ITMI20010442A1

ITMI20010442A1 - Sistema di comunicazione ottica e apparato per la compensazione o emulazione degli effetti della pmd

Info

Publication number: ITMI20010442A1
Application number: IT2001MI000442A
Authority: IT
Inventors: Andrea Galtarossa; Giuseppe Lorenzetto; Luca Palmeri; Marco Santagiustina; Raoul Fiorone; Andrea Corti
Original assignee: Marconi Comm Spa
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2002-09-02
Also published as: EP1410538B1; JP4098630B2; US7082229B2; DE60236800D1; CN1531794A; JP2005503689A; CA2438181A1; ATE472206T1; WO2002071661A2; CN1311651C; WO2002071661A3; EP1410538A2; US20040146234A1

Description

"Sistema di comunicazione ottica e apparato per la compensazione o emulazione degli effetti della PMD"

La presente invenzione si riferisce ad un apparato per la compensazione o simulazione degli effetti della dispersione di modo di polarizzazione (detta PMD=Polarisation Mode Dispersion) che si hanno quando un segnale ottico viaggia al interno di un collegamento basato su fibra ottica. La presente invenzione si riferisce anche ad un sistema di trasmissione con tale apparato.

La PMD causa un ritardo di gruppo differenziale fra i due stati di polarizzazione (al primo ordine) e una distorsione della parte del segnale su ciascuno stato di polarizzazione. L’effetto combinato di ciò è quello di rendere il segnale ottico distorto e disperso. I differenti ritardi temporali fra le varie componenti del segnale nei vari stati di polarizzazione acquistano sempre più importanza all 'aumentare delle velocità di trasmissione. Nei moderni sistemi di trasmissione su fibra ottica a frequenze di cifra sempre più elevate (10 Gbit/s e oltre) si rende necessaria e fondamentale l’efficace compensazione degli effetti della PMD.

Nella tecnica nota sono perciò stati proposti dispositivi per compensare la PMD, così da migliorare la qualità delle trasmissioni ottiche. Tali dispositivi sono realizzati con cascate di elementi birifrangenti e di rotatori e controllori di polarizzazione. I sistemi noti non sono però completamente soddisfacenti, sia per la velocità di reazione alle variazioni del PMD nel caso di compensazione dinamica, sia per la qualità della compensazione ottenibile.

Si è anche trovata la necessità di avere sistemi di emulazione della PMD per motivi di controllo, verifica e sperimentazione.

Scopo generale della presente invenzione è ovviare agli inconvenienti sopra menzionati fornendo un sistema di trasmissione e un apparato con caratteristiche statiche e dinamiche di compensazione migliorate o emulazione degli effetti della PMD che si hanno in un segnale ottico viaggiante attraverso un collegamento basato su fibra ottica.

In vista di tale scopo si è pensato di realizzare, secondo l'invenzione, un apparato per compensare o per simulare gli effetti della PMD che si hanno in un segnale ottico viaggiante attraverso un collegamento basato su fibra ottica, comprendente sezioni birifrangenti e dispositivi comandabili per la trasformazione della polarizzazione, ciascuna sezione comprendendo elementi ottici birifrangenti, o parti di essi, e ciascuna sezione essendo seguita o preceduta da uno di detti dispositivi comandabili per la trasformazione della polarizzazione, caratterizzato dal fatto che le sezioni birifrangenti sono almeno tre e che almeno una di dette sezioni ha ritardo di propagazione differente da quello delle altre sezioni.

Per rendere più chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriverà di seguito, con l'aiuto deH’unico disegno allegato, una possibile realizzazione esemplificativa applicante tali principi.

Con riferimento alla figura, è mostrato schematicamente un sistema di comunicazione su fibra ottica, indicato genericamente con 10, comprendente un sistema trasmittente 11 che invia segnali ad un sistema ricevente 12 attraverso un collegamento basato su fibra ottica 13 e un apparato 14 per compensare o per emulare gli effetti della PMD che si hanno sul segnale ottico che viaggia attraverso il suddetto collegamento.

L’apparato 14 comprende a sua volta sezioni birifrangenti 15-18 e dispositivi comandabili 19-22 per la trasformazione della polarizzazione. La struttura delle sezioni birifrangenti e dei singoli dispositivi comandati è sostanzialmente di tecnica nota e non sarà qui ulteriormente descritta o mostrata.

Ciascuna sezione comprende elementi ottici birifrangenti, o parti di essi, per realizzare prefissati ritardi di propagazione o DGD (Differential Group Delay). Tali elementi possono essere realizzati con svariate tecniche note quali l’uso di fibre ottiche a mantenimento di polarizzazione, cristalli liquidi, cristalli birifrangenti, materiali ceramici semiconduttori, dispositivi a cristallo fotonico, dispositivi MEMS, ecc.

Ciascuna sezione birifrangente è seguita o preceduta da uno di detti dispositivi comandabili per la trasformazione della polarizzazione.

I dispositivi per la trasformazione della polarizzazione comprendono noti controllori di polarizzazione PC e rotatori di polarizzazione PR e possono essere realizzati con svariate metodologie note: elementi elettro-ottici, elementi magneto-ottici, cristalli liquidi, attuatori meccanici, fibre ottiche torte o pressate, elementi termo-ottici, semiconduttori dispositivi MEMS, ecc.

Le sezioni birifrangenti sono almeno tre e almeno una di dette sezioni ha ritardo di propagazione che è differente da quello delle altre sezioni. Vantaggiosamente, ogni sezione ha ritardo differente da quello delle altre e, sempre vantaggiosamente, le sezioni sono disposte in serie ordinate per ritardo decrescente nella direzione di propagazione del segnale.

E’ stato trovato particolarmente vantaggioso che due sezioni abbiano ritardo rispettivamente nell’intorno di Tc e aTc e le restanti sezioni abbiano ritardo totale nell’intorno di (l-a)Tc, con 0<α<1 (e vantaggiosamente tra 0.5<a<0.7) e con Tc tale che dove DGD rappresenta il valore medio del tempo di ritardo differenziale della PMD da compensare o emulare.

Con solo tre sezioni si avrà perciò

Come si vede in figura, una prima sezione 15 è preceduta da un controllore di polarizzazione 19, la seconda sezione 16 è preceduta da rotatore di polarizzazione 20 e la terza sezione 17 è preceduta da un altro rotatore di polarizzazione 21.

E’ stato sorprendentemente trovato che con la struttura sopra descritta è possibile ottenere un più che soddisfacente controllo della PMD, veloce e accurato, con notevole miglioramento delle prestazione del sistema di comunicazione basato su fibra ottica.

Per un ulteriore miglioramento delle prestazioni dell’apparato, è stato trovato vantaggioso impiegare un ulteriore stadio 23, formato da una quarta sezione birifrangente 18 preceduta da un altro controllore di polarizzazione 22.

Per mantenere nell’ intorno di la somma totale del ritardo prodotto sul segnale dalla terza e dalla quarta sezione, si con

E’ stato trovato vantaggioso che β sia compreso fra 0.5 e 0.95 e

preferibilmente nell’intorno di 0.9.

In tale modo, lo stadio 23 permette di effettuare regolazioni fini e molto rapide senza necessità di ritoccare la regolazione delle altre sezioni.

Come si vede bene in figura 1, per avere un sistema di regolazione automatica della PMD l’apparato comprende un dispositivo 24 di rilevazione della PMD in uscita e di comando dei dispositivi comandabili per la trasformazione della polarizzazione. Il dispositivo di rilevazione e comando 24 ha un rilevatore di PMD 25 e un dispositivo di comando 26. Il rilevatore 25 riceve in ingresso tutto o parte del segnale in uscita dall’apparato 14 e calcola (con metodi noti che non saranno qui descritti) parametri indicativi della PMD. Il rilevatore invia al dispositivo di comando 26 i parametri calcolati e, in base ai parametri ricevuti, il dispositivo di comando 26 invia segnali di comando per la regolazione in retroazione dei dispositivi comandabili 19-22 per mantenere la PMD rilevata sotto una quantità prestabilita.

Vantaggiosamente, quando l’apparato 14 comprende uno stadio di uscita 23 come sopra descritto, il dispositivo di rilevazione e comando 24 privilegia la regolazione del controllore di polarizzazione 22 che precede la quarta sezione 18. In altre parole, il dispositivo di comando invia segnali di comando per modificare solo la regolazione del controllore di polarizzazione 22 quando la PMD aumenta sopra la quantità prestabilita di una entità che è compresa nel campo di regolazione di tale controllore di polarizzazione 22, e della quarta sezione birifrangente in generale. In tale modo, la regolazione è molto rapida e può essere impiegata per mantenere la PMD nei valori definiti accettabili anche quando si hanno rapide variazioni di PMD lungo la linea.

Detta B la banda di lavoro e dato il massimo ritardo differenziale che si desidera compensare o emulare, come ulteriore vantaggiosa caratteristica dell’apparato secondo l’invenzione, il dimensionamento dei vari elementi può essere fatto in modo che le sezioni abbiano ciascuna ritardo tale che, regolando opportunamente i detti dispositivi comandabili per la trasformazione della polarizzazione, si possa ottenere la seguente relazione (vale a dire che esista almeno una condizione di regolazione dei dispositivi comandabili tale che sia verificata la seguente relazione) su tutte le frequenze all’interno della banda B:

dove

-DGD è il valore del ritardo differenziale assunto dal dispositivo 14

-B è la banda sulla quale viene fatto operare l’apparato

-ε è una costante, espressa in radianti, tale che

In tale modo, l’apparato può essere regolato per “spegnersi”, imponendo vantaggiosamente ε uguale a zero, così che nella condizione di “spento” il compensatore ha minima influenza nel circuito. Sempre in maniera vantaggiosa la relazione di cui sopra può costituire la condizione di riposo del dispositivo.

A questo punto è chiaro come si siano raggiunti gli scopi prefissati, fornendo un apparato per la compensazione o l’emulazione di PMD che ha prestazioni elevate con bassa complessità, sia strutturale che di funzionamento. E’ infatti da considerare che il calcolo della PMD e il controllo in retroazione di dispositivi quali rotatori e controllori di polarizzazione è alquanto oneroso dal punto di vista computazionale. Rispetto a compensatori di tecnica nota, la struttura secondo l’invenzione permette di mantenere bassa la complessità computazionale e, nel contempo, di ottenere prestazioni elevate. Il sistema di comunicazione secondo l’invenzione ha così elevate prestazioni anche ad alte frequenze di cifra (ad esempio, sopra i 30-40 Gbit/s).

Naturalmente, la descrizione sopra fatta di una realizzazione applicante i principi innovativi della presente invenzione è riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perciò essere presa a limitazione dell'ambito di privativa qui rivendicato.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Apparato per compensare o per emulare gli effetti della PMD che si hanno in un segnale ottico viaggiante attraverso un collegamento basato su fibra ottica, comprendente sezioni birifrangenti (15-18) e dispositivi comandabili (19-22) per la trasformazione della polarizzazione, ciascuna sezione comprendendo elementi ottici birifrangenti, o parti di essi, e ciascuna sezione essendo seguita o preceduta da uno di detti dispositivi comandabili per la trasformazione della polarizzazione (19-22), caratterizzato dal fatto che le sezioni birifrangenti (15-18) sono almeno tre e che almeno una di dette sezioni ha ritardo di propagazione differente da quello delle altre sezioni.
2. Apparato secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ogni sezione (15-18) ha ritardo differente da quello delle altre.
3. Apparato secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le sezioni (15-18) sono disposte in serie ordinate per ritardo decrescente nella direzione di propagazione dei segnali attraverso di esse.
4. Apparato secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che due sezioni hanno ritardo rispettivamente nell’intorno di Tc e aTc e le restanti sezioni hanno ritardo totale neH’intorno di con Tc tale che , dove DGD rappresenta il valore medio del tempo di propagazione di gruppo differenziale della PMD da compensare o emulare e con 0<α<1 (e vantaggiosamente
5. Apparato secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i dispositivi comandabili sono almeno un controllore di polarizzazione (19) e due rotatori di polarizzazione (20,21).
6. Apparato secondo rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che una prima sezione (15) è preceduta dal controllore di polarizzazione (19), una seconda sezione (16) è preceduta da uno dei due rotatori (20) e una terza sezione (17) è preceduta dall’altro (21) dei due rotatori.
7. Apparato secondo rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che è presente una quarta sezione (18) preceduta da un altro controllore di polarizzazione (22).
8. Apparato secondo rivendicazioni 4 e 6, caratterizzato dal fatto che terza (17) e quarta (18) sezione hanno rispettivamente ritardo con 0<β<1.
9. Apparato secondo rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che β è compreso fra 0.5 e 0.95 e preferibilmente nel’intoro di 0.9.
10. Apparato secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le sezioni (15-18) hanno ciascuna ritardo tale che vi sia almeno una condizione di regolazione di detti dispositivi comandabili per la trasformazione della polarizzazione (19-22) per la quale si abbia DGD B=E SU tutte le frequenze all’interno di una banda B sulla quale viene fatto operare l’apparato, con DGD pari al valore del ritardo differenziale assunto dall’apparato e ε, espresso in radianti, tale che 0 ≤ ε ≤ 2.5.
11. Apparato secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che ε è uguale a zero.
12. Apparato secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo (24) di rilevazione della PMD in uscita e di comando dei dispositivi comandabili per la trasformazione della polarizzazione (19-22), il dispositivo di rilevazione e comando ricevendo in ingresso il segnale in uscita dall’apparato e inviando segnali di comando per la regolazione in retroazione dei detti dispositivi comandabili per mantenere la PMD rilevata sotto una quantità prestabilita.
13. Apparato secondo rivendicazioni 7 e 12, caratterizzato dal fatto che il dispositivo (24) di rilevazione e comando privilegia la regolazione del detto altro controllore di polarizzazione (22) che precede la quarta sezione (18), nel senso di inviare segnali di comando per modificare solo la regolazione di detto altro controllore di polarizzazione (22) quando la PMD aumenta sopra la detta quantità prestabilita di una entità che è compresa nel campo di regolazione di detto altro controllore di polarizzazione (22) e della quarta sezione birifrangente (18) in generale.
14. Un sistema per comunicazioni ottiche usante l’apparato secondo qualsiasi delle precedenti rivendicazioni.