delle microonde.

La modulazione ottenuta in questo modo presenta un contenuto spettrale molto stretto.

Un'analisi più dettagliata del comportamento del laser a semiconduttore associato a un anello di reazione optoelettronico con ritardo è riportata dagli inventori nell'articolo "Instabilities in a semiconductor laser with delayed optoelectronic feedback”, Optics Communications, Voi. 74, N. 1 - 2, 1 Dicembre 1989.

Ulteriori studi ed esperimenti condotti dagli inventori hanno permesso di osservare che, mantenendo il guadagno B dell'anello di reazione prossimo a Bc ma ancora sotto tale valore critico e iniettando nel laser anche un segnale modulato in ampiezza a frequenza f2, la frequenza di oscillazione del segnale di uscita del laser passa da f1 a f2, e la potenza del segnale di uscita è ancora molto elevata e corrisponde sostanzialmente a a quella riscontrata per il caso di oscillazione a frequenza f1 senza segnale esterno. Questa elevata potenza del segnale di uscitadel laser è dovuta alla somma di due effetti: il primo è l'amplificazione dei segnate modulato dovuta all'azione congiunta del ripetitore, del laser e di eventuali circuiti di amplificazione interposti, mentre il secondo è dovuto proprio alla presenza dell'anello di reazione ed è quello che contribuisce in massimo grado al raggiungimento di tale elevata potenza. L'invenzione sfrutta proprio questo effetto che, per semplicità, sarà chiamato nel seguito "effetto di amplificazione" anche se in realtà la potenza di uscita ò ìndipendente dalla potenza del segnale d'ingresso.

Secondo un'altra caratteristica dell'Invenzione, si sfrutta anche il fatto che la modulazione avvenga a due frequenze distinte a seconda che sia o no presente il fascio d'ingresso, per ottenere un effetto di modulazione di frequenza congiunto all'amplificazione. Per ottenere questa caratteristica, il segnale ottico modulato in ampiezza è combinato con il segnale di reazione solo in intervalli di tempo prestabiliti, per far commutare periodicamente la frequenza di modulazione del fascio di uscita tra la prima frequenza e una seconda frequenza, che è la frequenza di modulazione per il valore del guadagno utilizzato nel circuito di reazione e in assenza di segnale esterno.

E' anche oggetto dell'invenzione il dispositivo che realizza il procedimento. L'invenzione sarà ora descritta con maggiori dettagli con riferimento ai disegno allegato, che mostra in forma schematica il dispositivo oggetto dell'invenzione. Nel disegno, il percorso dei segnali ottici è schematizzato dalle linee a doppio tratto, e quello dei segnali elettrici dalle linee a tratto semplice. Come si vede, un laser a semiconduttore 1 polarizzato da una corrente continua IB è associato a un circuito di reazione optoetettronico, indicato nel suo complesso con 2, che riceve le radiazioni emesse da una delle due facce del laser 1. Il circuito di reazione comprende:

- un elemento di ritardo 3, che è atto a introdurre sul segnale un ritardo τ regolabile dal terno ed 6 schematizzato qui da un riflettore ad angolo che può essere awicinato o allontanato dal laser 1 , come indicato dalla freccia F;

- un rivelatore 4 che converte in una corrente elettrica il segnale uscente dall'elemento di ritardo 3;

- un amplificatore 5 per la corrente di fotorivelazione, avente un guadagno regolabile dall'esterno: per l'uso nella presente invenzione, Il guadagno dell'amplificatore è regolato in modo che il guadagno B a bassa frequenza dell'anello di reazione 2 sia vicino al valore critico Bc menzionato sopra, ma leggermente inferiore ad esso;

- un circuito, comprendente p. es. un'induttanza 6a e un condensatore 6b collegati a T come in figura, per sovrapporre alla corrente IB di polarizzazione del laser le variazioni di corrente di fotorivelazione, originate dalle usuali fluttazioni del segnale emesso dal laser dovute a rumore di qualsiasi tipo (p. es. rumore quantico dovuto alla struttura del laser e rumore termico).

Le lenti 7, 8 schematizzano i sistemi ottici che permettono di inviare al circuito di reazione 2 e al rivelatore 4 le radiazioni emesse dal laser 1 e rispettivamente le radiazioni uscenti dall'elemento di ritardo 3. Tramite la lente 8 II rivelatore 4 riceve anche un segnale ottico modulato in ampiezza, con frequenza di modulazione uguale alla frequenza f2 definita sopra, emesso da una rispettiva sorgente 9. Non ci sono vincoli particolari per la lunghezza d'onda di questo segnale, purché ovviamente essa sia compresa nella gamma accettata dal rivelatore 4.

Nella sorgente 9 sono incorporati gli organi che effettuano la modulazione di ampiezza, ottenuta p. es. mediante una sottoportante sinusoidale a frequenza f2 fornita da un generatore 10. Le modalità con cui si può ottenere la modulazione di ampiezza di un fascio ottico sono ben note al tecnico.

li segnale ottico modulato subisce gli stessi trattamenti del segnale di reazione, e quindi alla corrente di polarizzazione IB del laser 1 verranno sovrapposte non solo le variazioni di corrente di rivelazione dovute alle fluttuazioni del segnale di reazione ma anche quelle dovute alla modulazione di ampiezza del segnale proveniente dalla sorgente 9. Dalla faccia del laser 1 opposta a quella da cui si preleva il segnale di reazione uscirà il segnale amplificato e modulato in ampiezza con frequenza f2, che viene raccolto da una lente 11 e inviato a un ricevitore.

Il dispositivo descritto può trovare diverse applicazioni nel campo delle radiofrequenze e delle microonde. Come esempi si possono citare:

- fuso come oscillatore a una delle frequenze definite dal ritardo e dai guadagno del circuito di reazione;

- t'uso come amplificatore a banda stretta (inviando segnali esterni a bassa potenza), con una frequenza centrale che può essere regolata dall'esterno agendo sul ritardo dell'anello di reazione;

- l’uso come oscillatore agganciato per iniezione;

- l'uso come modulatore per realizzare una modulazione di frequenza, eventualmente congiunta a un'amplificazione in un sistema di trasmissione di segnali binari, in quanto esso commuta tra le frequenze f2 e f1 a seconda che al suo ingresso sia presente il segnale modulato (bit 1) oppure no (bit 0); per questa applicazione saranno necessari mezzi per intercettare periodicamente il fascio emesso dalla sorgente 9 ((p. es. un modulatore acusto-ottico 12 comandato da un segnale ad onda quadra fornito da un generatore 13), come rappresentato in figura, oppure si potrà modulare elettricamente con un segnale binario la sottoportante sinusoidale.

E* evidente che quanto descritto è dato a titolo di esempio non limitativo e che varianti e modifiche possono essere apportate senza uscire dal campo di protezione dell'invenzione. In particolare, il dispositivo può essere realizzato con tecniche di ottica integrata, con modifiche ovvie per il tecnico del ramo: in questo caso si possono avere valori dei ritardo τ molto Inferiori a quelli ottenibili con l'uso di componenti discreti e operare quindi a frequenze corrispondentemente più elevate.

Claims

Rivendicazioni 1 . Procedimento per l'emissione di segnali ottici modulati In ampiezza, caratterizzato dal fatto che alla corrente di polarizzazione di un laser a semiconduttore (1) si sovrappongono le variazioni di un segnale elettrico ottenuto combinando e convertendo in forma elettrica una frazione del segnale di uscita del laser (1 ), ritardato in un circuito optoelettronico di reazione (2) caratterizzato da un ritardo (τ ) e da un guadagno a bassa frequenza (B) minore di un dato valore critico (Bc) ma vicino a questo, e un segnale ottico modulato in ampiezza con una prima frequenza di modulazione (f2), che ò una frequenza appartenente a un insieme discreto di frequenze con cui può essere modulata l’intensità del fascio di uscita del laser (1) a causa della presenza del circuito di reazione (2) ed è la frequenza di modulazione di detta intensità quando alla corrente di polarizzazione vengono sovrapposte le variazioni di un segnale elettrico ottenuto per conversione del solo segnale di reazione e il guadagno a bassa frequenza è superiore a detto valore critico.
2. Procedimento secondo la riv. 1 , caratterizzato dal fatto che detto segnale ottico modulato in ampiezza è combinato con il segnale di reazione solo in intervalli di tempo prestabiliti, per far commutare periodicamente (a frequenza di modulazione del fascio di uscita del laser tra detta prima frequenza (f2) e una seconda frequenza (fi), che appartiene anch'essa a detto insieme discreto ed è la frequenza di modulazione di detta intensità quando alla corrente di polarizzazione vengono sov apposte le variazioni di un segnale elettrico ottenuto per conversione del solo segnale di reazione e il guadagno a bassa frequenza è inferiore a detto valore critico.
3. Dispositivo per l'emissione di segnali ottici modulati in ampiezza, per la realizzazione del procedimento secondo la riv. 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere: - un laser a semiconduttore (1); - un anello di reazione optoelettronico (2), associato a detta sorgente (1) da cui riceve una frazione del fascio emesso, e caratterizzato da un ritardo t e un guadagno a bassa frequenza (B) preimpostabili, detto guadagno (B) avendo un valore molto vicino a un valore critico (Bc) ma inferiore ad esso; - mezzi (8) per combinare con la frazione di fascio presente nell'anello di reazione un segnale ottico di ingresso da amplificare, che è modulato in ampiezza con una prima frequenza di modulazione (f2). che è una frequenza appartenente a un insieme discreto di frequenze con cui può essere modulata l'intensità del fascio di uscita del laser (1) a causa della presenza del circuito di reazione (2) ed è la frequenza di modulazione di detta intensità quando alla corrente di polarizzazione vengono sovrapposte le variazioni di un segnale elettrico ottenuto per conversione del solo segnale di reazione e il guadagno a bassa frequenza è superiore a detto valore critico; - mezzi (4, 5, 6a, 6b) per convertire il segnale ottico risultante dalla combinazione in un segnale elettrico, per sovrapporre le variazioni del segnale elettrico ottenuto dalla conversione al segnale di polarizzazione (IB) e per fornire il segnale risultante al laser a semiconduttore (1), per modularne in ampiezza il un fascio di uscita alla stessa frequenza del segnale d'ingresso. Dispositivo secondo la riv. 3, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi (12, 13) per interrompere periodicamente l'arrivo del segnale d'ingresso ai mezzi di combinazione (8), per modulare il fascio di uscita del laser (1), nei periodi di interruzione, a una seconda frequenza (f1), che è la frequenza di oscillazione dell' intensità del fascio di uscita dei laser in presenza del solo circuito optoelettronico di reazione quando il valore del guadagno è inferiore al valorecritico.